鋼的淬火與回火

1、鋼的淬火與回火一、淬火淬火是指將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于V的速度冷卻，使奧氏體 轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。因此，淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的 力學(xué)性能。淬火是鋼的最重要的強化方法，也是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。1、淬火溫度淬火溫度即鋼奧氏體化溫度，是淬火的主要工藝參數(shù)之一。碳鋼的淬火溫度可利用鐵碳相圖來選擇，如圖5-33所示。對于亞共析鋼， 淬火溫度為Ac+3050C。當(dāng)含碳量0.5%時，淬火后組織為馬氏體，如圖5-34 所示；當(dāng)含碳量0.5%時，淬火后組織為馬氏體與少量殘余奧氏體。亞共析鋼在 Ac Ac之間加熱淬火后的組織為馬氏體加鐵素體，如圖5-35所示，由于組織中 有1

2、自由鐵素體存在，使鋼的強度和硬度降低，但可改善韌性，這種淬火稱為亞溫 淬火，如處理得當(dāng)，亞溫淬火也可作為一種強韌化處理方法。900更匣懷4 Fe.c ：加2, A照LUN 匾廊 +族虹怵圖5-33碳鋼的淬火溫度范圍圖5-34 45鋼的正常淬火組織400 X對于共析鋼和過共析鋼，淬火溫度為Ac+3050C。共析鋼淬火后的組織為 馬氏體和少量殘余奧氏體。而過共析鋼由于淬火前經(jīng)過球化退火，因而淬火后組 織為細馬氏體加顆粒狀滲碳體和少量殘余奧氏體，如圖5-36所示。分散分布的 顆粒狀滲碳體對鋼的硬度和耐磨性有利。如果將過共析鋼加熱到Ac以上，則由 于奧氏體品粒粗大、含碳量提高，使淬火后馬氏體品粒也粗大

3、、且或余奧氏體量 增多，這將使鋼的硬度、耐磨性下降，脆性和變形開裂傾向增加。圖5-35 35鋼760C淬火組織400 X圖5-36 T12鋼的正常淬火組織400 X對于合金鋼，由于大多數(shù)合金元素（Mn、P除外）有阻礙奧氏體品粒長大的 作用，因而淬火溫度比碳鋼高，一般為臨界點以上50100C。2、淬火介質(zhì)理想淬火介質(zhì)的冷卻曲線（見圖5-37）應(yīng)只在C曲線“鼻尖”處快冷，而 在Ms附近盡量緩冷，以達到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到這種理想的淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)是水和油。時間對數(shù).)圖5-37理想淬火冷卻曲線示意圖水是經(jīng)濟的且冷卻能力較強的淬火介質(zhì)。如表5-1所示，水的缺

4、點是在 650550C范圍內(nèi)的冷卻能力不夠強，而在300200C范圍內(nèi)冷卻能力又太大。 因此生產(chǎn)上水主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼件的淬火。從表5-1可以看出，油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但在高溫區(qū)冷卻能力太低， 因此主要用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件的淬火。大尺寸碳鋼件油淬時由于冷卻不 足會出現(xiàn)珠光體型分解，如圖5-38所示。表5-1常用淬火介質(zhì)的冷卻能力圖 5-38 45 鋼 850C油淬組織(M+T) 400X熔融的堿和鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱堿浴或鹽浴。它們的冷卻能力介于水和 油之間，使用溫度范圍多為150500C。這類介質(zhì)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求 嚴(yán)格小型件的分級淬火和等溫淬火。其他淬火

5、介質(zhì)如聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也 是工業(yè)上常用的。3、淬火方法采用適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒梢詮浹a冷卻介質(zhì)的不足。常用的淬火方法如圖5-38 所示。圖5-38各種淬火方法示意圖1一單介質(zhì)淬火法；2一雙介質(zhì)淬火法；3一分級淬火法；4等溫淬火法單介質(zhì)淬火法是指將加熱工件在一種介質(zhì)中續(xù)連冷卻到室溫的淬火方法。 如水淬和油淬都屬于這種方法。該方法操作簡單，易實現(xiàn)機械化，應(yīng)用較廣。 雙介質(zhì)淬火法 是指將加熱工件先在一種冷卻能力強的介質(zhì)中冷卻躲過C曲 線“鼻尖”后再轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。常用 的如水淬油冷，油淬空冷等。其優(yōu)點是冷卻比較理想，缺點是在第一種介質(zhì)中的停留時間不易掌握，需 要具

6、有實踐經(jīng)驗。主要用于形狀復(fù)雜的碳鋼工件及大型合金鋼工件。 分級淬火法 是指將加熱工件在Ms點附近的鹽浴或堿浴中淬火，待工件內(nèi)外 溫度均勻后再取出緩冷的淬火方法。分級淬火法可顯著降低工件的內(nèi)應(yīng)力，減少 變形或開裂的傾向。 等溫淬火法 是指將加熱工件在稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中保溫足夠長 時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火的零件具有良好的綜合力 學(xué)性能，淬火應(yīng)力小，適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。4、鋼的淬透性淬透性是鋼的主要熱處理性能，它對合理選材和正確制訂熱處理工藝具有重 要的意義。鋼的淬透性及其測定方法鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力稱作鋼的淬透性。其高低是用規(guī)定條件下 的淬

7、硬層深度來表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(即50%馬氏體 +50%非馬氏體組織區(qū))的深度。淬透性與淬硬性不同，淬硬性是指鋼淬火后所能 達到的最高硬度，即硬化能力。同一材料的淬硬層深度與工件的尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)，工件尺寸小、介質(zhì)冷 卻能力強，淬硬層深。而淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)，它只用于不同材料 之間的比較，是在尺寸、冷卻介質(zhì)相同時，用不同材料的淬硬層深度來進行比較 的。淬透性常用末端淬火法測定(見GB225-63)。如圖5-39(a)所示，將 中25x100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)奧氏體化后，對末端進行噴水冷卻。試樣上距水冷端越 遠的部分，冷速越低，其硬度也隨之下降。將已冷卻的試樣沿

8、軸向在相對180。 的兩邊各磨一深度為0.20.5mm的窄平面，然后從水冷端開始，每隔一定距離測 量一個硬度值，即可得到試樣沿軸向的硬度分布曲線，稱為鋼的淬透性曲線，如 圖5-39(b)所示。圖5-39(c)為鋼的半馬氏體區(qū)硬度與其含碳量的關(guān)系。利用 5-39(b)和圖5-39(c)可以找出相應(yīng)鋼的半馬氏體區(qū)全水冷端的距離。該距離越 大，鋼的淬透性越大。由于鋼成分的波動，同一鋼號的淬透性曲線實際上是一個 有一定波動范圍的淬透性帶。至水冷茹拒離響 曲捽透性曲線雄啊楓c.%鋼的半馬氐體區(qū)曖度 勺匍的奢硬量的關(guān)系圖5-39末端淬火法（a）噴水；（b）淬透性曲線舉例；（c）鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳

9、量的關(guān)系jHRC根據(jù)GB225-63規(guī)定，鋼的淬透性值用d表示，其中J表示末端淬透性，j 42d表示至水冷端的距離，HRC為該處的硬度值。如5表示距水冷端5mm處試樣 的硬度值為42HRC。在實際生產(chǎn)中，常用臨界直徑來表示淬透性。所謂臨界直徑是指圓形鋼棒在 介質(zhì)中冷卻時，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用d表示。顯然，在相同的 冷卻條件下，d越大，鋼的淬透性越好。表5-2為部分常用鋼材的淬透性值和臨 界直徑。 C表5-2部分常用鋼材的淬透性值和臨界直徑（mm）影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于其臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越小，則奧氏體越穩(wěn)定， 鋼的淬透性越高。而臨界冷卻速度取決于C曲線的位置，C曲

10、線越靠右，臨界冷 卻速度越小。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素。在碳鋼中，共析鋼的臨界冷卻速度最小，因而其淬透性在碳鋼中最高。除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移，臨界冷卻速度減小， 鋼的淬透性提高。提高奧氏體化溫度、延長保溫時間使奧氏體品粒長大、成分均勻，不利于冷 卻轉(zhuǎn)變時的形核，從而提高了奧氏體的穩(wěn)定性，使鋼的淬透性提高。而鋼中未溶 的第二相則促進冷卻轉(zhuǎn)變時的形核，降低奧氏體的穩(wěn)定性，使淬透性下降。淬透性的應(yīng)用力學(xué)性能是機械設(shè)計中選材的主要依據(jù)，而鋼的淬透性又直接影響其熱處理 后的力學(xué)性能。因此，在選材時，必須對鋼的淬透性有充分的了解。圖5-40為兩種淬透性不同的鋼制成相同的軸經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火加高溫回火） 后其力學(xué)性能的比較。高淬透性鋼的整個截面都是回火索氏體（滲碳體為顆粒狀） 組織，力學(xué)性能均勻，強度高，韌性好。而低淬透性鋼的心部組織為片狀索氏體 加鐵素體，韌性差。此外，淬火組織中馬氏體量增加還會提高鋼的屈強比b /b一s b和疲勞極限b1。對于截面尺寸較大、形狀復(fù)雜的重要零件以及承載較大而要求截面力學(xué)性