金屬熱處理知識

金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定

時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝方法。

金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工

件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學

成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這?般不是肉眼所能

看到的。

為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成

形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組

織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、

銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使

用性能。

在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認識。

早在公元前770?前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就己發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓

變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。

公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。

中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過

淬火的。

隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西

斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到

不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢（公元前206?

公元24）中山靖王墓中的寶劍，心部含碳量為0.15?0.4%,而表面含碳量卻達0.6%以上，說

明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。

1863年，英國金相學家和地質(zhì)學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證

明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的

相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為

現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中

對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。

1850?1880年，對于應(yīng)用各種氣體（如氫氣、煤氣、一氧化碳等）進行保護加熱曾有一

系列專利。1889?1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。

二十世紀以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大

發(fā)展。一個顯著的進展是1901?1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳；30年

代出現(xiàn)露點電位差計，使爐內(nèi)氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探

頭等進?步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展

了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學

熱處理方法。

二金屬熱處理的工藝

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些

過程互相銜接，不可間斷。

加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為

熱源，進而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源

可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。

金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），

這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護氣氛

中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一-，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)

量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到

相變溫度以上，以獲得需要的組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到

要求的加熱溫度時;還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，

這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保

溫時間或保溫時間很短，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制

冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還

因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等。

根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。

同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)

上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學性能的金屬

熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

退火f將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩

慢冷卻（冷卻速度最慢），目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能

和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。

正火f將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到

的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱

處理。

淬火一將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷

卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而

低于710C的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正

火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，

缺一不可。

“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。

定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽

和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或

電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合

起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負壓氣氛或真空中

進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，

提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學熱處理。

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱

工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積

的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫“表面熱處理的主要方

法，有激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙快或氧丙烷等火焰、

感應(yīng)電流、激光和電子束等。

化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W熱處理

與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分?；瘜W熱處理是將工件放在含碳、

氮或其它合金元素的介質(zhì)（氣體、液體、固體沖加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入

碳、氮、硼和倍等元素。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W熱

處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復合滲等。

熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保證和提高

工件的各種性能，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進行各

種冷、熱加工。

例如白口鑄鐵經(jīng)過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪采用正確的熱處理

工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高：另外，價廉的碳鋼通過滲入

某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎

全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。

三鋼的分類

鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。鋼是經(jīng)濟建設(shè)中極為

重要的金屬材料。鋼按化學成分分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵

冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的鎰、硅、硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼具

有一定的機械性能，又有良好的工藝性能，且價格低廉,因此，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。

但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術(shù)的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要，于是人們研制了

各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的

多元合金。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應(yīng)用日益廣泛。

由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)、保管、選用與研究，必須對鋼材加以分類。按鋼材

的用途、化學成分、質(zhì)量的不同，可將鋼分為許多類：

（-）.按用途分類

按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。

1.結(jié)構(gòu)鋼：

（1）.用作各種機器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。

（2）.用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。

2.工具鋼：用來制造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。

3.特殊性能鋼：是具有特殊物理化學性能的鋼。可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。

（二）.按化學成分分類

按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。

碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量40.25%）；中碳鋼（0.25%〈含碳量＜0.6%）；

高碳鋼（含碳量20.6%）。

合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量45%）；中合金鋼（合金元素

總含量=5%-10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。此外，根據(jù)鋼中所含主要合金元

素種類不同，也可分為鑄鋼、鋁鋼、銘銀鋼、銘銃鈦鋼等。

（三）.按質(zhì)量分類

按鋼材中有害雜質(zhì)磷、硫的含量可分為普通鋼（含磷量”.045%、含硫量40.055%；或磷、

硫含量均40.050%）；優(yōu)質(zhì)鋼（磷、硫含量含硫量40.030%）。

此外，還有按冶煉爐的種類，將鋼分為平爐鋼（酸性平爐、堿性平爐），空氣轉(zhuǎn)爐鋼（酸性

轉(zhuǎn)爐、堿性轉(zhuǎn)爐、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼）勺電爐鋼。按冶煉時脫氧程度，將鋼分為沸騰鋼（脫氧

不完全），鎮(zhèn)靜鋼（脫氧比較完全）及半鎮(zhèn)靜鋼。

鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時，往往將用途、成分、質(zhì)量這三種分類方法結(jié)合起來。如將鋼稱為

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金

工具鋼等。均V0.040%）；高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷量V0.035%、

四金屬材料的機械性能

金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造

過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，

決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，

如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在

使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材

料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。

在機械制造業(yè)中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質(zhì)中使用的，且在使用

過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為

機械性能（或稱為力學性能）。金屬材料的機械性能是零件的設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。外

加載荷性質(zhì)不同（例如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等），對金屬材料要求的機械性

能也將不同。常用的機械性能包括：強度、塑性、硬度、韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。

下面將分別討論各種機械性能。

1.強度

強度是指金屬材料在靜荷作用卜抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能。由于載荷的作用

方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、

抗剪強度等.各種強度間常有一定的聯(lián)系，使用中一般較多以抗拉強度作為最基本的強度指

標。

2.塑性

塑性是指金屬材料在我荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。

3.硬度

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標。目前生產(chǎn)中測定硬度方法最常用的是壓入硬度法，它

是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面，根據(jù)被壓入程度來測定

其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRBsHRC）和維氏硬度（HV）等方法。

4.疲勞

前面所討論的強度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指標。實際上，許多機

器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會產(chǎn)生疲勞。

5.沖擊韌性

以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做

沖擊韌性。

五退火“淬火”回火

（~）.退火的種類

1.完全退火和等溫退火

完全退火乂稱重結(jié)晶退火，?般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合

金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重要工件的最終熱處

理，或作為某些工件的預先熱處理。

2.球化退火

球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其

主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。

3.去應(yīng)力退火

去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱

軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在

隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。

（-）.淬火

為了提高硬度采取的方法，主要形式是通過加熱、保溫、速冷。最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水,

水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點，

卻易使匚件變形嚴奠，及不發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比

較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。

（三）.回火

1.降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時回火往

往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。

2.獲得工件所要求的機械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不

同性能的要求，可以通過適當回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。

3.穩(wěn)定工件尺寸

4.對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化

物適當聚集，將硬度降低，以利切削加工。

六常用爐型的選擇

爐型應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來決定

1.對于不能成批定型生產(chǎn)的，工件大小不相等的，種類較多的，要求工藝上具有通用性、

多用性的，可選用箱式爐。

2.加熱長軸類及長的絲桿，管子等工件時，可選用深井式電爐。

3.小批量的滲碳零件，可選用井式氣體滲碳爐。

4.對于大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的生產(chǎn)可選連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線或箱式多用爐。

5.對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產(chǎn)時，最好選用滾動爐，粗底爐。

6.對成批的定型零件，生產(chǎn)上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐（推桿爐或鑄帶爐）

7.小型機械零件如：螺釘，螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐。

8.鋼球及滾柱熱處理可選用內(nèi)螺旋的回轉(zhuǎn)管爐。

9.有色金屬錠坯在大批量生產(chǎn)時可用推桿式爐，而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環(huán)

加熱爐。

七、表面處理資料

（1）鋼結(jié)構(gòu)的防火處理

鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，它具有抗震、抗彎等特性。在實際應(yīng)用中，鋼材既可以相

對增加建筑物的荷投能力，也可以滿足建筑設(shè)計美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材

料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業(yè)的青睞，單層、多層、摩天大樓，廠房、

庫房、候車室、候機廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一

些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇

下降。

鋼結(jié)構(gòu)通常在450?650c溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁

彎曲，結(jié)果因過大的形變而不能繼續(xù)使用，?般不加保護的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15分鐘左

右。這一時間的長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。

要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將

鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變

塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料

阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升、強度變?nèi)醯臅r間等。但無

論采取何種方法，其原理是一致的。下面介紹幾種不同鋼結(jié)構(gòu)的防火保護措施。

一、外包層。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法。現(xiàn)澆

成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫,并保證外殼的強度。

噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏

砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕

混凝土做成預制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。

二、充水（水套）?？招男弯摻Y(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護措施。這種方法能使鋼

結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中保持較低的溫度，水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)，吸收材料本身受熱的熱量?受熱的水經(jīng)

冷卻后可以進行再循環(huán)，或由管道引入涼水來取代受熱的水。

三、屏蔽。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的

空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟的防火方

法。

四、膨脹材料。采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護構(gòu)件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不

受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點，一般不需要添加輔助設(shè)施，且涂層質(zhì)量輕，還有一定的美觀

裝飾作用，屬于現(xiàn)代的先進防火技術(shù)措施。

目前，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑H趨增多，尤其是一些超高層建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)材料更為廣泛。

高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)事故，火不是在短時間內(nèi)就能撲滅的，這就要求我們在建筑設(shè)計時，

加大對建筑材料的防火保護，以增強其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制訂必要的應(yīng)急方案，以減

少人員傷亡和財產(chǎn)損失。

（2）常用火焰噴涂塑料材料及性能

塑料種類很多，根據(jù)塑料受熱的性能，可分為熱塑性塑料及熱固性塑料兩大類?；鹧鎳娡坑?/p>

塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成，這些改性材料，包括各種填料、顏料、流平劑、

增韌劑等。通過改性，使塑料粉末容易進行火焰噴涂。使制成的涂層具有所要求的顏色和各

種性能。

熱塑性塑料的特點是可隨溫度上升而變軟或熔化，冷卻后則凝固成型變硬，這個過程為可

逆過程可反復進行多次，通常熱塑性塑料，具有優(yōu)良的抗化學性、韌性和彎曲性能，火焰噴

涂常用的熱塑性塑料主要有聚乙烯、尼龍、聚丙烯、聚苯硫酸、氯化聚酸、EVA等，其中以

聚乙烯、尼龍應(yīng)用最多最廣。

熱固性塑料的特點是用某些較低聚合度的予聚體樹脂，在一定溫度下或加入固化劑條件下，

固化成不能再次熔化或熔融的，質(zhì)地堅硬的最終產(chǎn)物，溫度再升高，產(chǎn)品只能分解，不能

再軟化。熱固性塑料分子量較低，所以具有較好的流平性、潤濕性；因而能很好地粘附在工

件表面，并具有較好的裝飾性能。火焰噴涂常用的熱固性塑料粉末有環(huán)氧、環(huán)氧/聚酯及聚

酯粉末等。

1、聚乙烯（PE）

聚乙烯為白色透明物質(zhì)，外觀似石蠟，可著色，可彎曲，稍具延伸性。

聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生產(chǎn)方法不同，產(chǎn)品分為高密度HDPE（低壓0.9411—0.9

65）o中密度MDPE（中壓0中26?0.940）低密度LDP度高壓0.910-0.025）0三者性質(zhì)相似,

但高密度聚乙烯在無負我和短期內(nèi)耐溫較高些（HDPE為100C,LDPE為75℃）,高密度聚乙

烯最高使用溫度為70C,低密度聚乙烯為60C,聚乙烯最低使用溫度為-70℃。

通常，聚乙烯隨密度增加，抗張強度、硬度、耐熱性均增高。

聚乙烯有優(yōu)良的耐蝕性，對非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸、氫氟酸）、稀硝酸、堿、油（冷）

和鹽溶液都有良好的耐蝕性，能耐極性有機物（醇、酮）、水。在室溫下耐一般溶劑，但在

60℃以上溶于芳煌、氯化溶劑及熔蠟中，有些溶劑能使其溶脹。

聚乙烯不耐濃硝酸、濃硫酸和其它強氧化劑的腐蝕。

聚乙烯粉末涂層的物理化學性能如表1。

表1聚乙烯粉末涂層的物理化學性能

色瞼項目性能指標試驗項目性能指標

附著力戊11圈法）2~3級草酸5%涂層元好

沖擊強度50kg■cm路酸5%除層元好

表囪光澤度20—50%鹽酸10%徐層元好

厚度150^250pm硫酸10%溶層完好

表面細緣電阻2.9X1014磷酸20%涂層完好

高低溫試覽+隘徐層完好硝酸涂層完好

溫熱試蛉11d1級氫氧化鉀20%1余層完好

鹽霧試驗6d僚層完好氟水20%除層完好

霉菌試驗28d1級乙醇95%徐層元好

松節(jié)油涂層元好二中本徐層元好

二氯乙烷琮層完好氯仍1余層完好

甲本僚層完好訃乙蒯徐層完好

日油僚層完好杳蕉水保層完好

受壓器油琮層完好內(nèi)蒯琮層完好

20#機油除層元好汽油琮層完好

注：試驗采用1.5m鋼板，涂后在30?35c條件下、酸堿浸漬10d溶劑油類分別浸漬30d

和100d后測試。

聚乙烯粉末涂層與其它涂層性能比較見表2

表2聚乙烯等其它品種粉末涂層的性能比較

涂層名稱

熱塑性聚能環(huán)氧樹脂乙烯樹脂尼龍聚乙烯

項目

戶外耐候性BDAcD

鹽水噴霧CBABC

絕緣性AABCA

耐沖擊CCAAA

柔軟性DDABA

耐污染性AAABA

價格城本）CCADA

注：A一—優(yōu)、B一一良、C一一中、D一—可.

2、尼龍（聚酰胺）

尼龍是一種應(yīng)用很廣的熱塑性塑料，最高應(yīng)用溫度為80?120℃,最低使用溫度為-50?-6

0℃o

尼龍具有良好的耐蝕性，十分耐堿和大多數(shù)鹽水、稀酸。但不耐強酸和氧化性酸的腐蝕。對

煌、酮、酯、油類抗蝕能力良好，不耐酚和甲酸的腐蝕。

尼龍強度高，堅韌、耐磨損，有潤滑作用，所以常用作耐磨涂層，如：印刷機械中的鋼制墨

輯、車床導軌、潤滑涂層如軸承等。

尼龍對生物侵蝕是惰性的，無毒，受細菌作用，可作食品和牛奶等容器表面涂層。

火焰噴涂常用的尼龍粉末有尼龍11、尼龍12、尼龍1010及一些二元、三元共聚尼龍，尼

龍層與金屬附著力好

表3火焰噴涂尼龍11涂

表4尼龍11涂層的耐化學品性能

層的物理化學性能

項目指標抗蝕性

品名濃度

熔點184~186t2CTC4(rc65c

密度12CTC1.04—1.115丙酮純好好良

摩擦系數(shù)0.10-0.30水霧—好好—

開水2000h點著良好氨濃縮好好好

戶外曝曬各種顏色極好啤酒—好——

鹽霧試驗2000h無腐蝕氯化鈣CaCI3—好好好

海水6年后無腐蝕檸檬酸——好良

硫酸甑濃縮溶液好好好

續(xù)表4尼龍11涂層的耐化學品性能

抗蝕性

品名儂度2or40r6CTC

汽油一---好好艮

葡萄糖----好好好

甘油她好好艮

油脂—好好好

氫氣—好好好

乳酸—好好好

水銀—好好好

牛班—好好好

油笑—好好艮

豆氣—好好—

石蠟—好好好

石油—好好好

海水—好好艮

碳酸雨除福溶液好好好

氯化鈉飽和態(tài)好好好

蟆脂—好好好

置----好好——一

硫酸1%好艮艮

松節(jié)油—好好好

酒—好好好

3、聚丙烯

聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物，外觀似聚乙烯但比聚乙烯更輕更透明。聚丙烯密度低

(0.90)耐蝕性和聚乙烯相似，且較低，應(yīng)用溫度范圍為T4?+120℃。除濃硝酸，發(fā)煙硫酸、

氯磺酸等強氧化性酸外，能耐大多數(shù)的有機和無機酸、堿和鹽，對應(yīng)力腐蝕破裂的抗蝕性良

好。80℃以下能耐有機溶劑，但能被某些強有機溶劑破壞。

聚丙烯強度高于聚乙烯，軟化點較高(180-C),硬度接近尼龍，剛性好，常溫下耐沖擊性

能良好。耐溫性高，在低應(yīng)力下可長期使用于110?120℃。

4、聚苯硫酸(PPS)

聚苯硫酸通常指對苯基硫的聚合物。交聯(lián)前是一種線型結(jié)構(gòu)，呈熱塑性，是一類具有支鏈、

無結(jié)晶熔點、高粘度聚合物、交聯(lián)后呈熱固性，若予以充分加熱，卻還能軟化到?定程度，

因此并非真正熱固性塑料。

聚苯硫酸密度1.36,熔點288℃,是一種硬而脆、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料，同時它具有

優(yōu)良的電絕緣性和粘結(jié)性，適當?shù)膹姸?，?yīng)用溫度范圍為T48?+250℃。

聚苯硫酸的化學惰性及耐高溫性使它成為良好的耐腐蝕涂層。

聚苯硫酸防腐涂層可耐170℃下的各種溶劑，200℃下的各種酸堿、鹽和化學藥品，但易受

鹵素和氧化性介質(zhì)，如游離氯、澳、硝酸、過氧化氫等腐蝕。聚苯硫處的熔區(qū)寬300?420℃,

故有良好的流動性，且無毒、不燃。與金屬的粘接力強，因此是一種良好的耐腐蝕涂層。

5、氯化聚酸

氯化聚醛是線型、高結(jié)晶度的熱塑性塑料，具有較高的熔點（180℃）,優(yōu)良的耐熱、耐腐

蝕性能以及良好的機械性能和電性能?？箾_擊強度高，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，吸水性小。

應(yīng)用溫度范圍為-30?+120℃。

氯化聚醛的耐蝕性僅次于聚四氟乙烯，可與聚三氟氯乙烯媲美，除強氧化性酸如濃硫酸、濃

硝酸外，能耐各類酸、堿、鹽及大多數(shù)有機溶劑的腐蝕，不耐液氯、氟、溪的腐蝕。

氯化聚酸的導熱系數(shù)低于大多數(shù)耐腐蝕熱塑性塑料，適宜作絕熱材料。

6、EVA（乙烯一醋酸乙烯酯共聚物）

EVA是乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物，是一種具有橡皮似彈性的熱塑性塑料。EVA的性能與醋

酸乙烯酯（VA）的含量有很大的關(guān)系，VA越少，越像低密度聚乙烯，而VA越多越像橡皮。

EVA在較廣的溫度范圍（-45?70℃）質(zhì)堅韌，加入填料能使剛性和硬度提高。填料增多，

對其主要性能影響不大，耐紫外光及臭氧。

EVA熔點低，（80?100℃）密度0.93?0.95。施工方便，化學物理性能良好，耐稀酸、濃

堿、不耐濃酸，50℃以上能溶于芳煌及氯化溶劑中。耐候性優(yōu)于聚乙烯。EVA還有良好的抗

霉菌生長的特性，可作食品容器防護涂層。

7、氟塑料

氟塑料是各種含氟塑料的總稱，由含氟單體如四氟乙稀，六氟丙烯，一:氟氯乙烯，偏氟乙烯,

氟乙烯及乙烯等單體通過均聚或共聚反應(yīng)制得，按數(shù)量及用途來說，以聚四氟乙烯（F4）最

為重要。其它還有聚三氟氯乙烯（F3）,聚全氟代乙丙烯（F46）等。

氟塑料具有優(yōu)良的電絕緣性能，摩擦系數(shù)極低，與其它物質(zhì)親和力最小，具有優(yōu)良的不粘性。

尤其是其化學性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性能好。如F4,除了金屬鈉、氟元素及其化合物對它有侵

蝕作用外，其他諸如強酸、強堿、油脂、去污劑及有機溶劑等化學藥品均對它不起作用，使

用溫度范圍為-200?+260℃。為抗蝕性最好的塑料。

氟塑料本身無毒，但遇熱分解時，則產(chǎn)生劇毒，所以應(yīng)特別注意。

8、環(huán)氧粉末涂料

環(huán)氧樹脂是環(huán)氧基的高分子聚合物的通稱，未固化前它屬于熱塑性樹脂，加入固化劑后能

發(fā)生一系列交聯(lián)反應(yīng)，形成具有附著力極佳，堅韌度和抗化學性能均好的熱固性樹脂，環(huán)氧

樹脂能耐?般溶劑，耐稀酸、稀堿、強堿，不耐強氧化劑如硝酸、濃硫酸等的腐蝕，耐水性

非常好，最高使用溫度為90?100℃（一般型）、150℃（耐熱型）。

在熱固性粉末涂料中，環(huán)氧粉末涂料是首先應(yīng)用的一個品種，也是粉末涂料中，銷售量占首

位的品種。

環(huán)氧粉末涂料有有光、半光、無光環(huán)氧粉末涂料（普通型）和防腐型環(huán)氧粉末涂料之分。普

通環(huán)氧粉末密度1.5?1.8、熔點85?95℃。

9、環(huán)氧/聚酯粉末涂料

環(huán)氧/聚酯粉末是由環(huán)氧、聚酯為主要原料的熱固性粉末涂料。它比環(huán)氧粉末具有更好的裝

飾性、耐候性。

環(huán)氧/聚酯粉末密度1.4?1.8、熔點85℃?95℃。

(3)復合熱處理對CrWMn鋼組織的影響

內(nèi)容摘要:摘要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790℃/680

℃循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固

溶處理加790℃/680℃循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得

到改善，強韌性明顯提高。復合熱處理。

摘要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790℃/680℃循環(huán)球

化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加

790℃/6800c循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強

韌性明顯提高。

關(guān)鍵詞：CrWMn鋼；復合熱處理；球化退火；顯微組織

1前言

CrWMn鋼可用于制造各種形狀復雜的冷擠壓模和沖裁模，具有較高的淬透性，淬火和低溫回

火后具有較高的硬度和耐磨性。但經(jīng)常規(guī)熱處理后此鋼易形成網(wǎng)狀碳化物，在模具的受力部

位形成開裂和剝落。模具的失效主要是由磨損、強度和韌性不足而造成的。本文擬通過適當

的復合熱處理來改善CrWMn鋼的組織，提高其強度和韌性，以獲得較好的綜合性能。

2試驗過程

試驗用CrWMn鋼為40mm棒材，為淬火+低溫回火態(tài)，硬度58HRC。其主要化學成分見表1。

表1CrWMn鋼的主要化學成分(質(zhì)量分數(shù))w(%)

元素CCrWMnSi含量0.90?

1.050.90-

1.201.20—

1.600.8?

1.100.15~

0.35

對CrWMn鋼的復合熱處理分為兩個步驟，一是預處理，二是淬火+低溫回火。預處理工藝見

圖1.

圖1CrWMn鋼預處理工藝

(a)常規(guī)退火(b)等溫球化退火

(c)循環(huán)球化退火(d)高溫固溶+循環(huán)球化退火

CrWMn鋼經(jīng)不同工藝預處理后，選擇組織形態(tài)、分布較好的試樣，在不同溫度條件下進行淬

火+低溫回火的最終熱處理，觀察其組織形態(tài)與分布，測定硬度變化。最終熱處理工藝見圖

2。

3試驗結(jié)果及分析

圖3為CrWMn鋼經(jīng)不同預處理工藝處理后的顯微組織照片，CrWMn鋼經(jīng)常規(guī)退火后的硬度為

180-190HB,經(jīng)圖1所示熱處理工藝處理后為180?200HB。

圖3CrWMn鋼預處理后組織

(a)常規(guī)退火(b)等溫球化退火(c)循環(huán)球化退火(d)固溶+循環(huán)球化退火

由圖3可看出，經(jīng)常規(guī)退火處理后的CrWMn鋼組織中碳化物呈片狀分布；經(jīng)810℃等溫球化

退火處理后，碳化物呈不規(guī)則的顆粒狀分布在鐵素體基體上，分布不均勻；經(jīng)790℃/680℃

3次循環(huán)球化退火處理后，顆粒狀碳化物尺寸變小，分布較為均勻：經(jīng)1050℃固溶加790℃

/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，碳化物呈細小顆粒狀析出且彌散程度高。

從工藝上看，在獲得相同硬度情況下，用790℃/680℃3次循環(huán)球化退火，不僅可代替830

℃等溫球化退火，而且能改善組織中碳化物的形態(tài)和分布、縮短球化退火時間，節(jié)約能源。

這是因為循環(huán)球化退火在Acl(750℃)以上加熱保溫過程中，片狀珠光體中的碳化物從尖角

處溶解破斷，而在Ari(710℃)以卜保溫過程中，在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化

物，從而加速了CrWMn鋼球化過程的進行，改善了碳化物的形態(tài)和分布。在1050℃高溫條

件下，CrWMn鋼中大量難溶的肌Cr等合金元素的碳化物溶入奧氏體中，經(jīng)油淬后得到馬氏

體或下貝氏體組織，在隨后進行的790℃/680℃循環(huán)球化退火過程中，則會彌散地析出點狀

的W、Cr的碳化物。

因此，對于一般要求的CrWMn鋼，采用790℃/680℃3次循環(huán)球化退火工藝，既可滿足組織

和硬度的要求，又能提高生產(chǎn)率，降低能耗；而對要求較高的可選用1050C高溫固溶加79

0℃/680℃3次循環(huán)球化退火的預處理工藝。

圖4為經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，經(jīng)不同溫度油淬低溫回火后

的CrWMn鋼的顯微組織。

圖4CrWMn鋼不同溫度淬火+低溫回火后組織

(a)790℃淬火+200C回火(b)830℃淬火+200℃回火(c)870℃淬火+200℃回火(d)

900℃淬火+200℃回火

4結(jié)論

(1)對CrWMn鋼采用790℃/680℃3次循環(huán)球化替代常規(guī)退火、等溫球化退火，不僅

可以改善其組織狀態(tài)和性能，而且還可以提高熱處理生產(chǎn)率，降低能耗。

(2)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火，可進一步改善CrWn鋼的組織狀

態(tài)分布，提高其性能。

(3)經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，再經(jīng)830℃油淬200℃

回火處理，CrWMn鋼組織均勻而細小，碳化物彌散程度高，其耐磨性和綜合性能好?！?/p>

作者簡介：陳文華(1963—),男，碩士，講師。主要研究方向為金屬表面改性及金屬材

料焊接。聯(lián)系電話0)

作者單位：陳文華(南京航空航天大學，南京210016)

參考文獻：

L1］蔣修治譯.模具鋼熱處理［J］.模具技術(shù)，1994(1).

L2］蔡慕等.低溫快速球化處理［J］.金屬熱處理，1992(4)：8-11.

［3］滿波.高碳鋼和軸承鋼的周期球化退火工藝［J］.金屬熱處理，1993(6)：43~

44.

八、淬火介紹

(1)鋼的淬火

淬火時將鋼加熱到AC3或Ac,以上，保溫一定時間使其奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度快

速冷卻，從而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織主要是馬氏體(或卜.貝氏體),

此外，還有少量殘余奧氏體及未溶的第二相。淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性。

1、淬火加熱溫度

碳鋼的淬火加熱溫度可利用Fe-Fe3c相圖來選擇。

對于亞共析碳鋼，適宜的淬火溫度為AC3+30?50℃,使碳鋼完全奧氏體化，淬火后獲得均

勻細小的馬氏體組織。對于過共析碳鋼，適宜的淬火溫度為As+30?50℃。淬火前先進行球

化退火，使之得到粒狀珠光體組織，淬火加熱時組織為細小奧氏體晶粒和未溶的細粒狀滲碳

體，淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分布在馬氏體基體上的細小粒狀滲碳體組織。對于低合金

鋼，淬火加熱溫度也根據(jù)臨界點As或Acs來確定，一般為As或AC3以上50?100℃。高合

金工具鋼中含有較多的強碳化物形成元素，奧氏體晶粒粗化溫度高，故淬火溫度亦高。

2、淬火加熱時間

為了使工件各部分完成組織轉(zhuǎn)變，需要在淬火加熱時保溫定的時間，通常將工件升溫

和保溫所需的時間計算在一起，統(tǒng)稱為加熱時間。

影響淬火加熱時間的因素較多，如鋼的成分、原始組織、工件形狀利尺寸、加熱介質(zhì)、

爐溫、裝爐方式及裝爐量等。

鋼在淬火加熱過程中，如果操作不當，會產(chǎn)生過熱、過燒或表面氧化、脫碳等缺陷。

過熱是指工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。

過熱不僅使淬火后得到的馬氏體組織粗大，使工件的強度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆斷，而且

容易引起淬火裂紋。對于過熱工件，進行一次細化晶粒的退火或正火，然后再按工藝規(guī)程進

行淬火，便可以糾正過熱組織。

過燒是指工件在淬火加熱時，溫度過高,使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象,

過燒的工件無法補救，只得報廢。

(2)鋼的表面淬火

表面淬火是對工件表層進行淬火的工藝。它是將工件表面進行快速加熱，使其奧氏體化并快速冷

卻獲得馬氏體組織，而心部仍保持原來塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬

火后需進行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面層的硬度和耐

磨性，達到外硬內(nèi)韌的效果，并可造成表面層壓應(yīng)力狀態(tài)，提高疲勞強度，延長工件的使用壽命。

1.感應(yīng)加熱表面淬火

感應(yīng)加熱表面淬火法的原理如圖1-66(a)所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)線

圈中，當感應(yīng)線圈通以交流電時，便會在工件內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。

感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路，故稱為“渦流”。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，如圖

1-66（b）所示，表面電流密度最大，心部電流密度兒乎為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。由

于鋼本身具有電阻，因而集中于工件表面的渦流，幾秒種可使工件表面溫度升至800?1000

℃,而心部溫度仍接近室溫，在隨即噴水（合金鋼浸油）快速冷卻后，就達到了表面淬火的

目的。

感應(yīng)加熱時，工件截面上感應(yīng)電流密度的分布與通入感應(yīng)線圈中的電流頻率有關(guān)。電流

頻率愈高，感應(yīng)電流集中的表面層愈薄，淬硬層深度愈小。因此可通過調(diào)節(jié)通入感應(yīng)線圈中

的電流頻率來獲得工件不同的淬硬層深度，一般零件淬硬層深度為半徑的1/10左右。對于

小直徑（10?20mm）的零件，適宜用較深的淬硬層深度，可達半徑的1/5,對于大截面零

件可取較淺的淬硬層深度，即小于半徑1/10以下。

2.火焰加熱表面淬火

火焰加熱表面淬火法是用乙煥一氧火焰（最高溫度3200℃）或煤氣一氧火焰（最高溫

度2000℃）,對工件表面進行快速加熱，并隨即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2?6mm。適

用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件（如大型軸類、模數(shù)齒輪等）的表面淬火?；鹧婕訜岜砻?/p>

淬火的優(yōu)點是設(shè)備簡單，成本低，靈活性大。缺點是加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，

淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

3.激光加熱表面淬火

激光加熱表面淬火是以高能量激光束掃描工件表面,使工件表面快速加熱到鋼的臨界點

以上，利用工件基體的熱傳導實現(xiàn)自冷淬火，實現(xiàn)表面相變硬化。

激光加熱表面淬火加熱速度極度快（105?106℃/s）,因此過熱度大，相變驅(qū)動力大,

奧氏體形核數(shù)目劇增，擴散均勻化來不及進行，奧氏體內(nèi)碳及合金濃度不均勻性增大，奧氏

體中碳含量相似的微觀區(qū)域變小，隨后的快冷（104℃/s）中不同微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫

度有很大差異，產(chǎn)生細小馬氏體組織。由于快速加熱，珠光體組織通過無擴散轉(zhuǎn)化為奧氏體

組織；由于快速冷卻，奧氏體組織通過無擴散轉(zhuǎn)化為馬氏體組織，同時殘余奧氏體量增加，

碳來不及擴散，使過冷奧氏體碳含量增加，馬氏體中碳含量增加，硬度提高。

激光加熱表面淬火后，工件表層獲得極細小的板條馬氏體和李晶馬氏體的混合組織，且

位錯密度極高，表層硬度比淬火+低溫回火提高20%,即使是低碳鋼也能提高一定的硬度。

激光淬火硬化層深度一般為0.3?1mm,硬化層硬度值一致。隨零件正常相對接觸摩擦

運動，表面雖然被磨去，但新的相對運動接觸面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而

不會發(fā)生常規(guī)表面淬火層由于接觸磨損，磨損隨之加劇的現(xiàn)象，耐磨性提高了50%,工件

使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。

激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織，淬火后零件變形極小，表面質(zhì)量很高，

特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理，而這些部位是其它表面淬火方法極

難做到的。

(3)淬火處理的常見問題

Ms點隨C%的增加而降低，淬火時，過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度稱之卷Ms點，轉(zhuǎn)變

完成之溫度稱之為Mf點。C%含量愈高，Ms點溫度愈降低。0.4%C碳鋼的Ms溫度約卷350℃

左右，而0.8%C碳鋼就降低至約200℃左右。

淬火液可添加適當?shù)奶砑觿?/p>

1、水中加入食鹽可使冷卻速率加倍：鹽水淬火之冷卻速率快，且不會有淬裂及淬火不均勻

之現(xiàn)象，可稱是最理想之淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以重量百分比10%為宜。

2、水中有雜質(zhì)比純水更適合當淬火液：水中加入固體微粒，有助於工件表面之洗凈作用，

破壞蒸氣膜作用，使得冷卻速度增加，可防止淬火斑點的發(fā)生。因此淬火處理，不用純水而

用混合水之淬火技術(shù)是很重要的觀念。

3、聚合物可與水調(diào)配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度調(diào)配出由水到油之冷卻

速率之淬火液，甚為方便，且又無火災(zāi)、污染及其他公害之慮，頗具前瞻性。

4、干冰加乙醇可用於深冷處理溶液：將干冰加入乙醇中可產(chǎn)生-76℃之均勻溫度，是很實用

的低溫冷卻液。

(4)鋼淬火冷卻介質(zhì)

淬火冷卻時，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減少變形，防止裂紋產(chǎn)生。

因此，冷卻是關(guān)系到淬火質(zhì)量高低的關(guān)鍵操作。

1、理想淬火冷卻速度

由共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線得知，要得到馬氏體，淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷

卻速度。但是淬火鋼在整個冷卻過程中并不需要都進行快速冷卻。關(guān)鍵是在過冷奧氏體最不

穩(wěn)定的C曲線鼻尖附近，即在650?400℃的溫度范圍內(nèi)要快速冷卻。而從淬火溫度到650

℃之間以及400℃以下，特別是300?200C以下并不希望快冷。因為淬火冷卻中工件截面的

內(nèi)外溫度差會引起熱應(yīng)力。另外，由于鋼中的比容(單位質(zhì)量物質(zhì)的體積)不同，其中馬氏

體的比容最大，奧氏體的比容最小，因此，馬氏體的轉(zhuǎn)變將使工件的體積脹大，如冷卻速度

較大，工件截面上的內(nèi)外溫度差將增大，使馬氏體轉(zhuǎn)變不能同時進行而造成相變應(yīng)力。冷卻

速度越大，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力越大，鋼在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中便容易引起變形與裂紋。

2、常用淬火介質(zhì)

工件淬火冷卻時;要使其得到合理的淬火冷卻速度，必須選擇適當?shù)拇慊鸾橘|(zhì)。目前生產(chǎn)中

應(yīng)用的冷卻介質(zhì)是水和油。當冷卻介質(zhì)為20c的自來水，工件溫度在200?300c時，平均

冷卻速度為450°C/s；工件溫度在340℃時，平均冷卻速度為775℃/s；工件溫度在500?6

50℃時，平均冷卻速度為135℃/s。因此，水的冷卻特性并不理想，在需要快冷的500?65

0℃溫度范圍內(nèi)，它的冷卻速度很小，而在200?300℃需要慢冷時，它的冷卻速度反而很大。

水

水是應(yīng)用最早、最廣泛、最經(jīng)濟的淬火介質(zhì)，它價廉易得、無毒、不燃燒、物理化學性

能穩(wěn)定、冷卻能力強。通過控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環(huán)水、利用磁場作

用等，均可以改善水的冷卻特性，減少變形和開裂，獲得比較理想的淬火效果。但由于這些

方法需增加專門設(shè)備，且工件淬火后性能不是很穩(wěn)定，所以沒有能得到廣泛推廣應(yīng)用。所以

說。純水只適合于少數(shù)含碳量不高、淬透性低且形狀簡單的鋼件淬火之用。

淬火油

用于淬火的礦物油通常以精制程度較高的中性石蠟基油為基礎(chǔ)油，它具有閃點高、粘度

低、油煙少，抗氧化性與熱穩(wěn)定性較好，使用壽命長等優(yōu)點，適合于作淬火油使用。淬火油

只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形狀復雜、要求淬火變形小的工件。淬火油對周圍環(huán)境

的污染大，淬火時容易引起火災(zāi)。

影響淬火油冷卻能力的主要因素是其粘度值，在常溫下低粘度油比高粘度油冷卻能力大，溫

度升高，油的流動性增加，冷卻能力有所提高。適當提高淬火油的使用溫度，也能使油的冷

卻能力提高。

熔鹽，熔堿

這類淬火介質(zhì)的特點是在冷卻過程中不發(fā)生物態(tài)變化，工件淬火主要靠對流冷卻，通常

在高溫區(qū)域冷卻速度快，在低溫區(qū)域冷卻速度慢，淬火性能優(yōu)良，淬透力強，淬火邊形小，

基本無裂紋產(chǎn)生，但是對環(huán)境污染大，勞動條件差，耗能多，成本高，常用于形狀復雜，截

面尺寸變化懸殊的工件和工模具的淬火。熔鹽有氯化鈉，硝酸鹽，亞硝酸鹽等，工件在鹽浴

中淬火可以獲得較高的硬度，而變形極小，不易開裂，通常用作等溫淬火或分級淬火。其缺

點是熔鹽易老化，對工件有氧化及腐蝕的作用。熔堿有氫氧化鈉，氫氧化鉀等，它具有較大

的冷卻能力，工件加熱時若未氧化，淬火后可獲得銀灰色的潔凈表面，也有一定的應(yīng)用。但

熔堿蒸氣具有腐蝕性，對皮膚有刺激作用，使用時要注意通風和采取防護措施。

新型淬火介質(zhì)及其應(yīng)用

有機聚合物淬火劑

近年來，新型淬火介質(zhì)最引人注目的進展是有機聚合物淬火劑的研究和應(yīng)用。這類淬

火介質(zhì)是將有機聚合物溶解于水中，并根據(jù)需要調(diào)整溶液的濃度和溫度，配制成冷卻性能能

滿足要求的水溶液，它在高溫階段冷卻速度接近于水，在低溫階段冷卻速度接近于油。其優(yōu)

點是無毒，無煙無臭，無腐蝕，不燃燒，抗老化，使用安全可靠，且冷卻性能好，冷卻速度

可以調(diào)節(jié)，適用范圍廣，工件淬硬均勻，可明顯減少變形和開裂傾向，因此，能提高工件的

質(zhì)量，改善工作環(huán)境和勞動條件，給工廠帶來節(jié)能、環(huán)保、技術(shù)和經(jīng)濟效益。目前有機聚合

物淬火劑更在大批量、單一品種的熱處理上用得較多，尤其對于水淬開裂，變形大，油淬不

硬的工件，采用有機聚合物淬火劑比淬火油更經(jīng)濟、高效、節(jié)能。從提高工件質(zhì)量、改善勞

動條件、避免火災(zāi)和節(jié)能得角度考慮，有機聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢，是淬火

介質(zhì)的主要發(fā)展方向。

有機聚合物淬火劑的冷卻速度受濃度，使用溫度和攪拌程度3個基本參數(shù)的影響。一般

來說，濃度越高，冷卻速度越慢；使用溫度越高，冷卻速度越慢；攪拌程度越激烈，冷卻速

度越快。攪拌的作用很重要；1使溶液濃度均勻；2加強溶液的導熱能力從而保證淬火后工

件硬度高且分布均勻，減少產(chǎn)生淬火軟點和變形，開裂的傾向。通過控制上述這些因素，可

以調(diào)整有機聚合物淬火劑的冷卻速度，從而達到理想的淬火效果。一般來說，夏季使用的濃

度可低些，冬季使用的濃度可高些，而且要有充分的攪拌。有機聚合物淬火劑大多制成含水

的溶液，在使用時可根據(jù)工件的特點和技術(shù)要求，加水稀釋成不同的濃度，便可以得到具有

多種淬火烈度的淬火液，以適應(yīng)不同的淬火需要。

不同種類的有機聚合物淬火劑具有顯著不同的冷卻特性和穩(wěn)定性，能適合不同淬火工藝

需要。目前世界上使用最穩(wěn)定，應(yīng)用面最廣的有機聚合物淬火劑是聚烷二醇（PAG）類淬火

劑。這類淬火劑具有逆溶性，可以配成比鹽水慢而比較接近礦物油的不同淬火烈度的淬火液,

其濃度易測易控，可減少工件的變形和開裂，避免淬火軟點的產(chǎn)生，使用壽命長，適合于各

類感應(yīng)加熱淬火和整體淬火。

（5）如何從淬火冷卻特性選擇淬火介質(zhì)

選擇淬火介質(zhì)，應(yīng)當同時兼顧到對淬火介質(zhì)冷卻特性、穩(wěn)定性、可操作性、經(jīng)濟性和環(huán)保等

方面的要求。在這些要求中，最重要的是淬火介質(zhì)的冷卻特性。本文將以推理方式入手，通

過分析討論，提出一套從冷卻特性選擇淬火介質(zhì)的可實用的原則方法。鋼件淬火冷卻，希

望的效果有三：1.獲