空气动力学与飞行原理课件 15-钢的淬火与回火

4.4钢的淬火与回火课前回顾任务实施

1.热处理工艺有哪些？哪些是作为预备热处理？哪些是作为最终热处理？2.有哪些退火方法？退火方法对应的目的和适用范围是什么？3.退火有什么目的和用途？4.退火和正火有什么区别？如何选择？精益求精“工匠精神”，是指工匠对自己产品精雕细琢、精益求精的精神理念，是工匠在生产实践中凝聚形成的务实严谨、专注专一的可贵品质。

2016年的春天，工匠精神第一次正式写入政府工作报告。一个充满活力的创新中国，离不开天马行空的“磅礴才气”，也需要脚踏实地的“匠心独具”。倡导工匠精神、呼唤匠心归来。知识目标1.掌握淬火的工艺流程和分类；2.熟悉回火的工艺流程；3.掌握退火和正火的选用原则。能力目标会根据零件性能要求选择合适的热处理工艺。教学目标素质目标1.具有中国工匠精神；2.具有中华民族自豪感。一、淬火一、淬火定义：淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火是应用最广的热处理工艺之一。目的：为获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性等性能。1、淬火的基本概念一、淬火①淬火温度亚共析钢：Ac3+30-50℃共析钢：Ac1+30-50℃过共析钢：Ac1+30-50℃②预备热处理亚共析钢：退火或正火共析钢：球化退火过共析钢：

球化退火1、淬火的基本概念一、淬火③淬火后的组织亚共析钢：M（<0.6C），M+A′（>0.6C）45钢(含0.45%C)正常淬火组织65钢(0.60%C)淬火组织1、淬火的基本概念一、淬火③淬火后的组织共析钢：（M+A′）1、淬火的基本概念一、淬火③淬火后的组织过共析钢：M+颗粒状Fe3C+A′T12钢（含1.2%C）正常淬火组织1、淬火的基本概念一、淬火④淬火介质大于临界冷却速度→马氏体快冷→内应力大→工件的变形和开裂矛盾解决手段选择较理想的淬火冷却介质改进冷却方法2、淬火介质一、淬火问题：（1）要想全部获得马氏体组织，冷却速度应该如何？（2）冷却速度过快会出现什么问题？（3）两者之间是否存在有矛盾？2、淬火介质一、淬火理想冷却曲线:

慢（C曲线鼻子温度以上）——快（C曲线鼻子温度附近）——慢（C曲线鼻子温度以下）但目前还没有找到某种淬火介质具有理想冷却曲线。2、淬火介质一、淬火纯水和盐水；油；熔盐；专业淬火介质。（油基，水基）水的冷却能力强，但低温冷却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间，用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。2、淬火介质一、淬火单液淬火；双液淬火；分级淬火；等温淬火；深冷处理。3、淬火方法一、淬火A.单液淬火法：形状简单的工件。（单介质淬火）3、淬火方法一、淬火B.双液淬火法：技术要求高，可以防止裂纹产生。3、淬火方法一、淬火C.分级淬火法：小截面零件。可以减少应力，减少变形与开裂。3、淬火方法一、淬火D.等温淬火法：获得下贝氏体组织，用于要求有较高强韧性的工模具和弹簧等零件。3、淬火方法一、淬火3、淬火方法淬火方法冷却方式应用范围单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火一、淬火3、淬火方法淬火方法冷却方式应用范围单液淬火浸入一种淬火介质中，进行连续冷却。尺寸小、形状简单的工件双液淬火浸入到水中，待冷却至300℃左右时迅速转移至油中冷却。尺寸较大的碳钢件分级淬火经加热后淬火到一种淬火介质中，待表面温度和中心温度趋于一致后，在空气中进行冷却。小截面零件等温淬火加热后的工件淬入一种淬火介质中进行长时间保温，然后取出在油中和空气中继续冷却。要求有较高强韧性的工模具和弹簧等零件一、淬火（1）钢的淬透性

钢的淬透性大小常用临界淬透直径表示，他是一种很直观的衡量淬透性的方法。是指钢材在某种介质中淬火后，心部得到全部马氏体的最大直径，以D0表示。

4、淬火工艺指标一、淬火4、淬火工艺指标（1）钢的淬透性一、淬火影响淬透性的因素：因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素。除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高。奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。4、淬火工艺指标（1）钢的淬透性一、淬火一般规律：表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致：如螺栓、连杆、锻模、锤杆（承受拉压载荷），选用淬透性高的钢。表面心部力学性能不一致（表面强度硬度要求高一些，心部塑性韧性要求高），组织可以不一致：如轴类零件（承受弯扭载荷），冷镦模具、齿轮。选用淬透性低的钢。焊接件：选用淬透性低的钢。（1）钢的淬透性4、淬火工艺指标一、淬火钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性。淬硬性主要决定于马氏体中碳质量分数。T12钢：淬火后硬度为62HRC～65HRC。45钢：淬火后硬度为55HRC～58HRC。刃具、冷作模具要求有很高的淬硬性。4、淬火工艺指标（2）钢的淬硬性一、淬火相同点：均是钢本身固有属性淬透性——钢淬火时获得M的能力；淬硬性——钢淬火时的硬化能力。区别钢的实际淬硬层深度与工件形状、大小、冷却介质、淬透性有关；淬硬性主要取决于M的含碳量。淬硬层越深，说明淬透性越好；淬透性对钢的力学性能影响很大，工件截面尺寸很大时，更加显著。4、淬火工艺指标（3）淬透性与淬硬性的异同一、淬火氧化与脱碳氧化——钢在加热时，铁和合金元素与氧化性介质作用在工件表面生成氧化膜的现象。脱碳——钢在加热时，钢表层中的碳与周围介质中氧、二氧化碳等发生化学反应，生成含碳气体逸出钢外，使钢表层含碳量下降。氧化会使工件尺寸减小，表面粗糙度增加。脱碳会降低钢的表面硬度、耐磨性和抗疲劳能力。氧化脱碳还会增加淬火开裂倾向。为了防止工件在加热时氧化和脱碳，生产中常采用脱氧良好的盐浴加热、保护气氛加热、真空加热、高温短时加热等工艺方法。4、淬火缺陷及其防止一、淬火硬度不足硬度不足是指工件上较大区域内的硬度达不到技术要求。形成此缺陷的原因很多，主要是：淬火冷却能力不足；淬火加热温度过低或保温时间短，淬火组织中存在珠光体或铁素体；表面脱碳降低了钢的淬硬性。对于硬度不足的工件可以重新淬火（即返修）。但在重新淬火前，应对工件进行一次退火、正火或高温回火以消除淬火应力，防止在重新淬火的过程中产生更大的变形甚至开裂。4、淬火缺陷及其防止一、淬火变形与开裂热应力——在淬火冷却过程中，由于工件内外温差而导致热胀冷缩不一致，由此而产生的应力。组织应力——在组织转变过程中，由比容的变化而产生的内应力。热应力和组织应力是是工件形成淬火内应力的根源，会使工件变形甚至开裂。变形不大的零件，在淬火和回火后进行矫直；变形较大或出现裂纹时，零件只好报废。在实际生产中，为减少淬火件变形，防止工件开裂，需注意正确选择材料和合理设计工件结构。4、淬火缺陷及其防止一、淬火问题1：淬火试样为什么会产生裂纹？工件淬火冷却，过冷奥氏体向马氏体转化时体积要膨胀，同时由于冷却时零件各部分存在着温度的差异，组织转变也不能同时进行，所以将会形成淬火内应力。当淬火应力超过钢的屈服点时，工件将变形；超过钢的抗拉强度时，工件将产生裂纹。一、淬火问题1：淬火试样为什么会产生裂纹？问题2：如何解决这一问题？二、回火回火是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却的工艺。回火的目的：减少或消除淬火内应力，防止变形或开裂。获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。稳定尺寸。淬火M和A′都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A′转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。1.回火的基本概念二、回火未经淬火的钢回火无意义。淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火（2-3小时之内）。螺杆表面的淬火裂纹1.回火的基本概念二、回火淬火钢回火时马氏体的碳质量分数、残余奥氏体量、内应力及碳化物尺寸随温度的变化规律。2.回火的种类以及组织变化二、回火回火时的性能变化：总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。2.回火的种类以及组织变化二、回火低温回火（150--250℃）2.回火的种类以及组织变化二、回火低温回火（150--250℃）组织：回火M——极细ε碳化物+过饱和α相目的：↓内应力，↓脆性，保持高硬度和耐磨性适用：工具，量具，轴承（高碳钢，渗碳件，表面淬火件）一般硬度：HRC58--622.回火的种类以及组织变化二、回火低温回火（150--250℃）需经低温回火处理后使用的零件2.回火的种类以及组织变化中温回火（350--500℃）2.回火的种类以及组织变化二、回火二、回火中温回火（350--500℃）组织：回火T--针状过饱和F+极细Fe3C目的：获得高σs，σe适用：弹簧，扳手（中高碳钢）一般硬度：HRC35--452.回火的种类以及组织变化二、回火中温回火（350—500℃）需经中温回火处理后使用的零件2.回火的种类以及组织变化二、回火高温回火（大于500℃）2.回火的种类以及组织变化二、回火高温回火（大于500℃）组织：回火S--粒状渗碳体+铁素体目的：良好的综合力学性能适用：各种螺栓、连杆、传动轴联接件和传动件等。一般硬度：200-330HBS2.回火的种类以及组织变化二、回火高温回火（大于500℃）需经高温回火处理后使用的零件2.回火的种类以及组织变化二、回火调质处理

工业生产中，常把淬火后在加高温处理回火的联合工艺成为调质。调质处理主要用于各类重要的结构零件，特别是那些在交变载荷下工作的连杆、螺栓、齿轮和轴。

调质处理后的组织为回火S，其组织强度高，塑性、韧性好，具有良好的综合力学性能。调质处理=淬火+高温回火调质后的组织：回火索氏体（回火S）；性能：强度高，塑性、韧性好，具有良好的综合力学性能。2.回火的种类以及组织变化回火类型低温回火中温回火高温回火（调质处理）回火温度获得组织组织性能适用范围二、回火2.回火的种类以及组织变化回火类型低温回火中温回火高温回火（调质处理）回火温度150--250℃350--500℃大于500℃获得组织M回火T回火S回火组织性能高硬度和耐磨性高弹性极限和屈服强度良好的综合力学性能适用范围工具，量具，轴承等要求高硬度的零件弹性零件各种螺栓、连杆、传动轴联接件和传动件等二、回火2.回火的种类以及组织变化二、回火回火脆性随着回火温度的提高，钢的冲击韧性在250～400℃和500～600℃两个回火温度区出现明显的下降，如图所示。这种随回火温度提高而冲击韧度下降的现象称为钢的回火脆性。二、回火回火脆性

（1）低温回火脆性这类回火脆性发生在250～400℃之间，也称第一类回火脆性。其产生的原因是ε碳化物转变为薄片状渗碳体，沿马氏体晶界析出，破坏了马氏体之间的连续性，使韧性下降。几乎所有的钢都产生低温回火脆性。不在该回火温度区间回火（弹簧钢除外）或使用含Si的钢将脆化温度推向高温，可防止低温回火脆性产生。

（2）高温回火脆性这类回火脆性发生在500～600℃之间，也称第二类回火脆性，是由杂质和合金元素在晶界处偏聚而造成的，主要在含Cr、Mn、Si、Ni等