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1、4-3 热处理的基本方法热处理的基本方法 退火和正火一般作为预先热处理，其作用是：消退前退火和正火一般作为预先热处理，其作用是：消退前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加工及热处理作好组织准备。工及热处理作好组织准备。对于某些不太重要的工件，正火也可作为最终热处理对于某些不太重要的工件，正火也可作为最终热处理工序。工序。机器零件和工具一般要经过的加工过程：机器零件和工具一般要经过的加工过程：选原料选原料锻造锻造 预先热处理预先热处理 （退火和正火退火和正火）机械加工机械加工最终热处理最终热处理退火的定义退火的定义 退火是将钢加热到
2、适当温度，保持确定时间，然后缓慢退火是将钢加热到适当温度，保持确定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。一、一、退火、正火退火、正火退火的目的退火的目的1、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工。、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工。2、细化晶粒，匀整组织，为后续热处理做好组织准备。、细化晶粒，匀整组织，为后续热处理做好组织准备。3、消退参与内应力，防止工件变形与开裂。、消退参与内应力，防止工件变形与开裂。退火的种类退火的种类按加热温度按加热温度在临界温度以上的退火在临界温度以上的退火（相变重结晶退火）（相变重结晶退火）完全退火完
3、全退火不完全退火不完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火在临界温度以下的退火在临界温度以下的退火软化退火软化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火（1）完全退火）完全退火细化晶粒、降低硬度、改善切削性能以及消退内应力。细化晶粒、降低硬度、改善切削性能以及消退内应力。将将钢钢件件或或钢钢材材加加热热到到Ac3以以上上，使使之之完完全全奥奥氏氏体体化化，然然后后缓缓慢慢冷冷却却，获获得得接接近近于于平平衡衡组组织织的的热热处处理理工工艺艺称称为为完完全退火。全退火。定义定义目的目的 不宜过高，一般在不宜过高，一般在Ac3以上以上2030，适用于适用于0.30.6%C的中碳钢。的中碳钢。退火
4、温度：退火温度：一一般般较较长长。因因为为完完全全退退火火时时加加热热温温度度超超过过Ac3不不多多，相相变变进进行行得得较较慢慢，特特殊殊是是粗粗大大铁铁素素体体或或碳碳化化物物的的溶溶解解和和奥奥氏氏体成分的匀整过程，均须要较长时间。体成分的匀整过程，均须要较长时间。保温时间保温时间：加热速度加热速度:常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，加热速度常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，加热速度100200/h。常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，保温时间常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，保温时间冷却速度：冷却速度：缓慢，以保证奥氏体在缓慢，以保证奥氏体在Ar1点以下不大的过冷度状点以下不大的
5、过冷度状况下进行珠光体转变，以免硬度过高。况下进行珠光体转变，以免硬度过高。完完全全退退火火不不能能用用于于过过共共析析钢钢，因因为为加加热热到到Accm以以上上再再缓缓慢慢冷冷却却时时会会析析出出网网状状渗渗碳碳体体，使使钢钢的的机机械械性能性能变坏。变坏。完全退火完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧件，有时也用于焊件。件，有时也用于焊件。留意！留意！（2）球化退火球化退火 使钢中碳化物呈球状化，以降低硬度，改善切使钢中碳化物呈球状化，以降低硬度，改善切削加工性能，并为以后的淬火做好组织准备。削加工性能，并为以后的淬火做好组织准备。将将过过共共析析钢钢
6、工工件件加加热热到到Ac1以以上上（2030），保保温温后后，以以极极慢慢的的冷冷速速通通过过A1，使使珠珠光光体体P中中的的渗渗碳碳体体和和二二次次渗渗碳碳体体成为球状或粒状的热处理工艺称为成为球状或粒状的热处理工艺称为球化退火球化退火。定义定义目的目的球化退火中的珠光体变更球化退火中的珠光体变更过共析钢的球化退火过共析钢的球化退火T12钢球化退火组织钢球化退火组织 F+Fe3C 为了便于球化过程的进行，对于网状严峻的为了便于球化过程的进行，对于网状严峻的过共析钢，应在球化退火之前进行一次正火，以过共析钢，应在球化退火之前进行一次正火，以消退网状渗碳体。消退网状渗碳体。留意：留意：（1）低于
7、）低于Ac1点温度的球化退火。点温度的球化退火。（2）往复球化退火）往复球化退火周期退火，目的是加速球化过程。周期退火，目的是加速球化过程。（3）一次球化退火）一次球化退火 目目前前生生产产上上最最常常用用的的球球化化退退火火工工艺艺，是是不不完完全全退退火火。退退火火前前的的原原始始组组织织为为细细片片状状珠珠光光体体，不允许有渗碳体网存在。不允许有渗碳体网存在。球化退火球化退火工艺工艺球化退火工艺：球化退火工艺：（3）去应力退火去应力退火 为为了了去去除除由由于于形形变变加加工工、锻锻造造、焊焊接接等等所所所所引引起起的的及及铸铸件件内内存存在在的的残残余余应应力力（但但不不引引起起组组织
8、织的的变变更更）而而进进行行的的退火，称为去应力退火。退火，称为去应力退火。定义定义退火温度退火温度 退退火火温温度度范范围围很很宽宽。由由于于材材料料成成分分、加加工工方方法法、内内应应力力大大小小及及分分布布的的不不同同，以以及及去去除除程程度度的的不不同同，去去应应力力退退火火的的加加热热温温度度范围很宽。范围很宽。钢钢500650；铸件；铸件500550；焊件；焊件500600。去应力退火后，应缓慢冷却，以免产生新的应力去应力退火后，应缓慢冷却，以免产生新的应力。一般在一般在A1以下进行，组织并未发生变更，在缓慢冷却的过以下进行，组织并未发生变更，在缓慢冷却的过程中，工件各部分匀整冷却
9、和收缩，消退了铸件、锻件、焊接件、程中，工件各部分匀整冷却和收缩，消退了铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余内应力，避开在运用或随后的加工过程热轧件、冷拉件等的残余内应力，避开在运用或随后的加工过程中产生变形或开裂中产生变形或开裂去应力退火工艺曲线及其特点去应力退火工艺曲线及其特点名称名称目的目的工艺制度工艺制度组织组织应用应用完全完全退火退火细化晶粒，消除铸细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加热到加热到AC32050，炉冷至，炉冷至550 左右空冷左右空冷 FP亚共析钢的亚共析钢的铸、锻、轧铸、锻、轧件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切
10、降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组织准备织准备加热到加热到AC12040，然后缓，然后缓冷冷片状珠光体和片状珠光体和网状渗碳体组网状渗碳体组织转变为球状织转变为球状共析、过共共析、过共析钢及合金析钢及合金钢的锻件、钢的锻件、轧件等轧件等去应力去应力退火退火消除残余应力，提消除残余应力，提高尺寸稳定性高尺寸稳定性加热到加热到500650 缓冷至缓冷至200 空冷空冷 无变化无变化铸、锻、焊、铸、锻、焊、冷压件及机冷压件及机加工件加工件常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结正正 火火（1）作为预备热处理工艺，为
11、下续热处理工艺）作为预备热处理工艺，为下续热处理工艺 供应适宜的组织状态供应适宜的组织状态（2）作为最终热处理工艺，供应合适的机械性能）作为最终热处理工艺，供应合适的机械性能2、钢的正火钢的正火 将将钢钢加加热热到到AC3以以上上温温度度并并保保温温，出出炉炉空空冷冷至至室室温温的的热处理工艺。热处理工艺。由由于于正正火火比比退退火火加加热热温温度度略略高高，冷冷却却速速度度大大，故故珠珠光光体体的的分分散散度度大大，先先共共析析铁铁素素体体的的数数量量少少，因因而而正正火火后后强强度、硬度较高。度、硬度较高。（3）用来消退某些处理缺陷）用来消退某些处理缺陷 用正火作为性能要求的一般结构件的最
12、终热处理。用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。亚共析钢接受正火来调整硬度，改善切削加工性能。亚共析钢接受正火来调整硬度，改善切削加工性能。亚共析钢接受正火来调整硬度，改善切削加工性能。亚共析钢接受正火来调整硬度，改善切削加工性能。过共析钢的正火可消退网状碳化物。过共析钢的正火可消退网状碳化物。过共析钢的正火可消退网状碳化物。过共析钢的正火可消退网状碳化物。细化晶粒（双重正火）细化晶粒（双重正火）细化晶粒（双重正火）细化晶粒（双重正火）正火的应用：正火的应用：3、退火、正火后钢的组织和性能退火、正火后
13、钢的组织和性能 加热时钢的组织转变加热时钢的组织转变加热时钢的组织转变加热时钢的组织转变1 1 1 1、奥氏体的形成过程、奥氏体的形成过程、奥氏体的形成过程、奥氏体的形成过程 钢钢在在加加热热时时奥奥氏氏体体的的形形成成过过程程又又称称为为奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体化化化化。以以共析钢的奥氏体形成过程为例。共析钢的奥氏体形成过程为例。3 3 3 3）残留渗碳体的溶解：）残留渗碳体的溶解：）残留渗碳体的溶解：）残留渗碳体的溶解：铁素体全部消逝以后，仍有部铁素体全部消逝以后，仍有部铁素体全部消逝以后，仍有部铁素体全部消逝以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳分剩余渗碳体未溶解，
14、随着时间的延长，这些剩余渗碳分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消逝。体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消逝。体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消逝。体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消逝。1 1 1 1）奥氏体形核：）奥氏体形核：）奥氏体形核：）奥氏体形核：奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。的界面上形成。2 2 2 2）奥氏体晶核长大：）奥氏体晶核长大：）奥氏体晶核长大：）奥氏体晶核长大：奥氏体晶核形成以后，依靠铁、奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散
15、，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不碳原子的扩散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。断溶入到奥氏体中去而进行的。4 4 4 4）奥氏体匀整化：）奥氏体匀整化：）奥氏体匀整化：）奥氏体匀整化：渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不匀整的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩成分是不匀整的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩成分是不匀整的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩成分是不匀整的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得匀整化的奥氏体。散才能获得匀整化的奥氏体。散才能获得匀整化的
16、奥氏体。散才能获得匀整化的奥氏体。亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：各种退火和正火工艺示意图各种退火和正火工艺示意图 退火、正火后钢的组织差别退火、正火后钢的组织差别正火正火退火退火珠光体珠光体亚共析钢：亚共析钢：先共析铁素体少，珠光体数量较先共析铁素体少，珠光体数量较多，珠光体片间距较小，珠光体团的尺寸较小多，珠光体片间距较小，珠光体团的尺寸较小过共析钢：过共析钢：珠光体片间距较小及团的尺寸较珠光体片间距较小及团的尺寸较小，可以抑制先共析网状渗碳体的析出小，可以抑制先
17、共析网状渗碳体的析出亚共析钢：亚共析钢：先共析铁素体多，珠光体数量较先共析铁素体多，珠光体数量较少，珠光体片间距较大，珠光体团的尺寸较大少，珠光体片间距较大，珠光体团的尺寸较大过共析钢：过共析钢：珠光体片间距较大及团的尺寸较珠光体片间距较大及团的尺寸较大，有网状渗碳体存在大，有网状渗碳体存在 由由于于退退火火（主主要要指指完完全全退退火火）与与正正火火在在组组织织上上有有着着差差异，因而性能也有所不同。异，因而性能也有所不同。表表4-1 正火与退火的正火与退火的40Cr钢的机械性能钢的机械性能 状态状态机机 械械 性性 能能bs%akMN/m2Kg/m2Nm/cm2Kgm/cm2退火退火正火正
18、火64373965.675.435744136.44502120.953.576.054.976.55.67.8正火与退火相比较，正火与退火相比较，正火的强度与韧性较高，塑性正火的强度与韧性较高，塑性基本相同基本相同。但对于但对于过共析钢过共析钢，完全，完全退火的钢中退火的钢中因为有网状渗碳因为有网状渗碳体的存在，其体的存在，其硬度、韧性均低于正火硬度、韧性均低于正火的。的。而而球化退火的钢球化退火的钢，因其所得组织是，因其所得组织是球状球状P，故其，故其综综合性能优于正火合性能优于正火的。的。由表可得出结论：由表可得出结论：退火与正火的选用退火与正火的选用C 0.25%的低碳钢，正火代替退火
19、；的低碳钢，正火代替退火；C=0.250.5%的中碳钢，也可正火代替退火；的中碳钢，也可正火代替退火；C=0.50.75%的中高碳钢，用完全退火；的中高碳钢，用完全退火；C0.5%的高碳钢或工具钢，用球化退火。如有网状二的高碳钢或工具钢，用球化退火。如有网状二次渗碳体，则应先正火消退。次渗碳体，则应先正火消退。生产上退火和正火工艺的选择应依据钢种、冷、热生产上退火和正火工艺的选择应依据钢种、冷、热的运用热加工工艺、零件的运用性能及经济综合考虑。的运用热加工工艺、零件的运用性能及经济综合考虑。表表表表4-2 4-2 为获得最佳切削加工性而选择的热处理工艺为获得最佳切削加工性而选择的热处理工艺为获
20、得最佳切削加工性而选择的热处理工艺为获得最佳切削加工性而选择的热处理工艺热处理热处理工艺与切削工艺性的关系工艺与切削工艺性的关系4、退火、正火缺陷、退火、正火缺陷 碳碳素素/低低合合金金工工具具钢钢在在退退火火后后虽虽硬硬度度很很低低，但但脆脆性性却却很很大大，断断口口呈呈灰灰黑黑色色，故故称称“黑黑脆脆”。主主要要缘缘由由是是退退火火温温度度过过高高，保保温温时时间间过过长长，冷冷却却缓缓慢慢，珠光体转变按珠光体转变按Fe-C进行即碳石墨化。进行即碳石墨化。（发生黑脆的工具不能返修）（发生黑脆的工具不能返修）退火和正火若由于加热或冷却不当时会出现一些异退火和正火若由于加热或冷却不当时会出现一
21、些异样组织，造成缺陷，常见的如下：样组织，造成缺陷，常见的如下：(1)过烧过烧：由于加热温度过高，晶界被氧化，甚至晶界局部溶解，由于加热温度过高，晶界被氧化，甚至晶界局部溶解，使工件报废。使工件报废。(2)黑脆黑脆：（3）粗粗大大魏魏氏氏组组织织：主主要要是是由由于于加加热热温温度度过过高高。魏魏氏氏组组织织不不仅仅晶晶粒粒粗粗大大，而而且且由由于于铁铁素素体体针针片片形形成成的的脆脆面面，使使金属的韧性急剧下降。金属的韧性急剧下降。（4）反反常常组组织织：亚亚/过过共共析析钢钢在在Ar1旁旁边边冷冷却却缓缓慢慢，结结果果在在亚亚共共析析钢钢中中形形成成非非共共析析渗渗碳碳体体，再再过过共共析
22、析钢钢中中形形成成游游离的铁素体或渗碳体。离的铁素体或渗碳体。（5）网网状状组组织织：由由于于加加热热温温度度过过高高，冷冷却却速速度度过过慢慢引引起起的的。网网状状铁铁素素体体或或渗渗碳碳体体降降低低钢钢的的机机械械性性能能，特特殊殊是是网网状状渗碳体。一般重新正火可消退。渗碳体。一般重新正火可消退。（6）球球化化不不匀匀整整：由由于于退退火火前前没没有有消消退退网网状状渗渗碳碳体体，在在球球化退火时聚集而成。可通过正火和一次球化退火消退。化退火时聚集而成。可通过正火和一次球化退火消退。（7）硬硬度度过过高高：退退火火时时加加热热温温度度过过高高，冷冷却却速速度度过过快快，使使硬度高于规定的
23、范围，重新退火即可。硬度高于规定的范围，重新退火即可。a)b）图图4-8 反常组织反常组织a)0.5%C,加热温度为加热温度为850；b）1.2%C，加热温度为，加热温度为970粗大的渗碳体粗大的渗碳体渗碳体网很宽渗碳体网很宽二、淬火与回火二、淬火与回火1、淬火淬火2、回火回火 当锉刀、铣刀完成机械粗加工后，当锉刀、铣刀完成机械粗加工后，为满足其运用性能，必需再提高它们的为满足其运用性能，必需再提高它们的强度、硬度并保持确定的韧性，以承受强度、硬度并保持确定的韧性，以承受工作时受到挤压、摩擦和冲击。为此，工作时受到挤压、摩擦和冲击。为此，粗加工之后、精加工之前，还要对它们粗加工之后、精加工之前
24、，还要对它们进行淬火和回火。进行淬火和回火。1、淬火、淬火钢的淬火钢的淬火将钢加热到（将钢加热到（A1 或或A3）以上，经保温后快）以上，经保温后快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。称为淬火。淬火目的：淬火目的：l提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具l提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件l提高硬磁性：高碳钢、磁钢指的永久磁性（马氏提高硬磁性：高碳钢、磁钢指的永久磁性（马氏体磁性）体磁性）l提高弹性：各类弹簧提高弹性：各类弹簧l提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢提高耐
25、蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢l获得获得M组织组织 一、淬火方法及工艺一、淬火方法及工艺 1.淬火方法淬火方法 淬火分类淬火分类 按加热温度：完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火、二次按加热温度：完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火、二次淬火淬火 按加热速度：一般淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火按加热速度：一般淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火 按加热介质及热源条件：光亮淬火、真空淬火、流态层加热按加热介质及热源条件：光亮淬火、真空淬火、流态层加热淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火焰加热淬火、感应淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火焰加热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、接触电加热淬火、电解液加热
26、淬加热淬火、高频脉冲淬火、接触电加热淬火、电解液加热淬火、电子束加热淬火、激光加热淬火火、电子束加热淬火、激光加热淬火 按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火 按冷却方式：有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、按冷却方式：有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火等干脆淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火、预冷淬火等干脆淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火、形变等温淬火、冷处理等形变等温淬火、冷处理等2.淬火工艺淬火工艺 淬火加热温度淬火加热温度 亚共析钢：亚共析钢：Ac3+3050;共析和过共析钢：共析和过共析钢：Ac1+3050为什么过
27、共析钢淬火加热温为什么过共析钢淬火加热温度在度在Ac1+3050，而不是而不是Acm+3050？）？）2.2.淬火工艺淬火工艺 加热时间加热时间加热时间加热时间=升温时间升温时间+心表温度一样时间心表温度一样时间+保温时间保温时间 加热介质对保温时间影响较大。加热介质对保温时间影响较大。保温时间：达到热处理工艺规范要求的恒温保温时保温时间：达到热处理工艺规范要求的恒温保温时间。间。保温时间保温时间：=K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)装炉量有关系数装炉量有关系数一般一般 K=11.5加热系数加热系数,与钢种与钢种及加热介质有关及加热介质有关冷却方式冷却方式 冷
28、却方式冷却方式 最大限度削减工件应力集中和变形，最大限度削减工件应力集中和变形，使工件冷却充分匀整。使工件冷却充分匀整。冷却介质冷却介质2.2.淬火工艺淬火工艺单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1二、二、淬火介质淬火介质志向淬火介质具备：志向淬火介质具备：高温慢冷；高温慢冷；奥氏体鼻子温度快冷；奥氏体鼻子温度快冷；马氏体转变慢冷。马氏体转变慢冷。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf志向淬火冷却介质志向淬火冷却介质1.有物态变更的淬火介质有物态变更的淬火介质 介质冷却特性
29、的测试介质冷却特性的测试二、二、淬火介质淬火介质冷却机理冷却机理 第一阶段：蒸汽膜阶段。冷却速度慢第一阶段：蒸汽膜阶段。冷却速度慢 其次阶段：沸腾阶段。冷却速度快其次阶段：沸腾阶段。冷却速度快 第三阶段：对流阶段。冷却速度慢第三阶段：对流阶段。冷却速度慢常用的冷却介质常用的冷却介质 水、盐水、碱水、油、合成淬火液等水、盐水、碱水、油、合成淬火液等二、二、淬火介质淬火介质2.无物态变更的淬火介质无物态变更的淬火介质 传热方式：传热方式：介质传导和对流将工件的热量带走，使工件获得淬火介质传导和对流将工件的热量带走，使工件获得淬火要求。要求。常用的淬火介质：常用的淬火介质：硝酸盐和碱，运用温度在硝酸
30、盐和碱，运用温度在150550之间。之间。3 淬火介质的新发展淬火介质的新发展环保、优效（高温快速、低温慢速）、平安、经济为发环保、优效（高温快速、低温慢速）、平安、经济为发展方向。展方向。植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶 段段冷速）冷速）聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）固固气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）常用的淬火冷却介质常用的淬火冷却介质 名名 称称 最大冷却速度最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温度所在温度/冷却速度冷却速
31、度 /(s-1)650550 300200 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号号锭子油子油50012010050单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1三、三、钢的淬透性钢的淬透性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是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。
32、是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。三、三、钢的淬透性钢的淬透性1.概念概念 淬透性淬透性钢在淬火时能够获得马氏体的实力。钢在淬火时能够获得马氏体的实力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。表示。工件淬硬层与冷却速度的关系示意图工件淬硬层与冷却速度的关系示意图（a）零件截面的不同冷却速度）零件截面的不同冷却速度;（b）未淬透区的示意图）未淬透区的示意图abM量和硬度随深量和硬度随深度的变化度的变化l淬硬层深度淬硬层深度 由工件表面到半马氏体区由工件表面到半马氏体区(50%M+50%P)(50%M+50%P)的深度。的深度。假如工件中心在淬火后获得了假如工件中
33、心在淬火后获得了50以上的以上的M，则认为工件已经被淬透。则认为工件已经被淬透。淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未未淬淬透透淬淬透透HRCHRC2 2、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素确定因素确定因素:临界冷却速度临界冷却速度;取决于取决于A A成分。成分。因此使因此使C C曲线右移的元素均使淬透性提高曲线右移的元素均使淬透性提高;奥氏体化温度越高奥氏体化温度越高,保温时间越长保温时间越长,则晶粒越粗大则晶粒越粗大,成成分越匀整分越匀整,过冷奥氏体越稳定过冷奥氏体越稳定,C,C曲线越向右移曲线越向右移,淬火淬火临界冷却速度越小临界冷却速度越
34、小,钢的淬透性越好钢的淬透性越好l留意区分：留意区分：l钢的淬透性钢的淬透性 钢材本身的固有属性，与外部因素钢材本身的固有属性，与外部因素无关无关l工件的淬透深度工件的淬透深度 取决于钢材淬透性取决于钢材淬透性,还与冷却还与冷却介质、介质、l 工件尺寸等外部因素有关。工件尺寸等外部因素有关。n同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却实力强，淬硬层深。关。工件尺寸小、介质冷却实力强，淬硬层深。n淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较。是在尺寸、冷却介质相同时，用
35、材料之间的比较。是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深度来进行比较的。不同材料的淬硬层深度来进行比较的。n留意区分：留意区分：n 淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性淬硬性淬硬性:钢在理想条件下淬火后所能钢在理想条件下淬火后所能 达到的达到的最高硬度。最高硬度。影响因素影响因素:主要主要取决于马氏体的取决于马氏体的含碳量。含碳量。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性:（两个完全不同的概念）（两个完全不同的概念）淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素结构钢碳素结构钢(20)小小高高碳素工具钢碳素工具钢(T12A)大大低低低碳合金结构
36、钢低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢(W18Cr4V)3.3.淬透性测量方法淬透性测量方法 (1)(1)断口法：适用碳素工具钢。断口法：适用碳素工具钢。将上述试样加热到将上述试样加热到760760、800800、840840等温度加等温度加热热15201520分钟，淬入分钟，淬入10-30 10-30 水中，打断视察水中，打断视察淬硬层，即淬硬层（马氏体）和韧软层（珠光体淬硬层，即淬硬层（马氏体）和韧软层（珠光体或贝氏体），比照相应标准或贝氏体），比照相应标准0-50-5级。级。(2)U(2)U型曲线法：型曲线法：将一组长度是直径将一组长度是直径464
37、6倍的圆柱形试样倍的圆柱形试样经完全奥氏体化后，在确定介质中冷却经完全奥氏体化后，在确定介质中冷却后，从试样中部切开，磨平后自表面对后，从试样中部切开，磨平后自表面对心部测量试样硬度，其硬度分布如右。心部测量试样硬度，其硬度分布如右。h-h-淬硬区淬硬区DH-DH-未淬硬区未淬硬区淬透性表示：淬透性表示：淬硬层深度淬硬层深度h h，或，或DH/DDH/D。hhDHD直观，精确，但繁琐直观，精确，但繁琐用于结构钢用于结构钢(3)临界直径法：临界直径法：D0：钢在某种介质中能够完：钢在某种介质中能够完全淬透的最大直径。全淬透的最大直径。按按U曲线法取不同直径试样曲线法取不同直径试样在不同质淬火后，
38、截面中在不同质淬火后，截面中心恰好含心恰好含50%马氏体。马氏体。Di：志向临界直径，试样能：志向临界直径，试样能够淬透的最大直径（含够淬透的最大直径（含50%马氏体）。马氏体）。在相应介质中，绘出在相应介质中，绘出Di-D0 图。图。临界临界直径直径D0 理想临理想临界直径界直径DiH值值(4)端淬法：端淬法：此方法是世界上通用方法。此方法是世界上通用方法。即用即用 表示，表示，J 表示末端淬透性，表示末端淬透性，4、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示d 至水冷端距离至水冷端距离 HRC该处硬度值。该处硬度值。用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示临界淬透直径
39、是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用体的最大直径，用D0表示。表示。D0与介质有关，如与介质有关，如45钢钢D0水水=16mm，D0油油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如45钢钢D0油油=8mm，40Cr D0油油=20mm。马氏体马氏体马氏体马氏体索氏体索氏体5 5、淬透性的实际意义、淬透性的实际意义 l1 1、对于截面承载匀整的重要件，要全部淬透。如螺栓、连杆、对于截面承载匀整的重要件，要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。模具等。选用高淬透性
40、钢选用高淬透性钢l2 2、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透（淬硬层深度一般为、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半径的1/21/31/21/3），如轴类。），如轴类。低淬透性钢低淬透性钢l淬硬层深度与工件尺寸有关，设计时应留意尺寸效应。淬硬层深度与工件尺寸有关，设计时应留意尺寸效应。高强螺高强螺栓栓柴油机柴油机连杆连杆齿齿轮轮淬透性曲线应用淬透性曲线应用求不同直径棒状工件截面上的硬度分布求不同直径棒状工件截面上的硬度分布例：接受例：接受45Mn2制造制造50mm的轴，试求水淬后其截面的轴，试求水淬后其截面上硬度分布曲线。上硬度分布曲线。淬透性曲线应用淬透性曲线应用例：
41、有一例：有一40号钢直径号钢直径45mm的轴，要求淬火后在距表面的轴，要求淬火后在距表面3/4R处有处有80%马氏体，在马氏体，在1/2R处的硬度不低于处的硬度不低于HRC40，请问接受淬火，请问接受淬火介质为油还是水？介质为油还是水？解：解：确定确定40钢淬火后钢淬火后80%马氏体组织的硬度（马氏体组织的硬度（HRC45）；）；淬油后硬度淬油后硬度 3/4R处：处：HRC38，1/2R处：处：HRC30 不满足要求；不满足要求；淬水后硬度淬水后硬度 3/4R处：处：HRC46，1/2R处：处：HRC42 满足要求；满足要求；接受水淬接受水淬静水中淬火静水中淬火静油中淬火静油中淬火四、淬火缺陷
42、四、淬火缺陷 1.淬火内应力淬火内应力 淬火内应力是造成工件变形和开裂根本缘由。淬火内应力是造成工件变形和开裂根本缘由。淬火内应力超过材料屈服强度淬火内应力超过材料屈服强度-引起工件变形；引起工件变形；淬火内应力超过材料断裂强度淬火内应力超过材料断裂强度-引起工件断裂。引起工件断裂。淬火内应力分：热应力（温度应力）淬火内应力分：热应力（温度应力）组织应力（相变应力）组织应力（相变应力）（1）热应力：由于工件心部和表面冷却速度不一样，其冷）热应力：由于工件心部和表面冷却速度不一样，其冷却收缩不同而造成的内应力。却收缩不同而造成的内应力。热应力产生过程：热应力产生过程：冷却初期，表面冷速快，表面收
43、缩，产生拉应力；冷却初期，表面冷速快，表面收缩，产生拉应力；心部冷速慢，不收缩，产生压应力；心部冷速慢，不收缩，产生压应力；冷却后期，表面冷速慢，表面不收缩，产生压应力；冷却后期，表面冷速慢，表面不收缩，产生压应力；心部冷速快，收缩，产生拉应力；心部冷速快，收缩，产生拉应力；最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。（2）组织应力：）组织应力：由于工件表层和心部发生马氏体转变的不由于工件表层和心部发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。同时性而造成的内应力。组织应力产生过程：组织应力产生过程：冷却初期，表面发生马氏体相变，表面体积冷却初期，表面发生马氏
44、体相变，表面体积膨胀膨胀，产生，产生压应力；心部冷速慢牵制表面压应力；心部冷速慢牵制表面膨胀膨胀，产生拉应力；，产生拉应力；冷却后期，心部发生马氏体相变，表面体积冷却后期，心部发生马氏体相变，表面体积膨胀膨胀，产生，产生压应力；表面牵制心部压应力；表面牵制心部膨胀膨胀，产生拉应力；，产生拉应力；最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要内应力为组织应力，热应力为辅。内应力为组织应力，热应力为辅。2.淬火变形淬火变形 几何形态变更体积变更几何形态变更体积变
45、更热应力使工件沿着最大尺寸方向收缩。热应力使工件沿着最大尺寸方向收缩。组织应力使工件沿着最大尺寸方向伸长。组织应力使工件沿着最大尺寸方向伸长。四、淬火缺陷四、淬火缺陷淬火变形影响因素：淬火变形影响因素：淬透性：好，组织应力作用大；差，热应力作用大淬透性：好，组织应力作用大；差，热应力作用大奥氏体化学成分，奥氏体化学成分，C%低，热应力作用大；低，热应力作用大；C%高，组织应力作用大。高，组织应力作用大。淬火加热淬火加热T高、内应力大、变形大；高、内应力大、变形大；淬火冷速快、内应力大、变形大；淬火冷速快、内应力大、变形大；工件形态不对称，厚薄不匀整，变形大。工件形态不对称，厚薄不匀整，变形大。
46、淬火变形的订正淬火变形的订正-校正校正四、淬火缺陷四、淬火缺陷3.淬火裂纹淬火裂纹重要性：淬火变形可以校正，淬火开裂则无法挽回，因重要性：淬火变形可以校正，淬火开裂则无法挽回，因此我们要探讨淬火开裂缘由，进行预防。此我们要探讨淬火开裂缘由，进行预防。淬火裂纹产生缘由：淬火裂纹产生缘由：淬火内应力超过材料断裂强度淬火内应力超过材料断裂强度 材料内部缺陷材料内部缺陷+确定的淬火应力确定的淬火应力淬火裂纹分类：淬火裂纹分类：纵向裂纹纵向裂纹 横向裂纹横向裂纹 网状裂纹网状裂纹 剥离裂纹剥离裂纹 显微裂纹显微裂纹四、淬火缺陷四、淬火缺陷削减淬火变形和防止淬火开裂的措施削减淬火变形和防止淬火开裂的措施1
47、）正确选材）正确选材 如选择淬透性好的材料如选择淬透性好的材料2）合理设计工件形态）合理设计工件形态 如避开截面形态悬殊的零件如避开截面形态悬殊的零件3）合理消退材料缺陷）合理消退材料缺陷 如淬火前锻造和预备热处理如淬火前锻造和预备热处理4）合理制定热处理工艺）合理制定热处理工艺 如加热温度、冷却速度、如加热温度、冷却速度、回火、操作方法等回火、操作方法等4.其它淬火缺陷其它淬火缺陷 淬火硬度不足淬火硬度不足 氧化和脱碳氧化和脱碳 软点软点2、回火回火回火回火在在A1线以下很宽温度范围内进行，是使淬火组线以下很宽温度范围内进行，是使淬火组织的亚稳定进一步向稳定状态转变过程，获得稳定的织的亚稳定
48、进一步向稳定状态转变过程，获得稳定的组织和性能，削减或消退淬火内应力。组织和性能，削减或消退淬火内应力。回火目的：回火目的：1、降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形或、降低淬火钢的脆性和内应力，防止变形或开裂。开裂。2、调整和稳定淬火钢的结晶、调整和稳定淬火钢的结晶 组织，以保证组织，以保证工件不再发生形态和尺寸的变更。工件不再发生形态和尺寸的变更。3、获得不同须要的机械性能，通过适当的回、获得不同须要的机械性能，通过适当的回火来获得所要求的强度、硬度和韧性，以满足各种工火来获得所要求的强度、硬度和韧性，以满足各种工件的不同运用要求。淬火钢经回火后，其硬度随回火件的不同运用要求。淬火钢经回火后，
49、其硬度随回火温度的上升而降低，回火一般也是热处理的最终一道温度的上升而降低，回火一般也是热处理的最终一道工序。工序。一、回火时钢的组织转变一、回火时钢的组织转变 随温度上升，淬火随温度上升，淬火组织将将发生五个生五个阶段段变更：更：马氏体中碳原子偏聚（氏体中碳原子偏聚（80100）马氏体的分解（氏体的分解（80250）产物：物：M回回 残余奥氏体的残余奥氏体的转变（200300）产物：物：M回（主要）回（主要）+B下（微量）下（微量）碳化物析出和碳化物析出和转变（250400）产物：物：T回回 相状相状态变更及碳化物聚集更及碳化物聚集长大（大（400)产物：物：S回回一、回火时组织转变一、回火
50、时组织转变 按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单独发生，而是相互重叠的。独发生，而是相互重叠的。1.碳原子偏聚（时效阶段）碳原子偏聚（时效阶段）(80100以下以下)由于淬火马氏体为过饱和固溶体，晶格中有大量微由于淬火马氏体为过饱和固溶体，晶格中有大量微观缺陷的亚稳态。观缺陷的亚稳态。对位错马氏体，低温下对位错马氏体，低温下C、N原子短程扩散到位错原子短程扩散到位错线旁边线旁边对孪晶马氏体，低温下对孪晶马氏体，低温下C、N原子短程扩散聚集到原子短程扩散聚集到某一晶面某一晶面2.马氏体分解（马氏体分解（80-250 ）高碳马氏体发生分解，马氏体中过饱和