(第8章)钢的淬火与回火.ppt

1、,钢的淬火和回火,倪俊杰聊城大学材料科学与工程学院,QuenchingandTempingofSteel,8-1,主要内容,8.1、淬火概述8.2、钢的淬透性和淬硬性8.3、淬火应力及其控制8.4、钢的回火转变8.5、淬火/回火工艺制定,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,淬火定义：Ac1保温、适当冷却、获得M/BL(本质),淬火目的：提高强度、硬度、耐磨性,淬火必要条件：V=Vk(临界冷却速度),8.1、淬火概述,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-2,淬火介质,常用介质：水、油、盐水,钢的理想冷却曲线示意图,介质选用：

2、淬火能力或冷却能力足够；钢材不变形、不开裂,介质在一定温度范围内冷速大于Vk，在其它温度范围内冷速要低,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-3,在650-400温度范围内的冷却速度较小；在马氏体转变温度区的冷却速度特别快,水温对冷却特性影响很大,随水温提高，水的冷却速度降低。,循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力,水,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-4,在高温区冷却速度低,在500350间冷却速度最快,在低温区（350下）冷速较慢,油,在2080使用，对工件冷速影响不大,Chapter8QuenchingandTe

3、mpingofSteel,8-5,淬火方法,a,b,c,A1,MS,时间,温度,各种淬火方法示意,单液淬火：水、油、空气喷雾；简单易机械化，应力大,双液淬火：先水后油；小变形，少开裂；难操控,分级淬火：熔盐(碱)保温，后空冷；小变形，少开裂；时间受限,等温淬火：小变形，少开裂；综合性能高,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-6,8.2、钢的淬透性和淬硬性,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-7,比较两种钢的淬透性及淬硬性差异？,（注：料直径相同，在相同淬火介质中淬火）,Chapter8QuenchingandTempi

4、ngofSteel,8-8,端淬法,端淬试样冷却后，沿其长度方向磨出一狭条平面，每隔一定距离测量硬度值，绘出淬透性曲线.,淬透性端淬法测定,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-9,最常用的是末端淬火法（端淬法）测定钢的淬透性。将25100mm的标准试样加热后对末端进行喷水冷却(水压恒定)，试样末端相当于淬火零件的表面，距末端的距离越远，冷却速度越低，相当于淬火零件的内部。,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-10,淬透性表示方法：,d测试点至水冷端的距离（mm）,HRC测试点处的硬度值,J表示末端淬透性,例如：,即表示

5、：距水冷端5mm处试样硬度值为42HRC,即表示：距水冷端10mm处试样硬度值为3035HRC,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-11,断口检测法,适用于测量碳素工具钢的淬透性。规定试样尺寸为2020100mm，也可采用2223100mm试样。两种试样都要在试样侧面上刻一个35mm的刻槽。淬火温度为760、800及840。加热保温1520分后，淬入1030水中，淬火后用手锤将其折断。断口上“脆断区”的深度“h”即为其淬透层。,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-12,钢种不同而直经相同的园柱形试样(长度是直径的4倍)

6、，经奥氏体化后，在同样的冷却介质中冷却，然后在试样截面上沿直径测量硬度，得到U形硬度分布曲线，DH/D可作为淬透性高低的比较。,U曲线法,8-13,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,临界直径法,生产中也常用临界淬火直径表示钢的淬透性。临界淬火直径圆棒试样在某介质中淬火时所能得到的最大淬透直径（即心部被淬成半马氏体的最大直径），用Do表示。,在相同冷却条件下，Do越大，钢的淬透性越好。,8-14,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,淬透性影响因素,(1)含碳量的影响亚共析钢，C%C曲线右移Vk淬透性过共析钢，C%C曲线左移Vk

7、淬透性碳钢中以共析钢的淬透性最好。(2)合金元素的影响除Co以外，其它合金元素都使C曲线右移，Vk，淬透性提高，故合金钢的淬透性大大高于碳钢。,(3)奥氏体化温度的影响提高温度或延长保温时间，可使C曲线右移，Vk，淬透性提高，但作用有限，因为奥氏体晶粒会长大。,8-15,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-16,8.3、淬火应力及控制,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,回火定义：Ac1保温，冷到室温,回火目的：减小或消除淬火应力；提高韧性和塑形，获得硬度、强度、塑形、韧性的适当配合；稳定组织和尺寸,8-17,8.4、钢的

8、回火转变,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,6-18,20-100：碳原子偏聚,100-250：M分解,200-300：A分解,250-400：K分解,400-700：相回复再结晶，Fe3C球化粗化,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8.4.1碳的偏聚和聚集(室温200),例：Fe-0.21wt%C钢经过1000奥氏体化水淬获得马氏体组织，再经150回火10分钟，用原子探针可以测得基体的碳含量为0.029%，但板条马氏体边界的碳含量则高达0.42%，比平均的碳含量提高了一倍。,Chapter8QuenchingandTem

9、pingofSteel,8-19,例：Fe-0.78C-0.65Mn(wt%)钢，经过1200奥氏体化水淬获得马氏体组织，再经160回火一小时，用原子探针可以测得基体的碳含量为0.32%，但孪晶界的碳含量则高达1.83%,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-20,8.4.2.M分解(100250),100C时，随T，M中C%，晶格常数c，a正方度c/a过饱和程度下降,M发生分解(固溶强化消失),高碳M分解,低碳M分解,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-21,M中C%与回火温度/时间之间关系,Chapter8Quenc

10、hingandTempingofSteel,8-22,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-23,高碳M分解,对高碳孪晶M，固溶在M中过饱和C原子脱溶沉淀而析出()-K，在100M上，与M共格。,双相分解(80150),Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-24,单相分解(高于150),当温度高于150时，碳原子能够进行较长距离的扩散。析出的碳化物粒子可从较远处得到碳原子而长大，相中不同浓度可通过长程扩散消除。故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的相，其碳含量和正方度不断下降，当温度达到350时，正方度c/a接近1。此时

11、相中的碳含量已基本接近平衡状态，马氏体脱溶分解过程基本上结束,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-25,低碳板条M，在100200以下回火不析出K，C原子几乎完全偏聚在位错线附近，只有当温度高于200，才有可能通过单相分解析出碳化物，使基体的碳含量降低。中碳马氏体，兼有低碳马氏体和高碳马氏体的分解特征。,低碳及中碳M的分解,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-26,8.4.3.A转变(200300),Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-27,回火马氏体,Chapter8Quench

12、ingandTempingofSteel,8-28,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-29,8.4.4碳化物(K)析出与类型变化,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-30,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-31,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-32,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-33,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-34,8.4.5.K聚集球化和长大,

13、Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-35,8.4.6.相的回复与再结晶,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-36,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-37,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-38,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-39,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-40,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-41,Chapt

14、er8QuenchingandTempingofSteel,8-42,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-43,马氏体韧性,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-44,Chapter6MartensiteandItsTransformation,6-32,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-46,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-47,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-48,Chapter6Martens

15、iteandItsTransformation,6-37,回火时力学性能的变化,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-50,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-51,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-52,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-53,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-54,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-55,组织：淬火后得板条M和片状M混合组织，性

16、能变化介于低C和高C之间。250C回火时，随T强度，硬度，塑性不变，宏观应力未消除，呈脆性断裂。300C回火，变化与低C钢相似。,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-56,当M中K形成元素含量足够多时，500C以上回火会析出合金碳化物，细小的弥散分布的合金K将使已经因回火温度升高而下降的硬度重新升高，故称二次硬化。能引起二次硬化的合金K是M2C及MC型K，主要有Mo、W、V、Ti、Nb等。如高速钢W18Cr4V。二次硬化效应的大小取决于引起二次硬化的合金K的种类，数量，大小和形态。,二次硬化现象,Chapter8QuenchingandTempingofS

17、teel,8-57,随回火温度升高，一般是钢的强度、硬度降低，塑性升高，但冲击韧性不一定总是随回火温度升高而升高，有些钢在某些温度回火时，韧性反而显著下降的现象。,回火脆性,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-58,第一类回火脆性及防止方法,几乎所有的钢均有第一类回火脆性特征：再加热到更高温度时脆性可消失，若再在200350回火将不再出现称为不可逆回火脆性,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-59,含碳量对第一类回火脆性的影响,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-60,第一类回火脆

18、性影响因素,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-61,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-62,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-63,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-64,降低钢中杂质元素加入能细化A晶粒元素，如Nb、V、Ti加入适量抑制二类回火脆性的元素：Mo、W避开在450650C范围回火，650C以上回火要快冷。,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-65,8.5、钢的淬火/回火工艺制定,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-66,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-67,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-68,Chapter6MartensiteandItsTransformation,6-63,8.5.2回火工艺(温度)的制定,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-70,Chapter8QuenchingandTempingofSteel,8-71,Chapter8QuenchingandTe