材工热处理原理3

1、922钢的淬火与回火淬火：将钢加热至略界点Au诫Ac以上某一温度，保温 以后以大于I缶界冷却速度（匚）冷却，以得到介稳 定状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。主要目的：1. 提高硬度、强度及耐磨性2. 获得良好的综合机械性能3. 改善钢的特殊性能必要条件：1丿川热泪度：必须嵩于临界点以二以获得奥 氏体组织：7冷却速丿H必须人丁临界冷却速丿更人淬火厉的狛织：IhtHBlii；!.淬火方法分类 按加热温度不同 完全淬火：加热温度高于 Ac3，全部A化后冷却，适用于亚共析钢和共析钢； 不完全淬火：加热温度高于Ac1，适用于过共析钢。按冷却方式不同单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火9.2.

2、2.1淬火工艺参数及加热介质的选定一、淬火温度的选择淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬 火的主要工艺参数之一。选择淬火温度的原则 是获得均匀细小的奥氏体组织。1、确定淬火温度的一般依据钢的化学成分（主要是临界点Ac1、Ac3），是最主要的因素；工件的尺寸、形状与技术参数；A的晶粒长大倾向；采用的淬火介质与淬火方法。2、碳钢的淬火温度 亚共析钢亚共析钢的淬火温度一般为 Ac3以上30C - 50 C,原因：亚共析钢加热到 Ac3以下 时，淬火组织中会保留先共析F，淬火后会出现软点，使硬度达不到要求；同时由于这种组织的不均匀性，还可能影响回火后的机械性能。但为了不致于引起A晶粒的粗化以及尽可能减小淬

3、火缺陷，温度还不能过高，一般为Ac3以上30C - 50C。LDGAiw5i =7irP4F2 吐M+护*乜uJ4III|Er II zr1191Md 一 A 才i+F旷I I!-、手:LFdgill _ aa ? i-iT-0-s1.& 盏 ito砂共析钢过共析钢的淬火温度一般为 Ac1以上30C - 50C,原因：过共析钢在淬火加热前都 要经过球化处理（如果网状渗碳体存在，则应先正火予以消除，然后再加热淬火），故加热至Ac1以上时，其组织是 A和一部分未溶的粒状碳化物（渗碳体）。淬火后，A转变为M,未溶碳化物被保留下来，这不但不会降低钢的硬度，反而对提高耐磨性有利。如果把过共析钢加热到 A

4、cm以上，从单相 A状态淬火，结果不但无益，反而有害，原因：A中溶入C量增加使Ms点降低，淬火后残余 A量增多，使钢的硬度下降；A的晶粒粗化，淬火后得到粗大M,增大脆性；钢的脱碳氧化严重，降低淬火钢的表面质量； 增大淬火应力，从而增大工件变形与开裂倾向。3、合金钢淬火温度A化,合金钢的淬火温度也根据其临界点确定，但考虑合金元素的作用，为了加速般选为 Ac1 或 Ac3 + 50 C 100C .4、确定淬火温度的其它考虑因素工件尺寸：小工件采用较低的淬火温度，大工件采用较高的淬火温度。工件形状：形状复杂、容易变形或开裂的工件，在保证性能要求的前提下尽量采用较低的淬 火温度。淬火介质与淬火方法A

5、晶粒长大倾向：对本质细晶粒钢，可采用较高的淬火温度。二、加热时间的确定加热时间由升温时间和保温时间组成。升温时间：由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间，并以此作为保温时间的开始。保温时间：指零件温度均匀化并完成奥氏体化过程所需要的时间。加热时间通常根据经验公式估算或通过实验确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热及保温时间，以保证工件质量。保温时间的影响因素C量和合金元素增加会化学成分：含 C量和合金元素增加都会使保温时间延长，原因：含降低钢的导热性，而且合金元素一般均阻碍C原子的扩散，其本身的扩散速度也比C小得多，显著延缓钢中的组织转变，故高碳钢比低碳钢、合金钢比碳素钢、高合金钢比低合金钢的

6、保温时间要长些。工件的形状与尺寸：保温时间随工件厚度或直径的增大而延长，对形状复杂或尺寸较大的工件应进行预热。加热介质：在常用的加热介质中，以铅浴炉加热最快，盐浴炉次之，空气电阻炉最慢。装炉情况：工件在炉中的放置方法及排列情况对工件的受热条件有明显影响，从而影响到保温时间。实际装炉时应照顾到最大的装炉量、最短的加热时间以及工件最均匀的加热条件等几方面。炉温：提高炉温时缩短加热保温时间的有效措施之一。三、加热介质的选择采用不同的加热设备，与工件接触的介质也就不同。目前常用的加热介质有空气、 气体燃烧产物、各种盐浴与可控气氛等。故需要合工件在淬火加热过程中， 必须重视其氧化脱碳问题并应尽量减少或防

7、止， 理选择加热介质。1液体介质液体加热介质中常用的是盐浴加热。其优点是与空气介质相比液体介质炉温容易控 制、工件受热均匀、加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小且易于局部加热等。盐虽然是中性的，但使用不当仍会使工件产生脱碳或麻点（受腐蚀），故必须对盐浴进行脱氧处理。常用的脱氧剂有TiO2、SiO2 （硅胶）、Na2B4O7 （硼砂）、及硅钙铁等。2、流动粒子（流态化粒子）采用固体粒子（石墨、石英砂或刚玉等）作为加热介质，当通入一定流速的气流时， 粒子就会呈悬浮状象流体一样地运动（在粒子堆表面呈沸腾状态，内部粒子则呈快速湍流运般均通过电加热（内热或外热式）使动），这种状态称为流化状态（或称粒子被

8、流态化）.流动粒子很快被加热到所需温度，靠它们来加热工件。流动粒子具有升温快、使用范围广等优点 淬火冷却介质：为实现淬火目的所用的冷却介质。9.222淬火介质一、淬火的要求淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度 Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力， 这往往会引起工件变形。淬火的目的是得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂，即达到理想淬火冷却方式。只要在 鼻尖”温度附近快冷，使冷却曲线躲 过鼻尖”不碰上C曲线，就能得到马氏体。也就 是说，在 鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类 型组织的前提下，可以尽量缓冷；在鼻尖”温度附近则必须快冷，以

9、躲开 鼻尖”保证不产生非马氏体相变； 减轻马氏体转变时的相变应力。但是到目前为止，还找不到完全理想的淬火冷却介质。 水：650550 C和300200 C范围内冷却能力较大，易造成零件变形和开裂。淬火用水温度 一般控制在30C以下，主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。矿物油：300200C范围内冷却能力低，有利于减少工件变形；但在650550 C范围内冷却能力也低，不利于淬硬，油一般用于合金钢的淬火。盐浴：特点是沸点高，冷却能力介于水和油之间，可减少零件淬火时的变形，主要用于分级淬火和等温淬火，以处理形状复杂、尺寸较小、变形要求严格的工具等。新型淬火剂 水玻璃淬火剂 过饱和硝盐水溶液-

10、3号淬火剂 氯化锌-碱溶液 合成淬火剂9.223钢的淬透性一、基本概念1钢的淬透性钢的淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力。不同成分的钢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）。例如：40CrNiMo比45钢的淬透性好。2、淬透层深度 淬透层深度从试样表面至半马氏体区（马氏体和非马氏体组织各占一半 ）的距离。在同样淬火条件下， 淬透层深度越大，则反映钢的淬透性越好。半马氏体组织的确定 F直怵V100TO752旨氏 -flI IfJL” /%rj1 rUKEK)A、硬度测试法：M中含非M组 织不多时，硬度变化不大；非M 组织量增至50%时，硬度陡然下 降，曲线

11、出现明显转折点。lEKtI fl0Mi30泮火试样斯川1 L b氏体吊绵I鰹厦的S化B、断口观察法：淬火试样的断 口上，以马氏体为界，发生由脆 性断裂向韧性断裂的变化， 并且 其酸蚀断面呈现明显的分界线。 半马氏体组织的硬度主要与碳 质量分数有关，而与合金元素质 量分数关系不大.淬透性、淬透层深度和淬硬性的 区别 淬透性是钢在淬火时形成马氏体的能力，是钢在规定条件下的一种工艺性能。 淬透层深度是指实际工件在具体条件下淬火得到表面马氏体到半马氏体处的距离，它与钢的淬透性、工件的截面尺寸和淬火介质的冷却能力有关。淬透性好，工件截面尺寸小，淬火介质的冷却能力强，则淬透层深度越大。淬硬性指钢淬火后能达

12、到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量。二、影响淬透性的因素钢的淬透性由其临界冷却速度决定，临界冷却速度越小，即奥氏体越稳定，则钢的淬透性越好。因此，凡影响奥氏体稳定性的因素，均影响钢的淬透性。1碳含量在碳钢中，碳含量影响钢的临界冷却速度。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。？?？原因：亚共析钢含碳量越低，先共析铁素体量越多，提高了A分解时P的形核率，降低A稳定性，提高临界冷却速度，降低淬透性；过共析钢含碳量越高，先共析Fe3Cn越多，同样降低A稳定性，提高临界冷却速度，降低淬透性。2、合金元素除C

13、o和Al以外，其余合金元素溶于奥氏体后，使C曲线右移，降低临界冷却速度，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。三、淬透性曲线的应用可比较不同钢种的淬透性，方便选材。仙)胡他和冲Of仙的淬透怦Illi红(h) 丫$氏休便度打械硕扯仆数的关系脚絃淬透性不同的钢材经调质处理后，沿截面的组织和机械性能差别很大。-4aEH40CrNiMo

14、完全淬透HESbS40Cre)淬透较大厚厦截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大, 心部受力较小，可选用淬透性较低的钢种。1单介质淬火定义：将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。优点：操作简单，容易实现机械化，应用较广；缺点是水淬变形开裂倾向大，油淬冷却速度 小，淬透直径小，大件淬不硬。适用性：单介质淬火适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。Ms点温度时，再立即2、双介质淬火 定义：先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近 转入冷却能力较弱的淬火介质

15、中冷却，直至完成马氏体转变。关键工序：控制工件在第一种介质中的停留时间，或者说工件由第一种介质转入第二种介质时的温度。优点：既保证淬硬，又不出现较大变形和开裂。 适用性：碳钢制造的中型零件和合金钢制造的较大尺寸零件。3、分级淬火定义：将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转变。优点：分级淬火能有效地减少热应力和相变应力，降低工件变形和开裂的倾向。缺点：在200C左右冷速较慢，淬透性钢中的过冷 A容易分解，故一般只适用于于形状复杂 和截面不大的工件的淬火。4、等温淬火（或称贝氏体淬火）定义：将奥氏体化后的工件在稍

16、高于 Ms温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获 得下贝氏体组织的淬火方法。优点：该方法大大降低内应力，减少变形。适用性：适合处理复杂和精度要求高的小件，如弹簧、螺栓等。缺点是生产周期长、生产效 率低。5、预冷淬火（或称冷待淬火）待工件温度降至临界点定义：将奥氏体化后的工件先在空气或热水中经过一段时间的预冷， 稍上一点温度后再淬入冷却介质中的淬火方法。优点：减少热应力，减小变形与开裂。关键工序：控制预冷时间或预冷温度，具体工件的预冷时间由实验确定。9.225淬火应力、变形及开裂、,亍 Ju iij 丨 mo pj 丿戈f M丿I . fl /I - ；J|丈机 ；并* ? h女盘、川站令

17、纠i订ZJ 杆小I hU 1卜细忖百严 W -勺I人I八匚上丿夕丿J令和纟餐 广灶余作 L f牛内制mj, M .11勺丈典丿W丿J出丨11 mri fl）池丿妥?. J门进血 ,； 加Jl尘八工丿触人.石II1沾,V -血人liJ严V L l l人.1-1 J 杓盘h 亿 * 泉发殳直 2 XJ X I：分 11 irj ；帕J I M 小:)er伪；t.r门勺11向:介储K，越i：i&山i JIOM丿J什I.趙 小.扌ew丿J1TI越人。)“血丿己索门勺影II向：力II入ce：丿痰数 卜 阱:- 导3汝点Jj才H I紗12/ ZUW丿川O)i：rrj吞忡廿兄：越yV?.:以 Z 丿J牛导彳

18、d ,越I !IJ iiik。 4？卒，丿门勺丿m：以I弘二迓彳匕妙iH|tC 1 |”卒丿1询丿门夕11幺只5彳匕iWJh口“勺PN利玄丿I乡C 2处、MV；丿厂丿 I ,kZ riJ 丿 FQ【人 “ifcD IZC 3 I0UM丿J J I，也门勺疋胡人竺丿IM12.；;杉叩小;卒丿 “2：幵幻门IM 衣=C 11彩II向仃卜仪疋刃纟*11丿F幻収，逆丿1?门勺I人I 4不M V卒火八彳丿丿门勺；曲I帕JI人I 4 - +丫: O12)IJi II向 11、E r北丿比 ri 火i ；?(勿和1；疗：|犬纟11夕只乂寸？卒 JC玄丿站!勺：;创1向 AL ；xL丿 、j宓bd、门勺丿 L

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20、4 惴问箱或3 衣宙究纟文 丄疋不尔I网辛Z织)卜/打/k匸FI ：员II【1*打宋 &打交/J、ri裂勢甩屋O.GQ.7 mmd1.01.3mm:次，态 E L衣川村料酌叫件 必彳hi小* /k 扌工2 力仆川 卜 不行总监W翌卄如I寸京尤 H汀见这利I裂纟2a曩级谏歷 Q2mm層b)E13-15 to魁绞探度 O. 5mmVV火刽纹产I打I勺人；I人I仪分仆丿武:切I1M足钢f卜l lJ和1裂纹，空I莎钢件汽火I -.产中产q打【勺Ki阴从分 C M 浪多I旳，Yj IN M 心玄？只；l3 J TMirj，曲朴H制HJ怙况找山以i虬确心右-效防I口卄施.9.226钢的回火工艺为什么淬火钢

21、需要进行回火处理？原因：淬火虽然使钢获得了较高的硬度和强度，但钢的弹性、塑性、韧性较低，淬火内应力较大，组织也不稳定。淬火件未经回火在室温下长期放置，淬火组织将由亚稳定状态向稳定状态转变，并伴随有应力的变化及体积的改变，可能导致工件变形、裂纹甚至断裂。回 火可以减小淬火钢件的内应力、降低脆性，提高塑性、韧性和组织稳定性，得到强韧性良好配合的最佳使用性能。对某些含氢量较高易于产生氢脆的钢件，回火还可以起到除氢的作用。回火：将淬火的合金过饱和固溶体加热到低于相变临界点（A1 ）温度，保温一段时间后再冷却到室温的热处理工艺方法。回火的目的获得所需组织以改善性能；稳定组织与尺寸；消除内应力。回火基本上

22、是热处理的最后一道工序，其工艺参数基本上决定了工件的使用性能和寿命。钢的回火转变过程M中C的偏聚与群集化；M的分解；残余A的转变；碳化物的析出和变化；a相的回复、再结晶。除了组织变化外，回火过程中还产生回火脆性和二次硬化等现象。火特汁淬火他tcl火莎的力7： ri-能，皆亍UA “山及农衡；亡O 洽火伽1卩11火肩打勺百出及 匸竺耳乂次-厂I，12k沽昭文9.、1. M火温支I为选抒-利irffl足1低瀛15火（狎亍淋度低2509 的I制火）获得回火 皿冃织 低注汁I火订佼川厂以下儿种怙況获得回火“组织Q） I：. I4L乍川叮火.b）柑讥务ht M利周柿）狂啊己01【勺纽j构寺f I火JTf

23、lJl火。 （C低f谀巧氏休I旳低淋I叫火.参做伽打卒火Z火.回火M:高碳钢在350C以下回火时，M分解后形成的a相（a相仍保持针状形态） 和弥散 的 碳化物组成的复相组织。3)门种j |mH；1广处単！曲“过7网。I.r；?.i.i.ItHI J：（ A 5ooT； ri ；心 -湍,rj找 | u IH丨打c 门勺 r rr. 覽眾即;f二如意避免回火脆性夕II夕只n 和1|、 .A,呼含3= 曳,.R 1 t y J-绡2 !拓r j - - y欠f収1 f匕I勺 逑 宋 m e血,參/姚饷牛|火|. ；J介O /聖扌龌b； I 心 M匸：14 m鈴角乍d LU.屮空M利，打仝 辿彳r和

24、Iq安Lil LU f木打必H木匕f彳匚ri勺丿lIlL f；PI-丿止Lj.-次0汽iR nj /-tE ili歹戈 氽一理 氏fd甲点址丿应 T1主注意避免回火脆性氏MP心汽h U火朵LE彳彳11 火槁冬选fF：6oeu 収 1tih】生和、辻杓11躲们、也扌住申儿十郴I、 初木i卅山仪回火回火回火S:淬火钢在500 600C回火时，渗碳体聚集成较大的颗粒, 形成多边形的F，这种F和粗粒状渗碳体的机械混合物称为回火T:针状a相和与之无共格关系的细小粒状与片状渗碳体组成的机械混合物。 T:针状a相和与之无共格关系的细小粒状与片状渗碳体组成的机械混合物。同时M的针状形态消失, So2.卜火nu

25、的册足:Id 火小M iJ J 包怙:I 一竹5艾山】J匀匀也込到 H火混反所i A；丿川热I卜|1 rj以仪扌安M秦数込 到 竺求|川 火(曲及7G应纽织转 宓所需的IIJ | U O力11热金ZI火曲心所；r，；的IhJ |1 M， U按 洶述力II以-记外的/汇f述行L-m；.3- 11火丿门的；令灿I切火巧-血/1 V JIG令却，xr仃 (450-650C)第兴1火血性白勺他们S 也1火后遊行汕7令，W抑制I叫火H危忤。9.227淬火新工艺的发展与应用淬火新匚丄丿力.打安笳述如一I-、術4、快辿丿川热淬火W幺吐-笋次和宓也卸j Ir.r njiiX f-L r林不I析釦M匕o-、il

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27、II 1 ；V V卒火?；.上丿低门勺汛迂卜yV- gn ill I的丿丄捉韶沖1 ? 吻FI：fM. 1笄彳匚；令片危铉:空和丿.址也 XI丛U险汁卩贞向件3、1 k渝汽:人刈门门叨M;. V门1徐f-二AJ应性甲n 1歹宋_ fl：妥l lJ总:乂 . 兀、曲汚火门勺Wdf1 - M打令咎讣入沦-火：宋川冋-个温丿密; “3卜乡及鴛齐H汽二疋/ 、 I匚汽圮匕汇液仝I汽火彳丿、:斗苗1 MT门一扌玄V僭入96飞？门勺7俊”呑勺A J I I * I -们-竺川乡.J卜:赵车交k: ；茁迎復山讷.I L /E -Ziif| 、丿1知&刃冥尸O, 1们：&令；|勾仝*iIHl更川乞1J9.22

28、8淬火、回火缺陷及其预防、淬火缺陷AHi!防、补救钢件淬火时垠常见的缺陷行淬火变形，丿I：裂、氣化、 脱碳、蚀段个足或不均匀1们腐蚀过烧、过热仪其它 按质応检查初；Kh规定金相红釘1不介格等。汽;火嗖丿汉丿卜裂(1)(2)M宦做到均匀力11T：从及l i 1确力11热。iil确选扌羊7令去11 h浓和冷却介丿瓦威木原则足：(a)丿e庁能采川预冷，即件匚件淬入淬火介丿瓦诃,尽川能缓慢也冷却令ArW近以减少匚件内温必；b. 6:保i在汹圮泮换皮淤咬仪硕度咬求的询捉下，M nJ能采川冷却绥慢的淬火介质；C.尽)可能减阳作Ms点以下11令却速度；d.合J- I!也选抹和采丿I分级或等冰汽火一 2。(3) 止确选抒汽火I/I也入汽火介丿近的力丄弋利运动方向 J.U木如刺丿上=曰淬火11寸应尽h ；:保11H能紂到垠上匀匀的冷却。 b.以皿小肌力向汽入.(4) 述行仪时、W 确1旳|小火“淬火不冷例辰 并仪时H 火.昱防【I:幵紐119 n效4；施O 幻形耳人IX杂的川J嵌伸和I. M磁介金刚，淬火丿片反时 U火兀为IE竺2、过热与过烧过热：淬火加热温度过高，或在相当高的温度下停留时间过长，都会使A晶粒粗大，淬火后得到粗针状 M。工件过热后，因其组织的粗大及淬火应力的增加，使钢的脆性增高，甚至淬火后即开裂。轻微的过热，可采用延长回火时间来补救(消除内应力)，对严重的过热则要通过细