第七章-钢热处理工艺-2-淬火

1、7.1 7.1 钢的退火钢的退火7.2 7.2 钢的正火钢的正火7.4 7.4 钢的回火钢的回火1 1） 单液淬火法单液淬火法2 2） 双液淬火法双液淬火法3 3） 分级淬火法分级淬火法4 4） 等温淬火等温淬火工艺过程：工艺过程： 将奥氏体状态的工件放将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中连续冷入一种淬火介质中连续冷却到室温的操作方法。却到室温的操作方法。 水淬则淬火应力大，容易产水淬则淬火应力大，容易产生变形与开裂；生变形与开裂； 用油淬则不易淬硬，容易产用油淬则不易淬硬，容易产生软点。生软点。 操作简单，容易实现机械化操作简单，容易实现机械化和自动化。和自动化。 小尺寸且形状简单的零件小尺

2、寸且形状简单的零件 先将奥氏体状态的工件先将奥氏体状态的工件在在的淬火介质的淬火介质中冷却到稍高于中冷却到稍高于温度温度时，再立即转入时，再立即转入的淬火介质中冷却，直的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。至完成马氏体转变。3 淬火冷却方法淬火冷却方法 先水冷后油冷先水冷后油冷 先油冷后空冷先油冷后空冷 准确地控制零件由一种介准确地控制零件由一种介质转入另一介质时的温度，要质转入另一介质时的温度，要求较高的操作技术。求较高的操作技术。 尺寸较大的零件尺寸较大的零件 将奥氏体状态的工件首先将奥氏体状态的工件首先淬入淬入或或钢的钢的MsMs温温度的液态介质中，适当保温至度的液态介质中，适当保温至工

3、件各部分温度达到淬火介质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，的温度，然后取出空冷至室温，完成马氏体转变。完成马氏体转变。 淬火时工件内部温度均匀，组织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。力，显著降低了变形开裂倾向。 液态介质（熔盐等）的冷却能力有限液态介质（熔盐等）的冷却能力有限 对变形要求严格且尺寸又较小的对变形要求严格且尺寸又较小的工件（如刀具、量具）。工件（如刀具、量具）。 将奥氏体化后的工件快冷将奥氏体化后的工件快冷到下贝氏体转变温度区到下贝氏体转变温度区（260260400400）等

4、温保持）等温保持足够时间，使之转变为足够时间，使之转变为组织，而后于空气组织，而后于空气中冷却的淬火方法。中冷却的淬火方法。n工件的强度、硬度高，塑性、工件的强度、硬度高，塑性、韧性好韧性好n淬火应力小，变形小淬火应力小，变形小n多用于形状复杂、尺寸较小、多用于形状复杂、尺寸较小、精度要求高的工件（如模具、精度要求高的工件（如模具、齿轮等）。齿轮等）。2 淬透性的测定方法淬透性的测定方法3 淬透性的实际意义淬透性的实际意义n淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。n选材和制订热处理工艺的重要依据之一。选材和制订热处理工艺的重要依据之一。网带式淬火炉网带式淬火炉 指钢在淬火时形成

5、指钢在淬火时形成的能力，其大小用钢的能力，其大小用钢在一定条件下淬火所获得的在一定条件下淬火所获得的来表示。来表示。 不同成分的钢接受淬火时形成马氏体的能力不不同成分的钢接受淬火时形成马氏体的能力不同，同，容易容易形成马氏体的钢淬透性高（好），反之形成马氏体的钢淬透性高（好），反之则低（差）。则低（差）。 同样形状和尺寸的工件，用不同的钢制造，在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，相同的条件下淬火，较大的钢，其较大的钢，其n例例：直径为：直径为30mm的的45钢和钢和40CrNiMo试样棒，加试样棒，加热到奥氏体区（热到奥氏体区（840），然后用水进行淬火。分），然后用水

6、进行淬火。分析两根试样棒截面的组织，测定其硬度。析两根试样棒截面的组织，测定其硬度。n结果结果：45钢表面组织为钢表面组织为M，心部组织为，心部组织为F+S，表面，表面硬度硬度55HRC，心部硬度仅，心部硬度仅20HRC，说明，说明45钢试样钢试样棒心部未淬火；棒心部未淬火；n40CrNiMo试样棒表面至心部均为试样棒表面至心部均为M组织，硬度均组织，硬度均为为55HRC，可见，可见40CrNiMo的淬透性比的淬透性比45钢好钢好。 工件淬火时，由表面至心部的冷却速度逐渐降低，只工件淬火时，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有冷却速度大于钢的临界冷却速度v v临界

7、临界的区域才能得到的区域才能得到全部马氏体。全部马氏体。M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化 指由工件指由工件到到的深的深度。度。M量和硬度随深量和硬度随深度的变化度的变化M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化利用淬透性曲线比较钢的淬透性，找出钢的半马氏体区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。该对应的距水冷端的距离。该距离越大，则淬透性越好距离越大，则淬透性越好。 与与 和和 n是指钢在淬火时获得是指钢在淬火时获得的能力。的能力。n钢的淬透性好坏取决于钢的淬透性好坏取决于，或者，或者说，取决于说，取决于。n从从说，说，它取决于奥氏体的化学成它取决于奥

8、氏体的化学成分、晶粒度和均匀性。分、晶粒度和均匀性。表示钢淬火时的硬化能力。表示钢淬火时的硬化能力。 指钢在淬火后获得的指钢在淬火后获得的所能达所能达到的到的，取决于马氏体中的，取决于马氏体中的。n 例如：例如：n 高碳工具钢的淬透性较差，但淬硬性却很高；高碳工具钢的淬透性较差，但淬硬性却很高；n 而低碳合金钢淬透性很好，但淬硬性却不高。而低碳合金钢淬透性很好，但淬硬性却不高。n 淬透性淬透性与与淬硬性淬硬性两者没有必然的联系。两者没有必然的联系。 是钢材本身固有的属性。相同奥氏体化温度下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。其大小用的同一钢种，其淬透性是确

9、定不变的。其大小用规定条件下的淬透层深度表示。规定条件下的淬透层深度表示。 是实际工件在具体条件下淬得的是实际工件在具体条件下淬得的马氏体马氏体和和半马氏体半马氏体的的深度，是变化的，与钢的淬透性及外在因素（如淬火介质、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。零件尺寸）有关。n(1) (1) 碳含量碳含量 n(2) (2) 合金元素合金元素 n(3) (3) 奥氏体化温度奥氏体化温度 n(4) (4) 钢中未溶第二相钢中未溶第二相 在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；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；

10、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。过共析钢随碳含量增加，临界冷速增加，淬透性降低。 除除钴钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使冷却速度，使C C曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好。钢往往比碳钢的淬透性要好。 提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分提高奥氏体化温度，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，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。增加其淬透性。

11、钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非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。冷却速度增大，降低淬透性。 n(1) (1) 碳含量碳含量 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。界冷速增加，淬透性降低。n(2) (2) 合金元素合金元素 除钴以外，其余合金

12、元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使C 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。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。n(3) (3) 奥氏体化温度奥氏体化温度 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。光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。n(4) (4) 钢中未溶第二相钢中未溶第二相 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，可钢中未溶入奥氏体中的

13、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。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 2） 末端淬火法末端淬火法 将同一种钢不同直径的圆棒试样加热至单相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，测出其能全区，然后在同一淬火介质中冷却，测出其能全部淬硬成部淬硬成M的最大直径的最大直径D0即为即为临界直径临界直径。水淬水淬M非非MD0D0nD0越大，表示钢的淬透性越好越大，表示钢的淬透性越好；n临界直径法用不同钢在同一淬火介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质中的临界直

14、径来比较它们的淬透性大小。性大小。n对于截面承载均匀的重要件对于截面承载均匀的重要件, ,要全部淬透。如螺栓、要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。连杆、模具等。n对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透( (淬硬层深淬硬层深度一般为半径的度一般为半径的1/21/21/3)1/3)，如轴类、齿轮等。，如轴类、齿轮等。高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮GB/T 225-2006钢淬透性的末端淬火试验方法钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy试验试验)淬透性淬透性-“-“末端淬火法末端淬火法”测定测定（GB/T225-2006）151035540JJdHRCJJ

15、-J-表示末端淬透性；表示末端淬透性；d-d-至水冷端的距离，至水冷端的距离，mmmmHRC-HRC-在该处测得的硬度值在该处测得的硬度值2 2）根据淬透性曲线可求出沿工件截面的硬度）根据淬透性曲线可求出沿工件截面的硬度分布分布1 1）根据淬透性曲线可以比较不同钢种淬透性大小）根据淬透性曲线可以比较不同钢种淬透性大小40Cr钢的淬透性比钢的淬透性比45钢好钢好2 2） 根据淬透性曲线可求出沿工件截面的硬度分布根据淬透性曲线可求出沿工件截面的硬度分布预测预测直径直径钢轴淬火后断面的硬度分布钢轴淬火后断面的硬度分布等温退火等温退火P退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等

16、温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间温度温度淬火淬火PP均匀均匀A细细A？回火是针对淬火钢进行的一种热处理工艺。回火是针对淬火钢进行的一种热处理工艺。钢的回火钢的回火：是将淬火后的钢再加热到相变点：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以下的温度，保温后以适当的冷却速度冷却的热处理工艺。的热处理工艺。目的目的：提高钢的韧性和塑性，消除淬火应力，：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。提高零件尺寸的稳定性。n根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。 淬火加高温

17、回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作，简称，简称。广泛用于广泛用于各种结构件如轴、各种结构件如轴、齿轮齿轮等热处理。也可作为要等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备求较高精密件、量具等预备热处理。热处理。 适用于各种适用于各种高碳钢、高碳钢、渗碳件渗碳件及及表面淬火表面淬火件件。 应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。 提高提高 e及及 s，同，同时使工件具有一时使工件具有一定韧性定韧性 。在保留高硬度、高在保留高硬度、高耐磨性的同时，降耐磨性的同时，降低内应力低内应力。

18、回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧热处理弹簧热处理n注意注意：钢不在：钢不在250350范围内回范围内回火，因为这一温度范围发生低温回火，因为这一温度范围发生低温回火脆性的温度范围。火脆性的温度范围。 有些钢在某一温度范围有些钢在某一温度范围内回火时，其内回火时，其冲击韧性冲击韧性比在较低温度回火时还比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现显著下降，这种脆化现象称为象称为回火脆性回火脆性。 n一、低温回火脆性一、低温回火脆性 “ “第一类回火

19、脆性第一类回火脆性” “ “不可逆回火脆性不可逆回火脆性”n二、高温回火脆性二、高温回火脆性 “ “第二类回火脆性第二类回火脆性” “ “可逆回火脆性可逆回火脆性”回火脆性回火脆性一、低温回火脆性一、低温回火脆性 （ 250250400400）二、高温回火脆性二、高温回火脆性 （450450650650，回火后慢冷），回火后慢冷） 一、低温回火脆性一、低温回火脆性形成温度：形成温度： 250250400400材料：材料： 几乎所有的钢种几乎所有的钢种形成原因：形成原因： 由于碳化物由于碳化物-Fe-Fe5 5C C2 2和和-Fe-Fe3 3C C沿着马沿着马氏体条或片的界面呈薄片状析出，形成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，因而脆脆性薄壳，割裂了马氏体基体，因而脆性大增。性大增。防止方法：防止方法： 避免在脆化温度范