热处理原理与工艺

1、热处理原理与工艺 河北工业大学河北工业大学 教授教授 金属材料系金属材料系 主任主任 武建军武建军 博士博士 热处理工艺 n材料材料的的组织和性能受成分、加工工艺的组织和性能受成分、加工工艺的 影响，改善钢的性能主要有合金化、热影响，改善钢的性能主要有合金化、热 处理、塑性变形等途径处理、塑性变形等途径。 n热处理是将固态金属或合金在一定介质热处理是将固态金属或合金在一定介质 中加热、保温和冷却，中加热、保温和冷却，改变材料的组织 结构，从而获得所需性能的加工工艺。，从而获得所需性能的加工工艺。 比较重要的部件一般都需要进行热处理，比较重要的部件一般都需要进行热处理， 比如汽车、拖拉机工业中比

2、如汽车、拖拉机工业中70 80%的的 零件、工具模具等都需要进行热处理。零件、工具模具等都需要进行热处理。 考试大纲要求 n掌握钢的热处理原理掌握钢的热处理原理 n掌握制定机械零件、工模具（含钢、铸掌握制定机械零件、工模具（含钢、铸 铁、有色金属）热处理工艺的知识与技铁、有色金属）热处理工艺的知识与技 能能 n能够分析现场出现的一般工艺问题能够分析现场出现的一般工艺问题 1 钢的热处理原理 n钢在加热时的转变钢在加热时的转变 n钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 n回火转变回火转变 1.1 钢在加热时的组织转变 n加热是热处理的第一步，加热是热处理的第一步，加热温度依据加热温度依据 相图和热处理

3、目的而定。相图和热处理目的而定。 n(钢钢)加热一般是为了获得晶粒细小、适当加热一般是为了获得晶粒细小、适当 成分的奥氏体成分的奥氏体 n加热以后得到的组织接近平衡组织加热以后得到的组织接近平衡组织 基本上可以根据相图来确定。基本上可以根据相图来确定。 1.1.1 钢的临界温度 由由PA的开始温度的开始温度 线线 是常数吗？ 是常数吗？ 1.1.2 奥氏体的形成 n奥氏体的形成是形核长大过程。奥氏体的形成是形核长大过程。 n共析钢的原始组织为共析钢的原始组织为P P，当加热到，当加热到A Acl cl以上温度时，发生 以上温度时，发生 P P转变。转变。 n在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的

4、重新分布。在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布。 包括如下四个基本环节包括如下四个基本环节 奥氏体形核奥氏体形核 奥氏体长大奥氏体长大 残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解 奥氏体均匀化奥氏体均匀化 n对于非共析钢，在继对于非共析钢，在继 续升温时，先共析产续升温时，先共析产 物也会转化为物也会转化为A； n加热温度不同时，得加热温度不同时，得 到的组织、奥氏体的到的组织、奥氏体的 组成（含碳量）不同；组成（含碳量）不同； n完全奥氏体化后，合完全奥氏体化后，合 金成分与奥氏体相同金成分与奥氏体相同 1.1.3 影响奥氏体化速度的因素 n加热条件：温度高，速度快；加热条件：温度高，速度快；

5、速度快速度快速度快速度快速度快速度快? ? ? n合金成分合金成分 nC含量高-相界面积大-A形核率高； n合金元素影响相图、C等的扩散、碳化物稳 定性等； n原始组织原始组织 n细小，碳化物分散度大，A形成容易； n片比球界面积更大； 1.1.4 奥氏体的晶粒度 n奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。 在在100X时，时，1 in2内晶粒个数内晶粒个数n与晶粒度与晶粒度 等级等级G之间符合之间符合n=2G-1. n冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分 为为8级。级。1级最粗，级最粗，8级最细（可拓展）。级最细（可拓展）。 n

6、起始晶粒度：奥氏体化刚完成时起始晶粒度：奥氏体化刚完成时 n实际晶粒度：实际加热条件下实际晶粒度：实际加热条件下 n本质晶粒度：规定加热条件下本质晶粒度：规定加热条件下 本质晶粒度的测定方法：本质晶粒度的测定方法：93010保温保温38小时小时 (100示意图示意图) 本质粗本质粗 本质细本质细 n实际晶粒度与本质晶实际晶粒度与本质晶 粒度、加热条件有关。粒度、加热条件有关。 n本质细晶粒钢，加热本质细晶粒钢，加热 温度超过温度超过950可能可能 得到粗大晶粒；得到粗大晶粒； n本质粗晶粒钢，加热本质粗晶粒钢，加热 温度较低时，可能得温度较低时，可能得 到很细的晶粒。到很细的晶粒。 n实际用途

7、？实际用途？ 影响奥氏体晶粒大小的因素 n加热条件加热条件 n加热温度越高和保温时间越长，加热温度越高和保温时间越长，A晶粒越粗。其中晶粒越粗。其中 加热温度是主要因素加热温度是主要因素 n加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒 n化学成分化学成分 n随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、C C原子的扩散速度原子的扩散速度 增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。 n强碳化物元素强碳化物元素Nb、Ti等元素碳化物不易溶解、阻止等元素碳化物不易溶解、阻止 C扩散等原因强烈阻止扩散等原因强烈阻止A晶粒粗化，可细化晶

8、粒晶粒粗化，可细化晶粒 nMn，P，O等促进晶粒长大（界面能）等促进晶粒长大（界面能） 1.2 钢在冷却时的组织转变 n实际生产当中冷却速度较快，转变在较实际生产当中冷却速度较快，转变在较 大过冷度下进行，不能用相图来分析。大过冷度下进行，不能用相图来分析。 n转变的方式通常有两种转变的方式通常有两种 连续冷却 时 间 保 温 时 间 保 温 温度 等温冷却 临界点 加热 1.2.1 过冷奥氏体的等温转变 n共析钢的共析钢的TTT曲线（曲线（C，S曲线）曲线） n转变温度不同，产物不同，性能不同转变温度不同，产物不同，性能不同 1101001000100001000001000000 -100

9、 0 100 200 300 400 500 600 700 800 AB 下贝 氏体 5060 HRC 上贝 氏体 4045 HRC 细珠光体 3040 HRC 温度/ oC 时 间 / s A1 Mf 奥 氏体 粗珠光体 520 HRC 马氏体+残余奥 氏体 6065 HRC Ms 过冷A区 AP 高温转变产物珠光体类型 n珠光体珠光体2500 索氏体索氏体5000 屈氏体屈氏体5000 组织名称符号形成温度/片层间距/m硬度 能分辨片层的 放大倍数 珠光体PA16500.4170230 HBS1000 屈氏体T6005002000 珠光体类型组织的性能 n珠光体的片层间距珠光体的片层间距

10、=F和和Fe3C片的厚度之片的厚度之 和；和； n珠光体的片层间距取决于形成温度（冷珠光体的片层间距取决于形成温度（冷 却速度）；却速度）； n珠光体的片层间距越小，珠光体的片层间距越小，P的力学性能越的力学性能越 好与细化晶粒类似。好与细化晶粒类似。 n片状珠光体相比，粒状片状珠光体相比，粒状P的强度硬度较低，的强度硬度较低， 但是塑性韧性较好。但是塑性韧性较好。 低温转变产物马氏体 n马氏体是碳在马氏体是碳在 -Fe中的过饱和固溶体？中的过饱和固溶体？ 马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。 n很强的固溶强化效应，同时很强的固溶强化效应，同时M M内又存在大内

11、又存在大 量晶体缺陷，与同成分其他组织相比具量晶体缺陷，与同成分其他组织相比具 有较高的强度和硬度。有较高的强度和硬度。 马氏体的性能 nM的强度、硬度较高。强化机制：固溶的强度、硬度较高。强化机制：固溶 强化、相变（亚结构）强化及时效强化。强化、相变（亚结构）强化及时效强化。 nM M的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量 越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性 也越低。也越低。 nM的塑性和韧性主要取决于其亚结构。的塑性和韧性主要取决于其亚结构。 n位错马氏体：高强度、良好的韧性，脆性转 变温度低，缺口敏感性小； n孪晶马氏体：硬

12、而脆(本质、速率，方向)。 中温转变产物贝氏体 n两相混合物两相混合物(过饱和过饱和F,粒状碳化物粒状碳化物) n与与M相比，上贝氏体强度低，不用。下相比，上贝氏体强度低，不用。下 贝氏体强度硬度较高、塑性韧性好，等贝氏体强度硬度较高、塑性韧性好，等 温转变变形小。温转变变形小。 粒状贝氏体 n形成时：由块状的铁素体形成时：由块状的铁素体 和高碳岛状奥和高碳岛状奥 氏体组成；氏体组成； n岛状奥氏体在随后的冷却过程中转变成岛状奥氏体在随后的冷却过程中转变成 黑色的珠光体、马氏体或以残余奥氏体黑色的珠光体、马氏体或以残余奥氏体 的形式存在。的形式存在。 亚共析钢和过共析钢的亚共析钢和过共析钢的C

13、曲线曲线 n亚共析钢和过共析钢的TTT曲线和共析钢 相比多了一条先共析F和Fe3C的析出线 n渐近线 魏氏组织 n魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的 具有几何学特征的冷却转变组织，具有几何学特征的冷却转变组织，德国德国 魏德曼施泰登魏德曼施泰登(AJWidmannstatten) 首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏 体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。 它是一种先共析转变组织。它是一种先共析转变组织。 n铁素体魏氏组织呈针（片）状，魏氏组铁素体魏氏组织呈针（片）状，魏氏组 织与母相之间保持严

14、格的晶体学关系，织与母相之间保持严格的晶体学关系， 并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。 n先共析组织量大，奥氏体晶粒粗大，冷速或温先共析组织量大，奥氏体晶粒粗大，冷速或温 度适当时容易出现魏氏组织度适当时容易出现魏氏组织 n铸、锻、焊低中碳钢零件和低碳钢渗碳零件经铸、锻、焊低中碳钢零件和低碳钢渗碳零件经 空冷或一定速度冷却后，都可能出现魏氏组织空冷或一定速度冷却后，都可能出现魏氏组织 n对一般低、中碳钢来说，不论奥氏体晶粒粗细，对一般低、中碳钢来说，不论奥氏体晶粒粗细， 只要冷却速度或者等温温度适宜应该都会有魏只要冷却速度或者等温温度适宜应该都会有魏 氏组

15、织出现的可能。当然，奥氏体晶粒粗大时，氏组织出现的可能。当然，奥氏体晶粒粗大时， 出现这种组织所对应的钢的碳含量范围要宽些，出现这种组织所对应的钢的碳含量范围要宽些， 而且在较慢的冷速下就能形成。而且在较慢的冷速下就能形成。 n在在GB/T13299钢的显微组织评定方法钢的显微组织评定方法中中,根据针状根据针状 铁素体数量、形状以及由铁素体网确定的奥氏体晶粒铁素体数量、形状以及由铁素体网确定的奥氏体晶粒 的大小，魏氏组织分为的大小，魏氏组织分为6级级 n对于碳含量在对于碳含量在0.15-0.30%之间的钢种，其各个级别的之间的钢种，其各个级别的 魏氏组织的特征描述如下：魏氏组织的特征描述如下：

16、 n0级：均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征；级：均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征； n1级：铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现；级：铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现； n2级：呈现个别针状组织区；级：呈现个别针状组织区； n3级：由铁素体网向晶内生长，分布于晶粒内部的细针级：由铁素体网向晶内生长，分布于晶粒内部的细针 状魏氏组织；状魏氏组织； n4级：明显的魏氏组织；级：明显的魏氏组织； n5级：粗大针状及厚网状的非常明显的魏氏组织。级：粗大针状及厚网状的非常明显的魏氏组织。 n魏氏组织由于魏氏组织由于粗大的魏氏组织对珠光体基体的粗大的魏氏组织对珠光体基体的 割裂

17、作用，割裂作用，一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大, 从而会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。从而会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。 n消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火；消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火； 程度严重的工件可采用二次正火（较高温度程度严重的工件可采用二次正火（较高温度+ 较低温度）。较低温度）。 n淬火淬火+回火也能消除魏氏组织。回火也能消除魏氏组织。 n控制锻造终轧温度、锻后冷却，可以防止出现控制锻造终轧温度、锻后冷却，可以防止出现 魏氏组织魏氏组织 1.2.2 过冷奥氏体的连续冷却转变 nCCT曲线在TTT的右下 方； n（碳素钢中）共析钢

18、和 过共析钢的连续冷却无 贝氏体转变； n上、下临界冷却速度， 工艺应用 CCT曲线举例曲线举例 45钢的钢的CCT曲线曲线T10钢的钢的CCT曲线曲线 思考题 分别以v1、v2、v3、 v4的冷速进行冷却， 各获得何种组织？ 1.2.3 影响C曲线的因素 n奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小，有无奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小，有无 第二相第二相C曲线曲线。 和以下因素有关：和以下因素有关： n钢的化学成分钢的化学成分 n正常加热条件下，共析钢的C曲线最右； n除Co以外，常用元素均使其右移； n一些碳化物形成元素还改变C曲线形状 n加热温度与时间加热温度与时间 n原始组织：细，原始组织

19、：细，A均匀，均匀，C曲线右移，曲线右移，Ms 1.3 淬火钢在回火时的变化 n淬火后钢处于不稳定状态，加热时由于原子活 动能力增强，发生如下转变 n（温度对应于碳钢，典型时间） n(1)碳原子的偏聚（T100）:碳原子由间隙位 置逸出到位错线附近; n(2)马氏体分解: 在此温度间马氏体中的碳浓度 不断降低并发生M的分解，即从碳的过饱和固 溶体中析出碳化物。M 100250析出 -Fe2.4C ； 250400之间， -Fe2.4C溶解并重 新析出Fe3C。 n(3)残余奥氏体的转变:按 C曲线进行 n例如高碳钢在例如高碳钢在200300回火加热、保回火加热、保 温或降温过程中，温或降温过程

20、中，AM或或B组织组织 n(4)F的回复与再结晶及碳化物的聚集长 大 n当T 400时，M中的碳原子全部脱溶，变成F， 但是保持M外形和缺陷。T n当T 600时，F发生回复和再结晶，Fe3C集聚长 大并粗化。S n温度碳钢，几小时温度碳钢，几小时 淬火钢在回火时性能的变化淬火钢在回火时性能的变化 n一般来说，淬 火钢在回火时 随着回火温度 升高或时间延 长，钢的硬度 不断下降，塑 性韧性、不断 升高 45钢的回火温度与力学性能 钢的回火脆性 回火脆性回火脆性：淬火钢在淬火钢在 某一回火温度范围某一回火温度范围 内，随着回火的升内，随着回火的升 高，使钢的冲击韧高，使钢的冲击韧 性下降（脆性增

21、大）性下降（脆性增大） 的现象称为回火脆的现象称为回火脆 性。性。 n第类回火脆性（低温回火脆性） ：250 400 原因是由于沿马氏体条间析出Fe3C所致。 n避免在此温度区间回火。重新淬火避免在此温度区间回火。重新淬火 n第类回火脆性（高温回火脆性） ：含有Ni、 Cr、Mn等元素的合金钢在450650回火 后缓慢冷却时表现韧性降低。脆性为可逆性。 n回火后快冷可防止或予以消除。合金元素回火后快冷可防止或予以消除。合金元素Mo可减可减 轻第轻第类回火脆性。类回火脆性。 2 整体热处理工艺 n正火与退火正火与退火 n淬火淬火 n回火回火 2.1 钢的退火和正火 n毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形

22、等毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形等 n缺陷：晶粒粗大、应力、成分不均、硬度偏高缺陷：晶粒粗大、应力、成分不均、硬度偏高 等等 n退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器 零件或工模具等工件的加工制造过程中，经常零件或工模具等工件的加工制造过程中，经常 作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、 切削切削(粗粗)加工之前，用以消除前一工序所带来加工之前，用以消除前一工序所带来 的某些缺陷，为随后的工序作准备。的某些缺陷，为随后的工序作准备。 n对于一些普通铸件、焊接件以及不重要的工件，对于一些普通铸件、焊接件以及不重

23、要的工件， 退火和正火也可以作为最终热处理工序。退火和正火也可以作为最终热处理工序。 2.1.1 退火和正火的目的 n改变性能、组织为目标，如改变性能、组织为目标，如 n调整硬度（经常是软化）以便进行调整硬度（经常是软化）以便进行后续后续加工；加工； n经过适当退火或正火处理可使钢件的硬度达到170- 250HBS，而且比较均匀，从而改善钢件的切削加工 性能，如球化退火、完全退火等。 n冷拉之间再结晶退火消除加工硬化 n消除残余应力，以防变形、开裂；消除残余应力，以防变形、开裂； n细化晶粒，改善组织以提高细化晶粒，改善组织以提高力学力学性能；性能； n为最终热处理为最终热处理(淬火回火淬火回

24、火)作好组织上的准备，作好组织上的准备， 如球化退火。如球化退火。 2.1.2 钢的退火操作及应用 n退火是通过将金属加热、保温，使金属退火是通过将金属加热、保温，使金属 向（向（）平衡状态转化的工艺过程。）平衡状态转化的工艺过程。 n分类方法乱，交叉分类方法乱，交叉 n按用途按用途:、球化退火、扩散退火和去应力球化退火、扩散退火和去应力 退火等退火等; ;按按加热温度：加热温度：完全退火、不完全完全退火、不完全 退火退火，按介质：普通空气、真空；按转，按介质：普通空气、真空；按转 变条件：连续冷却、变条件：连续冷却、等温、循环退火等温、循环退火等；等； 按材料：钢、有色合金等按材料：钢、有色

25、合金等 （1）完全退火 n加热温度：TAC3+(3050) n冷却方式：缓冷（炉冷、灰冷、坑冷） 至550C后空冷。 n组织：接近平衡组织（F+P） n应用：适用于亚共析钢铸、锻、焊件。 如ZG35铸造齿轮。 （2）不完全退火 n加热至加热至Ac1Ac3(Accm)之间，然后缓慢冷之间，然后缓慢冷 却的退火方法；却的退火方法； n目的：软化、消除应力、改善加工性能目的：软化、消除应力、改善加工性能 n主要用于过共析钢，消除锻轧应力、降主要用于过共析钢，消除锻轧应力、降 低硬度、提高韧性，低硬度、提高韧性，但是不能消除网状但是不能消除网状！ n用于亚共析钢消除锻轧应力、降低硬度用于亚共析钢消除锻

26、轧应力、降低硬度 可以降低成本可以降低成本 n球化？球化？ （3）球化退火 n加热温度：加热温度：T AC1+(2030) n冷却方式：缓冷、等冷却方式：缓冷、等 温或循环温或循环 n组织：球状组织：球状P 球状球状P的强度、硬度的强度、硬度 稍低，塑性韧性好稍低，塑性韧性好 球化退火工艺球化退火工艺 球化退火工艺路线球化退火工艺路线 球化退火的应用 n任何钢种都可以采用；任何钢种都可以采用； n球化退火主要用于降低高碳钢的硬度，以利于球化退火主要用于降低高碳钢的硬度，以利于 切削加工；切削加工； n为淬火作组织准备，减小淬火时的变形和开裂为淬火作组织准备，减小淬火时的变形和开裂 倾向倾向 n

27、如果一次球化难以达到目的，可采用循环退火如果一次球化难以达到目的，可采用循环退火 进行球化（进行球化（111） （4）扩散退火）扩散退火 n加热至固相线以下较高温度，长时间保加热至固相线以下较高温度，长时间保 温，消除枝晶偏析。温，消除枝晶偏析。 n适用于钢铁、有色合金等，如适用于钢铁、有色合金等，如 亚共析钢：TAc3 + （150300) 过共析钢：TAccm+（150300) 保温1015h后空冷 （5）再结晶退火与去应力退火 n较低温度加热（较低温度加热（Ac1)，消除加工硬化或，消除加工硬化或 宏观应力，如宏观应力，如 n500650保温缓冷至200后空冷，消 除铸、焊件内应力 n2

28、00 300 保温缓冷弹簧去应力退火 n再结晶温度相变温度，软化加工硬化的金 属 n适用于所有金属与合金适用于所有金属与合金 几种退火的加热温度范围 2.1.3 钢的正火操作及应用 n将钢加热到临界温度以上（AC3或Accm） 保温一定时间后空冷、获得近平衡组织 的工艺（0.4%C，不宜用正火代替调质。 3) T12钢中存在连续的网状Fe3C，为提高切 削加工性能，先正火消除网Fe3C，再球化退火得 到粒状的P，HB。 4）一些钢的最终热处理（115） 等温正火工艺举例（116） n合金渗碳钢要求组织与硬度的良好配合合金渗碳钢要求组织与硬度的良好配合 n粗F+细片状P n160180HBS n

29、20CrMnTi得到以上组织性能的连续冷得到以上组织性能的连续冷 却工艺却工艺3338/min（难）（难） n常用等温正火工艺：装料厚度常用等温正火工艺：装料厚度150mm， 加热加热920960，150min；风冷至；风冷至 620630，25min，出炉。，出炉。 2.2 钢的淬火 n将钢加热到临界点（Ac3或Ac1）以上，保 温后快速冷却得到马氏体或贝氏体组织 的工艺过程。 n淬火的目的：提高强度、硬度、耐磨性 2.2.1 加热参数的选择 nB和和M均为均为A的转变产物，为了获得这些的转变产物，为了获得这些 组织，首先要加热获得组织，首先要加热获得A。 n加热的目的：获得适当成分、晶粒细

30、小加热的目的：获得适当成分、晶粒细小 的奥氏体的奥氏体 n加热温度（淬火温度）、保温时间都是加热温度（淬火温度）、保温时间都是 以以上目的为依据的，同时考虑以以上目的为依据的，同时考虑 n能源及设备消耗、 n零件氧化脱碳，变形，晶粒长大 淬火温度的选择 n亚共析钢: Ac3 （3050） n共、过共析钢:Ac1（3050） n组织？ n合金钢可适当提高 n原因 保温时间的选择 n保温是加热的继续，目的相同保温是加热的继续，目的相同 n因为碳钢奥氏体转变所需的时间较短，因为碳钢奥氏体转变所需的时间较短， 热导率较大，保温至整个零件达到淬火热导率较大，保温至整个零件达到淬火 温度温度(经常目测经常

31、目测)即可；即可； n合金元素扩散较慢，而且可能影响碳化合金元素扩散较慢，而且可能影响碳化 物的溶解和物的溶解和C的扩散，合金钢可以适当延的扩散，合金钢可以适当延 长保温时间。长保温时间。 n按装炉量、工件尺寸、材料种类估算按装炉量、工件尺寸、材料种类估算 加热时间的估算（117-118） n =K D nK=11.3 装炉修正系数； n加热系数，与加热温度、介质有关； nD工件有效厚度 n工件的有效厚度工件的有效厚度 n圆棒的直径；阶梯轴按大端尺寸计算； n扁平工件的厚度 n实心圆椎：离大端1/3高度处的直径； n其余见118页。 2.2.2 钢的淬透性与淬硬性 n一定尺寸的工件，淬火时工件

32、表面冷却一定尺寸的工件，淬火时工件表面冷却 较快，心部冷却较慢较快，心部冷却较慢 。不同位置转变产不同位置转变产 物不同物不同 n钢的淬透性是指钢在淬火后获得马氏体钢的淬透性是指钢在淬火后获得马氏体 或淬硬层深度（又称为淬透层深度）的或淬硬层深度（又称为淬透层深度）的 能力。能力。 n淬透性通常用规定条件淬透性通常用规定条件( (试样形状、尺试样形状、尺 寸、冷却条件等）下的淬硬层深度表寸、冷却条件等）下的淬硬层深度表 示，淬硬层深度越深，表明其淬透性示，淬硬层深度越深，表明其淬透性 越好。越好。 n临界直径临界直径 n端淬实验端淬实验,Jonomy,Jonomy曲线曲线 n钢的淬透性取决于过

33、冷奥氏体的稳定钢的淬透性取决于过冷奥氏体的稳定 性性 nC曲线靠右的钢（上临界冷却速度较曲线靠右的钢（上临界冷却速度较 小），淬透性较好小），淬透性较好 n淬透性与钢材成分、原始状态及加热淬透性与钢材成分、原始状态及加热 条件有关，而与工件尺寸、淬火介质条件有关，而与工件尺寸、淬火介质 无关无关 n在尺寸、形状、冷却条件均相同时，在尺寸、形状、冷却条件均相同时， 淬透性好的钢，淬透层深度较大。淬透性好的钢，淬透层深度较大。 淬透性是选材制定工艺的依据 n淬透性是选材和制定热处理工艺的重要淬透性是选材和制定热处理工艺的重要 依据。如依据。如 n截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、截面尺寸大、形状

34、复杂、承受复杂应力、 对心部性能要求高较高淬透性材料对心部性能要求高较高淬透性材料 n对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可 选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的 1/31/31/21/2）的钢。）的钢。 n为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆 断，材料的淬透性不能太好。断，材料的淬透性不能太好。 n不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直 径零件热容量较大、冷却速度受限淬，径零件热容量较大、冷却速度受限淬， 硬层较薄；硬层较薄； n根据工件的淬透性优化热处理工艺根据工件的淬透

35、性优化热处理工艺。 如如 正火代替调质正火代替调质 n安排工艺路线考虑淬透性，尤其是淬透安排工艺路线考虑淬透性，尤其是淬透 性较差的材料制成的产品；性较差的材料制成的产品； 淬硬性 n钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬 度称为钢的淬硬性。度称为钢的淬硬性。 n钢的淬硬性主要取决于马氏体中的碳含钢的淬硬性主要取决于马氏体中的碳含 量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳 含量越高，淬硬性越好。含量越高，淬硬性越好。 2.2.3 常用淬火冷却介质与淬火方法常用淬火冷却介质与淬火方法 n淬火介质与方法的淬火介质与方法的 选择要考虑两方面选

36、择要考虑两方面 的因素的因素 n避免奥氏体分解， 满足性能要求 n降低淬火应力，减 小变形、防止开裂 n理想介质的冷却特理想介质的冷却特 性如图性如图 理想冷却速度理想冷却速度 常用淬火介质常用淬火介质 n水，（水，（5-15%）盐水，碱水）盐水，碱水 n冷却速度快 n10-20号机油号机油 n冷却速度较慢 n硝盐浴（硝盐浴（50%KNO3,50%NaNO2）等）等 温淬火，分级淬火温淬火，分级淬火 常用淬火方法（118） n单液淬火：一种介质冷却到底。如碳钢单液淬火：一种介质冷却到底。如碳钢 在水中、合金钢在油中，高速钢在空气。在水中、合金钢在油中，高速钢在空气。 n为了减小淬火应力，可以采用为了减小淬火应力，可以采用 n双液淬火：如水淬油冷、油淬空冷 n分级淬火：在Ms以上等温均温后冷却 n等温淬火：得到B n冷处理：淬火的继续冷处理：淬火的继续 冷却操作方法（119） n复杂零件，预冷可减小变形；复杂零件，预冷可减小变形； n淬火方向淬火方向 n轴类，套筒垂直