淬火的定義、方法及應(yīng)用

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專業(yè)教學(xué)資源庫金屬材料與熱處理課程淬火的定義、方法及應(yīng)用主講教師：雷偉斌西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院淬火的定義、方法及應(yīng)用一、引言鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣的工序。淬火可以大幅度提高鋼的強(qiáng)度與硬度。淬火后，為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力，得到不同強(qiáng)度、硬度與韌性的配合，需要配以不同溫度的回火。所以，淬火與回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。淬火與回火作為各種機(jī)器零件及工、模具的最終熱處理，是賦予鋼件最終性能的關(guān)鍵性工序，也是鋼件熱處理強(qiáng)化的重要手段之一。二、淬火的定義將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定的時(shí)間使之奧氏體化后，以大于

2、馬氏體臨界冷卻速度快速冷卻，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝，稱為淬火。其主要目的是為了獲得馬氏體，與適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に嚺浜?，以得到零件所要求的機(jī)械性能。這是強(qiáng)化鋼材最重要的熱處理工藝方法。鋼淬火后的強(qiáng)度、硬度和耐磨性大大提高。Wc 0.5的淬火馬氏體鋼經(jīng)中溫回火后，可以具有很高的彈性極限。中碳鋼經(jīng)淬火和高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）后，可以有良好的強(qiáng)度、塑性、韌性的配合。奧氏體高錳鋼的水韌處理，奧氏體不銹鋼、馬氏體時(shí)效鋼及鋁合金的高溫固溶處理，都是通過加熱、保溫和急冷而獲得亞穩(wěn)態(tài)的過飽和固溶體，雖然習(xí)慣上也稱為淬火，但這是廣義的淬火概念，它們的直接目的并不是強(qiáng)化合金，而是抑制第二相析出。高錳鋼的水韌

3、處理是為了達(dá)到韌化的目的。奧氏體不銹鋼固溶處理是為了提高抗晶間腐蝕能力，鋁合金和馬氏體時(shí)效鋼的固溶處理，則是時(shí)效硬化前的預(yù)處理過程。3、 淬火方法及應(yīng)用1. 淬火介質(zhì)的分類與要求根據(jù)物理特性，淬火介質(zhì)可分為如下兩大類：（1）淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì) 包括水、油和水溶液等，其沸點(diǎn)遠(yuǎn)低于工件的淬火加熱溫度，赤熱工件淬入其中后會(huì)汽化沸騰，使工件強(qiáng)烈散熱，此外，在工件與介質(zhì)的界面上還可以以輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流等方式進(jìn)行熱交換；（2）淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì) 包括各種熔鹽、熔融金屬等，其沸點(diǎn)高于工件的淬火加熱溫度，赤熱工件淬入其中時(shí)不會(huì)汽化沸騰，而只以輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流方式進(jìn)行熱交換。對(duì)淬火介質(zhì)一般

4、的要求是：無毒、無味、經(jīng)濟(jì)、安全可靠；不易腐蝕工件，淬火后易清洗；成分穩(wěn)定，使用過程中不易變質(zhì)；在過冷奧氏體不穩(wěn)定的中溫區(qū)有足夠的冷卻速度，在低溫馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)有較緩慢的冷卻速度，以保證淬火質(zhì)量；在使用時(shí)，介質(zhì)粘度應(yīng)較小，以增加對(duì)流傳熱能力和減少損耗。2. 淬火冷卻方法圖2 各種淬火冷卻方法的冷卻曲線示意圖1單液淬火 2雙液淬火3分級(jí)淬火 4等溫淬火時(shí)間溫度MsAc14321不同淬火冷卻方法的選擇應(yīng)按工件的材料及其對(duì)組織、性能、尺寸精度的要求來定。顯然，在保證技術(shù)條件要求的前提下應(yīng)選擇最簡(jiǎn)便最經(jīng)濟(jì)的淬火冷卻方法。（1）單液淬火單液淬火是將奧氏體化后的工件直接淬人一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的方法

5、（圖2曲線1）。此時(shí)對(duì)一定成分和尺寸的工件來說，淬火組織性能與所用淬火介質(zhì)的冷卻能力有重大關(guān)系。目前各種新型淬火介質(zhì)主要適用于這種單液淬火。由于該工藝過程簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)，適合大批量作業(yè)，故在淬火冷卻中應(yīng)用最廣泛。對(duì)于形狀復(fù)雜、截面變化突然的某些工件，單液淬火時(shí)往往在截面突變處因淬火應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂，此時(shí)可以將工件自淬火溫度取出后先預(yù)冷一段時(shí)間，然后再淬火，以降低工件進(jìn)入淬火介質(zhì)前的溫度，減少工件與淬火介質(zhì)間的溫差，從而減少淬火變形和開裂傾向。（2）雙液淬火由于單液淬火不能滿足某些工件對(duì)組織性能及控制變形的要求，所以采用先后在兩種介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的方法，如水一油、油一空氣等。其作用是在過冷

6、奧氏體轉(zhuǎn)變曲線的鼻尖處快速冷卻避免過冷奧氏體分解，而在Ms點(diǎn)以下緩慢冷卻以減小變形和開裂（圖2曲線2）。例如，對(duì)于某些淬透性較差的鋼（如高碳鋼）用鹽水淬火易裂，用油淬不硬，往往采用水一油雙液淬火。即在高溫區(qū)用鹽水快速冷卻來抑制過冷奧氏體的分解，至400左右轉(zhuǎn)入油中緩慢冷卻以減少淬火應(yīng)力，通常用水中停留時(shí)間來控制工件溫度。經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)碳素工具鋼工件一般以每3mm有效厚度停留1s計(jì)算；對(duì)形狀復(fù)雜者每4-5mm在水中停留1s；大截面低合金鋼可以按每mm有效厚度停留1.5、3s計(jì)算。雙液淬火法要求較熟練的操作技術(shù)，否則，難于掌握好。（3）分級(jí)淬火分級(jí)淬火是將奧氏體化后的工件首先淬入略高于鋼的Ms點(diǎn)的鹽

7、浴或堿浴爐中保溫一段時(shí)間，待工件內(nèi)外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫（圖2 曲線3）。這種淬火方法可保證工件表面和心部馬氏體轉(zhuǎn)變同時(shí)進(jìn)行，并在緩慢冷卻條件下完成，不僅減小了淬火熱應(yīng)力，而且顯著降低組織應(yīng)力，因而有效地減小或防止了工件淬火變形和開裂，同時(shí)克服了雙液淬火時(shí)間難以控制的缺點(diǎn)。但這種淬火方法由于冷卻介質(zhì)溫度較高，工件在浴爐中冷卻較慢，而保溫時(shí)間又有限制，大截面零件難以達(dá)到其臨界淬火速度。因此，分級(jí)淬火只適用于尺寸較小的工件，如刀具、量具和要求變形很小的精密工件?！胺旨?jí)”溫度也可在略低于鋼Ms點(diǎn)的浴爐中保溫，此時(shí)由于溫度較低，冷卻速度較快，恒溫停留中已有部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，當(dāng)工件

8、取出空冷時(shí)，剩余奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。因此，這種淬火方法適用于較大尺寸的工件。（4）等溫淬火它是將奧氏體化后的工件淬入Ms點(diǎn)以上某溫度的鹽浴中等溫足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后在空氣中冷卻的淬火方法（圖2曲線4）。等溫淬火實(shí)際上是分級(jí)淬火的進(jìn)一步發(fā)展，所不同的是等溫淬火獲得下貝氏體而不是馬氏體。等溫淬火的加熱溫度通常比普通淬火高些，目的是提高奧氏體的穩(wěn)定性，防止發(fā)生珠光體類型組織轉(zhuǎn)變。等溫溫度和時(shí)間視工件組織和性能要求，根據(jù)鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線確定。由于等溫溫度比分級(jí)淬火高，減小了工件與淬火介質(zhì)間的溫差，從而減小了淬火熱應(yīng)力；又因貝氏體體積比馬氏體小，而且工件內(nèi)外溫度一致，故淬火組織應(yīng)力也較小。因此，等溫淬火可以顯著減小工件變形和開裂傾向，適于處理形狀復(fù)雜、尺寸要求精密的工具和重要的機(jī)器零件，如模具、刀具、齒輪等。同分級(jí)淬火一樣，等溫淬火也只能適用于尺寸較小的工件。（5）冷處理許多鋼的馬氏體轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)（Mf）低于室溫，淬火冷卻到室溫時(shí)，馬氏體或貝氏體相變不完全，故室溫下的淬火組織中保留一定數(shù)量的殘留奧氏體。為使殘留奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，則要求將淬火工件繼續(xù)深冷到零下溫度進(jìn)行“冷處理”。因此，實(shí)際上冷處理是淬火過程的繼續(xù)。實(shí)踐表明，在一般情況下，冷處理的溫度