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1、1.1第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.1第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 1.2第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.2教学提示：钢的热处理是提高机械产品质量，充分发挥现有材料的潜力的教学提示：钢的热处理是提高机械产品质量，充分发挥现有材料的潜力的重要工艺方法，是钢的热处理理论在生产实践中的具体应用。运用钢的热处理重要工艺方法，是钢的热处理理论在生产实践中的具体应用。运用钢的热处理基本原理，结合基本原理，结合C曲线，分析过冷奥氏体转变产物的组织和性能是掌握钢在热处曲线，分析过冷奥氏体转变产物的组织和性能是掌握钢在热
2、处理过程中工艺理过程中工艺组织组织性能变化规律的前提。根据零件的使用条件和性能要求，性能变化规律的前提。根据零件的使用条件和性能要求，结合零件的加工工艺过程，采用合理的热处理手段，是提高零件力学性能、提结合零件的加工工艺过程，采用合理的热处理手段，是提高零件力学性能、提高零件使用寿命的必要条件。高零件使用寿命的必要条件。教学要求：本章要求学生在掌握钢的热处理原理的基础上，熟悉常用热处教学要求：本章要求学生在掌握钢的热处理原理的基础上，熟悉常用热处理工艺理工艺(退火、正火、淬火、回火、表面淬火和化学热处理退火、正火、淬火、回火、表面淬火和化学热处理)的目的及其应用范的目的及其应用范围；明确热处理
3、在机械零件加工制造过程中的地位和作用，并能合理地制定典围；明确热处理在机械零件加工制造过程中的地位和作用，并能合理地制定典型零件型零件(齿轮、轴齿轮、轴)的加工工艺路线。掌握淬透性的概念以及淬透性曲线在选材的加工工艺路线。掌握淬透性的概念以及淬透性曲线在选材中的实际应用。中的实际应用。1.3第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.3钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组织转变规律所制定的钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组织转变规律所制定的钢在热处理时具体的加热、保温和冷却的工艺参数。热处理工艺种类很多，根钢在热处理时具体的加热、保温和冷却的工艺参数。热处理工艺种类很
4、多，根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分为：普通热据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分为：普通热处理处理(退火、正火、淬火和回火退火、正火、淬火和回火)、表面热处理、表面热处理(表面淬火和化学热处理等表面淬火和化学热处理等)及特及特殊热处理殊热处理(形变热处理、磁场热处理等形变热处理、磁场热处理等)。根据热处理在零件生产工艺流程中的。根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。1.4第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.4本章内容本章内容6.1钢的普通
5、热处理钢的普通热处理6.2钢的表面热处理钢的表面热处理6.3钢的化学热处理钢的化学热处理6.4钢的热处理新技术钢的热处理新技术小小结结本本章章习习题题1.5第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.56.1 钢的普通热处理钢的普通热处理6.1.1退火退火普通热处理主要包括退火、正火、淬火和回火，一般也称为热处理的普通热处理主要包括退火、正火、淬火和回火，一般也称为热处理的“四把四把火火”。普通热处理是最基本、最重要、应用最为广泛的热处理方式。通常用来改。普通热处理是最基本、最重要、应用最为广泛的热处理方式。通常用来改变零件整体的组织和性能。变零件整体的组织和性能。退火是将组织偏离平衡状态
6、的钢加热到工艺预定的某一温度，经保温后缓慢退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到工艺预定的某一温度，经保温后缓慢冷却下来冷却下来(一般为随炉冷却或埋入石灰中一般为随炉冷却或埋入石灰中)，以获得接近平衡状态组织的热处理工，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。艺。根据钢的成分和退火的目的、要求的不同，退火又可分为完全退火、等温根据钢的成分和退火的目的、要求的不同，退火又可分为完全退火、等温退火、球化退火、再结晶退火、去应力退火等。各种退火的加热温度范围和工艺退火、球化退火、再结晶退火、去应力退火等。各种退火的加热温度范围和工艺曲线如图曲线如图6.1所示。所示。1.完全退火完全退火将钢件或毛坯加热到将钢
7、件或毛坯加热到Ac3以上以上2030，保温一段时间，使钢中组织完，保温一段时间，使钢中组织完全转变成奥氏体后，缓慢冷却全转变成奥氏体后，缓慢冷却(一般为随炉冷却一般为随炉冷却)到到500600以下出炉，在以下出炉，在空气中冷却下来。所谓空气中冷却下来。所谓“完全完全”是指加热时获得完全的奥氏体组织。是指加热时获得完全的奥氏体组织。1)完全退火的目的完全退火的目的1.6第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.6改善热加工造成的粗大、不均匀的组织；中碳以上碳钢和合金钢降低硬改善热加工造成的粗大、不均匀的组织；中碳以上碳钢和合金钢降低硬度从而改善其切削加工性能度从而改善其切削加工性能(一般情
8、况下，工件硬度在一般情况下，工件硬度在170HB230HB之间之间时易于切削加工，高于或低于这个硬度范围时，都会使切削困难时易于切削加工，高于或低于这个硬度范围时，都会使切削困难)；消除铸件、；消除铸件、锻件及焊接件的内应力。锻件及焊接件的内应力。图图6.1各种退火和正火工艺示意图各种退火和正火工艺示意图6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.7第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.72)适用范围适用范围完全退火主要适用于含碳量为完全退火主要适用于含碳量为0.25%0.77%的亚共析成分的碳钢、合金钢的亚共析成分的碳钢、合金钢和工程铸件、锻件和热轧型材。过共析钢不宜采用完全退火，因为
9、过共析钢加热和工程铸件、锻件和热轧型材。过共析钢不宜采用完全退火，因为过共析钢加热至至Accm以上缓慢冷却时，二次渗碳体会以网状沿奥氏体晶界析出，使钢的强度、以上缓慢冷却时，二次渗碳体会以网状沿奥氏体晶界析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著下降。塑性和冲击韧性显著下降。2.等温退火等温退火将钢件或毛坯加热至将钢件或毛坯加热至Ac3(或或Ac1)以上以上2030，保温一定时间后，较快，保温一定时间后，较快地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线“鼻尖鼻尖”温度附近并保温温度附近并保温(珠光体转变区珠光体转变区)，使，使奥氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来，这种热处理方式为等温
10、退火。奥氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来，这种热处理方式为等温退火。等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的转变容易控制，能获得等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的转变容易控制，能获得均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火周期。均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火周期。3.球化退火球化退火球化退火是将钢件或毛坯加热到略高于球化退火是将钢件或毛坯加热到略高于Ac1的温度，经长时间保温，使钢中二次的温度，经长时间保温，使钢中二次渗碳体自发转变为颗粒状渗碳体自发转变为颗粒状(或称球状或称球状)渗碳体，然后以缓慢的速度冷却到室温的工渗
11、碳体，然后以缓慢的速度冷却到室温的工艺方法。艺方法。1)球化退火的目的球化退火的目的降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能，为淬火作准备。降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能，为淬火作准备。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.8第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.82)球化退火的适用范围球化退火的适用范围球化退火主要适用于碳素工具钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和合金工具钢球化退火主要适用于碳素工具钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和合金工具钢等共析钢和过共析钢等共析钢和过共析钢(含碳量大于含碳量大于0.77%)。4.扩散退火扩散退火为减少钢锭、铸件的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到略低于
12、固相为减少钢锭、铸件的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到略低于固相线温度线温度(钢的熔点以下钢的熔点以下100200)，长时间保温并缓冷，使钢锭等化学成分，长时间保温并缓冷，使钢锭等化学成分和组织均匀化。由于扩散退火加热温度高，因此退火后晶粒粗大，可用完全退和组织均匀化。由于扩散退火加热温度高，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火细化晶粒火或正火细化晶粒5.去应力退火、再结晶退火去应力退火、再结晶退火去应力退火又称低温退火。它是将钢加热到去应力退火又称低温退火。它是将钢加热到400500(Ac1温度以下温度以下)，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温的工艺方法。其目的是为了消除铸件、，保温一段
13、时间，然后缓慢冷却到室温的工艺方法。其目的是为了消除铸件、锻件和焊接件以及冷变形等加工中所造成的内应力。因去应力退火温度低、不锻件和焊接件以及冷变形等加工中所造成的内应力。因去应力退火温度低、不改变工件原来的组织，故应用广泛。改变工件原来的组织，故应用广泛。再结晶退火主要用于消除冷变形加工再结晶退火主要用于消除冷变形加工(如无冷轧、冷拉、冷冲如无冷轧、冷拉、冷冲)产生的畸变产生的畸变组织，消除加工硬化而进行的低温退火。加热温度为再结晶温度组织，消除加工硬化而进行的低温退火。加热温度为再结晶温度(使变形晶粒再使变形晶粒再次结晶为无变形晶粒的温度次结晶为无变形晶粒的温度)以上以上150250。再结
14、晶退火可使冷变形后被。再结晶退火可使冷变形后被拉长的晶粒重新形核长大为均匀的等轴晶，从而消除加工硬化效果。拉长的晶粒重新形核长大为均匀的等轴晶，从而消除加工硬化效果。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.9第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.96.1.2正火正火正火是将钢加热到正火是将钢加热到Ac3(亚共析钢亚共析钢)和和Accm(过共析钢过共析钢)以上以上3050，经，经过保温一段时间后，在空气中或在强制流动的空气中冷却到室温的工艺方法。过保温一段时间后，在空气中或在强制流动的空气中冷却到室温的工艺方法。正火的目的为以下三点。正火的目的为以下三点。1.作为最终热处理作为最终热处
15、理对强度要求不高的零件，正火可以作为最终热处理。正火可以细化晶粒，对强度要求不高的零件，正火可以作为最终热处理。正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。提高钢的强度、硬度和韧性。2.作为预先热处理作为预先热处理截面较大的结构钢件，在淬火或调质处理截面较大的结构钢件，在淬火或调质处理(淬火加高温回火淬火加高温回火)前常进行正火，前常进行正火，可以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于含碳量大于可以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。
16、对于含碳量大于0.77%的碳钢和合金工具钢中存在的网状渗碳体，正火可减少二次渗碳体量，的碳钢和合金工具钢中存在的网状渗碳体，正火可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。3.改善切削加工性能改善切削加工性能正火可改善低碳钢正火可改善低碳钢(含碳量低于含碳量低于0.25%)的切削加工性能。含碳量低于的切削加工性能。含碳量低于0.25%的碳钢，退火后硬度过低，切削加工时容易的碳钢，退火后硬度过低，切削加工时容易“粘刀粘刀”，表面粗糙度很差，通过，表面粗糙度很差，通过正火使硬度提高至正火使硬度提高至140HB190HB，接近于最佳切削
17、加工硬度，从而改善切削，接近于最佳切削加工硬度，从而改善切削加工性能。加工性能。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.10第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.10正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，强度和硬度正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，强度和硬度也比退火组织高。当碳钢的含碳量小于也比退火组织高。当碳钢的含碳量小于0.6%时。正火后组织为铁素体时。正火后组织为铁素体+索索氏体，当含碳量大于氏体，当含碳量大于0.6%时，正火后组织为索氏体。由于正火的生产周时，正火后组织为索氏体。由于正火的生产周期短，设备利用率高，生产效率较高，因此成本较低，在生产中应
18、用广期短，设备利用率高，生产效率较高，因此成本较低，在生产中应用广泛。正火工艺示意图如图泛。正火工艺示意图如图6.1所示。所示。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.11第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.116.1.3淬火淬火淬火是指将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷淬火是指将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。因此，淬火的目的就是为了获得马却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。因此，淬火的目的就是为了获得马氏体，并与适当的回火工艺相配合，以提高钢的力学性能。淬火、回火是钢的氏体，并与适当的回火工艺相
19、配合，以提高钢的力学性能。淬火、回火是钢的最重要的强化方法，也是应用最广的热处理工艺之一。作为各种机器零件、工最重要的强化方法，也是应用最广的热处理工艺之一。作为各种机器零件、工具及模具的最终热处理，淬火是赋予零件最终性能的关键工序具及模具的最终热处理，淬火是赋予零件最终性能的关键工序1.淬火工艺淬火工艺1)淬火温度淬火温度亚共析钢淬火加热温度为以上亚共析钢淬火加热温度为以上3050；共析、过共析钢淬火加热温；共析、过共析钢淬火加热温度为度为Ac1以上以上3050。钢的淬火温度范围如图。钢的淬火温度范围如图6.2所示。所示。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.12第第6 6章章 钢的热处理
20、工艺钢的热处理工艺1.12图图6.2钢的淬火温度范围钢的淬火温度范围6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.13第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.13亚共析碳钢在上述淬火温度加热，是为了获得晶粒细小的奥氏体，淬火后可亚共析碳钢在上述淬火温度加热，是为了获得晶粒细小的奥氏体，淬火后可获得细小的马氏体组织。若加热温度过高，则引起奥氏体晶粒粗化，淬火后得到获得细小的马氏体组织。若加热温度过高，则引起奥氏体晶粒粗化，淬火后得到的马氏体组织也粗大，从而使钢的性能严重脆化。若加热温度过低，如在的马氏体组织也粗大，从而使钢的性能严重脆化。若加热温度过低，如在Ac1Ac3之间，则加热时组织为奥氏
21、体之间，则加热时组织为奥氏体+铁素体；淬火后，奥氏体转变为马氏体，铁素体；淬火后，奥氏体转变为马氏体，而铁素体被保留下来，此时的淬火组织为马氏体而铁素体被保留下来，此时的淬火组织为马氏体+铁素体铁素体(+残余奥氏体残余奥氏体)，这样就，这样就造成了淬火硬度的不足。造成了淬火硬度的不足。共析钢和过共析钢在淬火加热之前已经球化退火了，故加热到共析钢和过共析钢在淬火加热之前已经球化退火了，故加热到Ac1以上以上3050不完全奥氏体化后，其组织为奥氏体和部分未溶的细粒状渗碳体颗粒。淬不完全奥氏体化后，其组织为奥氏体和部分未溶的细粒状渗碳体颗粒。淬火后，奥氏体转变为马氏体，未溶渗碳体颗粒被保留下来。由于
22、渗碳体硬度高，火后，奥氏体转变为马氏体，未溶渗碳体颗粒被保留下来。由于渗碳体硬度高，因此它不但不会降低淬火钢的硬度，而且还可以提高它的耐磨性；若加热温度过因此它不但不会降低淬火钢的硬度，而且还可以提高它的耐磨性；若加热温度过高，甚至在高，甚至在Accm以上，则渗碳体溶入奥氏体中的数量增大，奥氏体的含碳量增以上，则渗碳体溶入奥氏体中的数量增大，奥氏体的含碳量增加，这不仅使未溶渗碳体颗粒减少，而且使加，这不仅使未溶渗碳体颗粒减少，而且使Ms点下降，淬火后残余奥氏体量增点下降，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢的硬度与耐磨性。同时，加热温度过高，会引起奥氏体晶粒粗大，使多，降低钢的硬度与耐磨性。同时，加
23、热温度过高，会引起奥氏体晶粒粗大，使淬火后的组织为粗大的片状马氏体，使显微裂纹增多，钢的脆性大为增加。粗大淬火后的组织为粗大的片状马氏体，使显微裂纹增多，钢的脆性大为增加。粗大的片状马氏体，还使淬火内应力增加，极易引起工件的淬火变形和开裂。因此加的片状马氏体，还使淬火内应力增加，极易引起工件的淬火变形和开裂。因此加热温度过高是不适宜的。热温度过高是不适宜的。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.14第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.14过共析钢的正常淬火组织为隐晶过共析钢的正常淬火组织为隐晶(即细小片状即细小片状)马氏体的基体上均匀分布着马氏体的基体上均匀分布着细小颗粒状渗碳体
24、以及少量残余奥氏体，这种组织具有较高的强度和耐磨性，细小颗粒状渗碳体以及少量残余奥氏体，这种组织具有较高的强度和耐磨性，同时又具有一定的韧性，符合高碳工具钢零件的使用要求。同时又具有一定的韧性，符合高碳工具钢零件的使用要求。2)淬火加热保温时间淬火加热保温时间加热保温时间的影响因素比较多，它与加热炉的类型、钢种、工件尺寸大加热保温时间的影响因素比较多，它与加热炉的类型、钢种、工件尺寸大小等有关，一般根据热处理手册中的经验公式确定。小等有关，一般根据热处理手册中的经验公式确定。3)淬火冷却方式淬火冷却方式冷却是淬火的关键，冷却的好坏直接决定了钢淬火后的组织和性能。冷却冷却是淬火的关键，冷却的好坏
25、直接决定了钢淬火后的组织和性能。冷却介质应保证：工件得到马氏体，同时变形小，不开裂。理想的淬火曲线为介质应保证：工件得到马氏体，同时变形小，不开裂。理想的淬火曲线为650以上缓冷，以降低热应力。以上缓冷，以降低热应力。650400快速冷却，保证全部奥氏体不分解。快速冷却，保证全部奥氏体不分解。400以下缓冷，减少马氏体转变时的相变应力。图以下缓冷，减少马氏体转变时的相变应力。图6.3所示为钢的理想淬火冷所示为钢的理想淬火冷却曲线。却曲线。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.15第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.15图图6.3钢的理想淬火冷却曲线钢的理想淬火冷却曲线目前工厂中常
26、用的淬火冷却介质，主要是水、油。目前工厂中常用的淬火冷却介质，主要是水、油。水：水在水：水在650550高温区冷却能力较强，在高温区冷却能力较强，在300200低温区冷却能低温区冷却能力也强。淬火零件易变形开裂，因而适用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。力也强。淬火零件易变形开裂，因而适用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。此外，水温对水的冷却特性影响很大，水温升高，水在高温区的冷却能力显著下降，此外，水温对水的冷却特性影响很大，水温升高，水在高温区的冷却能力显著下降，而低温区的冷却能力仍然很强。因此淬火时水温不应超过而低温区的冷却能力仍然很强。因此淬火时水温不应超过30，通过加强水循环
27、，通过加强水循环和工件的搅动可以提高工件在高温区的冷却速度。和工件的搅动可以提高工件在高温区的冷却速度。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.16第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.16在水中加入盐、碱，其冷却能力比清水更强。例如浓度为在水中加入盐、碱，其冷却能力比清水更强。例如浓度为10%NaCl或或10%NaOH的水溶液可使高温区的水溶液可使高温区(650550)的冷却能力显著提高，的冷却能力显著提高，10%NaCl水溶液较纯水的冷却能力提高水溶液较纯水的冷却能力提高10倍以上，而倍以上，而10%NaOH的水溶液的冷的水溶液的冷却能力更高。但这两种水基淬火介质在低温区却能力更
28、高。但这两种水基淬火介质在低温区(300200)的冷却速度亦很的冷却速度亦很快。因此适用于低碳钢和中碳钢的淬火。快。因此适用于低碳钢和中碳钢的淬火。油：油也是一种常用的淬火介质。目前工业上主要采用矿物油，如锭子油：油也是一种常用的淬火介质。目前工业上主要采用矿物油，如锭子油、机油等。油的主要优点是在油、机油等。油的主要优点是在300200低温区的冷却速度比水小得多，低温区的冷却速度比水小得多，从而可大大降低淬火工件的相变应力，减小工件变形和开裂倾向。油在从而可大大降低淬火工件的相变应力，减小工件变形和开裂倾向。油在650550高温区间冷却能力低是其主要缺点。但是对于过冷奥氏体比较稳定的高温区间
29、冷却能力低是其主要缺点。但是对于过冷奥氏体比较稳定的合金钢，油是合适的淬火介质。与水相反，提高油温可以降低黏度，增加流动合金钢，油是合适的淬火介质。与水相反，提高油温可以降低黏度，增加流动性，故可提高高温区间的冷却能力。但是油温过高，容易着火，一般应控制在性，故可提高高温区间的冷却能力。但是油温过高，容易着火，一般应控制在6080。油适用于形状复杂的合金钢工件的淬火以及小截面、形状复杂的。油适用于形状复杂的合金钢工件的淬火以及小截面、形状复杂的碳钢工件的淬火。碳钢工件的淬火。为减少工件的变形，熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐浴。其特点为减少工件的变形，熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐浴
30、。其特点是沸点高，冷却能力介于水、油之间，常用于等温淬火和分级淬火，处理形状是沸点高，冷却能力介于水、油之间，常用于等温淬火和分级淬火，处理形状复杂、尺寸小、变形要求严格的工件等。常用碱浴、盐浴的成分、熔点及使用复杂、尺寸小、变形要求严格的工件等。常用碱浴、盐浴的成分、熔点及使用温度见表温度见表6-1。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.17第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.17表表6-1常用碱浴、盐浴的成分、熔点及使用温度常用碱浴、盐浴的成分、熔点及使用温度熔 盐成 分熔点/使用温度/碱浴80%KOH+20%NaOH+6%H2O(外加)130140250硝盐55%KNO3+
31、45%NaNO2137150500硝盐55%KNO3+45%NaNO3218230550中性盐30%KCl+20%NaCl+50%BaCl25605808002.淬火方法淬火方法淬火方法的选择，主要以获得马氏体和减少内应力、减少工件的变形和开淬火方法的选择，主要以获得马氏体和减少内应力、减少工件的变形和开裂为依据。常用的淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬裂为依据。常用的淬火方法有：单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火。图火。图6.4所示为不同淬火方法示意图。所示为不同淬火方法示意图。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.18第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺
32、1.18图图6.4不同淬火方法示意图不同淬火方法示意图1单介质淬火单介质淬火1双介质淬火双介质淬火3分级淬火分级淬火4等温淬火等温淬火1)单介质淬火单介质淬火工件在一种介质中冷却，如水淬、油淬。优点是操作简单，易于实现机械工件在一种介质中冷却，如水淬、油淬。优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛。缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，化，应用广泛。缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.19第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.1
33、92)双介质淬火双介质淬火工件先在较强冷却能力介质中冷却到工件先在较强冷却能力介质中冷却到300左右，再在一种冷却能力较弱左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，如：先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的内应力，减小的介质中冷却，如：先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的内应力，减小工件变形开裂的倾向，可用于形状复杂、截面不均匀的工件淬火。双液淬火工件变形开裂的倾向，可用于形状复杂、截面不均匀的工件淬火。双液淬火的缺点是难以掌握双液转换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易的缺点是难以掌握双液转换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。为了克服这一缺点，发展了分级淬火法。淬裂。为了克服
34、这一缺点，发展了分级淬火法。3)分级淬火分级淬火工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在Ms点附近，工件点附近，工件在这一温度停留在这一温度停留2min5min，然后取出空冷，这种冷却方式叫分级淬火。分，然后取出空冷，这种冷却方式叫分级淬火。分级冷却的目的，是为了使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可级冷却的目的，是为了使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。分级温度以前都定在略高于以大大减小淬火应力，防止变形开裂。分级温度以前都定在略高于Ms点，工点，工件内外温度均匀以后进入马氏体区。现在
35、改进为在略低于件内外温度均匀以后进入马氏体区。现在改进为在略低于Ms点的温度分级。点的温度分级。实践表明，在实践表明，在Ms点以下分级的效果更好。例如，高碳钢模具在点以下分级的效果更好。例如，高碳钢模具在160的碱浴的碱浴中分级淬火，既能淬硬，变形又小，所以应用很广泛。中分级淬火，既能淬硬，变形又小，所以应用很广泛。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.20第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.204)等温淬火等温淬火工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部(稍高于稍高于Ms)，工件，工件等温停留较长时间，直到贝氏体转变结束，取出
36、空冷。等温淬火用于中碳以等温停留较长时间，直到贝氏体转变结束，取出空冷。等温淬火用于中碳以上的钢，目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低上的钢，目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢一般不采用等温淬火。碳钢一般不采用等温淬火。3.钢的淬透性钢的淬透性1)淬透性的基本概念淬透性的基本概念淬透性是钢的固有属性，它是选材和制定热处理工艺的重要依据之一。淬透性是钢的固有属性，它是选材和制定热处理工艺的重要依据之一。淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小用钢在一定条件下淬火所淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深
37、度来表示。同样形状和尺寸的工件，用不同的钢材制造，在获得的淬透层深度来表示。同样形状和尺寸的工件，用不同的钢材制造，在相同的条件下淬火，淬透层较深的钢，其淬透性较好。相同的条件下淬火，淬透层较深的钢，其淬透性较好。淬透层的深度规定为由工件表面至半马氏体区的深度。半马氏体区的组织是淬透层的深度规定为由工件表面至半马氏体区的深度。半马氏体区的组织是由由50%马氏体和马氏体和50%分解产物组成的。这样规定是因为半马氏体区的硬度变分解产物组成的。这样规定是因为半马氏体区的硬度变化显著，同时组织变化明显，并且在酸蚀的断面上有明显的分界线，很容易化显著，同时组织变化明显，并且在酸蚀的断面上有明显的分界线，
38、很容易测试。测试。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.21第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.21淬透性主要取决于钢的临界冷却速度，取决于过冷奥氏体的稳定性。淬透性主要取决于钢的临界冷却速度，取决于过冷奥氏体的稳定性。应当注意，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念，后者是指钢淬火后形应当注意，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念，后者是指钢淬火后形成的马氏体组织所能达到的硬度，它主要取决于马氏体中的含碳量。成的马氏体组织所能达到的硬度，它主要取决于马氏体中的含碳量。2)淬透性的测量方法淬透性的测量方法目前测定钢淬透性最常用的方法是末端淬火法，简称端淬法。此法通常用目前测定钢淬透性最
39、常用的方法是末端淬火法，简称端淬法。此法通常用于测定优质碳素结构钢、合金结构钢的淬透性，也可用于测定弹簧钢、轴承钢于测定优质碳素结构钢、合金结构钢的淬透性，也可用于测定弹簧钢、轴承钢和工具钢的淬透性。我国和工具钢的淬透性。我国GB/T2261988钢的淬透性末端淬火试验方法钢的淬透性末端淬火试验方法规规定的试样形状、尺寸及试验原理如图定的试样形状、尺寸及试验原理如图6.5所示。试验时将所示。试验时将25100mm的标准的标准试样加热至奥氏体状态后迅速取出置于试验装置上，对末端喷水冷却，试样上试样加热至奥氏体状态后迅速取出置于试验装置上，对末端喷水冷却，试样上距末端越远的部分，冷却速度越小，因此
40、硬度值越低。试样冷却完毕后，沿其距末端越远的部分，冷却速度越小，因此硬度值越低。试样冷却完毕后，沿其轴线方向相对的两侧各磨去轴线方向相对的两侧各磨去0.2mm0.5mm，在此平面上从试样末端开始，每，在此平面上从试样末端开始，每隔隔1.5mm测一点硬度，绘出硬度与至末端距离的关系曲线，称为端淬曲线。由测一点硬度，绘出硬度与至末端距离的关系曲线，称为端淬曲线。由于同一种钢号的化学成分允许在一定范围内波动，因而相关手册中给出的不是于同一种钢号的化学成分允许在一定范围内波动，因而相关手册中给出的不是一条曲线，而是一条带，称之为淬透性带，如图一条曲线，而是一条带，称之为淬透性带，如图6.6所示。所示。
41、6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.22第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.22根据钢的淬透性曲线，钢的淬透性值通常用根据钢的淬透性曲线，钢的淬透性值通常用表示。其中表示。其中J表表示末端淬透性，示末端淬透性，d表示至末端的距离，表示至末端的距离，HRC表示在该处测得的硬度值。例如表示在该处测得的硬度值。例如淬透性值淬透性值，即表示在淬透性带上距末端，即表示在淬透性带上距末端5mm处的硬度值为处的硬度值为40HRC，即表示距末端即表示距末端10mm15mm处的硬度值为处的硬度值为35HRC。另外，在生产中也常用另外，在生产中也常用“临界直径临界直径”来表示钢的淬透性。它是指圆柱
42、来表示钢的淬透性。它是指圆柱形试样在某种淬火介质中淬火时，心部刚好为半马氏体组织的最大圆柱形形试样在某种淬火介质中淬火时，心部刚好为半马氏体组织的最大圆柱形直径，用直径，用D0表示。显然，在相同的冷却条件下，表示。显然，在相同的冷却条件下，D0越大，则钢的淬透性也越大，则钢的淬透性也越大。表越大。表6-2列出了几种常用钢在水和油中淬火时的临界淬透直径。列出了几种常用钢在水和油中淬火时的临界淬透直径。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.23第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.23图图6.5端淬试验示意图端淬试验示意图图图6.6wc=45%钢的淬透性带钢的淬透性带6.1 钢的普通热
43、处理钢的普通热处理1.24第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.24表表6-2几种常用钢在水和油中淬火时的临界淬透直径几种常用钢在水和油中淬火时的临界淬透直径钢 号D0水/mmD0油/mm心部组织4510186850%M60202591550%M40Mn1838101850%M40Cr2036122450%M18CrMnTi3250122050%MT8T1215185795%M6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.25第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.253)淬透性的实际意义淬透性的实际意义钢的淬透性在生产中有重要的实际意义，工件在整体淬火条件下，从表面钢的淬透性在生
44、产中有重要的实际意义，工件在整体淬火条件下，从表面至中心是否淬透，对其机械性能有重要影响。在拉伸、压缩、弯曲或剪切应力至中心是否淬透，对其机械性能有重要影响。在拉伸、压缩、弯曲或剪切应力的作用下，工件尺寸较大的零件，例如齿轮类、轴类零件，希望整个截面都能的作用下，工件尺寸较大的零件，例如齿轮类、轴类零件，希望整个截面都能被淬透，从而保证零件在整个截面上的机械性能均匀一致，此时应选用淬透性被淬透，从而保证零件在整个截面上的机械性能均匀一致，此时应选用淬透性较高的钢种制造。如果钢的淬透性低，工件整个截面不能被全部淬透，则从表较高的钢种制造。如果钢的淬透性低，工件整个截面不能被全部淬透，则从表面到心
45、部的组织不一样，力学性能也不相同。此时，心部的机械性能，特别是面到心部的组织不一样，力学性能也不相同。此时，心部的机械性能，特别是冲击韧性很低。另外，对于形状复杂、要求淬火变形小的工件冲击韧性很低。另外，对于形状复杂、要求淬火变形小的工件(如精密模具、量如精密模具、量具等具等)，如果选用淬透性较高的钢，则可以在较缓和的介质中淬火，减小淬火应，如果选用淬透性较高的钢，则可以在较缓和的介质中淬火，减小淬火应力，因而工件变形较小。但是并非任何工件都要求选用淬透性高的钢，在某些力，因而工件变形较小。但是并非任何工件都要求选用淬透性高的钢，在某些情况下反而希望钢的淬透性低些。例如承受弯曲或扭转载荷的轴类
46、零件，其外情况下反而希望钢的淬透性低些。例如承受弯曲或扭转载荷的轴类零件，其外层承受应力最大，轴心部分应力较小，因此选用淬透性较小的钢，淬透工件半层承受应力最大，轴心部分应力较小，因此选用淬透性较小的钢，淬透工件半径的径的1/31/2即可。表面淬火用钢也应采用低淬透性钢，淬火时只是表层得到马即可。表面淬火用钢也应采用低淬透性钢，淬火时只是表层得到马氏体。焊接用钢也希望淬透性小，目的是为了避免焊缝及热影响区在焊后冷却氏体。焊接用钢也希望淬透性小，目的是为了避免焊缝及热影响区在焊后冷却过程中淬火得到马氏体，从而防止焊接构件的变形和开裂。一般情况下，淬透过程中淬火得到马氏体，从而防止焊接构件的变形和
47、开裂。一般情况下，淬透性好的钢要比淬透性差的钢的价格高。性好的钢要比淬透性差的钢的价格高。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.26第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.264)影响淬透性的因素影响淬透性的因素含碳量：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳量：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳量增加，临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，临界冷速含碳量增加，临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，临界冷速增加，淬透性降低。增加，淬透性降低。合金元素：除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，合金元素：除钴以外
48、，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使过冷奥氏体的转变曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性往往比使过冷奥氏体的转变曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性往往比碳钢要好。碳钢要好。奥氏体化温度：提高钢材的奥氏体化温度，将使奥氏体成分均匀、晶粒奥氏体化温度：提高钢材的奥氏体化温度，将使奥氏体成分均匀、晶粒长大，因而可减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。长大，因而可减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。但奥氏体晶粒长大，生成的马氏体也会比较粗大，会降低钢材常温下的力学性但奥氏体晶粒长大，生成的马氏体也会比较粗大，会降低钢材常温下的力学性能
49、。能。钢中未溶第二相：钢加热奥氏体化时，未溶入奥氏体中的碳化物、氮化钢中未溶第二相：钢加热奥氏体化时，未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，使临界冷却速物及其他非金属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。度增大，降低淬透性。淬透性好的钢材经调质处理后，整个截面都是回火索氏体，力学性能均匀，淬透性好的钢材经调质处理后，整个截面都是回火索氏体，力学性能均匀，强度高，韧性好；而淬透性差的钢表层为回火索氏体，心部为片状索氏体强度高，韧性好；而淬透性差的钢表层为回火索氏体，心部为片状索氏体+铁素铁素体，心部强韧性差。因此，
50、钢材的淬透性是影响工件选材和热处理强化效果的体，心部强韧性差。因此，钢材的淬透性是影响工件选材和热处理强化效果的重要因素。图重要因素。图6.7为淬透性不同的钢调质后力学性能的比较。为淬透性不同的钢调质后力学性能的比较。6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.27第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.27图图6.7淬透性不同的钢调质后力学性能的比较淬透性不同的钢调质后力学性能的比较6.1 钢的普通热处理钢的普通热处理1.28第第6 6章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺1.286.1.4回火回火将淬火后的零件加热到低于将淬火后的零件加热到低于Ac1的某一温度并保温，然后冷却到室温的热处理