第七章-钢的热处理工艺-2-淬火精讲.ppt

1、第7章 钢的热处理工艺,7.1 钢的退火 7.2 钢的正火 7.3 钢的淬火 7.4 钢的回火,3 淬火冷却方法,1） 单液淬火法 2） 双液淬火法 3） 分级淬火法 4） 等温淬火,3 淬火冷却方法,1） 单液淬火法 工艺过程： 将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中连续冷却到室温的操作方法。,3 淬火冷却方法,1） 单液淬火法 缺点： 水淬则淬火应力大，容易产生变形与开裂； 用油淬则不易淬硬，容易产生软点。 优点： 操作简单，容易实现机械化和自动化。 适用范围： 小尺寸且形状简单的零件,3 淬火冷却方法,2） 双液淬火法 工艺过程： 先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却到稍高于M

2、s点温度时，再立即转入冷却能力弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。,3 淬火冷却方法,2） 双液淬火 碳 钢： 先水冷后油冷 合金钢： 先油冷后空冷 关键： 准确地控制零件由一种介质转入另一介质时的温度，要求较高的操作技术。 适用范围： 尺寸较大的零件,3 淬火冷却方法,3） 分级淬火 工艺过程： 将奥氏体状态的工件首先淬入稍高于或稍低于钢的Ms温度的液态介质中，适当保温至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后取出空冷至室温，完成马氏体转变。,3 淬火冷却方法,3） 分级淬火 特点： 淬火时工件内部温度均匀，组织转变几乎同时进行，因而减小了内应力，显著降低了变形开裂倾向。 缺点： 液态介质

3、（熔盐等）的冷却能力有限 适用范围： 对变形要求严格且尺寸又较小的工件（如刀具、量具）。,3 淬火冷却方法,4） 等温淬火 工艺过程： 将奥氏体化后的工件快冷到下贝氏体转变温度区（260400）等温保持足够时间，使之转变为下贝氏体组织，而后于空气中冷却的淬火方法。,3 淬火冷却方法,4） 等温淬火 特点： 工件的强度、硬度高，塑性、韧性好 淬火应力小，变形小 多用于形状复杂、尺寸较小、精度要求高的工件（如模具、齿轮等）。,四、钢的淬透性,1 淬透性的概念 2 淬透性的测定方法 3 淬透性的实际意义,1 淬透性的概念,淬透性是钢的主要热处理性能。 选材和制订热处理工艺的重要依据之一。,网带式淬火

4、炉,1 淬透性的概念,淬透性（Hardenability)： 指钢在淬火时形成马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度来表示。 不同成分的钢接受淬火时形成马氏体的能力不同，容易形成马氏体的钢淬透性高（好），反之则低（差）。 同样形状和尺寸的工件，用不同的钢制造，在相同的条件下淬火，淬透层深度较大的钢，其淬透性较好。,例：直径为30mm的45钢和40CrNiMo试样棒，加热到奥氏体区（840），然后用水进行淬火。分析两根试样棒截面的组织，测定其硬度。 结果：45钢表面组织为M，心部组织为F+S，表面硬度55HRC，心部硬度仅20HRC，说明45钢试样棒心部未淬火； 40CrNi

5、Mo试样棒表面至心部均为M组织，硬度均为55HRC，可见40CrNiMo的淬透性比45钢好。,1 淬透性的概念,工件淬火时，由表面至心部的冷却速度逐渐降低，只有冷却速度大于钢的临界冷却速度v临界的区域才能得到全部马氏体。,M量和硬度随深度的变化,1 淬透性的概念,淬透层深度： 指由工件表面到半马氏体区（50%M + 50%非马氏体）的深度。,M量和硬度随深度的变化,1 淬透性的概念,M量和硬度随深度的变化,1 淬透性的概念,利用淬透性曲线比较钢的淬透性，找出钢的半马氏体区对应的距水冷端的距离。该距离越大，则淬透性越好。,1 淬透性的概念,区分两组概念： 淬透性(hardenability)与淬

6、硬性（the ability of harden quenching) 淬透性和实际工件的淬透层深度,淬透性与淬硬性的区别,淬透性： 是指钢在淬火时获得马氏体的能力。 钢的淬透性好坏取决于过冷奥氏体的稳定性，或者说，取决于钢的临界冷却速度。 从本质上说，淬透性是奥氏体所具有的一种特性，它取决于奥氏体的化学成分、晶粒度和均匀性。,淬透性与淬硬性的区别,淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力。 指钢在淬火后获得的马氏体组织所能达到的最高硬度，取决于马氏体中的含碳量。 例如： 高碳工具钢的淬透性较差，但淬硬性却很高； 而低碳合金钢淬透性很好，但淬硬性却不高。 淬透性与淬硬性两者没有必然的联系。,淬透性和实际

7、工件的淬透层深度的区别,淬透性： 是钢材本身固有的属性。相同奥氏体化温度下的同一钢种，其淬透性是确定不变的。其大小用规定条件下的淬透层深度表示。 实际工件的淬透层深度： 是实际工件在具体条件下淬得的马氏体和半马氏体的深度，是变化的，与钢的淬透性及外在因素（如淬火介质、零件尺寸）有关。,影响淬透性的因素,(1) 碳含量 (2) 合金元素 (3) 奥氏体化温度 (4) 钢中未溶第二相,影响淬透性的因素,(1) 碳含量 在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随碳含量减少，临界冷速增加，淬透性降低；过共析钢随碳含量增加，临界冷速增加，淬透性降低。,影响淬透性的因素,(2) 合金元素 除钴

8、以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使C曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好。,影响淬透性的因素,(3) 奥氏体化温度 提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。 (4) 钢中未溶第二相 钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。,影响淬透性的因素,(1) 碳含量 在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随碳含量减少，临界冷速增加，淬透性降低；过共析钢随碳含量增加，临界冷速增加，淬透性降低。 (2) 合金元素

9、除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使C曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好。 (3) 奥氏体化温度 提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。 (4) 钢中未溶第二相 钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。,2 淬透性的测定方法,1） 断口法 2） 临界直径法 2） 末端淬火法,2 淬透性的测定方法,1） 断口法 将长度等于4-5倍直径的试样棒淬火后从中间打断，观察断口上淬硬层（脆断区）的深度，再对照相应的评级标

10、准来评定淬透性的等级。参见国标GB227-63碳素工具钢淬透性试验法。,2） 临界直径法,将同一种钢不同直径的圆棒试样加热至单相A区，然后在同一淬火介质中冷却，测出其能全部淬硬成M的最大直径D0即为临界直径。,M,非M,D0越大，表示钢的淬透性越好； 临界直径法用不同钢在同一淬火介质中的临界直径来比较它们的淬透性大小。,2） 临界直径法,2）临界直径法,对于截面承载均匀的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。 对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的1/21/3)，如轴类、齿轮等。,高强螺栓,柴油机连杆,齿轮,3）末端淬火法（Jominy法，1938年）,GB/T 225

11、-2006钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy试验),3）末端淬火法,淬透性-“末端淬火法”测定（GB/T225-2006）,3）末端淬火法,3） 末端淬火法,J-表示末端淬透性； d-至水冷端的距离，mm HRC-在该处测得的硬度值,3 淬透性的实际意义,1）根据淬透性曲线可以比较不同钢种淬透性大小 2）根据淬透性曲线可求出沿工件截面的硬度分布,1）根据淬透性曲线可以比较不同钢种淬透性大小,40Cr钢的淬透性比45钢好,2） 根据淬透性曲线可求出沿工件截面的硬度分布,预测50mm直径40MnB钢轴淬火后断面的硬度分布,不同冷却条件下的转变产物,等温退火,P,退火,(炉冷),正火,(空冷)

12、,S,(油冷),T+M+A,等温淬火,B下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(水冷),淬火,P,P,均匀A,细A,？,？,？,7.4 钢的回火（tempering),回火是针对淬火钢进行的一种热处理工艺。 钢的回火：是将淬火后的钢再加热到相变点以下的温度，保温后以适当的冷却速度冷却的热处理工艺。 目的：提高钢的韧性和塑性，消除淬火应力，提高零件尺寸的稳定性。,根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。, 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质。,注意：钢不在250350范围内回火，因为这一温度范围发生低温回火脆性的温度范围。,回火脆性,回火脆性,回火脆性： 有些钢在某一温度范围内回火时，其

13、冲击韧性比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现象称为回火脆性。,回火脆性,一、低温回火脆性 “第一类回火脆性” “不可逆回火脆性” 二、高温回火脆性 “第二类回火脆性” “可逆回火脆性”,回火脆性,一、低温回火脆性 （ 250400） 二、高温回火脆性 （450650，回火后慢冷）,4.4.4 回火脆性,一、低温回火脆性 形成温度： 250400 材料： 几乎所有的钢种 形成原因： 由于碳化物-Fe5C2和-Fe3C沿着马氏体条或片的界面呈薄片状析出，形成脆性薄壳，割裂了马氏体基体，因而脆性大增。 防止方法： 避免在脆化温度范围内回火(无法消除，只能避开）。,回火脆性,一、低温回火脆性 “第一类回火脆性” “不可逆回火脆性”,二、高温回火脆性 形成条件：450650、慢冷 材 料： 合金结构钢 形成原因： 由于P、As、Sb、Sn等微量杂质元素在晶界上偏聚和析出，降低了晶界断裂强度。 钢中含有Mn、Cr、Ni等合金元素时，可促进磷等元素在晶界上的偏聚，因而更易出现这种回火脆性。,高温回火脆性,防止措施： 1 高温回火后快速冷却 2 降低钢中杂质元素含量 3 在钢中加入合金元素（Mo、W） 在钢中若加入