机械工程材料5-3

1、5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、钢的淬火一、钢的淬火 将钢加热到将钢加热到Ac3（或（或Ac1）+3050，保温一定时间，然，保温一定时间，然后迅速冷却后迅速冷却获得马氏体获得马氏体的热处理工艺。的热处理工艺。 ( (一）淬火的定义一）淬火的定义 ( (二）钢的淬火工艺二）钢的淬火工艺5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火加热加热A(+Fe3C）冷却冷却M+A （+ Fe3C）5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火箱式电阻炉（或煤气炉）箱式电阻炉（或煤气炉）氧化和脱碳氧化和脱碳可控气氛炉（光亮淬火、渗碳、渗氮、氮共渗等）可控气氛炉（光亮淬火、渗碳、渗氮、氮共渗等）真空加热炉真空加热炉盐浴炉盐浴炉

2、* 加热设备加热设备* * 加热时间（加热时间（HH） 1.1.加热温度加热温度亚共析钢：亚共析钢：Ac33050A共析钢、过共析钢：共析钢、过共析钢：Ac13050A+Fe3C5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火箱式电阻炉箱式电阻炉实验室电阻炉实验室电阻炉5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火燃气炉燃气炉5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火真空炉真空炉5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火2. 2. 淬火冷却淬火冷却有机物（有机物（PAG、聚乙烯醇等）水溶液、聚乙烯醇等）水溶液 冷速可在很大范围内调节，稳定性差冷速可在很大范围内调节，稳定性差 钢的理想冷却曲线示意图钢的理想冷却曲线示意图水：冷速快、无污

3、染、低成本水：冷速快、无污染、低成本油：冷速慢、污染重、成本高油：冷速慢、污染重、成本高盐水：冷速快、有腐蚀、成本低盐水：冷速快、有腐蚀、成本低硝盐浴和碱浴硝盐浴和碱浴 ：污染重，成本高：污染重，成本高分级淬火或等温淬火的冷却介质分级淬火或等温淬火的冷却介质 （）淬火介质（）淬火介质5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火（）（） 淬火方法淬火方法A1时间时间温度温度MSa. 预冷淬火预冷淬火 加热、保温后先在空气或热水中预冷一段时间后，加热、保温后先在空气或热水中预冷一段时间后，再放入淬火冷却介质中。再放入淬火冷却介质中。 b. 单液淬火单液淬火 一种淬火介质。一种淬火介质。如：水冷、油冷如：水冷

4、、油冷 c. 双液淬火双液淬火 高温区：高温区：冷却能力较强的介质冷却能力较强的介质低温低温 区：区：冷却能力较弱的介质冷却能力较弱的介质 如：如：水油水油、油空气油空气5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火A1时间时间温度温度MSd. 分级淬火分级淬火 在在Ms以上或以下的盐浴中以上或以下的盐浴中保温然后空冷。保温然后空冷。e. 等温淬火等温淬火 在下在下B转变区的盐浴或碱浴中等转变区的盐浴或碱浴中等温温B下下5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火 （三）钢（三）钢 淬火后的组织淬火后的组织 亚共析钢：亚共析钢： C 0.2: M板条板条+M片状片状+A 板条板条M+A 板条板条M+片状片状M+A

5、5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火二、淬火钢的回火二、淬火钢的回火（一）回火的定义（一）回火的定义 淬火钢加热到淬火钢加热到A1以以下下，保温一定时间，然后冷却的热处理工艺。，保温一定时间，然后冷却的热处理工艺。（二）回火的目的：（二）回火的目的：3. 获得所要求的组织和性能。获得所要求的组织和性能。 如：如：M回回、S回回、T回回等。等。1. 降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和开裂。降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和开裂。2. 减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。 5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火（三）淬火钢在回火时的转变（三）淬火钢在回

6、火时的转变回火时的组织转变回火时的组织转变（1）马氏体的分解（）马氏体的分解（80350） 马氏体分解后形成的低碳马氏体分解后形成的低碳相和弥散的相和弥散的碳化物（碳化物（FeXC）组成的复相组织称为组成的复相组织称为回火马氏体回火马氏体淬火淬火M回火回火M（2）残余奥氏体的分解（残余奥氏体的分解（250300） AM回回（3）碳化物的转变（）碳化物的转变（250400） 淬火马氏体完全分解，但淬火马氏体完全分解，但相仍保持板条状或针状外形，碳化物全相仍保持板条状或针状外形，碳化物全部转变为渗碳体部转变为渗碳体 。 FexC Fe3C板条或针状板条或针状相和细小粒状的渗碳体组成的机械混合物相和

7、细小粒状的渗碳体组成的机械混合物称为称为回火屈氏体回火屈氏体 T回火回火T5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火 (4)渗碳体的聚集长大及渗碳体的聚集长大及相的再结晶（相的再结晶（400）渗碳体逐渐聚集和球化，马氏体的板条状或针状形态消失，渗碳体逐渐聚集和球化，马氏体的板条状或针状形态消失，形成多边形的铁素体形成多边形的铁素体 。多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物称为多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物称为回火索氏体回火索氏体 S回火回火S5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火回火温度回火温度 硬度、强度硬度、强度 ， 塑性塑性、韧性、韧性。 2.2.回火过

8、程中的性能变化回火过程中的性能变化 5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火（四）回火的种类（四）回火的种类名称名称低温回火低温回火（150250）中温回火中温回火（350500）高温回火高温回火（500650）组织组织回火马氏体回火马氏体M回回回火屈氏体回火屈氏体T回回回火索氏体回火索氏体(S回回)目的目的保持高硬度，降低保持高硬度，降低脆性及残余应力。脆性及残余应力。硬度下降，韧性、硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强弹性极限和屈服强度度。较高的强度、硬度、较高的强度、硬度、塑性、韧性，即具有塑性、韧性，即具有良好综合力学性能。良好综合力学性能。应用应用低碳钢、高碳钢低碳钢、高碳钢表面淬火及渗碳件表

9、面淬火及渗碳件。中碳钢中碳钢 弹簧等。弹簧等。中碳钢中碳钢轴、螺栓、连杆等。轴、螺栓、连杆等。5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火（五）回火脆性（五）回火脆性回火脆性：回火脆性：在在250350 和和500650 两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。1. 第一类回火脆性（第一类回火脆性（ 250350）不可避免的，但可躲开。不可避免的，但可躲开。2. 第二类回火脆性（第二类回火脆性（500-650 ）主要出现在含主要出现在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的合金钢。等合金元素的合金钢。Ak/jcm-2回火温度回火温度/第一类第一类第二类第二类防止措施防止措

10、施: (1)回火后快冷回火后快冷(如如 水冷）水冷） (2)钢中加入钢中加入W、Mo元素。元素。5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火（六）六） 淬火回火的工艺缺陷淬火回火的工艺缺陷（3） 硬度不足、硬度不均匀硬度不足、硬度不均匀 退火后重新淬火退火后重新淬火（2） 过热或过烧过热或过烧过热过热加热温度过高或保温时间过长所造成的加热温度过高或保温时间过长所造成的 A晶粒粗大。晶粒粗大。 返修返修退火后重新淬火。退火后重新淬火。过烧过烧加热温度过高或超过固相线温度，使加热温度过高或超过固相线温度，使A晶界局部熔化或氧化。晶界局部熔化或氧化。 报废报废（1） 氧化与脱碳氧化与脱碳 空气中加热空气中加热

11、氧化脱碳氧化脱碳车掉脱碳层或可控气氛炉车掉脱碳层或可控气氛炉5-4钢的淬火与回火钢的淬火与回火（4） 淬火变形和开裂淬火变形和开裂淬火变形淬火变形淬火后钢件体积、形状、尺寸的变化。淬火后钢件体积、形状、尺寸的变化。由淬火内应力（包括热应力与组织应力）所造成。由淬火内应力（包括热应力与组织应力）所造成。热应力热应力是指钢件在冷却过程中由于其表面和心部的温差引起的钢件是指钢件在冷却过程中由于其表面和心部的温差引起的钢件体积胀缩不均匀所产生的内应力。体积胀缩不均匀所产生的内应力。组织应力组织应力是指由于钢件快速冷却时表层与心部相变不同时，以及相是指由于钢件快速冷却时表层与心部相变不同时，以及相变前后相的比容不同所产生的内应力。变前后相的比容不同所产生的内应力。预防措施：预防措施：2）合理进行结构设计）合理进行结构设计 较小应力集中和截面急剧变化。较小应力集中和截面急剧变化。 1） 正确选材正确选材 选用淬透性好的钢选用淬透性好的钢降低冷却速度降低冷却速度4）合理制订淬火工艺）合理制订淬火工艺 分级淬火、等温淬火、双液淬火等。分级淬火、等温淬火、双液淬火等。 5）淬火后及时回火）淬火后及时回火 消除内应力。消除内应力。 3）合理制订热处理工艺标准）合理制订热处理工艺标准 如用正火代替调质。