材料科學(xué)與工程專業(yè)金屬熱處理原理及工藝淬火與回火

1、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Accm +3050？）？）1）細(xì)化晶粒）細(xì)化晶粒2）保留滲碳體，提高耐磨性）保留滲碳體，提高耐磨性3）減少）減少A含碳量，以降低含碳量，以降低M轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變時變形和開裂的傾向，變時變形和開裂的傾向， 并減少并減少AR量量（必須消除網(wǎng)狀滲碳體（必須消除網(wǎng)狀滲碳體 預(yù)備組織為預(yù)備組織為P球球） 保溫時間保溫時間保溫時間保溫時間=升溫時間升溫時間 + 心表溫度一致時間心表溫度一致時間 + 組織轉(zhuǎn)變時間組織轉(zhuǎn)變時間 加熱介質(zhì)對保溫時間影響較大。加熱介質(zhì)對保溫時間影響較大。 = K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度

2、(最快傳熱方向上的厚度最快傳熱方向上的厚度)裝爐量有關(guān)系數(shù)裝爐量有關(guān)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(zhì)有關(guān)及加熱介質(zhì)有關(guān)有效厚度有效厚度D：板件和薄壁件以板厚或壁厚做板件和薄壁件以板厚或壁厚做D球體以球直徑的球體以球直徑的0.75倍作倍作D形狀復(fù)雜工件以工作部分的截面厚度作形狀復(fù)雜工件以工作部分的截面厚度作D2. 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(zhì)淬火介質(zhì)理想淬火介質(zhì)具備：理想淬火介質(zhì)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(zhuǎn)變慢冷。馬氏

3、體轉(zhuǎn)變慢冷。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf理想淬火冷卻介質(zhì)理想淬火冷卻介質(zhì)二、二、 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)二、二、 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)二、二、 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)二、二、 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)2 .有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)常用的淬火冷卻介質(zhì)常用的淬火冷卻介質(zhì)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視頻（真空淬火）視頻（激光淬火）網(wǎng)帶式淬火爐網(wǎng)帶式淬火爐n淬透性是鋼的主要熱處理性能。淬透性是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

4、工藝的重要依據(jù)之一。 工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系示意圖工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)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(rèn)為工件已經(jīng)被則認(rèn)為工件已經(jīng)被淬透淬透。淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學(xué)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; ; 取決于材料化學(xué)成分。取決于材料化學(xué)成分。 C

5、C曲線越靠右曲線越靠右, ,淬火臨界冷卻速度越小淬火臨界冷卻速度越小, ,鋼的淬透性越好鋼的淬透性越好因此使因此使C C曲線右移的元素均使淬透性提高曲線右移的元素均使淬透性提高; ;一般而言，碳鋼的淬透性差，一般而言，碳鋼的淬透性差， 合金鋼的淬透性好，且合金元素含量越高，合金鋼的淬透性好，且合金元素含量越高， 淬透性越好（除淬透性越好（除CoCo）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(zhì)有關(guān)。工件與工件的尺寸、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。尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強，淬硬層深。n淬透性淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間與工件尺寸、冷

6、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。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(dá)到的達(dá)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(guān)系馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)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）淬透性淬透性淬硬性淬硬性鋼鋼 種種差差低低碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼

7、 ( 20 )差差高高碳素工具鋼碳素工具鋼( T12A )好好低低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼低碳合金結(jié)構(gòu)鋼( 20Cr2Ni4A )好好高高高碳高合金工具鋼高碳高合金工具鋼( W18Cr4V )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淬火后硬度淬火后硬度以磨損為主的工具、以磨損為主的工具、量具、模具量具、模具M M中含碳量中含碳量淬硬性淬硬性合金元素合金元素冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)工件尺寸工件尺寸淬透層淬透層深度深度規(guī)定條件規(guī)定條件下，下，5050馬氏體組馬氏體組織的深度織的深度形狀復(fù)雜、尺寸精度形狀復(fù)雜、尺寸精度高，大截面并要求淬高，大截面并要求淬透的零件透的零件合金

8、元素合金元素淬透性淬透性表示方法表示方法應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍影響因素影響因素實際條件實際條件下，下，5050馬氏體組馬氏體組織的深度織的深度hhDHD直觀，準(zhǔn)確，但繁瑣直觀，準(zhǔn)確，但繁瑣用于結(jié)構(gòu)鋼用于結(jié)構(gòu)鋼臨界臨界直徑直徑D0 理想臨理想臨界直徑界直徑DiH值值dHRCJ即用即用 表示，表示，J 表示末端淬透性，表示末端淬透性， d 至水冷端距離至水冷端距離 HRC該處硬度值。該處硬度值。馬氏體馬氏體馬氏體馬氏體索氏體索氏體高強螺栓高強螺栓柴油機連柴油機連桿桿齒輪齒輪2.8.10.wmv淬透性曲線應(yīng)用淬透性曲線應(yīng)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

9、45Mn2制造制造50mm的軸，試求水淬后其截面上硬度分的軸，試求水淬后其截面上硬度分布曲線。布曲線。靜水中淬火靜水中淬火靜油中淬火靜油中淬火沿末端淬火試樣的長度、圓棒直徑、圓棒內(nèi)不同位置與冷卻速度之間的關(guān)系沿末端淬火試樣的長度、圓棒直徑、圓棒內(nèi)不同位置與冷卻速度之間的關(guān)系50四、淬火缺陷四、淬火缺陷變圓變圓變尖變尖-四、淬火缺陷四、淬火缺陷四、淬火缺陷四、淬火缺陷45鋼汽車撥叉，熱處理工藝為正火淬火中溫回火，鋼汽車撥叉，熱處理工藝為正火淬火中溫回火，實際生產(chǎn)中廢品率達(dá)到實際生產(chǎn)中廢品率達(dá)到40以上，主要是淬火裂紋。以上，主要是淬火裂紋。工作條件：沖擊磨損工作條件：沖擊磨損技術(shù)要求：技術(shù)要求：

10、4550HRC 均勻回火屈氏體均勻回火屈氏體零件宏觀結(jié)構(gòu)零件宏觀結(jié)構(gòu)裂紋形態(tài)裂紋形態(tài)斷口分析：斷口分析：裂紋弧形，沿軸向分布擴展，裂紋弧形，沿軸向分布擴展，由工件表面裂向心部，裂紋由工件表面裂向心部，裂紋兩側(cè)耦合，是典型淬火裂紋。兩側(cè)耦合，是典型淬火裂紋。低倍下觀察裂紋走向低倍下觀察裂紋走向裂紋局部形態(tài)裂紋局部形態(tài)組織為混合馬氏體，組織為混合馬氏體，組織細(xì)小均勻，組織細(xì)小均勻，未發(fā)現(xiàn)非淬硬區(qū)，未發(fā)現(xiàn)非淬硬區(qū)，但裂紋周圍有非金屬夾雜。但裂紋周圍有非金屬夾雜。裂紋形成分析裂紋形成分析組織應(yīng)力，熱應(yīng)力組織應(yīng)力，熱應(yīng)力由于外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面冷速不均勻，由于外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面冷速不均勻，使馬氏體轉(zhuǎn)變不同時，引起

11、使馬氏體轉(zhuǎn)變不同時，引起組織應(yīng)力，造成內(nèi)側(cè)面受到拉應(yīng)力，組織應(yīng)力，造成內(nèi)側(cè)面受到拉應(yīng)力，從雜質(zhì)處開裂。從雜質(zhì)處開裂。工藝改進：工藝改進：淬火按如圖箭頭方向在淬火介質(zhì)中淬火按如圖箭頭方向在淬火介質(zhì)中來回移動，或不停攪動淬火介質(zhì)。來回移動，或不停攪動淬火介質(zhì)。4. 其它淬火缺陷其它淬火缺陷 淬火硬度不足淬火硬度不足 氧化和脫碳氧化和脫碳 軟點軟點判斷題判斷題（1 1）過冷奧氏體的冷卻速度越快，鋼冷卻后的硬度越高。）過冷奧氏體的冷卻速度越快，鋼冷卻后的硬度越高。（2 2）低碳鋼淬火后，只有經(jīng)高溫回火才可能獲得優(yōu)良的力）低碳鋼淬火后，只有經(jīng)高溫回火才可能獲得優(yōu)良的力學(xué)性能。學(xué)性能。（3 3）鋼中合金元素愈多，則淬