第七章-鋼熱處理工藝-2-淬火

1、7.1 7.1 鋼的退火鋼的退火7.2 7.2 鋼的正火鋼的正火7.4 7.4 鋼的回火鋼的回火1 1） 單液淬火法單液淬火法2 2） 雙液淬火法雙液淬火法3 3） 分級(jí)淬火法分級(jí)淬火法4 4） 等溫淬火等溫淬火工藝過(guò)程：工藝過(guò)程： 將奧氏體狀態(tài)的工件放將奧氏體狀態(tài)的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的操作方法。卻到室溫的操作方法。 水淬則淬火應(yīng)力大，容易產(chǎn)水淬則淬火應(yīng)力大，容易產(chǎn)生變形與開(kāi)裂；生變形與開(kāi)裂； 用油淬則不易淬硬，容易產(chǎn)用油淬則不易淬硬，容易產(chǎn)生軟點(diǎn)。生軟點(diǎn)。 操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。和自動(dòng)化。 小尺寸且形狀簡(jiǎn)單的零件小尺

2、寸且形狀簡(jiǎn)單的零件 先將奧氏體狀態(tài)的工件先將奧氏體狀態(tài)的工件在在的淬火介質(zhì)的淬火介質(zhì)中冷卻到稍高于中冷卻到稍高于溫度溫度時(shí)，再立即轉(zhuǎn)入時(shí)，再立即轉(zhuǎn)入的淬火介質(zhì)中冷卻，直的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。3 淬火冷卻方法淬火冷卻方法 先水冷后油冷先水冷后油冷 先油冷后空冷先油冷后空冷 準(zhǔn)確地控制零件由一種介準(zhǔn)確地控制零件由一種介質(zhì)轉(zhuǎn)入另一介質(zhì)時(shí)的溫度，要質(zhì)轉(zhuǎn)入另一介質(zhì)時(shí)的溫度，要求較高的操作技術(shù)。求較高的操作技術(shù)。 尺寸較大的零件尺寸較大的零件 將奧氏體狀態(tài)的工件首先將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入淬入或或鋼的鋼的MsMs溫溫度的液態(tài)介質(zhì)中，適當(dāng)保溫至度的液態(tài)介質(zhì)中，適當(dāng)保溫至工

3、件各部分溫度達(dá)到淬火介質(zhì)工件各部分溫度達(dá)到淬火介質(zhì)的溫度，然后取出空冷至室溫，的溫度，然后取出空冷至室溫，完成馬氏體轉(zhuǎn)變。完成馬氏體轉(zhuǎn)變。 淬火時(shí)工件內(nèi)部溫度均勻，組織淬火時(shí)工件內(nèi)部溫度均勻，組織轉(zhuǎn)變幾乎同時(shí)進(jìn)行，因而減小了內(nèi)應(yīng)轉(zhuǎn)變幾乎同時(shí)進(jìn)行，因而減小了內(nèi)應(yīng)力，顯著降低了變形開(kāi)裂傾向。力，顯著降低了變形開(kāi)裂傾向。 液態(tài)介質(zhì)（熔鹽等）的冷卻能力有限液態(tài)介質(zhì)（熔鹽等）的冷卻能力有限 對(duì)變形要求嚴(yán)格且尺寸又較小的對(duì)變形要求嚴(yán)格且尺寸又較小的工件（如刀具、量具）。工件（如刀具、量具）。 將奧氏體化后的工件快冷將奧氏體化后的工件快冷到下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)到下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（260260400400）等

4、溫保持）等溫保持足夠時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)樽銐驎r(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織，而后于空氣組織，而后于空氣中冷卻的淬火方法。中冷卻的淬火方法。n工件的強(qiáng)度、硬度高，塑性、工件的強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性好韌性好n淬火應(yīng)力小，變形小淬火應(yīng)力小，變形小n多用于形狀復(fù)雜、尺寸較小、多用于形狀復(fù)雜、尺寸較小、精度要求高的工件（如模具、精度要求高的工件（如模具、齒輪等）。齒輪等）。2 淬透性的測(cè)定方法淬透性的測(cè)定方法3 淬透性的實(shí)際意義淬透性的實(shí)際意義n淬透性是鋼的主要熱處理性能。淬透性是鋼的主要熱處理性能。n選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。網(wǎng)帶式淬火爐網(wǎng)帶式淬火爐 指鋼在淬火時(shí)形成

5、指鋼在淬火時(shí)形成的能力，其大小用鋼的能力，其大小用鋼在一定條件下淬火所獲得的在一定條件下淬火所獲得的來(lái)表示。來(lái)表示。 不同成分的鋼接受淬火時(shí)形成馬氏體的能力不不同成分的鋼接受淬火時(shí)形成馬氏體的能力不同，同，容易容易形成馬氏體的鋼淬透性高（好），反之形成馬氏體的鋼淬透性高（好），反之則低（差）。則低（差）。 同樣形狀和尺寸的工件，用不同的鋼制造，在同樣形狀和尺寸的工件，用不同的鋼制造，在相同的條件下淬火，相同的條件下淬火，較大的鋼，其較大的鋼，其n例例：直徑為：直徑為30mm的的45鋼和鋼和40CrNiMo試樣棒，加試樣棒，加熱到奧氏體區(qū)（熱到奧氏體區(qū)（840），然后用水進(jìn)行淬火。分），然后用水

6、進(jìn)行淬火。分析兩根試樣棒截面的組織，測(cè)定其硬度。析兩根試樣棒截面的組織，測(cè)定其硬度。n結(jié)果結(jié)果：45鋼表面組織為鋼表面組織為M，心部組織為，心部組織為F+S，表面，表面硬度硬度55HRC，心部硬度僅，心部硬度僅20HRC，說(shuō)明，說(shuō)明45鋼試樣鋼試樣棒心部未淬火；棒心部未淬火；n40CrNiMo試樣棒表面至心部均為試樣棒表面至心部均為M組織，硬度均組織，硬度均為為55HRC，可見(jiàn)，可見(jiàn)40CrNiMo的淬透性比的淬透性比45鋼好鋼好。 工件淬火時(shí)，由表面至心部的冷卻速度逐漸降低，只工件淬火時(shí)，由表面至心部的冷卻速度逐漸降低，只有冷卻速度大于鋼的臨界冷卻速度有冷卻速度大于鋼的臨界冷卻速度v v臨界

7、臨界的區(qū)域才能得到的區(qū)域才能得到全部馬氏體。全部馬氏體。M量和硬度隨量和硬度隨深度的變化深度的變化 指由工件指由工件到到的深的深度。度。M量和硬度隨深量和硬度隨深度的變化度的變化M量和硬度隨量和硬度隨深度的變化深度的變化利用淬透性曲線比較鋼的淬透性，找出鋼的半馬氏體區(qū)利用淬透性曲線比較鋼的淬透性，找出鋼的半馬氏體區(qū)對(duì)應(yīng)的距水冷端的距離。該對(duì)應(yīng)的距水冷端的距離。該距離越大，則淬透性越好距離越大，則淬透性越好。 與與 和和 n是指鋼在淬火時(shí)獲得是指鋼在淬火時(shí)獲得的能力。的能力。n鋼的淬透性好壞取決于鋼的淬透性好壞取決于，或者，或者說(shuō)，取決于說(shuō)，取決于。n從從說(shuō)，說(shuō)，它取決于奧氏體的化學(xué)成它取決于奧

8、氏體的化學(xué)成分、晶粒度和均勻性。分、晶粒度和均勻性。表示鋼淬火時(shí)的硬化能力。表示鋼淬火時(shí)的硬化能力。 指鋼在淬火后獲得的指鋼在淬火后獲得的所能達(dá)所能達(dá)到的到的，取決于馬氏體中的，取決于馬氏體中的。n 例如：例如：n 高碳工具鋼的淬透性較差，但淬硬性卻很高；高碳工具鋼的淬透性較差，但淬硬性卻很高；n 而低碳合金鋼淬透性很好，但淬硬性卻不高。而低碳合金鋼淬透性很好，但淬硬性卻不高。n 淬透性淬透性與與淬硬性淬硬性兩者沒(méi)有必然的聯(lián)系。兩者沒(méi)有必然的聯(lián)系。 是鋼材本身固有的屬性。相同奧氏體化溫度下是鋼材本身固有的屬性。相同奧氏體化溫度下的同一鋼種，其淬透性是確定不變的。其大小用的同一鋼種，其淬透性是確

9、定不變的。其大小用規(guī)定條件下的淬透層深度表示。規(guī)定條件下的淬透層深度表示。 是實(shí)際工件在具體條件下淬得的是實(shí)際工件在具體條件下淬得的馬氏體馬氏體和和半馬氏體半馬氏體的的深度，是變化的，與鋼的淬透性及外在因素（如淬火介質(zhì)、深度，是變化的，與鋼的淬透性及外在因素（如淬火介質(zhì)、零件尺寸）有關(guān)。零件尺寸）有關(guān)。n(1) (1) 碳含量碳含量 n(2) (2) 合金元素合金元素 n(3) (3) 奧氏體化溫度奧氏體化溫度 n(4) (4) 鋼中未溶第二相鋼中未溶第二相 在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；亞共析鋼隨碳含量減少，臨界冷速增加，淬透性降低；

10、亞共析鋼隨碳含量減少，臨界冷速增加，淬透性降低；過(guò)共析鋼隨碳含量增加，臨界冷速增加，淬透性降低。過(guò)共析鋼隨碳含量增加，臨界冷速增加，淬透性降低。 除除鈷鈷以外，其余合金元素溶于奧氏體后，降低臨界以外，其余合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使冷卻速度，使C C曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。鋼往往比碳鋼的淬透性要好。 提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、成分提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。增加其淬透性。

11、鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其它非鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。冷卻速度增大，降低淬透性。 n(1) (1) 碳含量碳含量 在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；亞共析鋼隨碳在碳鋼中，共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好；亞共析鋼隨碳含量減少，臨界冷速增加，淬透性降低；過(guò)共析鋼隨碳含量增加，臨含量減少，臨界冷速增加，淬透性降低；過(guò)共析鋼隨碳含量增加，臨界冷速增加，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 除鈷以外，其余合金

12、元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使除鈷以外，其余合金元素溶于奧氏體后，降低臨界冷卻速度，使C C曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。曲線右移，提高鋼的淬透性，因此合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。n(3) (3) 奧氏體化溫度奧氏體化溫度 提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、成分均勻，可減少珠提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。n(4) (4) 鋼中未溶第二相鋼中未溶第二相 鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可鋼中未溶入奧氏體中的

13、碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。 2 2） 末端淬火法末端淬火法 將同一種鋼不同直徑的圓棒試樣加熱至單相將同一種鋼不同直徑的圓棒試樣加熱至單相A區(qū)，然后在同一淬火介質(zhì)中冷卻，測(cè)出其能全區(qū)，然后在同一淬火介質(zhì)中冷卻，測(cè)出其能全部淬硬成部淬硬成M的最大直徑的最大直徑D0即為即為臨界直徑臨界直徑。水淬水淬M非非MD0D0nD0越大，表示鋼的淬透性越好越大，表示鋼的淬透性越好；n臨界直徑法用不同鋼在同一淬火介臨界直徑法用不同鋼在同一淬火介質(zhì)中的臨界直徑來(lái)比較它們的淬透質(zhì)中的臨界直

14、徑來(lái)比較它們的淬透性大小。性大小。n對(duì)于截面承載均勻的重要件對(duì)于截面承載均勻的重要件, ,要全部淬透。如螺栓、要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。連桿、模具等。n對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透( (淬硬層深淬硬層深度一般為半徑的度一般為半徑的1/21/21/3)1/3)，如軸類、齒輪等。，如軸類、齒輪等。高強(qiáng)螺栓高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿柴油機(jī)連桿齒輪齒輪GB/T 225-2006鋼淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法鋼淬透性的末端淬火試驗(yàn)方法(Jominy試驗(yàn)試驗(yàn))淬透性淬透性-“-“末端淬火法末端淬火法”測(cè)定測(cè)定（GB/T225-2006）151035540JJdHRCJJ

15、-J-表示末端淬透性；表示末端淬透性；d-d-至水冷端的距離，至水冷端的距離，mmmmHRC-HRC-在該處測(cè)得的硬度值在該處測(cè)得的硬度值2 2）根據(jù)淬透性曲線可求出沿工件截面的硬度）根據(jù)淬透性曲線可求出沿工件截面的硬度分布分布1 1）根據(jù)淬透性曲線可以比較不同鋼種淬透性大小）根據(jù)淬透性曲線可以比較不同鋼種淬透性大小40Cr鋼的淬透性比鋼的淬透性比45鋼好鋼好2 2） 根據(jù)淬透性曲線可求出沿工件截面的硬度分布根據(jù)淬透性曲線可求出沿工件截面的硬度分布預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)直徑直徑鋼軸淬火后斷面的硬度分布鋼軸淬火后斷面的硬度分布等溫退火等溫退火P退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等

16、溫淬火等溫淬火B(yǎng)下下M+A分級(jí)淬火分級(jí)淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時(shí)間時(shí)間溫度溫度淬火淬火PP均勻均勻A細(xì)細(xì)A？回火是針對(duì)淬火鋼進(jìn)行的一種熱處理工藝。回火是針對(duì)淬火鋼進(jìn)行的一種熱處理工藝。鋼的回火鋼的回火：是將淬火后的鋼再加熱到相變點(diǎn)：是將淬火后的鋼再加熱到相變點(diǎn)以下的溫度，保溫后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻以下的溫度，保溫后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻的熱處理工藝。的熱處理工藝。目的目的：提高鋼的韌性和塑性，消除淬火應(yīng)力，：提高鋼的韌性和塑性，消除淬火應(yīng)力，提高零件尺寸的穩(wěn)定性。提高零件尺寸的穩(wěn)定性。n根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。 淬火加高溫

17、回火的熱處理稱作淬火加高溫回火的熱處理稱作，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱。廣泛用于廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪齒輪等熱處理。也可作為要等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。熱處理。 適用于各種適用于各種高碳鋼、高碳鋼、滲碳件滲碳件及及表面淬火表面淬火件件。 應(yīng)用應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。具有良好的塑性和韌性。 提高提高 e及及 s，同，同時(shí)使工件具有一時(shí)使工件具有一定韌性定韌性 。在保留高硬度、高在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力低內(nèi)應(yīng)力。

18、回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火組織回火組織500-650350-500150-250 回火溫度回火溫度 高溫回火高溫回火 中溫回火中溫回火 低溫回火低溫回火 適用于適用于彈簧熱處理彈簧熱處理n注意注意：鋼不在：鋼不在250350范圍內(nèi)回范圍內(nèi)回火，因?yàn)檫@一溫度范圍發(fā)生低溫回火，因?yàn)檫@一溫度范圍發(fā)生低溫回火脆性的溫度范圍?；鸫嘈缘臏囟确秶?有些鋼在某一溫度范圍有些鋼在某一溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，其內(nèi)回火時(shí)，其沖擊韌性沖擊韌性比在較低溫度回火時(shí)還比在較低溫度回火時(shí)還顯著下降，這種脆化現(xiàn)顯著下降，這種脆化現(xiàn)象稱為象稱為回火脆性回火脆性。 n一、低溫回火脆性一、低溫回火脆性 “ “第一類回火

19、脆性第一類回火脆性” “ “不可逆回火脆性不可逆回火脆性”n二、高溫回火脆性二、高溫回火脆性 “ “第二類回火脆性第二類回火脆性” “ “可逆回火脆性可逆回火脆性”回火脆性回火脆性一、低溫回火脆性一、低溫回火脆性 （ 250250400400）二、高溫回火脆性二、高溫回火脆性 （450450650650，回火后慢冷），回火后慢冷） 一、低溫回火脆性一、低溫回火脆性形成溫度：形成溫度： 250250400400材料：材料： 幾乎所有的鋼種幾乎所有的鋼種形成原因：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沿著馬沿著馬氏體條或片的界面呈薄片狀析出，形成氏體條或片的界面呈薄片狀析出，形成脆性薄殼，割裂了馬氏體基體，因而脆脆性薄殼，割裂了馬氏體基體，因而脆性大增。性大增。防止方法：防止方法： 避免在脆化溫度范