y原始第三章钢的淬火及回火

1、n 主要内容主要内容p淬火的定义、目的，淬火的必要条件淬火的定义、目的，淬火的必要条件p淬火介质淬火介质p钢的淬透性钢的淬透性p淬火应力、变形及开裂淬火应力、变形及开裂p确定淬火工艺规范的原则、淬火工艺方法及确定淬火工艺规范的原则、淬火工艺方法及其应用其应用p钢的回火钢的回火p淬火新工艺的发展与应用淬火新工艺的发展与应用p淬火、回火缺陷及其预防、补救淬火、回火缺陷及其预防、补救n 基本要求基本要求 掌握淬火及回火的定义、目的及工艺制定。掌握淬火及回火的定义、目的及工艺制定。n 本章重点本章重点 淬火及回火的定义、目的及工艺制定。淬火及回火的定义、目的及工艺制定。n 本章难点本章难点 淬火新工艺

2、的发展与应用，淬火、回火缺陷淬火新工艺的发展与应用，淬火、回火缺陷及其预防、补救及其预防、补救 把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却，以得到介稳状态的马氏体（M）或下贝氏体(B下)组织的热处理工艺。1 定义定义2 目的目的n 提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；n 结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；n 少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。例如：如提高磁钢的磁性；不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性等。l 冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体。3 必要条件必要条件l 加热

3、温度必须高于临界点以上(亚共析钢Ac3,过共析钢Ac1)，以获得奥氏体组织。关于临界冷却速度 允许得到贝氏体，指在连续冷却转变图中能抑制珠光体（包括共析组织）转变的最低冷却速度； 全部得到马氏体，指能抑制所有非马氏体转变的最小冷却速度。淬火的效果取决于工件在淬火冷却时的各部分冷却速度淬火的效果取决于工件在淬火冷却时的各部分冷却速度亚共析碳钢为什么要加热到亚共析碳钢为什么要加热到Ac3以上完全化后淬火呢？以上完全化后淬火呢？若加热温度选在Ac1Ac3之间，组织中有一部分铁素体存在，在随后的淬火冷却中，由于铁素体不发生变化而保留下来，它的存在使钢的淬火组织中存在软点，降低了淬火钢的硬度，同时它的存

4、在还会影响钢的均匀性，影响机械性能；加热Ac3以上太高也不行，钢的氧化脱碳严重，另一方面晶粒粗大，淬火后粗大，钢的性能变坏。u 首先过共析钢在淬火加热以前，都要经过球化处理，加热到Ac1Acm之间时组织为和一部分未溶化的Fe3C，淬火后，M，Fe3C被保留下来，Fe3C硬度很高，它的存在，可以提高钢的硬度和耐磨性。若 T Acm C % 增加, Ms点下降, 残A增多; 粗大M; 氧化脱碳严重,易变形开裂 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。p 低碳钢水冷往往只得到珠光体组织，此时就不能称作淬火，只能说是水冷正火。4 正火和淬火的区别正火和淬火的区别p 高速钢空冷可得到马氏体组织，则此时

5、就应称为淬火，而不是正火。判断淬火的标准： 根据所得组织是否为马氏体或贝氏体，而非冷却速度。为实现淬火目的用的冷却介质。p 适用钢种范围宽；p 稳定，成本低p 安全，无毒；p 不腐蚀工件1 什么是淬火介质什么是淬火介质2 要求要求p 具有冷却能力；l 在在C-曲线鼻尖附近曲线鼻尖附近,即即珠光体转变区，具有较珠光体转变区，具有较快的冷却速度。快的冷却速度。l 在在Ms点附近和鼻尖以点附近和鼻尖以上则应尽量慢冷，以上则应尽量慢冷，以减减少少M转变时产生的转变时产生的内应力和热应力。内应力和热应力。理想的冷却介质理想的冷却介质l 高温T650,慢冷,可以减少热应力。l 中温650400 ,快冷,避

6、开C曲线的鼻尖,保证全部获得M。l 低温400以下，特别是300200 发生M转变时要求慢冷，M转变时的组织应力一、淬火介质的一、淬火介质的冷却作用冷却作用1 1、分类、分类（1 1）按聚集状态分类：）按聚集状态分类：n淬火介质有固态、液态、气态。淬火介质有固态、液态、气态。n最常用介质为液态介质，淬火时不仅发生传热最常用介质为液态介质，淬火时不仅发生传热作用，还会产生物态变化，因此过程较为复杂。作用，还会产生物态变化，因此过程较为复杂。（2 2）按液态淬火介质是否具有物态变化：）按液态淬火介质是否具有物态变化：n分为有物态变化的和无物态变化的。分为有物态变化的和无物态变化的。有物态变化：有物

7、态变化：水及各种水溶液各种淬火油无物态变化：无物态变化：各种气体熔融金属、熔盐固体-铜板、铁板、气-固流态床有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段：有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段： 产生大量过热蒸汽，形成连续的蒸汽膜，使工件和液体分开。 冷却主要靠辐射传热，冷却速度较慢。1 蒸汽膜阶段蒸汽膜阶段l T工件，Q放蒸汽膜厚度减薄并破裂，以致使液体工件直接接触，形成大量气泡溢出液体，带走大量热量。冷却速度较快。l 淬火介质的气化热越大，冷却速度越快。2 沸腾阶段沸腾阶段有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段：有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段：l 当工件表

8、面的温度降低至介质的沸点或分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质的对流形成，随着工件与介质的温度降低，冷却速度也逐渐降低。l 淬火介质的比热容、热导率和黏度等影响冷却速度 3 对流阶段对流阶段有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段：有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段： 对无物态变化的介质对无物态变化的介质p 淬火冷却主要靠对流散热；淬火冷却主要靠对流散热；p 在工件温度较高时辐射散热也在工件温度较高时辐射散热也由很大比例，也存在传导散热。由很大比例，也存在传导散热。常用淬火介质常用淬火介质 水： Vmax: 500780 C/s, 300400 C 鼻温：150 C/s； M

9、s： 450 C/s 优点：冷却能力强，成本低 缺点：M转变温区冷速过大，变形大 冷却能力对水温，不溶夹杂敏感 应用：小尺寸、形状简单碳钢件常用淬火介质常用淬火介质 油： Vmax: 100250 C/s, 400500 C 鼻温：6070 C/s； Ms： 50 C/s 优点： M转变温区冷速小，不易变形 缺点：鼻温区冷速小，淬不透 应用：合金钢件常用淬火介质常用淬火介质 盐水与碱水 10 NaCl水溶液 15 NaOH水溶液 5 NaCO3水溶液 作用：使蒸汽膜提前破碎，但具有腐蚀性淬火介质的新发展淬火介质的新发展环保、优效（高温快速、低温慢速）、安全、环保、优效（高温快速、低温慢速）、安

10、全、经济为发展方向。经济为发展方向。植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶段冷速）高温阶段冷速） 聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）固固气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）气流化介质（固体细粒与压缩空气混合） 名名 称称 最大冷却速度时最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温所在温度度/ 冷却速度冷却速度 /( s-1)650550 300200 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶

11、液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号锭子油号锭子油50012010050淬火介质冷却能力的表示方法。1 1、 规定静止水的淬火烈度H1，其它淬火介质的淬火烈度由与静止水的冷却能力比较而得。l反映钢内部的热传导系数以及钢与介质间的传热系数的关系，即淬火介质的冷却能力。l注意：不同淬火介质，在工件淬火过程中其冷却能力是变化的。几种常见淬火介质的淬火烈度H：淬火介质工件运动情况不同淬火介质的H值空气油水盐水不运动0.020.25-0.300.90-1.0-轻微-0.

12、30-0.351.0-1.1-适当-0.35-0.401.2-1.3-较大-0.40-0.501.4-1.5-强烈0.050.50-0.81.6-2-极强烈00.80-1.045一一 淬火介质的冷却特性淬火介质的冷却特性1 表征表征方法方法试样的冷却曲线或试样冷至不同温度时的冷却速度。2 测试方法测试方法1） 银球探头法银球直径：20 mm银球温度：800介质液量：2升流动速度：25cm/s2） 测试条件3） 特性曲线特性曲线特性温度：特性温度：B点对应的温度点对应的温度A-B：蒸汽膜阶段B-C：沸腾阶段C-D：对流阶段蒸气膜开始破裂n 水水 1 冷却特性冷却特性l水温对冷却速度影响大，温度升

13、高冷却速度降低，蒸气膜阶段延长，特性温度降低；l冷却速度快，特别是在400100度范围内的冷却速度特别快；l循环水的冷却能力大于静止水，蒸气膜阶段提高比较快；n 水水 1 冷却特性冷却特性（1）水的冷却速度l在650400温度范围内的冷却速度较小；l在马氏体转变温度区的冷却速度特别快。n 水水 不同温度纯水的冷却特性不同温度纯水的冷却特性缺点：冷却能力在650550范围内不够强，而在300200范围内偏强，不符合理想淬火冷却介质的要求。 主要用于形状简单，截面尺寸较大的碳钢件。优点： 具有良好的物理化学性能、经济且冷却能力较强的淬火介质n 水水 n 盐水及碱水盐水及碱水水中溶入盐、碱等物质降低

14、蒸汽膜的稳定性，使蒸汽膜阶段变短，特性温度提高，从而加快了冷却速度。1 特点特点盐水盐水1冷却特性冷却特性浓度较低时，随着浓度增加冷却速度加快；在650400度有最大的冷却速度；冷却能力比水强；几乎没有蒸气膜阶段几乎没有蒸气膜阶段l 淬火冷却能力比清水更强，尤其在650550范围内具有很强的冷却能力，这对尺寸较大的碳钢件的淬火是非常有利的。 优点优点缺点缺点l 盐晶体的析出和爆裂氧化铁皮剥落高硬度和光洁的表面，避免软点出现。l 300200范围内，冷却能力仍相当强工件变形加重，甚至发生开裂。l 对工件有锈蚀作用，淬火后的工件必须进行清洗。主要适用于形状简单、硬度要求高而均匀、变形要主要适用于形

15、状简单、硬度要求高而均匀、变形要求不严格的碳钢零件的淬火。求不严格的碳钢零件的淬火。l 能和已氧化的工件表能和已氧化的工件表面发生反应，淬火后面发生反应，淬火后工件表面呈银白色，工件表面呈银白色，具有良好的外观。具有良好的外观。l 对工件和设备有腐蚀对工件和设备有腐蚀性，对人有害。性，对人有害。碱水碱水1）冷却特性）冷却特性、 从石油中提炼出来的从石油中提炼出来的矿物油。矿物油。n 油油1 特点特点 油的特性温度较水高，在500-350左右处于沸腾阶段，其下就处于对流阶段。即油的冷却速度在500-350最快，其下就比较慢，这种冷却特性是比较理想的。粘度及闪点较低的油，使用温度在80 以下。这种

16、油在20到80温度范围内变化时，工件表面的冷却速度实际不变，即油温对冷却速度没有影响。粘度较高的油，闪点也较高，其使用温度为使用60-250左右。这种油粘度对冷却速度起主导作用，因此随着油温的升高冷却能力提高。2 影响油的冷却能力及其使用温度范围的因素影响油的冷却能力及其使用温度范围的因素油的粘度和闪点油的粘度和闪点闪点是指石油产品在规定条件下，加热到它的蒸汽与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度。 3 老化现象老化现象淬火油经长期使用后，其粘度和闪点升高，产生油渣，油的冷却能力下降。这种现象称为油的老化。 矿物油在灼热的工件作用下，与空气中的氧或工件带入的氧化物发生作用，以及通过聚合、凝聚和异构

17、化作用产生油不能溶解的产物所致。 在操作中油内水分增加也会促进油的老化。 为了防止油的老化，应控制油温，并防止油温局部过热，避免水分带入油中，经常清除油渣等。产生原因及预防措施产生原因及预防措施 高速淬火油：在油中加入添加剂，以提高特性温度，或增加油对金厩表面的湿润作用，以提高其蒸汽膜阶段的热传导作用。4 改善措施改善措施光亮淬火油有灰分和杂质等较少的白石蜡、凡土林、仪表油、变压器油和能提高抗氧化能力的添加剂等。油的冷却能力仍比较低，特别是在高温区域。 油虽然在低温区有比较理想的冷却能力，在高温区冷却速度不够，不利于碳钢的淬硬，但有利于减少工件的变形。 主要用作过冷奥氏体稳定性好的合金钢和尺寸

18、小的碳钢零件的淬火冷却介质。5 应用应用n 有机物质的水溶液及乳化液有机物质的水溶液及乳化液l 在水中加入不溶于水而构成混合物的物质，如悬浮液（固态物质）或乳化液（未溶液滴）；l 水中含有气体；增加蒸气膜核心，提高蒸气膜的稳定性，降低特性温度，从而使冷却能力降低。对液体再施以一定程度的搅拌，则可控制各阶对液体再施以一定程度的搅拌，则可控制各阶段的温度范围及冷却速度。段的温度范围及冷却速度。 聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂，以聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂，以防在淬火后清理前停放的有限时间内发生腐蚀。防在淬火后清理前停放的有限时间内发生腐蚀。 优点（与多数乳化液相比）优点（与多数乳化液相

19、比） 容易控制，可用普通水容易控制，可用普通水(不必软化处理不必软化处理)调节调节到一定浓度，可不经处理直接从下水道排走等。到一定浓度，可不经处理直接从下水道排走等。1 有机物质的水溶液有机物质的水溶液 矿物油与水经强烈搅拌及振动而成；即一种矿物油与水经强烈搅拌及振动而成；即一种液体以细小的小滴形式分布在另一种液体中呈牛液体以细小的小滴形式分布在另一种液体中呈牛奶状溶液。奶状溶液。2 乳化液乳化液机械振动机械振动乳化剂乳化剂分布状态稳定分布状态稳定富集在界面上，降低界面张力，使乳化稳定。富集在界面上，降低界面张力，使乳化稳定。n 形成形成乳化剂作用乳化剂作用介于水油之间，通过调配浓度可进行调节

20、介于水油之间，通过调配浓度可进行调节火焰淬火和感应淬火时的喷水淬火火焰淬火和感应淬火时的喷水淬火n 应用范围应用范围n 冷却能力冷却能力n 熔盐（硝熔盐）熔盐（硝熔盐）熔融状态的盐也常用作淬火介质，称盐浴，它的熔融状态的盐也常用作淬火介质，称盐浴，它的冷却能力介于油和水之间。高温区，它的冷却能冷却能力介于油和水之间。高温区，它的冷却能力比油高，但比水低，低温区比油还低，可见熔力比油高，但比水低，低温区比油还低，可见熔盐是最接近理想的，但它的工作条件差，使用温盐是最接近理想的，但它的工作条件差，使用温度高，只能用于分级淬火和等温淬火的形状复杂度高，只能用于分级淬火和等温淬火的形状复杂和变形要求严

21、格的小件。和变形要求严格的小件。钢材被淬透的能力，或者说钢材淬火时获得钢材被淬透的能力，或者说钢材淬火时获得马氏体能力的特性。马氏体能力的特性。1、 定义定义 和钢的过冷奥氏体的稳定性，或者临界淬火 冷却速度有关。一、淬透性的基本概念及其影响因素一、淬透性的基本概念及其影响因素n不同的钢种，淬透性是不同的，因此工件表面到内部的截面上淬成马氏体组织的厚度也不同；n淬成马氏体组织的厚度越大，表示该钢中的淬透性愈高。n这种马氏体组织厚度通常称为硬化层厚度或淬透深度、淬硬层深度等。钢材被淬透的能力，或者说钢材淬火时获得钢材被淬透的能力，或者说钢材淬火时获得马氏体能力的特性。马氏体能力的特性。1、 定义

22、定义 和钢的过冷奥氏体的稳定性，或者临界淬火 冷却速度有关。一、淬透性的基本概念及其影响因素一、淬透性的基本概念及其影响因素n不同的钢种，淬透性是不同的，因此工件表面到内部的截面上淬成马氏体组织的厚度也不同；n淬成马氏体组织的厚度越大，表示该钢中的淬透性愈高。n这种马氏体组织厚度通常称为硬化层厚度或淬透深度、淬硬层深度等。区别概念区别概念 淬透性是钢的一种工艺性能，也是钢的本身的一种固有属性，对于一种钢在一定的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是确定不变的。钢的淬透性的大小用规定条件下的淬透层深度表示。 具体工件的淬透层深度是指在实际淬火条件下得到的半马氏体区至工件表面的距离，是不确定的，它受钢的

23、淬透性、工件尺寸及淬火介质的冷却能力等诸多因素的影响。 （1 ）钢的淬透性与具体工件的淬透层深度的区别）钢的淬透性与具体工件的淬透层深度的区别淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。淬透性和淬硬性并无必然联系，如过共析碳钢的淬硬性高，但淬透性低；而低碳合金钢的淬硬性虽然不高，但淬透性很好。（2 ）淬透性与淬硬性的区别）淬透性与淬硬性的区别 如：T10钢与T8钢进行比较：再如工件淬硬层与冷却速度的关系工件淬硬层与冷却速度的关系淬透性对钢力学性能的影响淬透性对钢力学性能的影响淬透钢淬透钢未淬透钢未淬透钢二、二、 影响影响淬透性淬透性的的因

24、素因素1 钢的化学成分钢的化学成分u 加热温度低于Accm ,在碳的含量小于1%时，随碳含量增加，临界冷却速度下降，淬透性提高；碳含量高于1%时，则相反。u 加热温度高于Ac3或Accm时，临界冷却速度单调下降。碳对淬透性的影响碳对淬透性的影响合金元素合金元素对对淬透性淬透性的影响的影响除Ti、Zr和Co外，大多数合金元素溶入奥氏体后使C曲线右移，提高钢的淬透性。需要指出的是多种合金元素同时加入时，其作用效果并不是单个合金元素作用效果的简单叠加。微量的硼（0.001%0.003%）显著提高淬透性，含量过高，将使脆性增加 TA晶粒粗大；碳化物、非金属夹杂物，A均匀化过冷奥氏体稳定性淬透性；奥氏体

25、晶粒度奥氏体晶粒度 A晶粒，淬透性；奥氏体化温度奥氏体化温度 奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在以及其大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性；第二相及其分布第二相及其分布 n 钢的原始组织中，由于珠光体的类型（片状或粒状）及弥散度的不同，在奥氏体化时，将会影响到奥氏体的均匀性，从而影响到钢的淬透性。n 碳化物愈细小，溶入奥氏体愈迅速，从而有利于提高钢的淬透性。此外，应变和外力场等对钢的淬透性也有影响钢的原始组织钢的原始组织 淬透性对钢力学性能的影响淬透性对钢力学性能的影响淬透淬透性能均匀一致性能均匀一致未淬透未淬透组织和性能不均匀组织和性能不均匀n 钢的淬透性是机械设计选材时

26、应予考虑的重要因素。n 大截面零件、承受动载的重要零件、承受拉力和压力的许多重要零件（螺栓、拉杆、锻模、锤杆等），要求表面和心部力学性能一致，应选择淬透性高的材料；n 心部力学性能对使用寿命无明显影响的零件（承受弯曲或扭转的轴类），可选用淬透性低的钢，获得1/21/4淬硬层深度即可；n 焊接件、承受强力冲击和复杂应力的冷镦凸模等，不能或不宜选择淬透性大的材料。淬透性的实验测定方法淬透性的实验测定方法 一组由被测钢制成的不同直径的圆形棒按规定淬一组由被测钢制成的不同直径的圆形棒按规定淬火条件火条件(加热温度加热温度、冷却介质冷却介质)进行淬火，然后在中间进行淬火，然后在中间部位垂直于轴线截断，经

27、磨光，制成粗晶试样后，沿部位垂直于轴线截断，经磨光，制成粗晶试样后，沿着直径方向测定自表面至心部的硬度分布曲线。着直径方向测定自表面至心部的硬度分布曲线。l 临界直径法临界直径法l 端淬法端淬法一一 临界直径法临界直径法 淬透性的实验测定方法淬透性的实验测定方法随着试样直径增加，心部出现暗色易腐蚀区，表面为亮圈，且随着直径的继续增大，暗区愈来愈大，亮圈愈来愈小。与硬度分布曲线对应地观察，则该二区的分界线正好是硬度变化最大部位。1 表面观察表面观察2 金相观察金相观察50马氏体和非马氏体的混合组织区，愈向外靠近表面，马氏体愈多，向里则马氏体急剧减少。1） 临界硬度或半马氏体硬度临界硬度或半马氏体

28、硬度2） 淬火临界直径淬火临界直径(DK)分界线上的硬度代表马氏体区的硬度，格罗斯曼(Gmssmann)将此硬度称为临界硬度或半马氏体硬度。亮区就是淬硬层，暗区就是未淬硬层，把未出现暗未出现暗区的最大试样直径区的最大试样直径称为称为淬火临界直径淬火临界直径。l 可用淬透直径的大小来比较钢的淬透性的高低可用淬透直径的大小来比较钢的淬透性的高低l 临界直径临界直径DK必须标明淬火介质的冷却能力或淬火烈度；必须标明淬火介质的冷却能力或淬火烈度；l 添加0.7%Cr,使临界直径DK增大，淬透性增高；l 未淬透心部直径随试样半径增大而增大；3）理想临界直径理想临界直径在淬火烈度为无限大的假想的淬火介质中

29、淬火时在淬火烈度为无限大的假想的淬火介质中淬火时的临界直径。的临界直径。除去临界直径值中所包含的淬火烈度的因素，除去临界直径值中所包含的淬火烈度的因素，用单一的数值来表征钢的淬透性用单一的数值来表征钢的淬透性。 原因原因 作用作用利 用 理 想临 界 直 径可 以 很 方便 地 将 某种 淬 火 条件 下 的 临界 直 径 ，换 算 成 任何 淬 火 条件 下 的 临界直径。二二 端淬法端淬法称为称为“Jominy端淬法端淬法将试样按规定的奥氏体化条件(应无氧化、脱碳及增碳)加热后迅速取出，放入试验装置中喷水冷却。冷却完毕后，沿试样轴线方向两侧各磨去两侧各磨去0.4mm，然后自离水冷端水冷端(

30、直接喷水冷却的一端直接喷水冷却的一端)1.5mm处处开始测定硬度，绘出硬度与水冷端距离的关系曲线，这一曲线即所谓端淬曲线端淬曲线。1 过程过程有关细则可参见国家标准有关细则可参见国家标准GB225-1963钢材成分波动，因而钢材成分波动，因而在一般手册中经常给在一般手册中经常给出的是一范围。它表出的是一范围。它表示端淬曲线在此范围示端淬曲线在此范围内波动，并称之为端内波动，并称之为端淬曲线带。淬曲线带。dHRCJ1 1）钢的淬透性通常用钢的淬透性通常用表示表示J末端淬透性末端淬透性d至水冷端的距离至水冷端的距离；HRC在该处测得的硬度值在该处测得的硬度值；1235J距水冷端距水冷端12mm处的

31、硬处的硬度值为度值为35HRC65045 J距水冷端距水冷端6mm处的硬处的硬度值为度值为4550HRC淬透性的计算方法 P44-46 理想临界直径计算法 根据化学成分计算端淬曲线1 根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小 先在半马氏体区硬度与钢的含碳量的关系曲线（图c）上找出不同钢种的半马氏体区硬度值，然后过此硬度值的点作一水平线与淬透性曲线相交（见图b），交点处对应的距离即为相应钢种的半马氏体区至水冷端的距离。该距离越大，钢的淬透性就越大。例如，45钢半马氏体区至水冷端的距离大约为3.3mm，而40Cr钢则为10.5mm左右，显然40Cr钢的淬

32、透性比45钢大。淬透性在选择材料和制订热处理工艺时的应用淬透性在选择材料和制订热处理工艺时的应用1 根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小 先在半马氏体区硬度与钢的含碳量的关系曲线（图c）上找出不同钢种的半马氏体区硬度值，然后过此硬度值的点作一水平线与淬透性曲线相交（见图b），交点处对应的距离即为相应钢种的半马氏体区至水冷端的距离。该距离越大，钢的淬透性就越大。例如，45钢半马氏体区至水冷端的距离大约为3.3mm，而40Cr钢则为10.5mm左右，显然40Cr钢的淬透性比45钢大。淬透性在选择材料和制订热处理工艺时的应用淬透性在选择材料和制订热处理

33、工艺时的应用 先在图中找到钢材直径的水平线与“表面”、“3/4半径”、“1/2半径”和“中心”曲线的交点，并由此找到它们相应的距试样末端的距离d，然后利用这些d值在钢的淬透性曲线上找到它们相应的硬度值。2 利用淬透性曲线可推导圆钢淬火后横利用淬透性曲线可推导圆钢淬火后横断断面上的硬度分布面上的硬度分布例1、有一圆柱形工件，直径为35mm,要求油淬（H=0.4）后心部硬度大于HRC45,请问能否采用40Cr?HRC35平面部位平面部位凹槽部位凹槽部位3）淬火前残存应力及加热冷却不均匀对变形的影响）淬火前残存应力及加热冷却不均匀对变形的影响3.4.3 淬火裂缝淬火裂缝 主因：淬火应力过大主因：淬火

34、应力过大 其它：非金属夹杂物、碳化物偏析、粗其它：非金属夹杂物、碳化物偏析、粗大第二相、微小裂纹大第二相、微小裂纹 钢材强度减弱钢材强度减弱1 1） 特点：轴向方向、由表特点：轴向方向、由表面向心部面向心部的深度较大。的深度较大。 1 纵向裂缝纵向裂缝纵向裂缝纵向裂缝2） 原因：组织应力过大；带原因：组织应力过大；带状夹杂物；状夹杂物；淬火前既存裂缝。淬火前既存裂缝。 常发生于大型轴类零件上常发生于大型轴类零件上2 横向裂缝和弧形裂缝横向裂缝和弧形裂缝横向裂缝横向裂缝 特点：垂直轴线方向、由特点：垂直轴线方向、由内向外，未淬透时由热应力内向外，未淬透时由热应力产生。产生。 原因：气孔；夹杂物；

35、锻原因：气孔；夹杂物；锻造裂缝、白点等冶金缺陷。造裂缝、白点等冶金缺陷。1） 横向裂缝横向裂缝2） 弧形裂缝弧形裂缝 特点：热应力引起；工件特点：热应力引起；工件内部或尖锐棱角、凹槽及孔内部或尖锐棱角、凹槽及孔洞附近，呈弧形分布。洞附近，呈弧形分布。 特点：分布在工件表面、深度较小特点：分布在工件表面、深度较小(0.01-1.5mm)3 表面裂缝表面裂缝 钢件的表面裂缝钢件的表面裂缝0.02mm0.40.5mm0.60.7mm1.01.3mm 4. 其它淬火缺陷其它淬火缺陷l 淬火硬度不足淬火硬度不足l 氧化和脱碳氧化和脱碳l 软点软点减少淬火变形和防止淬火开裂的措施减少淬火变形和防止淬火开裂

36、的措施1）正确选材）正确选材 如选择淬透性好的材料如选择淬透性好的材料2）合理设计工件形状）合理设计工件形状 如避免截面形状悬殊的零件如避免截面形状悬殊的零件3）合理消除材料缺陷）合理消除材料缺陷 如淬火前锻造和预备热处理如淬火前锻造和预备热处理4）合理制定热处理工艺）合理制定热处理工艺 如加热温度、冷却速度、如加热温度、冷却速度、 回火、操作方法等回火、操作方法等3.53.5 确定淬火工艺规范的原则淬火工艺确定淬火工艺规范的原则淬火工艺方法及其应用方法及其应用淬火工艺规范淬火工艺规范:加热方式、加热温度、加热时间、冷却介质及冷却方式等。确定规范的依据确定规范的依据n工件图纸及技术要求工件图纸

37、及技术要求;n所用材料牌号所用材料牌号;n相变点相变点;n过冷奥氏体等温或连续冷却曲线过冷奥氏体等温或连续冷却曲线;n端淬曲线端淬曲线;n原始组织原始组织;n加工工艺路线。加工工艺路线。对高合金钢（尺寸大、形状复杂），采用预热炉(周期作业)预热，或分区(连续炉)加热等方式进行加热3.5.1 淬火加热方式及加热温度的确定原则淬火加热方式及加热温度的确定原则1 采用保护气氛加热或真空加热/盐浴 一般最终热处理工序毛坯或棒料的调质处理采用普通空气介质中加热2 装炉方式：热炉装料一一 加热方式加热方式3 加热温度加热温度主要根据钢的相变点来确定主要根据钢的相变点来确定亚共析钢加热温度为Ac3+3050

38、 ；原因：n 若在Ac1Ac3加热，则得到A+F两相组织,淬火冷却后,铁素体保存下来，导致硬度不均匀，强度和硬度降低。n 若在Ac3以上3050加热得到A组织，冷却后得到细小的马氏体，强度和硬度较高。n 若加热温度在Ac3以上, 得到粗大的奥氏体晶粒，冷却后得到粗大马氏体，降低强度和硬度。例题：例题：已知已知4545钢，钢，AcAc1 1=730,AC=730,AC3 3=780,=780,试确定其淬火加热温度，并分析原因。试确定其淬火加热温度，并分析原因。过共析钢过共析钢AcAc1 1+30+305050O OC C原因：原因：n 若加热温度在若加热温度在AcAc1 1AcAccmcm之间之

39、间, , 得到细小的奥氏体得到细小的奥氏体晶粒和未溶解碳化物晶粒和未溶解碳化物, ,淬淬火后得到隐晶马氏体和颗火后得到隐晶马氏体和颗粒状碳化物，提高强度、粒状碳化物，提高强度、硬度和耐磨性。硬度和耐磨性。n 若加热温度高于若加热温度高于AcAccmcm，碳化物溶解，得到粗大的碳化物溶解，得到粗大的奥氏体晶粒，并且含碳量奥氏体晶粒，并且含碳量增加；增加；l 一方面，淬火后得到粗大的片状马氏体（孪晶马氏体），显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。l 另一方面，由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。例题：已知T12钢，Ac1=730,ACcm=82

40、0,试确定其淬火加热温度，并分析原因。l 在工件尺寸大，加热速度快的情况下，淬火温度可取Ac3+5080；l 另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高的加热温度，细晶粒钢Ac3+100。l 形状复杂件，易变形工件，加热速度较慢，淬火温度取下限。l 考虑原始组织时：l 如果先共析铁素体比较大或珠光体片间距较大，为加速奥氏体的均匀化过程，淬火温度取高一些。l 对合金含量较高的钢，为加速合金碳化物的溶解，合金元素（均匀化）,采用较高的淬火加热温度。其它影响淬火温度的因数其它影响淬火温度的因数1）工件整个截面加热到预定淬火温度的时间；3.5.2 淬火加热时间的确定原则淬火加热时间的确定原则1 淬火

41、加热时间组成淬火加热时间组成2） 在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化的时间；2 实际生产实际生产p 升温时间和保温时间，通称为淬火加热时间；p 升温时间包括相变重结晶时间；p 保温时间包括碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需时间；常用经验公式计算，通过试验最终确定3 加热时间确定加热时间确定加热时间，(min)；加热系数，(minmm)； K装炉修正系数； D零件有效厚度(mm)；DK 1）表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关，可查表。常用经验公式计算，通过试验最终确定3 加热时间确定加热时间确定加热时间，(min)；加热系数，(minmm

42、)； K装炉修正系数； D零件有效厚度(mm)；DK 1）表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关，可查表。2） K是考虑装炉的多少而确定的。装炉量大时，K值也应取得较大，一般由实验确定，通常为1.52.0 min/mm。3） 零件有效厚度D的计算原则 圆柱体取直径，正方形截面取边长，长方形截面取短边长，板件取板厚，套筒类工件取壁厚，圆锥体取离小头2/3长度处直径，球体取球径的0.6作为有效厚度D。保温时间的确定保温时间的确定3.5.3 淬火介质及冷却方式的选择与确定淬火介质及冷却方式的选择与确定淬火介质的淬火介质的选择与冷却方式确定结合起来考虑。选择与冷却

43、方式确定结合起来考虑。p 在满足工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈在满足工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈度最低的淬火介质；度最低的淬火介质；p 在相当于被淬火钢的过冷在相当于被淬火钢的过冷A最不稳定区有足够的冷却最不稳定区有足够的冷却能力，而在能力，而在M转变区其冷却速度却又很缓慢；转变区其冷却速度却又很缓慢；p 淬火介质的淬火介质的的冷却特性在使用过程中应该稳定，长期使的冷却特性在使用过程中应该稳定，长期使用和存放不易变质，价格低廉，且无毒及无环境污染；用和存放不易变质，价格低廉，且无毒及无环境污染；3.5.4 淬火方法及其应用淬火方法及其应用1 单液淬火法单液淬火法 把已加热到淬

44、火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。常用于形状简单的碳常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。钢和合金钢工件。2）应用）应用n特点：u操作简单；u易产生淬火应力，导致工件变形或开裂。 碳钢：碳钢：3-5mm，水淬，水淬 3-5mm，油淬油淬 各种牌号的合金钢，油淬。各种牌号的合金钢，油淬。 为了减少工件与淬火介质之间的温差，减小内应力，可以为了减少工件与淬火介质之间的温差，减小内应力，可以把欲淬火工件，在淬入淬火介质之前，先空冷一段时间的把欲淬火工件，在淬入淬火介质之前，先空冷一段时间的方法，称为方法，称为预冷淬火法预冷淬火法。2 2 中断淬火法中断淬火法( (双淬火介质淬火法或双液淬火双淬

45、火介质淬火法或双液淬火) ) 把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点，然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温，以达到不同淬火冷却温度区间，并有比较理想的淬火冷却速度。目的：目的：获得较高的硬度层和淬硬层深度，减少内应力及防止发生淬火开裂。n 特点：l 保证了获得较高的硬度层和淬硬层深度。l 可减小内应力及防止发生淬火开裂。l 分级淬火的停留时间难把握。n 说明：一般用水做快冷淬火介质，用油或空气做慢冷淬火介质，但较少采用空气，在水中停留时间为每56mm有效厚度约1秒。n 适用条件： 尺寸较大的碳素钢工件。把工件从奥氏体化温度直接淬入水中，保持一定时间后，把工件从奥氏体化

46、温度直接淬入水中，保持一定时间后，取出在空气中停留，由于心部热量的外传使表面又被加取出在空气中停留，由于心部热量的外传使表面又被加热回火，同时沿工件截面温差减小，然后再将工件淬入热回火，同时沿工件截面温差减小，然后再将工件淬入水中保持很短时间，再取出在空气中停留，如此往复数水中保持很短时间，再取出在空气中停留，如此往复数次，最后在油中或空气中冷却。次，最后在油中或空气中冷却。3中断淬火法的另种方式中断淬火法的另种方式主要用于碳钢制的大型工件，以减少在水中淬火主要用于碳钢制的大型工件，以减少在水中淬火时的内应力。显然这种方法不能得到很高的硬度。时的内应力。显然这种方法不能得到很高的硬度。应用应用

47、:3 3喷射淬火法喷射淬火法n概念：向工件喷射水流的淬火方法。概念：向工件喷射水流的淬火方法。n说明：说明：l水流可大可小，视所要求的淬火深度而定；水流可大可小，视所要求的淬火深度而定；l用此法，不会在工件表面形成蒸汽膜，能保用此法，不会在工件表面形成蒸汽膜，能保证比普通水中淬火更深的淬硬层；证比普通水中淬火更深的淬硬层；l水流应细密，工件上下运动或旋转。水流应细密，工件上下运动或旋转。n适用条件：适用条件：l 主要用于局部淬火。主要用于局部淬火。 注意事项注意事项：局部淬火时，因未经水冷的部分：局部淬火时，因未经水冷的部分冷却较慢，为了避免已淬火部分受未淬火部分残冷却较慢，为了避免已淬火部分

48、受未淬火部分残留热量的影响，工件一旦全黑，立即将整个工件留热量的影响，工件一旦全黑，立即将整个工件淬入水中或油中淬入水中或油中。应用应用:用于局部淬火。用于局部淬火。把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变。 4 分级淬火法分级淬火法分级淬火的有点：p减少了热应力；pM转变的不同时现象减少； 高于或略低于马氏体点，当低于马氏体点时，由于温度比较低，冷却较剧烈，故可用于较大工件的淬火。 各种碳素工具钢和合金工具钢(Ms=200-250)淬火时，分级温度选择在250附近，但经常选用120-150

49、，甚至100。淬火介质的温度（分级温度）淬火介质的温度（分级温度）应用：只适用于尺寸较小的工件。应用：只适用于尺寸较小的工件。 比该分级温度下奥氏体等温分解的孕育期短，同时应尽量使工件内外温度均匀。分级保持时间分级保持时间 高于高于Ms点分级温度的分级淬火，应用于工具制造业，点分级温度的分级淬火，应用于工具制造业，可进行矫直和矫正可进行矫直和矫正。对碳钢，适用于直径对碳钢，适用于直径8-10mm工具。工具。 分级淬火温度低于分级淬火温度低于Ms点，因工件自淬火剂中取出时，点，因工件自淬火剂中取出时，已有一部分奥氏体转变成马氏体。已有一部分奥氏体转变成马氏体。 用于尺寸较大的工件用于尺寸较大的工

50、件(碳钢工具可达碳钢工具可达10-15mm直径直径)时，时，不引起应力及淬火裂缝。不引起应力及淬火裂缝。工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度（度（稍高于稍高于MsMs点温度的盐或碱浴点温度的盐或碱浴），使之完成奥氏体），使之完成奥氏体的等温转变，获得的等温转变，获得下贝氏体下贝氏体组织。组织。 5 等温淬火法等温淬火法目的：目的：减小内应力，获得变形少、硬度较高并兼有良好韧性减小内应力，获得变形少、硬度较高并兼有良好韧性的工件。的工件。应用：用于处理形状复杂，尺寸要求精确，并且硬度和韧性都应用：用于处理形状复杂，尺寸要求精确，并且硬度和

51、韧性都要求较高的工件要求较高的工件如：各种冷、热冲模，成型刃具，弹簧等如：各种冷、热冲模，成型刃具，弹簧等温度越低，硬度越高，比容增大，体积变形也相应增加。McMs+30区间等温可获得良好的强度和韧性。主要由钢的C曲线及工件要求的组织性能而定；等温温度等温温度等温时间等温时间根据心部冷却至等温温度所需时间，再加上C曲线在该温度下完成等温转变所需时间而定。冷却方式冷却方式等温后，一般采用空冷。3.6 3.6 钢的回火钢的回火l 回火概念：回火概念：将淬火零件重新加热到低于临界点（A1)某一温度，保温后空冷到室温的热处理工艺称为回火。回火时的转变称为回火转变。l 回火原因回火原因淬火后得到的是马氏

52、体或马氏体与残余奥氏体，在室温下为亚稳定状态，都趋于向铁素体加渗碳体（碳化物）的稳定状态变化。回火目的：提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性；回火目的：提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性； 降低或消除淬火引起的残余应力；降低或消除淬火引起的残余应力； 稳定尺寸稳定尺寸随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化： 马氏体中碳原子偏聚（80100） 马氏体的分解（80250），产物：M回 残余奥氏体的转变（200300），产物： M回（主要）+ B下（微量） 碳化物析出和转变（250400），产物：T回 相状态变化及碳化物聚集长大（400 )， 产物： S回一、淬火钢在回火时的组织转变一、淬火钢在回火时的组

53、织转变但各阶段也不是单独发生，而是相互重叠的。但各阶段也不是单独发生，而是相互重叠的。一、淬火钢在回火时的组织转变一、淬火钢在回火时的组织转变( (一一) )、马氏体中碳原子的、马氏体中碳原子的偏聚偏聚（时效阶段）（时效阶段） (80100以下以下) l 马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体，存在于体心立方扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马氏体处于不稳定状态。l 为了降低能量，在100左右，碳原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的碳的富集区。例如：含碳0.21%的Fe-C合金，奥氏体化后淬火，150回火10分钟，用原子探针测得基底含碳0.03 %，而板条马氏体的条界碳含量

54、为0.42 %，说明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条。( (二二) )、马氏体的分解、马氏体的分解l此过程发生在温度高于100时，随回火温度的升高及时间的延长，富集区的碳原子发生有序化然后转变为碳化物。l高碳钢在350以下回火时，马氏体分解后形成的低碳相和弥散碳化物组成的复相组织称为复相组织称为回火马氏体回火马氏体。低碳马氏体，低于150无碳化物析出，只有C偏聚；高于200，马氏体中可析出稳定碳化物；l在光学显微镜下呈黑色针状。( (三三) )、残余奥氏体的、残余奥氏体的转变转变（200-300 ）l 残余奥氏体在250300间回火时发生分解；l 残余A分解成为碳化物和过饱和，但组织仍是回火马氏

55、体（或下贝氏体）；l 在回火第二阶段中，残余A转变为回火马氏体的同时，M还在继续分解；l M的继续分解会使钢的硬度降低，但由于较弱的残余A转变成较硬的下贝氏体，因此钢的硬度并没有明显降低，但淬火内应力进一步减小。( (四四) )、碳化物的转变、碳化物的转变l 马氏体分解及残余奥氏体转变形成的碳化物是亚稳定的过渡相。当回火温度升高到250400时，碳化物则向更稳定的碳化物转变。l 碳钢中比碳化物稳定的碳化物由两种：一种是x碳化物，分子式Fe5C2，具有单斜晶格。另一种是更稳定的碳化物，即渗碳体。含C1.34%高碳马氏体回火时三种碳化物的析出范围 l当回火温度升高到400以后，淬火马氏体完全分解，

56、但相仍保持针状外形，先前形成的碳化物以及碳化物此时已经消失，全部转变为碳化物，即渗碳体。l当回火温度升高到400 以上时，片状渗碳体长度和宽度之比逐渐缩小，最终形成细小的粒状渗碳体。l这种由针状相和细颗粒状渗碳体组成的机械混合物称为回火屈氏体。( (五五) )渗碳体的聚集长大以及渗碳体的聚集长大以及相相再结晶再结晶l 当回火温度超过600时，细粒状渗碳体迅速聚集并粗化。l 在碳化物聚集长大的同时，相状态在不断变化。l 当回火温度为400600时，由于马氏体分解、碳化物转变以及聚集长大，使相的晶格畸变大大减少，因此残余应力基本消除。碳含量为0.3%钢回火时第一类内应力的变化相也会发生n 在400

57、以上时，开始回复，即板条界的位错通过攀移、滑移而消失。位错密度下降，板条合并、变宽。n 当亚结构为孪晶时，经400回火后也消失，但片状特征仍存在n在600以上时，开始再结晶，位错密度低的板条块长大，形成多边形（等轴）铁素体晶粒和粗粒状碳化物的机械混合物，称为回火索氏体 。n孪晶马氏体在600以上回火时，片状特征也消除，得到回火索氏体。 总总 结结 淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的组织：淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的组织：l 350350以下回火，得到针状以下回火，得到针状相相+ + 碳化物，即回火马碳化物，即回火马氏体氏体 ( (碳化物存在于板条或片内碳化物存在于板条或片内) )，记

58、作，记作M M；l 400400500500回火，得到针状回火，得到针状相相+ +细粒状细粒状碳化物，碳化物，即回火屈氏体记作即回火屈氏体记作T T ；l 500500650650回火，得到多边形回火，得到多边形相相+ +粗粒状粗粒状碳化物碳化物，即回火索氏体，记作，即回火索氏体，记作SS。 共析碳钢淬火回火后的组织与性能共析碳钢淬火回火后的组织与性能回火组织回火组织组织本质组织本质主要性能特点主要性能特点回火马氏体回火马氏体碳在碳在-Fe-Fe中的中的过饱和固溶体与过饱和固溶体与弥散的弥散的碳化物碳化物组成的复相组织组成的复相组织保持马氏体的高硬度和耐磨性，但脆保持马氏体的高硬度和耐磨性，但

59、脆性有所降低，塑性和韧性提高。性有所降低，塑性和韧性提高。回火屈氏体回火屈氏体保持马氏体形态保持马氏体形态的铁素体与细粒的铁素体与细粒状渗碳体的复相状渗碳体的复相组织组织高的弹性极限，较高的屈服强度高的弹性极限，较高的屈服强度回火索氏体回火索氏体多边形（或等轴）多边形（或等轴）铁素体和粒状渗铁素体和粒状渗碳体的复相组织碳体的复相组织良好的综合力学性能良好的综合力学性能转变产物转变产物珠光体型珠光体型珠光体珠光体索氏体索氏体屈氏体屈氏体粒状珠光体粒状珠光体符号符号P PS ST TP P粒粒转变温度转变温度（）A A1 1650650650650600600600600550550A A1 16

60、50650组织本质组织本质奥氏体发生共析反应生成的铁素体和渗碳体的混合奥氏体发生共析反应生成的铁素体和渗碳体的混合物物相变类型相变类型扩散型扩散型组织形态组织形态层片状层片状细层片细层片状状极细层极细层片状片状在铁素体基体上分布着在铁素体基体上分布着粒状粒状FeFe3 3C C硬度硬度HRCHRC101025252525353535354242比片状珠光体硬度低比片状珠光体硬度低其它性能特其它性能特点点片层间距越小，强度和塑片层间距越小，强度和塑性越好性越好与片状珠光体比较，强与片状珠光体比较，强度低，而塑性、韧性好度低，而塑性、韧性好珠光体的组织与性能珠光体的组织与性能思考：1、回火屈氏体是