第四節(jié)鋼的淬火與回火

1、第四節(jié)鋼的淬火與回火第四節(jié)鋼的淬火與回火一、鋼的淬火一、鋼的淬火二、鋼的回火二、鋼的回火一、鋼的淬火一、鋼的淬火淬火淬火：將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3（或（或Ac1）+3050，保溫一，保溫一定時間，然后迅速冷卻獲得定時間，然后迅速冷卻獲得馬氏體馬氏體的熱處理工藝。的熱處理工藝。（一）鋼的淬火工藝（一）鋼的淬火工藝1.淬火加熱淬火加熱（1）加熱溫度）加熱溫度亞共析鋼亞共析鋼：Ac33050共析鋼、過共析鋼共析鋼、過共析鋼：Ac13050完全完全淬火淬火不完全不完全淬火淬火升溫保溫時間。升溫保溫時間?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)或配合實(shí)驗(yàn)確定，也可參考熱處理手冊?？筛鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)或配合實(shí)驗(yàn)確定，也可參考熱處理手冊。箱式電

2、阻爐（或煤氣爐）箱式電阻爐（或煤氣爐）可控氣氛爐（滲碳、滲氮、碳氮共滲等）可控氣氛爐（滲碳、滲氮、碳氮共滲等）真空加熱爐真空加熱爐鹽浴爐鹽浴爐（3）加熱設(shè)備：加熱設(shè)備：（2）加熱時間（加熱時間（H）：箱式電阻爐箱式電阻爐實(shí)驗(yàn)室電阻爐實(shí)驗(yàn)室電阻爐燃?xì)鉅t燃?xì)鉅t真空爐真空爐2.淬火冷卻淬火冷卻聚乙烯醇水溶液聚乙烯醇水溶液鋼的理想冷卻曲線示意圖鋼的理想冷卻曲線示意圖水水油油鹽水鹽水硝鹽浴和堿浴硝鹽浴和堿浴（分級淬火或等溫淬（分級淬火或等溫淬火的冷卻介質(zhì)火的冷卻介質(zhì)）（）冷卻介質(zhì)（）冷卻介質(zhì)常用淬火介質(zhì)及其冷卻能力：常用淬火介質(zhì)及其冷卻能力：鹽水鹽水水水聚乙烯醇聚乙烯醇油油空氣空氣b.單液淬火單液淬火一

3、種淬火介質(zhì)。一種淬火介質(zhì)。如：水冷、油冷如：水冷、油冷c.雙液淬火雙液淬火如如:水水-油、油油、油-空氣空氣高溫區(qū)：冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)高溫區(qū)：冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)低溫低溫區(qū)：冷卻能力較弱的介質(zhì)區(qū)：冷卻能力較弱的介質(zhì)（）（）淬火方法淬火方法a.預(yù)冷淬火預(yù)冷淬火加熱、保溫后先在空氣加熱、保溫后先在空氣或熱水中預(yù)冷一段時間或熱水中預(yù)冷一段時間后，再放入淬火冷卻介后，再放入淬火冷卻介質(zhì)中。質(zhì)中。bc各種淬火法的示意圖各種淬火法的示意圖A1MS時間時間溫度溫度ae.等溫淬火等溫淬火：在下在下B轉(zhuǎn)變區(qū)的轉(zhuǎn)變區(qū)的鹽浴鹽浴或或堿浴堿浴中等溫中等溫下下B（等溫溫度和時間由該鋼（等溫溫度和時間由該鋼C曲線定）曲線定

4、）d.分級淬火分級淬火在在Ms以上或以下的鹽以上或以下的鹽浴中保溫然后空冷。浴中保溫然后空冷。各種淬火方法的示意圖各種淬火方法的示意圖eA1MS時間時間溫度溫度c（3）冷處理）冷處理目的：為了盡量減少鋼中殘余奧氏體的數(shù)目的：為了盡量減少鋼中殘余奧氏體的數(shù)量以獲得最大數(shù)量的馬氏體。量以獲得最大數(shù)量的馬氏體。作用：這樣一方面可以提高鋼的硬度和耐磨性，作用：這樣一方面可以提高鋼的硬度和耐磨性，另一方面可以穩(wěn)定工件的尺寸，防止在使用中變另一方面可以穩(wěn)定工件的尺寸，防止在使用中變形，這對于高精度的量具、精密零件尤為重要。形，這對于高精度的量具、精密零件尤為重要。冷處理就是將淬火鋼繼續(xù)冷卻到冷處理就是將淬

5、火鋼繼續(xù)冷卻到7080（也可冷卻到更低的溫度），并保持一段時間，（也可冷卻到更低的溫度），并保持一段時間，使殘余奧氏體在繼續(xù)冷卻中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。使殘余奧氏體在繼續(xù)冷卻中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。3.淬火組織淬火組織 亞共析鋼：亞共析鋼：含含C量量0.5時時:M板條板條（M板條板條+M片狀片狀）A（M板條板條+M片狀片狀）+AM板條板條+M片狀片狀亞共析鋼（亞共析鋼（20Cr）亞共析鋼（亞共析鋼（45鋼鋼）板條板條M板條板條M+針狀針狀M過共析鋼（過共析鋼（T12A鋼）鋼）MA未溶未溶Fe3C17.17.感應(yīng)加熱、鹽浴爐加熱、箱式爐加熱都可感應(yīng)加熱、鹽浴爐加熱、箱式爐加熱都可 以用來進(jìn)行局部淬火。（以用來進(jìn)

6、行局部淬火。（ ）18.18.先用油冷后用水冷可以預(yù)防工件的變形和先用油冷后用水冷可以預(yù)防工件的變形和開裂。（開裂。（ ）19.19.先用水冷后用油冷可以預(yù)防工件的變形和先用水冷后用油冷可以預(yù)防工件的變形和開裂。（開裂。（ ）20.20.分級淬火和等溫淬火方法都能有效的減小分級淬火和等溫淬火方法都能有效的減小形狀復(fù)雜零件在淬火時的變形。（形狀復(fù)雜零件在淬火時的變形。（ ）隨堂思考題隨堂思考題21.21.對某些鋼件，當(dāng)其尺寸較小時，即使在空氣對某些鋼件，當(dāng)其尺寸較小時，即使在空氣中冷卻也能夠得到馬氏體組織，因而也屬于淬中冷卻也能夠得到馬氏體組織，因而也屬于淬火。（火。（ ）30.30.因?yàn)樘妓劁?/p>

7、也能獲得因?yàn)樘妓劁撘材塬@得100%100%馬氏體，所以合金馬氏體，所以合金元素對鋼獲得馬氏體組織無任何關(guān)系。（元素對鋼獲得馬氏體組織無任何關(guān)系。（ ）31.31.因?yàn)轳R氏體含碳量越高其硬度越高，而馬氏因?yàn)轳R氏體含碳量越高其硬度越高，而馬氏體含碳量與奧氏體的含碳量相同，所以，奧氏體含碳量與奧氏體的含碳量相同，所以，奧氏體的含碳量越高，淬火后所組織的硬度也越高。體的含碳量越高，淬火后所組織的硬度也越高。（ ）32.32.淬火后進(jìn)行冷處理能提高硬度和尺寸穩(wěn)定性。淬火后進(jìn)行冷處理能提高硬度和尺寸穩(wěn)定性。（ ）二、鋼的回火二、鋼的回火（一）回火：（一）回火： 淬火鋼加熱到淬火鋼加熱到A A1 1以下，保

8、溫一定以下，保溫一定時時 間，然后冷卻的熱處理工藝。間，然后冷卻的熱處理工藝。（二）目的（二）目的：3.3. 獲得所要求的組織和性能。獲得所要求的組織和性能。 如：如：M M回回、S S回回、T T回回等。等。1. 1. 降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力、防止工件變形和降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力、防止工件變形和開裂。開裂。2. 2. 減少殘余奧氏體，穩(wěn)定組織、穩(wěn)定尺寸。減少殘余奧氏體，穩(wěn)定組織、穩(wěn)定尺寸。 井式回火爐井式回火爐（三）淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變及組織（三）淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變及組織1. 過飽和碳原子的偏聚（過飽和碳原子的偏聚（20100）馬氏體中過飽和的碳原子將自發(fā)向晶體馬氏體中過飽和的碳原子將自發(fā)

9、向晶體缺陷處偏聚，使馬氏體正方度下降。缺陷處偏聚，使馬氏體正方度下降。.馬氏體的分解（馬氏體的分解（80350）馬氏體分解后形成的低碳馬氏體分解后形成的低碳相和彌散的相和彌散的碳化物組成碳化物組成的復(fù)相組織稱為的復(fù)相組織稱為回火馬氏體回火馬氏體.殘余奧氏體轉(zhuǎn)變（殘余奧氏體轉(zhuǎn)變（250300）AM回回.碳化物的變化（碳化物的變化（250400）淬火馬氏體完全分解，但淬火馬氏體完全分解，但相仍保持板條狀或相仍保持板條狀或針狀外形，碳化物全部轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體針狀外形，碳化物全部轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體。.相的回復(fù)與再結(jié)晶（相的回復(fù)與再結(jié)晶（400）板條或針狀板條或針狀相和細(xì)小粒狀的滲碳體組成相和細(xì)小粒狀的滲碳體組成

10、的機(jī)械混合物稱為的機(jī)械混合物稱為回火屈氏體回火屈氏體滲碳體逐漸聚集和球化，馬氏體的板條狀或滲碳體逐漸聚集和球化，馬氏體的板條狀或針狀形態(tài)消失，形成多邊形的鐵素體針狀形態(tài)消失，形成多邊形的鐵素體。多邊形的鐵素體和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物多邊形的鐵素體和粗粒狀滲碳體的機(jī)械混合物稱為稱為回火索氏體回火索氏體回火溫度回火溫度硬度、強(qiáng)度硬度、強(qiáng)度，塑性塑性、韌性、韌性。回火時性能的變化回火時性能的變化40鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系1.提高回火穩(wěn)定性提高回火穩(wěn)定性合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性：指鋼在回火時，抵抗回火造成軟化的能力。：指鋼

11、在回火時，抵抗回火造成軟化的能力。合金元素減緩回火的四合金元素減緩回火的四個過程。這對切削刀具個過程。這對切削刀具至關(guān)重要。至關(guān)重要。2.產(chǎn)生產(chǎn)生二次硬化二次硬化強(qiáng)碳化物形成元素還可強(qiáng)碳化物形成元素還可在高溫回火時析出彌散在高溫回火時析出彌散的特殊碳化物，使鋼的的特殊碳化物，使鋼的硬度顯著升高，造成二硬度顯著升高，造成二次硬化次硬化回火溫度較高時析出細(xì)小、彌散的、高硬度的合金碳化回火溫度較高時析出細(xì)小、彌散的、高硬度的合金碳化物，如物，如Mo2C，使硬度反而提高。，使硬度反而提高。回火時回火時A 中析出合金碳化物中析出合金碳化物A 中中C%Ms、Mf,隨后冷卻時隨后冷卻時A M（2）二次淬火二

12、次淬火（1）彌散硬化彌散硬化（第二相（沉淀）強(qiáng)化）（第二相（沉淀）強(qiáng)化）二次硬化原因：二次硬化原因：1.低溫回火（低溫回火（150250）回火組織：回火組織：回火馬氏體回火馬氏體（M回回）（過飽和）（過飽和固溶體十固溶體十碳化物）碳化物）由由M中析出極細(xì)小片狀中析出極細(xì)小片狀碳化物碳化物目的：目的：保持高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力。保持高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力。應(yīng)用：應(yīng)用：用于工模具鋼、表面淬火及滲碳淬火件。用于工模具鋼、表面淬火及滲碳淬火件。（四）回火種類（四）回火種類亞穩(wěn)定亞穩(wěn)定碳化物溶入碳化物溶入相中，從相中，從相中析出細(xì)相中析出細(xì)粒狀的滲碳體。粒狀的滲碳體。相仍保持相仍保持M形態(tài)。形態(tài)

13、。組織：組織：相細(xì)粒狀相細(xì)粒狀Fe3C回火屈氏體回火屈氏體（T回回）。）。目的：目的：硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度。應(yīng)用：應(yīng)用：用于彈性元件用于彈性元件，如彈簧等。，如彈簧等。2.中溫回火中溫回火(350 500)目的：目的：較高的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性，即具有良好綜較高的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性，即具有良好綜合力學(xué)性能，優(yōu)于正火得到的組織。合力學(xué)性能，優(yōu)于正火得到的組織。應(yīng)用：應(yīng)用：重要結(jié)構(gòu)零件。如軸、螺栓、連桿、齒輪等。重要結(jié)構(gòu)零件。如軸、螺栓、連桿、齒輪等。碳化物聚集長大及碳化物聚集長大及相回復(fù)、再結(jié)晶相回復(fù)、再結(jié)晶。組織：組織：多邊形多邊形相顆粒狀

14、相顆粒狀Fe3C回火索氏體回火索氏體（S回回）。）。3.高溫回火高溫回火(500650）淬火淬火+高溫回火高溫回火調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理，簡稱，簡稱調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)。淬火淬火M回火回火MT回火回火TT回火回火SS（五）回火脆性（五）回火脆性回火脆性：當(dāng)回火溫度升高時，在回火脆性：當(dāng)回火溫度升高時，在250350和和500650兩個區(qū)出現(xiàn)沖擊韌性明顯下降的脆化現(xiàn)象。兩個區(qū)出現(xiàn)沖擊韌性明顯下降的脆化現(xiàn)象。1.第一類回火脆性第一類回火脆性（250350）不可避免的，但可躲開。不可避免的，但可躲開。2.第二類回火脆性第二類回火脆性（500-650）主要出現(xiàn)在含主要出現(xiàn)在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的合金等合金

15、元素的合金鋼?；鼗鸷箐摗；鼗鸷罂炖淇炖?如如水冷）水冷）可避免；或加入可避免；或加入W、Mo元素。元素。鋼的回火脆性鋼的回火脆性（六）（六）淬火回火的工藝缺陷淬火回火的工藝缺陷3.硬度不足硬度不均勻硬度不足硬度不均勻2.過熱或過燒過熱或過燒過熱過熱加熱溫度過高或保溫時間過長所造成的加熱溫度過高或保溫時間過長所造成的A晶粒粗大。晶粒粗大。過燒過燒加熱溫度過高或超過固相線溫度，加熱溫度過高或超過固相線溫度，使使A晶界局部熔化或氧化。晶界局部熔化或氧化。1.氧化與脫碳氧化與脫碳4.淬火變形和開裂、原因和預(yù)防措施淬火變形和開裂、原因和預(yù)防措施淬火變形淬火變形淬火后鋼件體積、形狀、尺寸的變化。淬火后鋼件

16、體積、形狀、尺寸的變化。由由淬火內(nèi)應(yīng)力（包括熱應(yīng)力與組織應(yīng)力）淬火內(nèi)應(yīng)力（包括熱應(yīng)力與組織應(yīng)力）所造成。所造成。熱應(yīng)力熱應(yīng)力是指鋼件在冷卻過程中由于其表面和心部的溫是指鋼件在冷卻過程中由于其表面和心部的溫差引起的鋼件體積脹縮不均勻所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。差引起的鋼件體積脹縮不均勻所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。組織應(yīng)力組織應(yīng)力是指由于鋼件快速冷卻時表層與心部相變不是指由于鋼件快速冷卻時表層與心部相變不同時，以及相變前后相的比容不同所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。同時，以及相變前后相的比容不同所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。GCr15脫碳脫碳 （M回火回火+A +Fe3C） 表面脫碳大量表面脫碳大量FGCr15鋼過熱組織鋼過熱組織粗大粗大M+ A W

17、18Cr4V過燒（過燒（M淬火淬火+A +共析共析+ L d延晶界分布）延晶界分布）20CrMnTi滲碳層中裂紋滲碳層中裂紋 （M回火回火+A +Fe3C） 裂紋裂紋（2）合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)）合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)防措施：預(yù)防措施：（1）正確選材。正確選材。（4）合理制訂淬火工藝。）合理制訂淬火工藝。（5）淬火后及時回火）淬火后及時回火,消除內(nèi)應(yīng)力。消除內(nèi)應(yīng)力。（3）合理制訂熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)。）合理制訂熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)。1.淬硬件：淬硬件：下料下料鍛造鍛造退火（正火）退火（正火）粗加工精加工粗加工精加工淬火淬火回火（中、低溫回火）回火（中、低溫回火）磨削磨削2.調(diào)質(zhì)件：調(diào)質(zhì)件：下料下料鍛造鍛造退火（正火）退火（正火）粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工（七）（七）淬火、回火在零件制造工藝路線中的位置淬火、回火在零件制造工藝路線中的位置23.23.無論那種鋼，回火后的硬度總是隨溫度無論那種鋼，回火后的硬度總是隨溫度 升高而降低的。（升高而降低的。（ ）28.28.高溫回火可能產(chǎn)生第二類回火脆性而降高溫回火可能產(chǎn)生第二類回火脆性而降 低韌性，因而對韌性要求高的零件不宜低韌性，因而對韌性要求高的零件不宜 采用高溫回火。（采用高溫回火。（ ）29.29.冷卻速度越快，溫度越不均勻，容易產(chǎn)冷卻速度越快，溫度越不均勻，容易產(chǎn) 生殘余應(yīng)力而降低零件的力學(xué)性能，因生殘余應(yīng)力而降低零件的力學(xué)性能