14 钢的热处理（3 钢的淬火与回火）

机械工程材料00.20.40.60.81.01.21.4含碳量%温度t/℃110010009008007000AF+PPP+Fe3CF+AA+Fe3C第五章钢的热处理5.4钢的普通热处理5.4.2钢的淬火5.4.3钢的回火5.4.4钢的淬透性热处理的定义和分类钢的热处理5.4.2钢的淬火钢的相变点在相图中的位置8007006005004003002001000-100时间（对数坐标）10-1110102103104105A1A→P温度t/℃Ms水冷炉冷空冷油冷vkPSM+TM+A’钢等温冷却转变曲线的应用钢的热处理0.02180.772.11ESPA+Fe3CⅡP+Fe3CⅡPAF+PF+AAccmAc1Ac3A3Ar3AcmArcmA1Ar1淬火的定义：

淬火是将钢加热到Ac1或Ac3线以上30-50℃温度，保温后以高于上临界冷却速度快速冷却，以获得马氏体（或下贝氏体）组织的一种热处理工艺。淬火的目的：获得马氏体（或下贝氏体）组织钢的热处理5.4.2钢的淬火马氏体强化是钢最有效的强化手段，因此，淬火是钢的最重要的热处理工艺。5.4.2

钢的淬火1.淬火加热温度的选择

碳钢的淬火加热温度可根据Fe-Fe3C相图来确定。亚共析钢为Ac3+（30-50）℃共析钢、过共析钢为Ac1+（30-50）℃合金钢的淬火加热温度可根据其相变点来选择，但由于大多数合金元素在钢中都有具有细化晶粒的作用，因此合金钢的淬火加热温度可以适当提高。00.20.40.60.81.01.21.4含碳量%温度t/℃110010009008007000碳钢淬火的适宜加热温度范围AF+PPP+Fe3CF+AA+Fe3C钢的热处理5.4.2

钢的淬火00.20.40.60.81.01.21.4含碳量%温度t/℃110010009008007000碳钢淬火的适宜加热温度范围AF+PPP+Fe3CF+AA+Fe3C钢的热处理

45(wc=0.45%)钢正常淬火组织（M）

35(wc=0.35%)钢亚温淬火组织（M+F）5.4.2

钢的淬火00.20.40.60.81.01.21.4含碳量%温度t/℃110010009008007000碳钢淬火的适宜加热温度范围AF+PPP+Fe3CF+AA+Fe3C钢的热处理

过热马氏体组织

T12(wc=1.2%)钢正常淬火组织（针状M+颗粒状Fe3C+A'）5.4.2

钢的淬火2.加热保温时间的选择钢件的材料有效厚度加热介质装炉方式淬火加热的保温时间一般根据以下情况而定：一般按公式计算：τ＝KαD式中：τ：保温时间（min）；

K：炉系数（通常取1~1.5）；

α：加热系数（min／mm）；

D：钢件的有效厚度（mm）。钢的热处理工件有效厚度D是指加热时在钢件最快传热方向上的截面厚度，部分典型截面如图所示。5.4.2

钢的淬火3.淬火介质

钢件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火介质，淬火介质应具有足够的冷却能力、良好的冷却性能和较宽的使用范围，同时还应具有不易老化、不腐蚀零件、不易燃、易清洗、无公害、价廉等特点。目前常用的淬火介质：水、水溶性的盐类和碱类、矿物油钢的热处理5.4.2

钢的淬火理想淬火介质钢件淬火时理想的冷却曲线如图所示，能使工件达到这种理想冷却曲线的淬火介质称为理想淬火介质。时间温度钢的热处理生产中，最常用的淬火方法有：单介质淬火双介质淬火马氏体分级淬火贝氏体等温淬火此外，还有预冷淬火、局部淬火、深冷淬火、冷处理等。5.4.2

钢的淬火4.淬火的主要方法

把加热、保温后的工件直接投入到某一冷却介质中冷却到室温的淬火方法，如图中曲线１所示。此法在实际生产中常用，其冷却介质为油、水和NaO／NaOH水溶液等。此法主要用于形状比较简单、不易变形和开裂的工件。单液淬火法钢的热处理5.4.2

钢的淬火

将工件加热奥氏体化后先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未到达该淬火介质温度（Ms）之前即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等，这种淬火方法称为双液淬火法，或双介质淬火法，如图中曲线２所示。 采用此法，既能得到马氏体组织，又能避免淬火过程中的变形和开裂。双液淬火法钢的热处理5.4.2钢的淬火

工件加热奥氏体化后随之浸入温度稍高于钢的Ms点的液态介质（盐浴或碱浴炉）中，保温适当时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺称为分级淬火法。此法也称马氏体分级淬火，如图中曲线３所示。 此法能较好地避免工件在淬火过程中的变形和开裂，适用于变形要求严、尺寸较小的工件。分级淬火法钢的热处理5.4.2

钢的淬火

工件加热奥氏体化后随之快冷到下贝氏体转变温度区间（稍高于Ms点）保温，使奥氏体转变为下贝氏体的淬火方法称为等温淬火。此法也称贝氏体等温淬火，见图中曲线4。 此法是为了获得性能较好的下贝氏体组织，适用于变形小、形状复杂精度高的工件。等温淬火法钢的热处理5.4.3淬火钢的回火

钢件经淬火后虽然具有高的硬度和强度，但脆性较大，并存在有较大的淬火应力。回火一般在淬火后随即进行，淬火与回火常作为零件的最终热处理工艺。未经淬火的钢，回火是没有意义的。淬火钢不经回火一般也不能直接使用，这是因为：（1）钢件淬火时会产生很大的内应力，如不及时消除，将会引起工件的变形甚至开裂；（2）淬火组织中的马氏体和残余奥氏体都处于亚稳定状态，室温下会自发地向稳定组织转变，从而引起工件形状、尺寸和性能的变化；（3）淬火钢强度、硬度高，但弹性、塑性和韧性都很低，无法满足实际使用性能的要求。钢的热处理5.4.3淬火钢的回火回火的目的（1）减少或消除内应力，降低钢的脆性，防止工件进一步变形和开裂；（2）促进马氏体和残余奥氏体的分解，转变为平衡或接近平衡的稳定组织，以稳定工件的尺寸和形状；（3）调整工件的内部组织，以获得所需要的力学性能（强度、硬度、塑性和韧性的良好配合）；（4）对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，采用回火软化既可降低硬度，又能缩短软化周期。钢的热处理淬火钢在回火时的组织转变可分为：马氏体的分解残余奥氏体的转变碳化物类型的转变渗碳体的聚集长大700600500400300200100时间（对数坐标）马氏体分解残余奥氏体转变碳化物转变渗碳体聚集长大和碳化物再结晶温度钢的热处理5.4.3淬火钢的回火650550450350250150时间（对数坐标）温度/℃500低温回火高温回火中温回火回火方法58~64HRC硬度值35-50HRC220~330HBW回火马氏体产物回火托氏体回火索氏体应用螺栓、连杆、齿轮及轴类弹性零件及热锻模具刃具、量具、渗碳淬火件和表淬件第一类回火脆性（不可逆回火脆性，须避免）第二类回火脆性（可逆回火脆性）钢的热处理5.4.3淬火钢的回火回火工艺的选定：首先根据工件所要求的硬度范围确定回火温度然后再根据工件材料、尺寸、装炉量和加热方式因素确定回火时间，一般为１～３h。

回火时的冷却一般为空冷，某些具有高温回火脆性的合金钢在高温回火时必须快冷，避免产生回火脆性。回火温度/℃Ak/J300500快冷钢的热处理5.4.3淬火钢的回火钢的淬透性

钢件在淬火时，截面上各处的冷却速度是不同的。

表面的冷却速度最大，越到中心冷却速度越小。如果钢件中心部分低于临界冷却速度，则心部将获得非马氏体组织，即钢件没有淬透。

在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性称为钢的淬透性，通常以钢在规定条件下淬火时获得淬硬深度的能力来衡量。

所谓淬硬深度，就是从淬硬的工件表面量至规定硬度处的垂直距离。钢的热处理5.4.4

钢的淬透性5.4.4

钢的淬透性

淬硬深度的测量——从淬硬的工件表面量至规定硬度处的垂直距离。钢的热处理表示距水冷端6mm处的硬度值为