第九章__淬火與回火

1、第九章第九章 淬火與回火淬火與回火9.1 淬火淬火9.2 回火回火9.1 淬火淬火鋼的淬火鋼的淬火將鋼加熱到臨界溫度（將鋼加熱到臨界溫度（A1 或或A3）以上，保）以上，保溫一定時間使其奧氏體化，以大于臨界冷卻速度進行溫一定時間使其奧氏體化，以大于臨界冷卻速度進行冷卻的工藝。冷卻的工藝。淬火目的：淬火目的：n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n提高強韌性：軸類、桿件、銷、受力件提高強韌性：軸類、桿件、銷、受力件n提高硬磁性：高碳鋼、磁鋼指的永久磁性（馬氏提高硬磁性：高碳鋼、磁鋼指的永久磁性（馬氏體磁性）體磁性）n提高彈性：各類彈簧提高彈性：各類彈簧n提高耐蝕和

2、耐熱性：耐熱鋼和不銹鋼提高耐蝕和耐熱性：耐熱鋼和不銹鋼n獲得獲得M組織組織 一、淬火方法及工藝一、淬火方法及工藝 1.淬火方法淬火方法 淬火分類淬火分類 按加熱溫度：按加熱溫度：完全淬火、不完全淬火、循環(huán)加熱淬火、二次淬火完全淬火、不完全淬火、循環(huán)加熱淬火、二次淬火 按加熱速度：按加熱速度：普通淬火、快速加熱淬火、超快速加熱淬火普通淬火、快速加熱淬火、超快速加熱淬火 按加熱介質及熱源條件：按加熱介質及熱源條件：真空淬火、鉛浴加熱淬火、鹽浴加熱淬火、火真空淬火、鉛浴加熱淬火、鹽浴加熱淬火、火焰加熱淬火、感應加熱淬火、高頻脈沖淬火、電子束加熱淬火、激光加焰加熱淬火、感應加熱淬火、高頻脈沖淬火、電子

3、束加熱淬火、激光加熱淬火熱淬火 按淬火部位：按淬火部位：整體淬火、局部淬火、表面淬火整體淬火、局部淬火、表面淬火 按冷卻方式：按冷卻方式：有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預冷淬火有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預冷淬火等直接淬火；馬氏體等溫淬火、貝氏體等溫淬火、冷處理等等直接淬火；馬氏體等溫淬火、貝氏體等溫淬火、冷處理等2. 淬火工藝淬火工藝 淬火加熱溫度淬火加熱溫度 亞共析鋼：亞共析鋼：Ac3 +3050; 共析和過共析鋼：共析和過共析鋼： Ac1 +3050為什么過共析鋼淬火加熱溫度在為什么過共析鋼淬火加熱溫度在Ac1 +3050 ，而不是而不是Acm +3050？）？

4、）淬火加熱后組織淬火加熱后組織 M+Fe3C+A殘殘 Ac1+3050過共析鋼過共析鋼 M + A殘殘 Ac1+3050 共析鋼共析鋼 M + A殘殘 Ac3+3050亞共析鋼亞共析鋼Wc0.5% M Ac3+3050亞共析鋼亞共析鋼Wc0.5% 最終組織最終組織淬火溫度淬火溫度() 鋼種鋼種2. 2. 淬火工藝淬火工藝 加熱時間加熱時間加熱時間加熱時間=升溫時間升溫時間 + 心表溫度一致時間心表溫度一致時間 + 保溫時間保溫時間 加熱介質對保溫時間影響較大。加熱介質對保溫時間影響較大。保溫時間：達到熱處理工藝規(guī)范要求的恒溫保溫時間。保溫時間：達到熱處理工藝規(guī)范要求的恒溫保溫時間。保溫時間保溫

5、時間 ： = 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)裝爐量有關系數(shù)裝爐量有關系數(shù)一般一般 K = 11.5加熱系數(shù)加熱系數(shù),與鋼種與鋼種及加熱介質有關及加熱介質有關常用鋼的加熱系數(shù)常用鋼的加熱系數(shù)鋼的種類工件直徑mm600箱式爐中預熱750850鹽浴爐中加熱或預熱800900箱式爐或井式爐中加熱11001300高溫鹽爐中加熱碳鋼50 50.0.30.4 0.40.51.01.2 1.21.5.合金鋼50 50.0.450.5 0.50.551.21.5 1.51.8.高合金鋼.0.350.400.30.35.有效厚度的確定加熱介質加熱介質空氣、鹽浴、可控氣氛、真空

6、等氣氛條件空氣、鹽浴、可控氣氛、真空等氣氛條件造成氧化與脫碳造成氧化與脫碳 氧化氧化 （T570T570C):C): O O2 2 +2Fe 2FeO +2Fe 2FeO CO CO2 2 + Fe FeO + CO + Fe FeO + CO H H2 2O + Fe FeO +HO + Fe FeO +H2 22. 2. 淬火工藝淬火工藝 脫碳脫碳O2: Fe3C + O2 3Fe +CO2 CA + O2 CO2CO2: Fe3C + CO2 3Fe + 2CO CA + CO2 2COH2O: Fe3C + H2O 3Fe +H2+CO CA + H2O H2+ COH2: Fe3C+

7、2H2 3Fe + CH4 CA +2H2 CH4 冷卻方式冷卻方式 冷卻方式冷卻方式 最大限度減少工件應力集中和變形，最大限度減少工件應力集中和變形， 使工件冷卻充分均勻。使工件冷卻充分均勻。 冷卻介質冷卻介質2. 2. 淬火工藝淬火工藝單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火時間時間溫度MsA1二、二、 淬火介質淬火介質理想淬火介質具備：理想淬火介質具備：高溫慢冷；高溫慢冷；奧氏體鼻子溫度快冷；奧氏體鼻子溫度快冷；馬氏體轉變慢冷。馬氏體轉變慢冷。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf理想淬火

8、冷卻介質理想淬火冷卻介質 穩(wěn)定，成本低穩(wěn)定，成本低 安全，無毒；不腐蝕安全，無毒；不腐蝕工件工件目的：獲得目的：獲得M 熱應力熱應力 開裂開裂 淬火介質分類淬火介質分類n 根據(jù)工件淬火冷卻過程中，淬火介質是否發(fā)生根據(jù)工件淬火冷卻過程中，淬火介質是否發(fā)生物態(tài)變化，把液態(tài)淬火介質分為兩類，即有物態(tài)變化物態(tài)變化，把液態(tài)淬火介質分為兩類，即有物態(tài)變化的和無物態(tài)變化的。的和無物態(tài)變化的。n 有物態(tài)變化的有物態(tài)變化的n 無物態(tài)變化的水及各種水溶液各種淬火油各種氣體熔融金屬、熔鹽固體-銅板、鐵板、氣-固流態(tài)床1 .有物態(tài)變化的淬火介質有物態(tài)變化的淬火介質 介質冷卻特性的測試介質冷卻特性的測試二、二、 淬火介

9、質淬火介質冷卻機理冷卻機理 第一階段：第一階段：蒸汽膜階段。冷卻速度慢蒸汽膜階段。冷卻速度慢 第二階段：第二階段：沸騰階段。冷卻速度快沸騰階段。冷卻速度快 第三階段：第三階段：對流階段。冷卻速度慢對流階段。冷卻速度慢常用的冷卻介質常用的冷卻介質 水、鹽水、堿水、油、合成淬火液等水、鹽水、堿水、油、合成淬火液等二、二、 淬火介質淬火介質2.無物態(tài)變化的淬火介質無物態(tài)變化的淬火介質 傳熱方式：傳熱方式： 介質傳導和對流將工件的熱量帶走，使工件介質傳導和對流將工件的熱量帶走，使工件獲得淬火要求。獲得淬火要求。 常用的淬火介質：常用的淬火介質： 硝酸鹽和堿，使用溫度在硝酸鹽和堿，使用溫度在150550

10、之間。之間。 常用淬火介質常用淬火介質 水：水： Vmax: 500780 C/s, 300400 C 鼻溫：鼻溫：150 C/s； Ms： 450 C/s 優(yōu)點：冷卻能力強，成本低優(yōu)點：冷卻能力強，成本低 缺點：缺點：M轉變溫區(qū)冷速過大，變形大轉變溫區(qū)冷速過大，變形大 冷卻能力對水溫，不溶夾雜敏感冷卻能力對水溫，不溶夾雜敏感 應用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件應用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件 油：油： Vmax: 100250 C/s, 400500 C 鼻溫：鼻溫：6070 C/s； Ms： 50 C/s 優(yōu)點：優(yōu)點： M轉變溫區(qū)冷速小，不易變形轉變溫區(qū)冷速小，不易變形 缺點：鼻溫區(qū)冷速小，淬不透缺

11、點：鼻溫區(qū)冷速小，淬不透 應用：合金鋼件應用：合金鋼件 鹽水與堿水鹽水與堿水 1010 NaCl水溶液水溶液 15 NaOH水溶液水溶液 5 NaCO3水溶液水溶液 作用：使蒸汽膜提前破碎，但腐蝕作用：使蒸汽膜提前破碎，但腐蝕 新淬火介質新淬火介質 3 淬火介質的新發(fā)展淬火介質的新發(fā)展n環(huán)保、優(yōu)效（高溫快速、低溫慢速）、安全、經(jīng)濟為環(huán)保、優(yōu)效（高溫快速、低溫慢速）、安全、經(jīng)濟為發(fā)展方向。發(fā)展方向。n植物油基生態(tài)淬火油（使蒸汽膜階段短、提高高溫階植物油基生態(tài)淬火油（使蒸汽膜階段短、提高高溫階 段冷速）段冷速） n聚合物水基淬火介質（降低水的冷速、環(huán)保）聚合物水基淬火介質（降低水的冷速、環(huán)保）n固

12、固氣流化介質（固體細粒與壓縮空氣混合）氣流化介質（固體細粒與壓縮空氣混合）常用的淬火冷卻介質常用的淬火冷卻介質 名名 稱稱 最大冷卻速度時最大冷卻速度時平均冷卻速度平均冷卻速度/(s-1)所在溫度所在溫度/ 冷卻速度冷卻速度 /( s-1)650550 300200 20靜止水靜止水34077513545040靜止水靜止水28554511041060靜止水靜止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010號機油號機油43023060658010號機油號機油4302307055203號錠子油號錠子油500

13、12010050單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火時間時間溫度MsA1 1 1）單介質淬火方法）單介質淬火方法n將加熱工件在一種介質中連續(xù)冷卻到室溫的淬將加熱工件在一種介質中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。如水淬和油淬都屬于這種方法。該方火方法。如水淬和油淬都屬于這種方法。該方法操作簡單，易實現(xiàn)機械化，應用較廣。法操作簡單，易實現(xiàn)機械化，應用較廣。 2 2）雙介質淬火）雙介質淬火n 是指將工件先在一種冷卻能力較強的介質中是指將工件先在一種冷卻能力較強的介質中冷卻，避免珠光體轉變，然后轉入另一種冷卻冷卻，避免珠光體轉變，然后轉入另一種冷卻能力較弱的介質中發(fā)生馬氏體轉變的方

14、法。常能力較弱的介質中發(fā)生馬氏體轉變的方法。常用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其優(yōu)點是冷用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其優(yōu)點是冷卻比較理想，缺點是第一種介質中停留時間不卻比較理想，缺點是第一種介質中停留時間不易控制，需要有實踐經(jīng)驗。該方法主要用于形易控制，需要有實踐經(jīng)驗。該方法主要用于形狀復雜的碳鋼工件及大型合金鋼工件。狀復雜的碳鋼工件及大型合金鋼工件。3 3）分級淬火）分級淬火n指將奧氏體化的工件淬入稍高于指將奧氏體化的工件淬入稍高于MsMs點的鹽浴或點的鹽浴或堿浴中保溫，待工件表、心部溫度接近鹽浴溫堿浴中保溫，待工件表、心部溫度接近鹽浴溫度時取出來空冷的淬火方法。分級淬火可以很度時取出來空冷

15、的淬火方法。分級淬火可以很好地消除淬火工件表心部的溫差問題，有效地好地消除淬火工件表心部的溫差問題，有效地減少工件變形開裂傾向。減少工件變形開裂傾向。 4 4）等溫淬火）等溫淬火n加熱工件在高于加熱工件在高于MsMs溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間，獲得下貝體組織后再空冷的淬保溫足夠時間，獲得下貝體組織后再空冷的淬火方法。經(jīng)等溫淬火的零件具有良好的綜合力火方法。經(jīng)等溫淬火的零件具有良好的綜合力學性能，淬火應力小，適用于形狀復雜及要求學性能，淬火應力小，適用于形狀復雜及要求較高的小型件。較高的小型件。三、三、 鋼的淬透性鋼的淬透性n淬透性是鋼的主要熱處理性能。淬透性是

16、鋼的主要熱處理性能。n是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。三、三、 鋼的淬透性鋼的淬透性n概念概念 淬透性淬透性鋼在淬火時能夠獲得馬氏體的能力。鋼在淬火時能夠獲得馬氏體的能力。 其大小是用規(guī)定條件下其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度淬硬層深度來表示。來表示。 工件淬硬層與冷卻速度的關系示意圖工件淬硬層與冷卻速度的關系示意圖（a）零件截面的不同冷卻速度）零件截面的不同冷卻速度; （b）未淬透區(qū)的示意圖）未淬透區(qū)的示意圖abM量和硬度隨深量和硬度隨深度的變化度的變化n淬硬層深度淬硬層深度 由工件表面到半馬氏體區(qū)由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)(5

17、0%M + 50%P)的深度。的深度。如果工件中心在淬火后獲得了如果工件中心在淬火后獲得了50以上的以上的M，則認為工件已經(jīng)被淬透。則認為工件已經(jīng)被淬透。淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學性能的影響淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學性能的影響未淬透未淬透淬透淬透HRCHRC2 2、影響淬透性的因素、影響淬透性的因素決定因素決定因素: :臨界冷卻速度臨界冷卻速度; ; 取決于取決于A A成分。成分。因此使因此使C C曲線右移的因素均使淬透性提高曲線右移的因素均使淬透性提高; ;奧氏體化溫度越高奧氏體化溫度越高, ,保溫時間越長保溫時間越長, ,則晶粒越粗大則晶粒越粗大, ,成分越均成分越均勻勻, ,

18、過冷奧氏體越穩(wěn)定過冷奧氏體越穩(wěn)定,C,C曲線越向右移曲線越向右移, ,淬火臨界冷卻速度越淬火臨界冷卻速度越小小, ,鋼的淬透性越好鋼的淬透性越好n注意區(qū)別：注意區(qū)別：鋼的淬透性鋼的淬透性 鋼材本身的固有屬性，與外部因素無關鋼材本身的固有屬性，與外部因素無關工件的淬透深度工件的淬透深度 取決于鋼材淬透性取決于鋼材淬透性, , 還與冷卻介質、還與冷卻介質、 工件尺寸等外部因素有關。工件尺寸等外部因素有關。n同一材料的同一材料的淬硬層深度淬硬層深度與工件的尺寸、冷卻介質有關。工件與工件的尺寸、冷卻介質有關。工件尺寸小、介質冷卻能力強，淬硬層深。尺寸小、介質冷卻能力強，淬硬層深。n淬透性淬透性與工件尺

19、寸、冷卻介質無關。它只用于不同材料之間與工件尺寸、冷卻介質無關。它只用于不同材料之間的比較。是在尺寸、冷卻介質相同時，用不同材料的淬硬層的比較。是在尺寸、冷卻介質相同時，用不同材料的淬硬層深度來進行比較的。深度來進行比較的。 n注意區(qū)別：注意區(qū)別： 淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性淬硬性淬硬性: 鋼在理想條件下淬火后所能鋼在理想條件下淬火后所能 達到的達到的最高硬度。最高硬度。影響因素影響因素: 主要主要取決于馬氏體的取決于馬氏體的含碳量。含碳量。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關系馬氏體硬度、韌性與含碳量的關系C% 淬硬性與淬透性淬硬性與淬透性: （兩個完全不同的概念）（兩個完全不同的概念）淬透性淬透

20、性淬硬性淬硬性鋼鋼 種種小小低低碳素結構鋼碳素結構鋼 ( 20 )小小高高碳素工具鋼碳素工具鋼( T12A )大大低低低碳合金結構鋼低碳合金結構鋼( 20Cr2Ni4A )大大高高高碳高合金工具鋼高碳高合金工具鋼( W18Cr4V )例：有一根長例：有一根長2 2米直徑米直徑20mm20mm的實心的實心T12T12鋼圓棒，不均勻加熱，加熱鋼圓棒，不均勻加熱，加熱后棒料溫度如圖所示，假設各段冷卻介質如表所示，請在各段中后棒料溫度如圖所示，假設各段冷卻介質如表所示，請在各段中填入相應的相組織，并分析其力學性能。填入相應的相組織，并分析其力學性能。 A B C D1000 543.3.淬透性測量方法

21、淬透性測量方法 (1)(1)斷口法：斷口法：適用碳素工具鋼。適用碳素工具鋼。 將上述試樣加熱到將上述試樣加熱到760760、800800、840840等溫度加熱等溫度加熱15152020分鐘，淬入分鐘，淬入10-30 10-30 水中，打斷觀察淬硬層，水中，打斷觀察淬硬層，即淬硬層（馬氏體）和韌軟層（珠光體或貝氏體），即淬硬層（馬氏體）和韌軟層（珠光體或貝氏體），對照相應標準對照相應標準0-50-5級。級。(2)U(2)U型曲線法：型曲線法：將一組長度是直徑將一組長度是直徑4 46 6倍的圓柱形試樣倍的圓柱形試樣經(jīng)完全奧氏體化后，在一定介質中冷卻經(jīng)完全奧氏體化后，在一定介質中冷卻后，從試樣中部

22、切開，磨平后自表面向后，從試樣中部切開，磨平后自表面向心部測量試樣硬度，其硬度分布如右。心部測量試樣硬度，其硬度分布如右。h -h -淬硬區(qū)淬硬區(qū)D DH H -未淬硬區(qū)未淬硬區(qū)淬透性表示：淬透性表示：淬硬層深度淬硬層深度h h，或，或D DH H /D/D。hhDHD直觀，準確，但繁瑣直觀，準確，但繁瑣用于結構鋼用于結構鋼（3 3）臨界直徑法）臨界直徑法生產中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。生產中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。臨界淬火直徑臨界淬火直徑圓棒試樣在某介質中淬火時所能得到的最大圓棒試樣在某介質中淬火時所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），用淬透直徑（即心部

23、被淬成半馬氏體的最大直徑），用D Do o表示。表示。在相同冷卻條件下，在相同冷卻條件下，D Do o越大，鋼的淬透性越好。越大，鋼的淬透性越好。油淬油淬水淬水淬M非非M(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。 頂端淬火法頂端淬火法 25100 ，1.53.04.56.07.59.0 10.5 12.0 13.5 15.0010203040506070距端面距離距端面距離/ mmHRC40Cr45dHRCJ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 用淬透性曲線表示用淬透性曲線表示d 至水冷端距離至水冷端距離

24、HRC該處硬度值。該處硬度值。 用臨界淬透直徑表示用臨界淬透直徑表示臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質中冷卻，中心被淬成半馬氏臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用體的最大直徑，用D0表示。表示。D0與介質有關，如與介質有關，如45鋼鋼D0水水=16mm，D0油油=8mm。只有冷卻條件相同時，才能進行不同材料淬透性比較，如只有冷卻條件相同時，才能進行不同材料淬透性比較，如45鋼鋼D0油油=8mm，40Cr D0油油=20mm。馬氏體馬氏體馬氏體馬氏體索氏體索氏體5 5、淬透性的實際意義、淬透性的實際意義 n1 1、對于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺栓、連桿、

25、對于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。模具等。 選用選用高淬透性高淬透性鋼鋼n2 2、對于承受彎曲、扭轉的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為、對于承受彎曲、扭轉的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為半徑的半徑的1/21/31/21/3），如軸類。），如軸類。低淬透性低淬透性鋼鋼n淬硬層深度與工件尺寸有關，設計時應注意淬硬層深度與工件尺寸有關，設計時應注意尺寸效應尺寸效應。 高強螺栓高強螺栓柴油機連柴油機連桿桿齒輪齒輪淬透性曲線應用淬透性曲線應用求不同直徑棒狀工件截面上的硬度分布求不同直徑棒狀工件截面上的硬度分布例：采用例：采用45Mn2制造制造50mm的軸，試求水淬后其截面上硬

26、度分的軸，試求水淬后其截面上硬度分布曲線。布曲線。淬透性曲線應用淬透性曲線應用例：有一例：有一40號鋼直徑號鋼直徑45mm的軸，要求淬火后在距表面的軸，要求淬火后在距表面3/4R處處有有80%馬氏體，在馬氏體，在1/2R處的硬度不低于處的硬度不低于HRC40，請問采用淬，請問采用淬火介質為油還是水？火介質為油還是水？解：確定解：確定40鋼淬火后鋼淬火后80%馬氏體組織的硬度（馬氏體組織的硬度（HRC45）；）； 淬油后硬度淬油后硬度 3/4R處：處：HRC38， 1/2R處：處：HRC30 不滿足要求；不滿足要求； 淬水后硬度淬水后硬度 3/4R處：處：HRC46， 1/2R處：處：HRC42

27、 滿足要求；滿足要求； 采用水淬采用水淬靜水中淬火靜水中淬火靜油中淬火靜油中淬火四、淬火缺陷四、淬火缺陷 1. 淬火內應力淬火內應力 淬火內應力是造成工件變形和開裂根本原因。淬火內應力是造成工件變形和開裂根本原因。 淬火內應力超過材料屈服強度淬火內應力超過材料屈服強度-引起工件變形；引起工件變形； 淬火內應力超過材料斷裂強度淬火內應力超過材料斷裂強度-引起工件斷裂。引起工件斷裂。 淬火內應力分：淬火內應力分：熱應力（溫度應力）熱應力（溫度應力） 組織應力（相變應力）組織應力（相變應力） （1）熱應力：）熱應力：由于工件心部和表面冷卻速度不一致，其冷由于工件心部和表面冷卻速度不一致，其冷卻收縮不

28、同而造成的內應力。卻收縮不同而造成的內應力。 熱應力產生過程：熱應力產生過程： 冷卻初期，表面冷速快，冷卻初期，表面冷速快，表面表面收縮收縮，產生，產生拉拉應力；應力； 心部冷速慢，心部冷速慢，不收縮不收縮，產生，產生壓壓應力；應力； 冷卻后期，表面冷速慢，表面冷卻后期，表面冷速慢，表面不收縮不收縮，產生，產生壓壓應力；應力； 心部冷速快，心部冷速快，收縮收縮，產生，產生拉拉應力；應力； 最終的淬火熱應力：表面壓應力、心部拉應力。最終的淬火熱應力：表面壓應力、心部拉應力。（2）組織應力：）組織應力：由于工件表層和心部發(fā)生馬氏體轉變的不由于工件表層和心部發(fā)生馬氏體轉變的不同時性而造成的內應力。同

29、時性而造成的內應力。組織應力產生過程：組織應力產生過程： 冷卻初期，表面發(fā)生馬氏體相變，表面體積冷卻初期，表面發(fā)生馬氏體相變，表面體積膨脹膨脹，產生，產生壓應力；心部冷速慢牽制表面壓應力；心部冷速慢牽制表面膨脹膨脹，產生拉應力；，產生拉應力； 冷卻后期，心部發(fā)生馬氏體相變，心部體積冷卻后期，心部發(fā)生馬氏體相變，心部體積膨脹膨脹，產生，產生壓應力；表面牽制心部壓應力；表面牽制心部膨脹膨脹，產生拉應力；，產生拉應力； 最終的淬火組織應力：表面拉應力、心部壓應力。最終的淬火組織應力：表面拉應力、心部壓應力。 在發(fā)生相變前主要內應力為熱應力；當發(fā)生相變后主要在發(fā)生相變前主要內應力為熱應力；當發(fā)生相變后

30、主要內應力為組織應力，熱應力為輔。內應力為組織應力，熱應力為輔。2 .淬火變形淬火變形 幾何形狀變化體積變化幾何形狀變化體積變化熱應力使工件沿著最大尺寸方向收縮。熱應力使工件沿著最大尺寸方向收縮。組織應力使工件沿著最大尺寸方向伸長。組織應力使工件沿著最大尺寸方向伸長。四、淬火缺陷四、淬火缺陷淬火變形影響因素：淬火變形影響因素：q淬透性：好，組織應力作用大；差，熱應力作用大淬透性：好，組織應力作用大；差，熱應力作用大q奧氏體化學成分，奧氏體化學成分，q1 1）含碳量的影響；）含碳量的影響； 2 2）合金元素的影響）合金元素的影響 淬火加熱淬火加熱T高、內應力大、變形大；高、內應力大、變形大；q淬

31、火冷速快、內應力大、變形大；淬火冷速快、內應力大、變形大；q工件形狀不對稱，厚薄不均勻，變形大。工件形狀不對稱，厚薄不均勻，變形大。淬火變形的糾正淬火變形的糾正-校正校正四、淬火缺陷四、淬火缺陷3. 淬火裂紋淬火裂紋重要性：重要性：淬火變形可以校正，淬火開裂則無法挽回，因淬火變形可以校正，淬火開裂則無法挽回，因此我們要研究淬火開裂原因，進行預防。此我們要研究淬火開裂原因，進行預防。淬火裂紋產生原因：淬火裂紋產生原因： 淬火內應力超過材料斷裂強度淬火內應力超過材料斷裂強度 材料內部缺陷材料內部缺陷 + 一定的淬火應力一定的淬火應力淬火裂紋分類：淬火裂紋分類： 縱向裂紋縱向裂紋 橫向裂紋橫向裂紋

32、網(wǎng)狀裂紋網(wǎng)狀裂紋 剝離裂紋剝離裂紋 顯微裂紋顯微裂紋四、淬火缺陷四、淬火缺陷淬火裂紋種類n1）縱向裂紋n產生原因：組織應力、沿軋制方向有嚴重帶狀夾雜物、淬火前既存裂紋擴展。n2 ）橫向裂紋和弧形裂紋n產生原因：熱應力n3）表面裂紋n產生原因：拉應力減少淬火變形和防止淬火開裂的措施減少淬火變形和防止淬火開裂的措施1）正確選材）正確選材 如選擇淬透性好的材料如選擇淬透性好的材料2）合理設計工件形狀）合理設計工件形狀 如避免截面形狀懸殊的零件如避免截面形狀懸殊的零件3）合理消除材料缺陷）合理消除材料缺陷 如淬火前鍛造和預備熱處理如淬火前鍛造和預備熱處理4）合理制定熱處理工藝）合理制定熱處理工藝 如加

33、熱溫度、冷卻速度、如加熱溫度、冷卻速度、 回火、操作方法等回火、操作方法等 （a） 氧化、脫碳、表面腐蝕及過燒氧化、脫碳、表面腐蝕及過燒 ； （b） 硬度不足；硬度不足；加熱溫度過低，保溫時間不足；加熱溫度過低，保溫時間不足； 表面脫碳表面脫碳 冷速不夠冷速不夠 淬透性不夠淬透性不夠 中斷淬火時的水中時間短或空氣中停留過長中斷淬火時的水中時間短或空氣中停留過長 工具鋼淬火溫度過高工具鋼淬火溫度過高4. 其它淬火缺陷其它淬火缺陷n （d d） 硬度不均勻；硬度不均勻；n氧化皮，污垢氧化皮，污垢 n淬火介質中有雜質，如水中有油淬火介質中有雜質，如水中有油 n冷卻介質攪動不夠冷卻介質攪動不夠 n滲碳

34、件表面碳濃度不均勻，淬火后硬度不均勻滲碳件表面碳濃度不均勻，淬火后硬度不均勻n （e e） 組織缺陷。組織缺陷。9.2 回火回火回火回火在在A1線以下很寬溫度范圍內進行，是使淬火組織線以下很寬溫度范圍內進行，是使淬火組織的亞穩(wěn)定進一步向穩(wěn)定狀態(tài)轉變過程，獲得穩(wěn)定的組的亞穩(wěn)定進一步向穩(wěn)定狀態(tài)轉變過程，獲得穩(wěn)定的組織和性能，減少或消除淬火內應力?？椇托阅?，減少或消除淬火內應力。回火目的：回火目的：提高淬火鋼塑性和韌性，降低其脆性；提高淬火鋼塑性和韌性，降低其脆性； 降低或消除淬火引起的殘余應力；降低或消除淬火引起的殘余應力； 穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定尺寸一、回火時鋼的組織轉變一、回火時鋼的組織轉變 隨溫度升高

35、，淬火組織將發(fā)生五個階段變化：隨溫度升高，淬火組織將發(fā)生五個階段變化： 馬氏體中碳原子偏聚馬氏體中碳原子偏聚（80100）馬氏體的分解（馬氏體的分解（80250） 產物：產物：M回回 殘余奧氏體的轉變（殘余奧氏體的轉變（200300） 產物：產物：M回回（主要）（主要）+ B下下（微量）（微量） 碳化物析出和轉變（碳化物析出和轉變（250400） 產物：產物：T回回 相狀態(tài)變化及碳化物聚集長大（相狀態(tài)變化及碳化物聚集長大（400 ) 產物：產物： S回回一、回火時組織轉變一、回火時組織轉變 按回火溫度劃分如下階段，但各階段也不是單獨發(fā)生，按回火溫度劃分如下階段，但各階段也不是單獨發(fā)生，而是相互

36、重疊的。而是相互重疊的。 1.碳原子偏聚（時效階段）碳原子偏聚（時效階段） (80100以下以下) 由于淬火馬氏體為過飽和固溶體，晶格中有大量微觀缺陷由于淬火馬氏體為過飽和固溶體，晶格中有大量微觀缺陷的亞穩(wěn)態(tài)。的亞穩(wěn)態(tài)。對位錯馬氏體，低溫下對位錯馬氏體，低溫下C、N原子短程擴散到位錯線附近原子短程擴散到位錯線附近對孿晶馬氏體，低溫下對孿晶馬氏體，低溫下C 、N原子短程擴散聚集到某一晶面原子短程擴散聚集到某一晶面2.馬氏體分解（馬氏體分解（80-250 ）高碳馬氏體發(fā)生分解，馬氏體中過飽和碳不斷以高碳馬氏體發(fā)生分解，馬氏體中過飽和碳不斷以碳化碳化物形式析出，使馬氏體碳含量降低。物形式析出，使馬氏

37、體碳含量降低。低碳馬氏體，低于低碳馬氏體，低于150無碳化物析出，只有無碳化物析出，只有C偏聚偏聚 高于高于200，馬氏體中可析出穩(wěn)定碳化物；，馬氏體中可析出穩(wěn)定碳化物； 產物：產物：回火馬氏體?；鼗瘃R氏體。 性能：性能：保留淬火后高硬度保留淬火后高硬度3.殘余奧氏體分解（殘余奧氏體分解（200-300 ） 淬火后的殘余奧氏體是不穩(wěn)定組織，在本階段，殘余淬火后的殘余奧氏體是不穩(wěn)定組織，在本階段，殘余奧氏體分解為低碳馬氏體和奧氏體分解為低碳馬氏體和碳化物，此組織為回火馬碳化物，此組織為回火馬氏體。氏體?；鼗鹎象w回火屈氏體4.碳化物的轉變（碳化物的轉變（250-400 ）亞穩(wěn)碳化物將轉變成為更加

38、穩(wěn)定的碳化物形式存在。亞穩(wěn)碳化物將轉變成為更加穩(wěn)定的碳化物形式存在。高碳鋼高碳鋼： + + + + + + + + + （穩(wěn)定的回火屈氏體）（穩(wěn)定的回火屈氏體）中碳鋼：中碳鋼： + + （穩(wěn)定的回火屈氏體）（穩(wěn)定的回火屈氏體）低碳鋼：低碳鋼： + （穩(wěn)定的回火屈氏體）（穩(wěn)定的回火屈氏體）5.相狀態(tài)變化和碳化物聚集長大（相狀態(tài)變化和碳化物聚集長大（400-700 ）鐵素體發(fā)生回復和再結晶為等軸狀、碳化物球化粗化鐵素體發(fā)生回復和再結晶為等軸狀、碳化物球化粗化 回火索氏體?；鼗鹚魇象w。主要發(fā)生如下變化：主要發(fā)生如下變化：內應力消除：內應力消除： 宏觀區(qū)域性內應力（工件內外），宏觀區(qū)域性內應力（工件內

39、外），550 全部消除；全部消除； 微觀區(qū)域性內應力（晶粒之間），微觀區(qū)域性內應力（晶粒之間）， 500 基本消除；基本消除； 晶格彈性畸變應力（碳過飽和），晶格彈性畸變應力（碳過飽和）， 轉變完即消除。轉變完即消除?；貜团c再結晶：回復與再結晶：回火使亞結構（位錯、孿晶）消失；板條和片回火使亞結構（位錯、孿晶）消失；板條和片狀馬氏體特征保留（回復）、消失（再結晶）。狀馬氏體特征保留（回復）、消失（再結晶）。碳化物聚集長大：碳化物聚集長大：原棒狀、片狀、粒狀滲碳體消失、溶解，并原棒狀、片狀、粒狀滲碳體消失、溶解，并逐漸球化長大，越來越粗大。逐漸球化長大，越來越粗大?；鼗鹚魇象w回火索氏體二、回火組

40、織機械性能二、回火組織機械性能 回火組織機械性能取決于回火組織回火組織機械性能取決于回火組織（請同學們自己根據(jù)上述內容進行總結請同學們自己根據(jù)上述內容進行總結）硬度硬度強度強度三、合金元素對回火的影響三、合金元素對回火的影響提高鋼的回火抗力提高鋼的回火抗力引起二次硬化引起二次硬化四、回火脆性四、回火脆性 在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的韌性顯著下降的現(xiàn)象。在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的韌性顯著下降的現(xiàn)象。 第一類（低溫）回火脆性第一類（低溫）回火脆性: :l是指淬火鋼在是指淬火鋼在250-350回火時出現(xiàn)的脆性?；鼗饡r出現(xiàn)的脆性。l這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內回火就會出這種回火脆性是不可逆

41、的，只要在此溫度范圍內回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法?，F(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法。l除彈簧鋼之外，其它零件淬火后應避免在除彈簧鋼之外，其它零件淬火后應避免在250250350350回火?；鼗?。第二類（高溫）回火脆性：第二類（高溫）回火脆性：（500650） 是指淬火鋼在是指淬火鋼在500-650范圍內回火后緩冷時出現(xiàn)的范圍內回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性。脆性。 回火后快冷不出現(xiàn)。回火后快冷不出現(xiàn)。多發(fā)生在含多發(fā)生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金鋼中，等元素的合金鋼中， 是一種可逆性的回火脆性。是一種可逆性的回火脆性。 預防措施：預防措施：（1）高溫回火后，在水中快速冷卻。）高溫回火后

42、，在水中快速冷卻。 一般適用于較小截面的零件。一般適用于較小截面的零件。（2）加入降低回火脆性傾向的元素）加入降低回火脆性傾向的元素Mo或或W。 適用大截面零件或合金鋼適用大截面零件或合金鋼(如如Cr-Ni鋼等鋼等)。五、回火的工藝五、回火的工藝包括：包括： 加熱溫度加熱溫度 保溫時間保溫時間 冷卻方法冷卻方法回火溫度的確定回火溫度的確定n1、低溫回火、低溫回火n回火溫度：回火溫度： 150250n組織轉變：組織轉變： 從馬氏體中從馬氏體中析出細片狀析出細片狀 -碳化物；碳化物； AR分解為分解為 -碳化物低碳碳化物低碳M。n這種在馬氏體基體上分這種在馬氏體基體上分布著細片狀碳化物的組布著細片

43、狀碳化物的組織稱為回火馬氏體，用織稱為回火馬氏體，用M回回表示。表示。n目的：目的：保留淬火后高硬保留淬火后高硬度、度、高耐磨性的同時，高耐磨性的同時， 降低內應力，提高韌性。降低內應力，提高韌性。l用途：用途：處理各種工具、模具、量具、軸承及經(jīng)滲碳和表面淬火處理各種工具、模具、量具、軸承及經(jīng)滲碳和表面淬火的工件。的工件。n2、中溫回火、中溫回火 n回火溫度：回火溫度：350-500 n組織轉變：組織轉變： -碳化物轉變碳化物轉變?yōu)闉镕e3C。到。到350, 馬氏馬氏體中的體中的含碳量已降到鐵含碳量已降到鐵素體的平衡成分，內應素體的平衡成分，內應力大量消除。力大量消除?；鼗鹎象w回火屈氏體 l

44、M回回轉變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細粒狀轉變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細粒狀Fe3C的組織，稱為回火屈氏體，用的組織，稱為回火屈氏體，用T回回表示。表示。 n回火屈氏體組織具有較回火屈氏體組織具有較高的彈性極限和屈服極高的彈性極限和屈服極限，并具有一定的韌性，限，并具有一定的韌性，硬度一般為硬度一般為3545HRC3545HRC。l主要用于各類主要用于各類彈簧的熱處理。彈簧的熱處理。 汽車板簧汽車板簧熱卷彈簧熱卷彈簧回火索氏體回火索氏體n3 3、高溫回火、高溫回火 n回火溫度：回火溫度：500-650 500-650 n組織轉變：組織轉變：FeFe3 3C C發(fā)生聚集

45、長大，鐵素體發(fā)生多邊形化。發(fā)生聚集長大，鐵素體發(fā)生多邊形化。 l這種在多邊形鐵素體這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀基體上分布著顆粒狀FeFe3 3C C的組織稱的組織稱回火索回火索氏體氏體，用，用S S回回表示。表示。 n回火索氏體組織具有良好的綜合力學性能，即在保持較高的回火索氏體組織具有良好的綜合力學性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。強度同時，具有良好的塑性和韌性。n通常把淬火高溫回火的熱處理工藝稱作通常把淬火高溫回火的熱處理工藝稱作“調質處理調質處理”，簡，簡稱稱“調質調質”。l調質廣泛用于連桿、軸、調質廣泛用于連桿、軸、齒輪等各種重要結構件齒輪等各種重要結構件的處理。也可作為精密的處理。也可作為精密零件、量具等的預備熱零件、量具等的預備熱處理。處理。 柴油機連桿柴油機連桿用途用途 組組 織織 性性 能能溫度溫度()()名名 稱稱耐磨件耐磨件 回火馬氏體回火馬氏體 高硬度高硬度 585864HRC64HRC150150250250低溫回火低溫回火彈簧等彈簧等回火屈氏體回火屈氏體 高彈性高彈性 353545HRC 45HRC 350350500500中溫回火中溫回火調質件調質件回火索氏體回火索氏體 良好綜合良好綜合