淬火以及淬火工藝

1、 主要內(nèi)容主要內(nèi)容1. 淬火加熱淬火加熱2. 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)3. 鋼的淬透性鋼的淬透性4. 淬火工藝淬火工藝5. 表面淬火表面淬火6. 淬火缺陷淬火缺陷前前 言言1 1 n淬火是熱處理工藝中最重要的工藝。淬火是熱處理工藝中最重要的工藝。n 從廣義上說，淬火是將合金在高溫下所從廣義上說，淬火是將合金在高溫下所具有的狀態(tài)以過冷、過飽和狀態(tài)固定至室具有的狀態(tài)以過冷、過飽和狀態(tài)固定至室溫，或使基體轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)構(gòu)與高溫狀態(tài)溫，或使基體轉(zhuǎn)變成晶體結(jié)構(gòu)與高溫狀態(tài)不同的亞穩(wěn)狀態(tài)的熱處理形式。不同的亞穩(wěn)狀態(tài)的熱處理形式。n合金能否淬火可由相圖確定。如果合金在相圖合金能否淬火可由相圖確定。如果合金在相圖上有多型

2、性轉(zhuǎn)變或固溶度改變，這些合金就可上有多型性轉(zhuǎn)變或固溶度改變，這些合金就可以淬火。以淬火。n淬火通常要快冷，以抑制擴(kuò)散型相變。淬火通常要快冷，以抑制擴(kuò)散型相變。前前 言言2 2 n根據(jù)淬火時合金組織、結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)，根據(jù)淬火時合金組織、結(jié)構(gòu)變化的特點(diǎn)，可將淬火分為兩類可將淬火分為兩類, 兩類淬火本質(zhì)上有很兩類淬火本質(zhì)上有很大差別。大差別。(1) 無多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火：固溶處理無多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火：固溶處理;以鋁合金為代表以鋁合金為代表(2) 有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火：淬火。有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火：淬火。 以鋼為代表以鋼為代表從狹義上說，淬火就是把鋼件加熱到臨界溫度從狹義上說，淬火就是把鋼件加熱

3、到臨界溫度(Ac3(Ac3或或Ac1)Ac1)以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，再以以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，再以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻，從而獲得馬氏體或大于臨界冷卻速度的冷速冷卻，從而獲得馬氏體或( (和和) )貝氏體組織的熱處理工藝貝氏體組織的熱處理工藝鋼淬火的目的主要是提高鋼的硬度、強(qiáng)度、耐磨性鋼淬火的目的主要是提高鋼的硬度、強(qiáng)度、耐磨性等，以及與各種回火工藝配合提高鋼的強(qiáng)韌性或彈等，以及與各種回火工藝配合提高鋼的強(qiáng)韌性或彈性等。性等。前前 言言3 前前 言言4 4 淬火工藝分類淬火工藝分類n按按加熱溫度加熱溫度分：完全淬火、不完全淬火和亞溫淬分：完全淬火、不完全淬火和亞溫淬

4、火等火等; ;n按按加熱介質(zhì)加熱介質(zhì)分：空氣加熱淬火、可控氣氛加熱淬分：空氣加熱淬火、可控氣氛加熱淬火、真空加熱淬火、鹽浴加熱淬火、鉛浴加熱淬火、真空加熱淬火、鹽浴加熱淬火、鉛浴加熱淬火、流動粒子加熱淬火等火、流動粒子加熱淬火等; ;n按按冷卻方式冷卻方式分：單液淬火、雙液淬火、預(yù)冷淬火、分：單液淬火、雙液淬火、預(yù)冷淬火、分級淬火以及等溫淬火等分級淬火以及等溫淬火等; ;n按按冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)分：空冷淬火、氣冷淬火、風(fēng)冷淬火、分：空冷淬火、氣冷淬火、風(fēng)冷淬火、水冷淬火、油冷淬火、鹽水淬火、熱浴淬火、噴水冷淬火、油冷淬火、鹽水淬火、熱浴淬火、噴液淬火、噴霧淬火等液淬火、噴霧淬火等; ;n按按淬火

5、部位淬火部位分：整體淬火、局部淬火、表面淬火分：整體淬火、局部淬火、表面淬火等。等。8. 1. 1 淬火加熱溫度淬火加熱溫度8. 1. 2 淬火加熱時間淬火加熱時間8. 1. 3 淬火加熱介質(zhì)淬火加熱介質(zhì)8.1 淬火加熱淬火加熱n確定淬火溫度的依據(jù) (1)鋼的化學(xué)成分鋼的化學(xué)成分(臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)Ac1及及Ac3); (2)工件的尺寸、形狀與技術(shù)要求工件的尺寸、形狀與技術(shù)要求; (3)奧氏體的晶粒長大傾向奧氏體的晶粒長大傾向; (4)采用的淬火介質(zhì)與淬火方法。采用的淬火介質(zhì)與淬火方法。（1）化學(xué)成分是決定淬火溫度最主要的因素。）化學(xué)成分是決定淬火溫度最主要的因素。碳鋼的淬火加熱溫度碳鋼的淬火加熱溫

6、度：亞共析鋼為Ac3 +(3050 C)，共析鋼、過共析鋼為Acl +(3050 C) 。8.1.1 淬火加熱溫度的確定淬火加熱溫度的確定n亞共析鋼亞共析鋼： 亞共析鋼除進(jìn)行亞共析鋼除進(jìn)行亞溫淬火亞溫淬火時采用略低于時采用略低于Ac3的溫度加熱的溫度加熱外，一般都進(jìn)行完全奧氏體化加熱。外，一般都進(jìn)行完全奧氏體化加熱。 亞共析鋼一般選擇在亞共析鋼一般選擇在Ac3以上淬火加熱的以上淬火加熱的原因：原因：如果低于如果低于Ac3，組織中會保留一部分先共析鐵素體，淬火，組織中會保留一部分先共析鐵素體，淬火后會出現(xiàn)軟點(diǎn)，使硬度達(dá)不到要求。同時，由于這種組織后會出現(xiàn)軟點(diǎn)，使硬度達(dá)不到要求。同時，由于這種組織

7、上的不均勻性，還可能影響回火后的機(jī)械性能。上的不均勻性，還可能影響回火后的機(jī)械性能。為了不致引起奧氏體晶粒的粗化以及盡可能減小淬火缺陷，為了不致引起奧氏體晶粒的粗化以及盡可能減小淬火缺陷，溫度還不能選得過高，溫度還不能選得過高，在原則上亞共析鋼淬火加熱溫度定為在原則上亞共析鋼淬火加熱溫度定為Ac3 +(3050 C)。一般在空氣爐中加熱比在鹽浴中加熱高一般在空氣爐中加熱比在鹽浴中加熱高1030 C，采用，采用油、硝鹽淬火介質(zhì)時，淬火加熱溫度應(yīng)比水淬提高油、硝鹽淬火介質(zhì)時，淬火加熱溫度應(yīng)比水淬提高20 C左右。左右。n過共析鋼過共析鋼： 過共析鋼一般選擇在過共析鋼一般選擇在Ac1+(3050 C

8、)加熱加熱過共析鋼在淬火加熱以前，都要經(jīng)過球化處理過共析鋼在淬火加熱以前，都要經(jīng)過球化處理(如有網(wǎng)狀如有網(wǎng)狀滲碳體存在，則應(yīng)先正火予以消除，然后再加熱淬火滲碳體存在，則應(yīng)先正火予以消除，然后再加熱淬火)，故加熱至故加熱至Ac1以上時，其組織是奧氏體和一部分未溶的粒以上時，其組織是奧氏體和一部分未溶的粒狀碳化物。淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，未溶碳化物被狀碳化物。淬火后，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，未溶碳化物被保留下來，這不但不會降低鋼的硬度，反而對提高耐磨性保留下來，這不但不會降低鋼的硬度，反而對提高耐磨性有利。有利。如果把過共析鋼加熱到如果把過共析鋼加熱到Acm以上，從單相奧氏體狀態(tài)淬火，以上，從單相

9、奧氏體狀態(tài)淬火，結(jié)果不但無益，反而有害，結(jié)果不但無益，反而有害，原因如下。原因如下。n原因如下：原因如下： (1)奧氏體中溶人碳量的增加使奧氏體中溶人碳量的增加使MS點(diǎn)降低，淬火后所得的點(diǎn)降低，淬火后所得的殘余奧氏體量將增多，結(jié)果使淬火鋼的硬度下降殘余奧氏體量將增多，結(jié)果使淬火鋼的硬度下降; (2)奧氏體的晶粒粗化，淬火后得到粗大馬氏體，使鋼的脆奧氏體的晶粒粗化，淬火后得到粗大馬氏體，使鋼的脆性大為增加性大為增加; (3)空氣介質(zhì)加熱時鋼的脫碳氧化嚴(yán)重，降低淬火鋼的表面空氣介質(zhì)加熱時鋼的脫碳氧化嚴(yán)重，降低淬火鋼的表面質(zhì)量質(zhì)量; (4)增大淬火應(yīng)力，從而增大工件變形與開裂的傾向。增大淬火應(yīng)力，從

10、而增大工件變形與開裂的傾向。n低合金鋼： 淬火溫度也應(yīng)根據(jù)其臨界點(diǎn)淬火溫度也應(yīng)根據(jù)其臨界點(diǎn)(Ac1及及Ac3)來來選定，但考慮到合金元素的作用，為了加選定，但考慮到合金元素的作用，為了加速奧氏體化，速奧氏體化， 過共析低合金鋼：過共析低合金鋼：Ac1+(50110 C) , 亞共析低合金鋼：亞共析低合金鋼：Ac3+(30100 C); 高速鋼、高鉻鋼及不銹鋼應(yīng)根據(jù)合金碳化高速鋼、高鉻鋼及不銹鋼應(yīng)根據(jù)合金碳化物溶入奧氏體的程度選定。一般高速鋼的物溶入奧氏體的程度選定。一般高速鋼的淬火加熱溫度比其淬火加熱溫度比其Ac1高出高出30C以上。以上。n低碳馬氏體鋼淬透性較低，應(yīng)提高淬火溫低碳馬氏體鋼淬透

11、性較低，應(yīng)提高淬火溫度以增大淬硬層度以增大淬硬層;n中碳鋼及中碳合金鋼應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度中碳鋼及中碳合金鋼應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度來減少淬火后片狀馬氏體的相對含量，以來減少淬火后片狀馬氏體的相對含量，以提高鋼的韌性提高鋼的韌性;n高碳鋼采用低溫淬火或快速加熱可限制奧高碳鋼采用低溫淬火或快速加熱可限制奧氏體固溶碳量，而增加淬火后板條馬氏體氏體固溶碳量，而增加淬火后板條馬氏體的含量可減少淬火鋼的脆性。的含量可減少淬火鋼的脆性。n過熱敏感性強(qiáng)過熱敏感性強(qiáng)(如錳鋼如錳鋼)及脫碳敏感性強(qiáng)的鋼及脫碳敏感性強(qiáng)的鋼(如含鉬鋼如含鉬鋼)，不宜取上限溫度。，不宜取上限溫度。 除了上述根據(jù)臨界點(diǎn)選擇淬火溫度的原則以外，除

12、了上述根據(jù)臨界點(diǎn)選擇淬火溫度的原則以外，在實(shí)際生產(chǎn)中還必須結(jié)合以下諸因素全面考慮，在實(shí)際生產(chǎn)中還必須結(jié)合以下諸因素全面考慮，靈活運(yùn)用，并應(yīng)根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)來確定。靈活運(yùn)用，并應(yīng)根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)來確定。 (1)工件尺寸工件尺寸 對同一鋼種所制的工件，如果尺寸小，則應(yīng)采用較低的對同一鋼種所制的工件，如果尺寸小，則應(yīng)采用較低的淬火溫度淬火溫度;反之，大工件則應(yīng)采用較高的淬火溫度。因反之，大工件則應(yīng)采用較高的淬火溫度。因?yàn)樾」ぜ訜峥欤瑴囟雀呖赡芤鹄?、角處過熱和增大為小工件加熱快，溫度高可能引起棱、角處過熱和增大變形，故淬火溫度應(yīng)取下限。大工件加熱較慢，溫度低變形，故淬火溫度應(yīng)取下限。大工件加熱較慢，溫度低

13、容易造成加熱不足及延長工時，故應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度容易造成加熱不足及延長工時，故應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度。 (2)工件形狀工件形狀 對形狀復(fù)雜、容易變形或開裂的工件，應(yīng)在保證性能要對形狀復(fù)雜、容易變形或開裂的工件，應(yīng)在保證性能要求的前提下，盡量采用較低的淬火溫度。求的前提下，盡量采用較低的淬火溫度。 (3)淬火介質(zhì)與淬火方法淬火介質(zhì)與淬火方法n 采用冷卻能力很強(qiáng)的淬火劑時，為減小應(yīng)力可采用冷卻能力很強(qiáng)的淬火劑時，為減小應(yīng)力可適當(dāng)?shù)亟档痛慊饻囟取＿m當(dāng)?shù)亟档痛慊饻囟取?(對同一種鋼制的工件，水對同一種鋼制的工件，水淬可比油淬時的淬火溫度低淬可比油淬時的淬火溫度低1020C)n采用等溫淬火或分級淬火時，因所

14、用熱浴的冷采用等溫淬火或分級淬火時，因所用熱浴的冷卻能力差，故應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度以保證工件卻能力差，故應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度以保證工件淬硬淬硬 。(T10鋼制工件，如果用水或鹽水淬火，其淬火鋼制工件，如果用水或鹽水淬火，其淬火溫度為溫度為760780C，而采用硝鹽浴分級淬火時，常選，而采用硝鹽浴分級淬火時，常選為為800820C ) (4)奧氏體晶粒長大傾向奧氏體晶粒長大傾向n對奧氏體晶粒不易長大的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，其淬對奧氏體晶粒不易長大的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，其淬火加熱溫度范圍較寬，所以為了提高加熱速度，火加熱溫度范圍較寬，所以為了提高加熱速度，縮短整個處理周期，可適當(dāng)提高其淬火溫度。縮短整個處理周期，可

15、適當(dāng)提高其淬火溫度。8. 1. 2加熱時間的確定加熱時間的確定n加熱與保溫時間由工件入爐到到達(dá)指定工藝溫度所需升溫時間(1 )、透熱時間(2 )及組織轉(zhuǎn)變所需時間(3)組成，即=1+2+3n 1+2由設(shè)備功率、加熱介質(zhì)及工件尺寸、裝爐數(shù)量等因素決定，3則與鋼材的成分、組織及熱則與鋼材的成分、組織及熱處理技術(shù)要求等有關(guān)。普通碳鋼及低合金鋼在透處理技術(shù)要求等有關(guān)。普通碳鋼及低合金鋼在透熱后保溫?zé)岷蟊?15min即可滿足組織轉(zhuǎn)變的要求，合即可滿足組織轉(zhuǎn)變的要求，合金結(jié)構(gòu)鋼透熱后應(yīng)保溫金結(jié)構(gòu)鋼透熱后應(yīng)保溫1525min。n高合金工具鋼、不銹鋼等為了充分溶解原始組織中的碳化物，應(yīng)在不使奧氏體晶粒過于粗

16、化的前提下，適當(dāng)提高奧氏體化溫度，以縮短保溫時間。計算加熱時間的經(jīng)驗(yàn)公式一般以工件“有效厚度”乘以加熱系數(shù)，即 =kD式中保溫時間，min; 保溫時間系數(shù)，min/mm; k工件裝爐方式修正系數(shù); D工件有效厚度，mm。 保溫時間系數(shù)可從表8. 2查出，裝爐方式修正系數(shù)見表8. 3，圖8.4為工件有效厚度計算實(shí)例，形狀復(fù)雜的工件可分別按工作部位幾何尺寸的最大厚度確定D值。表8.4列出了工模具鋼在鹽浴及氣體介質(zhì)爐中的加熱時間。 生產(chǎn)實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的加熱時間計算偏于保守，可依具體情況適當(dāng)縮短。8. 1. 3加熱介質(zhì)的選擇加熱介質(zhì)的選擇 工件的加熱是在一定介質(zhì)中進(jìn)行的。采用不同的加熱設(shè)備，與工件接觸

17、的介質(zhì)也就不同。目前常用的加熱介質(zhì)有空氣、鹽浴、石墨空氣、鹽浴、石墨或三氧化二鋁等固體粒子、氣體燃燒產(chǎn)物、可控氣氛以或三氧化二鋁等固體粒子、氣體燃燒產(chǎn)物、可控氣氛以及稀薄氣體及稀薄氣體(真空真空)等等。8. 1. 3. 1空氣空氣n在箱式或井式電爐中加熱時，與工件接觸的介質(zhì)是空氣，其主要成分中的氧以及少量存在的二氧化碳和水蒸氣均可使工件氧化氧化(主要在650C以上)，前二者還能使工件脫碳脫碳(鋼件表面碳含量降低)。8. 1. 3. 2液體介質(zhì)液體介質(zhì)n液體介質(zhì)淬火加熱經(jīng)常在液體介質(zhì)中進(jìn)行，主要指采用鹽浴加熱。它的優(yōu)點(diǎn)是爐溫較易控制、工件受熱均勻、加熱速度快、爐溫較易控制、工件受熱均勻、加熱速度

18、快、工件不易氧化脫碳、變形小且易于局部加熱工件不易氧化脫碳、變形小且易于局部加熱等。但是，如果不能及時除去鹽中氧化性雜質(zhì)，仍會使工件產(chǎn)生脫碳或腐蝕脫碳或腐蝕，故必須對鹽浴經(jīng)常定期進(jìn)行脫氧處理。常用的鹽浴成分及其正常使用溫度見表8. 5。8. 1. 3. 3固體介質(zhì)固體介質(zhì)n 流態(tài)床加熱采用固體粒子(石墨、石英砂或剛玉等石墨、石英砂或剛玉等)作為加熱介質(zhì)。當(dāng)通人一定流速的氣流時，粒子就會呈懸浮狀像流體一樣地運(yùn)動，在粒子堆表面呈沸騰狀態(tài)，內(nèi)部粒子則呈快速湍流運(yùn)動，這種稱為粒子被流態(tài)化。通過電加熱使流動粒子很快被加熱到所需溫度，靠它們來加熱工件。n使用這種加熱介質(zhì)的爐子名稱曾很多，如流動粒子爐、流化

19、床、流態(tài)床或沸騰層爐等，目前國家標(biāo)準(zhǔn)中稱之為流態(tài)床。采用這種加熱介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)很多:升溫快升溫快(20多分鐘可多分鐘可升至升至850C )，爐溫較均勻且易控制，爐溫較均勻且易控制;使用溫度范圍廣使用溫度范圍廣泛泛(高、中、低溫均可高、中、低溫均可);工件處理后表面無氧化脫碳工件處理后表面無氧化脫碳;啟動方便，節(jié)省電能等啟動方便，節(jié)省電能等。但它還存在一些缺點(diǎn)，如工作電工作電壓較高壓較高(6080V)，有粉塵逸出，爐子生產(chǎn)能力較小等，有粉塵逸出，爐子生產(chǎn)能力較小等，均待進(jìn)一步改進(jìn)。8. 2 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)8. 2. 1 在有物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程在有物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程8. 2. 2 在

20、無物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程在無物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程8. 2. 3 常用的淬火介質(zhì)常用的淬火介質(zhì)8. 2. 3. 1 水水8. 2. 3. 2 鹽水和堿水鹽水和堿水8. 2. 3. 3 淬火油淬火油8. 2. 3. 4 高分子聚合物淬火介質(zhì)高分子聚合物淬火介質(zhì)8. 2. 3. 5 鹽浴鹽浴8. 2. 3. 6 氣體氣體8. 2. 3. 7 流態(tài)床流態(tài)床8. 2. 4 影響淬火介質(zhì)冷卻能力的因素影響淬火介質(zhì)冷卻能力的因素8. 2 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)n冷卻也是淬火的重要工序。變形、開裂、硬度不足等不少淬火缺陷往往是因冷卻介質(zhì)和冷卻方法選擇不當(dāng)所造成的。因此，對淬火介質(zhì)的選擇，一直是熱處理工作者

21、所重視的問題。n淬火介質(zhì)淬火介質(zhì) 理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應(yīng)力。n要求在C曲線的“鼻子”以上溫度緩冷，以減小急冷所產(chǎn)生的熱應(yīng)力;n在“鼻子”處冷速要大于臨界冷卻速度，以保證過冷奧氏體不發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變;n在“鼻子”下方，特別是MS點(diǎn)以下溫度時，冷速應(yīng)盡量小，以減小組織轉(zhuǎn)變的應(yīng)力。n生產(chǎn)中實(shí)際使用的淬火介質(zhì)可分為兩大類:n一類是工件在冷卻過程中會發(fā)生物態(tài)變化的介質(zhì);n另一類是不發(fā)生物態(tài)變化的介質(zhì)。n因其冷卻特性的不同，直接影響工件的冷卻速度。8. 2. 1在有物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷在有物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程卻過程n介質(zhì)在淬火過程中要發(fā)生物態(tài)變化，如

22、水、水溶液及油類等。其特點(diǎn)是沸點(diǎn)較低，工件的冷卻過程伴隨著淬火介質(zhì)的汽化，因而從工件表面吸收了大量的熱量，加速了工件的冷卻。n汽化是決定這類介質(zhì)冷卻物性的主要因素。工件在它們工件在它們中的冷卻過中的冷卻過程一般分為程一般分為三個階段三個階段n(1)蒸汽膜階段(圖中AB段)當(dāng)工件剛進(jìn)人介質(zhì)的瞬間，周圍介質(zhì)立即被加熱而汽化，形成一層工件表面蒸汽膜。這層蒸汽膜是熱的不良導(dǎo)體，它阻斷了工件和冷卻介質(zhì)的接觸，所以在這個階段工件的冷卻速度較慢。n(2)沸騰階段(圖中BC段)當(dāng)工件表面產(chǎn)生的蒸汽量少于蒸汽從表面逸出的量時，工件表面的蒸汽膜就會破裂，工件與介質(zhì)直接接觸，介質(zhì)在工件表面劇烈沸騰，不斷逸出氣泡，帶

23、走大量熱量，使工件冷速驟增。泡狀沸騰階段是工件冷卻速度最大的階段。n(3)對流階段(圖中CD)當(dāng)工件的溫度降到冷卻介質(zhì)的沸點(diǎn)以下時，沸騰便停止，進(jìn)人對流冷卻階段。在此階段，工件的冷卻速度比蒸汽膜階段還要慢，而且隨工件表面與介質(zhì)的溫差不斷減小，其冷速越來越小。n冷卻過程三個階段有兩個轉(zhuǎn)換點(diǎn)B和C。 B點(diǎn)對應(yīng)的溫度稱為介質(zhì)的特性溫度介質(zhì)的特性溫度，是穩(wěn)定的蒸汽膜破裂時的溫度; C點(diǎn)對應(yīng)的溫度是介質(zhì)對流階段的開始溫度介質(zhì)對流階段的開始溫度，一般為介質(zhì)的沸點(diǎn)溫度。8. 2. 2在無物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷在無物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程卻過程n介質(zhì)在淬火過程中不發(fā)生物態(tài)變化，如熔鹽、熔堿、介質(zhì)在淬火過程中不

24、發(fā)生物態(tài)變化，如熔鹽、熔堿、熔融金屬及氣體等。熔融金屬及氣體等。n工件的冷卻主要靠輻射、對流和傳導(dǎo)來進(jìn)行，而介質(zhì)工件的冷卻主要靠輻射、對流和傳導(dǎo)來進(jìn)行，而介質(zhì)本身并不氣化。本身并不氣化。n在工件冷卻的全部過程中，決定冷卻速度的主要因素在工件冷卻的全部過程中，決定冷卻速度的主要因素是工件與介質(zhì)的溫差，溫差越大，冷卻速度越快。是工件與介質(zhì)的溫差，溫差越大，冷卻速度越快。n工件剛進(jìn)人介質(zhì)時，溫差最大，因而立刻達(dá)到最高冷工件剛進(jìn)人介質(zhì)時，溫差最大，因而立刻達(dá)到最高冷速，此后隨溫差的減小，冷卻速度也逐漸變小。在這速，此后隨溫差的減小，冷卻速度也逐漸變小。在這類介質(zhì)的冷卻曲線上，沒有表明冷卻速度明顯加快或

25、類介質(zhì)的冷卻曲線上，沒有表明冷卻速度明顯加快或減慢的轉(zhuǎn)折，即整個冷卻過程中冷卻速度是平緩降低減慢的轉(zhuǎn)折，即整個冷卻過程中冷卻速度是平緩降低的。的。n此外，介質(zhì)本身流動性的好壞也是影響其冷卻速度的此外，介質(zhì)本身流動性的好壞也是影響其冷卻速度的重要因素。流動性好，則冷卻速度大。重要因素。流動性好，則冷卻速度大。8. 2. 3常用的淬火介質(zhì)常用的淬火介質(zhì)n 常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、淬火油、高分子聚合物、熔鹽、熔堿等。8. 2. 3. 1水水n水是冷卻能力較強(qiáng)的常用淬火介質(zhì)。它來源廣，價格低，不易變質(zhì)，清潔，安全。雖然水的冷卻能力比較強(qiáng)，但其缺點(diǎn)是在C曲線的鼻部區(qū)(500650C)，水處于蒸汽膜階

26、段，膜狀沸騰階段長，冷速不夠快，有可能形成淬火“軟點(diǎn)”;而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)(300100C左右)，水處于沸騰階段，出現(xiàn)最大冷速，易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，致使工件變形甚至開裂。因此水適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。n水溫對水的冷卻能力有強(qiáng)烈的影響，水溫升高會顯著降低其冷卻能力，因此淬火水槽的溫度應(yīng)保持在40以下。靜止水的冷卻特性不是很理想。循環(huán)或攪動會增加沿工件表面的水流動速度，能促使蒸汽提早破裂。提高水的冷卻能力，特別是提高在一般鋼的奧氏體不穩(wěn)定區(qū)的冷卻速度，因此應(yīng)重視淬火槽的循環(huán)與攪拌系統(tǒng)的合理設(shè)計應(yīng)重視淬火槽的循環(huán)與

27、攪拌系統(tǒng)的合理設(shè)計。n用水進(jìn)行噴射淬火，可使蒸汽膜提早破裂，顯著提高在較高溫度區(qū)間的換熱系數(shù)和冷卻速度。噴水的壓力越高，流量越大，效果越顯著。8.2.3.2鹽水和堿水鹽水和堿水n在水中加入適量的鹽和堿，可以加快蒸汽膜破裂，提前進(jìn)人泡狀沸騰階段，提高在高溫區(qū)的冷卻速度，使鋼件獲得較厚的淬硬層。這類水溶液主要有氯化鈉、氯化鈣、氫氧化鈉以及所謂三硝水溶氯化鈉、氯化鈣、氫氧化鈉以及所謂三硝水溶液液等。n氯化鈉(NaCl)水溶液目前采用的比較普遍，其優(yōu)點(diǎn)是:蒸氣膜因鹽的加人而提早破裂，含氯化鈉(質(zhì)量分?jǐn)?shù))10%的水溶液幾乎沒有蒸汽膜階段，特性溫度比水高，高溫(550650C)區(qū)間的冷卻能力約為水的十倍，

28、使鋼件淬火后的硬度高而均勻;冷卻能力受溫度的影響較水小。一般情況下，采用鹽水的濃度為5%15%(質(zhì)量)。廣泛用于碳鋼的單介質(zhì)淬火或合金鋼的水淬油冷的雙介質(zhì)淬火。8.2.3.2鹽水和堿水鹽水和堿水n氫氧化鈉(NaOH)水溶液的換熱系數(shù)比氯化鈉水溶液更大。n5%15%(質(zhì)量質(zhì)量)氫氧化鈉水溶液是目前冷卻能力最強(qiáng)的淬氫氧化鈉水溶液是目前冷卻能力最強(qiáng)的淬火介質(zhì)，而在火介質(zhì)，而在200C以下的冷卻速度卻低于水。以下的冷卻速度卻低于水。n濃度超過濃度超過20%(質(zhì)量質(zhì)量)時，冷卻速度隨濃度增加而減慢。時，冷卻速度隨濃度增加而減慢。n濃度達(dá)到濃度達(dá)到50%(質(zhì)量質(zhì)量)時，在高溫區(qū)仍可保持相當(dāng)高的冷卻時，在高

29、溫區(qū)仍可保持相當(dāng)高的冷卻速度。速度。n氫氧化鈉水溶液在300C以下的冷卻速度比水低得多，對于易變形和淬裂的工件淬火特別有利。它可與已氧化的工件表面作用而析出氫，使氧化皮脫落，淬火后工件表面呈銀白色，比較潔凈。其使用溫度應(yīng)不超過60C。工件淬火后應(yīng)及時清洗并進(jìn)行防銹處理。n缺點(diǎn)是腐蝕性大，對環(huán)境污染嚴(yán)重，不宜廣泛應(yīng)用。n容易吸收空氣中的二氧化碳而改變其成分與冷卻能力，也值得注意。n三硝水溶液是由25%NaNO3+20% NaNO2 + 20% KNO3+35%H2 O(質(zhì)量)組成的淬火介質(zhì)。 三硝水溶液在高溫三硝水溶液在高溫(500 650C)時由于有鹽晶體析出，可破壞蒸汽時由于有鹽晶體析出，可

30、破壞蒸汽膜形成，冷卻能力接近于水膜形成，冷卻能力接近于水; 在低溫在低溫(200300C)時由于濃度極高，流動性差，冷卻能力接近于油。時由于濃度極高，流動性差，冷卻能力接近于油。n因此，三硝水溶液可代替水一油雙介質(zhì)淬火。三硝水溶液屬于過飽和硝鹽水溶液，適用于碳鋼和低合金鋼工件的淬火。其使用溫度在20 60C之間，使用時應(yīng)經(jīng)常攪拌，密度控制在1. 45-1. 50g/cm3。n應(yīng)采取切實(shí)的措施，防止工件帶出的廢液和隨后清洗的廢水造成環(huán)境的污染。8. 2. 3. 3淬火油淬火油n淬火油分為全損耗系統(tǒng)用油、普通淬火油、快速全損耗系統(tǒng)用油、普通淬火油、快速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油淬火油、光亮淬火

31、油和真空淬火油。n 全損耗系統(tǒng)用油即機(jī)械油機(jī)械油，按40C時的運(yùn)動黏度分為N15, N22, N46, N100等若干等級，與10號、20號、40號、50號機(jī)械油相對應(yīng)。油的號數(shù)越大，黏度越大，閃點(diǎn)越高，冷卻能力越低，但使用溫度可相應(yīng)提高。所謂閃點(diǎn)所謂閃點(diǎn)是指油表面上的蒸氣和空氣自然混合時與火接觸而出現(xiàn)是指油表面上的蒸氣和空氣自然混合時與火接觸而出現(xiàn)火苗閃光的溫度?；鹈玳W光的溫度。生產(chǎn)中油溫一般控制在20-80度。n在常溫下使用的油，應(yīng)選用黏度較低的10號或22號全損耗系統(tǒng)用油，使用溫度應(yīng)低于80度。用于分級淬火時則應(yīng)選用閃點(diǎn)較高的100號全損耗系統(tǒng)用油。n普通淬火油普通淬火油是向全損耗系統(tǒng)用

32、油中加入催冷劑、抗氧化劑、表面活性劑等添加物調(diào)制而成的。普通淬火油屬于中速淬火油，初步解決了全損耗系統(tǒng)用油冷卻能力較低、易氧化和老化等問題。 8. 2. 3. 3淬火油淬火油n快速淬火油快速淬火油是在普通淬火油的基礎(chǔ)上加入效果更高的催冷劑而制成的，其冷卻能力比普通淬火油強(qiáng)。n生產(chǎn)實(shí)踐表明，快速淬火油在過冷奧氏體不穩(wěn)定區(qū)冷速明顯高于普通淬火油，而在低溫馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷速與普通淬火油相接近。這樣既可得到較高的淬透性和淬硬性，又能大大減少變形，適用于形狀復(fù)雜的合金鋼工件的淬火。n普通淬火油和快速淬火油中的添加劑，隨著使用時間的增加而逐漸被消耗，其冷卻能力也隨著降低。因此需要經(jīng)常測定和記錄其冷卻速度變化

33、情況，并加入新的添加劑進(jìn)行校正。n由于添加劑很容易溶解于水，因而微量水0.5%(質(zhì)量)帶入油槽中會使快速淬火油在高溫范圍的冷卻速度明顯降低。因此應(yīng)重視淬火油槽的保養(yǎng)。n光亮淬火油光亮淬火油是以高品質(zhì)礦油(比如以石蠟質(zhì)原油煉制的礦油)作為基礎(chǔ)油，往其中加人添加劑而制成的。n添加劑的主要成分是光亮劑，其作用是將不溶解于油的老化產(chǎn)物懸浮起來，防止在工件上積聚和沉淀。同時光亮劑也能阻止工件表面積炭膠粒的繼續(xù)長大，從而提高淬火后工件的光亮度。n光亮淬火油添加劑中還含有抗氧化劑、表面活性劑和催冷劑等。n工件經(jīng)光亮淬火油淬火，幾乎沒有油受熱裂解產(chǎn)生的樹脂狀物質(zhì)和灰分粘附在表面，使工件在淬火后保持表面光亮。n

34、我國生產(chǎn)的光亮淬火油有GZ-1, GZ-2和GZ-3三個型號。一般認(rèn)為低黏度油的光亮效果比高黏度油的光亮效果好。n 真空淬火油真空淬火油是以石蠟基潤滑油分餾，經(jīng)溶劑脫蠟、溶劑精制、白土處理和真空蒸餾、真空脫氣后，加人催冷劑、光亮劑、抗氧化劑等添加劑配制而成。n真空淬火油是用于真空淬火冷卻的介質(zhì)。真空淬火油必須具備低的飽和蒸氣壓，較高而穩(wěn)定的冷卻能力以及良好的光亮性和熱安定性，否則會影響真空熱處理的效果。n國產(chǎn)的真空淬火油有ZZ-1和ZZ-2兩種。真空淬火油的冷卻性能隨真空度而改變。真空度越高，蒸氣膜越穩(wěn)定，泡狀沸騰開始溫度越低。8.2.3.4 高分子聚合物淬火介質(zhì)高分子聚合物淬火介質(zhì)n由各種高

35、分子聚合物配以適量的防腐劑和防銹劑而制成的。n使用時根據(jù)需要加水稀釋成不同濃度的溶液，可以得到水、油之間或比油更慢的冷卻能力。n它不燃燒，沒有煙霧，被認(rèn)為是有發(fā)展前途的淬火油代用品。用其淬火時往往在工件表面形成一層聚合物薄膜，從而改變冷卻特性。濃度越高，膜層越厚，冷速越慢。液溫升高使冷速減慢，攪動使冷速加快。n常用的高分子聚合物淬火介質(zhì)主要有聚乙烯醇、聚二醇、聚乙烯毗咯烷酮、聚乙二醇、聚異丁烯順烯二酸鈉、聚酞胺、聚丙烯酸鈉、聚乙基咪哇琳等。8. 2. 3. 5 鹽浴鹽浴n鹽浴屬于不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，一般用作分級淬火和等溫淬火的冷卻介質(zhì)。n工件在這類介質(zhì)中淬火主要靠對流冷卻。這類介質(zhì)通常在

36、高溫區(qū)冷速快，在低溫區(qū)冷速慢。n形狀復(fù)雜、截面尺寸變化懸殊的工模具和工件在其中分級淬火或等溫淬火，可以有效地減少畸變和開裂。n切忌用石墨或鑄鐵柑禍作硝鹽浴的容器，以免發(fā)生爆炸。n硝鹽浴的缺點(diǎn)是易對環(huán)境造成污染，對工件有氧化及腐蝕作用，應(yīng)盡量限制使用。8. 2. 3. 6 氣體氣體n空氣、氮?dú)狻⒑?、氫氣等都可用作淬火冷卻介質(zhì)n尺寸不大的高速鋼工件和Cr12系列等高淬透性合金鋼工件，用靜止的或流動的空氣空氣作冷卻介質(zhì)，即可淬硬，這就是所謂的常壓氣淬常壓氣淬。為了提高冷卻速度，可將工件放在平整的鐵板或鋼板上，并在上方置一風(fēng)扇吹風(fēng)冷卻，使工作面達(dá)到高硬度且畸變很小。小于50mm厚度的凹?？梢源阌玻?/p>

37、度更大者需放在通水冷卻的銅板上淬硬。n真空熱處理爐和熱等靜壓設(shè)備的應(yīng)用逐漸增多。在真空奧氏體化后或熱等靜壓后，可采用高壓氣淬，既可使工件淬火硬化，又可使工件淬火變形更小。n真空淬火常用0. 6 4 MPa的氮或氦氣氮或氦氣作淬火介質(zhì)。熱等靜壓后的高壓氣淬則可采用100200MPa的氣體作淬火介質(zhì)。采用高壓氣淬，工件冷卻均勻，淬火畸變很小，表面整潔，對環(huán)境無污染。8. 2. 3. 7 流態(tài)床流態(tài)床n流態(tài)床既可用于淬火加熱，也可用于淬火冷卻。調(diào)整壓縮空氣的流量和流速，選用不同種類的固體微粒，控制其粒度、流態(tài)床深度和溫度等，即可調(diào)節(jié)其冷卻能力。n流態(tài)床的冷卻能力介于空氣和油之間，接近于油。流態(tài)床的冷

38、卻均勻，工件淬火變形小，表面光潔，適合于淬透性高、形狀復(fù)雜和截面不大的合金鋼件淬火。流態(tài)床淬火介質(zhì)無腐蝕性，不會老化變質(zhì)，無引燃爆炸的危險，使用安全。n為了增加氣固流態(tài)床的冷卻能力，可在其中加人適量的水，以形成氣液固流態(tài)床。氣液固流態(tài)床適合于工模具的淬火。8. 2. 4 影響淬火介質(zhì)冷卻能力的因素影響淬火介質(zhì)冷卻能力的因素淬火介質(zhì)的冷卻能力評定方法淬火介質(zhì)的冷卻能力評定方法按介質(zhì)的冷卻曲線來評定按介質(zhì)的冷卻曲線來評定n該曲線是試樣在介質(zhì)中的溫度與冷卻時間的關(guān)系曲線，它能直觀地反映出整個冷卻過程(三個階段)及800100C溫度區(qū)間的冷卻時間。一般可用此冷卻時間來評定介質(zhì)的冷卻能力，此時間越短，冷

39、卻能力越大。按冷卻速度特性曲線來評定按冷卻速度特性曲線來評定n此曲線反映了整個冷卻過程(所經(jīng)整個溫度區(qū)間)的瞬時冷卻速度及其變化，可直觀地反映出冷卻的三個階段及各溫度下的冷卻能力。與圖8. 3對照可知，淬火介質(zhì)的蒸氣膜階段越短，沸騰階段延續(xù)的溫度越低，介質(zhì)的冷卻能力就越強(qiáng)。顯然，淬火介質(zhì)的特性溫度(蒸氣膜階段結(jié)束或沸騰階段開始的溫度)越高，沸點(diǎn)越低，則沸騰階段越長(延續(xù)的溫度范圍越廣)，其冷卻能力就越強(qiáng)。特性溫度與沸點(diǎn)的高低，主要由介質(zhì)本身的性質(zhì)所決定，但也受外界的影響而發(fā)生變化。按淬火激烈度按淬火激烈度H值來評定值來評定n這是一種根據(jù)鋼的淬透深度來評定介質(zhì)冷卻能力的方法，一般假定18C靜水的

40、H值為1，以此來與其他介質(zhì)對比。n影響淬火介質(zhì)冷卻能力的因素主要是溫度和攪拌。 (1)溫度 水和水為基的介質(zhì)隨溫度升高冷卻能力下降，不過降低的程度有所不同。油與水相反，隨溫度升高，流動性變好，利于散熱，在一定溫度范圍內(nèi)提高冷卻能力，黏度大的油更明顯。 (2)攪拌 攪動會增大液體換熱系數(shù)，盡早破壞蒸汽膜，提高對流階段的冷速，并使工件冷卻均勻。一定速度的攪拌對消除工件的軟點(diǎn)、翹曲及開裂等缺陷均有良好的效果。最好采用介質(zhì)流動和工件運(yùn)動配合使用的冷卻方法。 用噴射介質(zhì)的冷卻方法，可使冷卻H值提高4倍，因?yàn)閲娚渌洳淮嬖谡羝るA段，工件冷卻靠水的快速汽化來進(jìn)行，使冷卻能力顯著提高。 感應(yīng)加熱淬火常用噴射

41、液體冷卻的噴液淬火法，既提高硬度又可防止變形開裂。介質(zhì)攪動情況對冷卻激烈度介質(zhì)攪動情況對冷卻激烈度H值的影響值的影響8. 3鋼的淬透性鋼的淬透性8. 3. 1 淬透性與淬硬性淬透性與淬硬性8. 3. 2 淬透性的測定方法淬透性的測定方法8. 3. 3 淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用8. 3鋼的淬透性鋼的淬透性 鋼件淬火后，能否由表及里全部淬為馬氏體或(和)貝氏體組織，是人們關(guān)心的一個重要問題。這就涉及鋼的淬透性淬透性和淬硬性淬硬性等問題。 鋼的淬透性和淬硬性是表征鋼材接受淬火能鋼的淬透性和淬硬性是表征鋼材接受淬火能力大小的兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它們是選材、力大小的兩項(xiàng)重要性能指標(biāo)，它們是選材、用材和制定

42、熱處理工藝的重要依據(jù)。用材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)。8. 3. 1淬透性與淬硬性淬透性與淬硬性n由馬氏體相變理論可知，鋼經(jīng)奧氏體化后，如果冷卻速度大于臨界冷速，就會得到高硬度的馬氏體;如果冷卻速度小于臨界冷速，就會得到硬度不高的非馬氏體組織。n然而鋼件是具有一定尺寸的，其表面和心部的冷卻速度是不一樣的。表面的冷速大，心部的冷速小。n如果中心的冷速高于臨界冷速，將由表及里都獲得高硬度的馬氏體組織，我們則稱之為“淬透”了;n如果心部的冷速小于臨界冷速，淬火后僅表層獲得馬氏體組織，而心部獲得非馬氏體組織，我們則稱之為“未淬透”。工件表面和心部冷卻速度冷卻速度與淬硬層淬硬層的關(guān)系n鋼材是否被淬透，對

43、其性能影響很大。比如，結(jié)構(gòu)鋼在淬火后如果得到全馬氏體組織，其力學(xué)性能比淬火后出現(xiàn)非馬氏體組織要高。表現(xiàn)在完全淬透工件，其屈強(qiáng)比比不完全淬透的高，斷面收縮率也高5%10%，馬氏體多的工件疲勞強(qiáng)度也高。淬火后得到全馬氏體組織的鋼回火后具有最高的沖擊韌度值，韌脆轉(zhuǎn)變溫度也低。淬火組織中的非馬氏體顯著惡化鋼的韌性。但鋼中淬火后體積分?jǐn)?shù)為10%非馬氏體組織對力學(xué)性能影響不顯著。n各種鋼制工件的淬硬層深度需按其工作條件而定，并非一律要求全部淬透。n一般用淬透性的大小來衡量鋼被淬透的能力。n淬透性(hardenability)是以在規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。n鋼的淬透性是指鋼件能夠被

44、淬透的能力，是鋼的淬透性是指鋼件能夠被淬透的能力，是表征鋼材淬火時獲得馬氏體的能力的特性。表征鋼材淬火時獲得馬氏體的能力的特性。n它和鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性有關(guān)，主要取決于鋼的臨界冷卻速度vc。vc越小，越易被淬透，反之則不易被淬透。n淬透性的測量是用一定條件下的淬硬層深度淬硬層深度或用在某種冷卻介質(zhì)中可完全淬透的最大截面直徑臨界直徑臨界直徑dc來表示。n淬透層深度常用由表面至半馬氏體組織層(體積體積分?jǐn)?shù)為分?jǐn)?shù)為50%馬氏體和體積分?jǐn)?shù)為馬氏體和體積分?jǐn)?shù)為50%非馬氏體組織非馬氏體組織)的最大距離來表示。n通常，我們將工件從奧氏體狀態(tài)急冷硬化的表層稱為淬硬層。從理論上講，淬硬層深度應(yīng)是全淬成馬氏

45、體的深度，如圖8. 4(b)所示。但由于當(dāng)非馬氏體組織數(shù)量不多時，比如馬氏體中混入5%10%的少量托氏體時，無論用金相或硬度方法都難以區(qū)分。而半馬氏體區(qū)不僅硬度發(fā)生陡降，其金相組織的特征也較明顯。n對淬火工件斷面進(jìn)行腐蝕后，會有一條較為明顯的白亮淬火層與非硬化區(qū)的分界線，該處正是半馬氏體區(qū)。通常含50%馬氏體處恰好是硬度值急劇變化的地方(見圖8. 5 )。n所以規(guī)定，從淬硬的工件表面量至半馬氏體組織硬度值處的垂直距離稱為淬透深度。鋼的淬透性與淬硬性鋼的淬透性與淬硬性n淬硬性(hardening capacity)是以鋼在理想條件下淬火所能達(dá)到的最高硬度來表征的材料特性，它是表示鋼淬火時獲得硬度

46、高低的能力，也稱為可硬性。n決定鋼淬硬性高低的主要因素是鋼的含碳量含碳量，更確切地說是淬火加熱時固溶在奧氏體中的含碳量，含碳量越高，鋼的淬硬性也就越高。而鋼中合金元素對淬硬性的影響不大，但對鋼的淬透性卻有重大影響。n淬火后硬度高的鋼，不一定淬透性就高;而硬度低的鋼也可能具有很高的淬透性。 兩種鋼材制的兩根棒料，直徑相同，在相同淬火介質(zhì)中淬火兩種鋼材制的兩根棒料，直徑相同，在相同淬火介質(zhì)中淬火冷卻，淬火后在其橫截面上觀察金相組織并測出硬度分布曲冷卻，淬火后在其橫截面上觀察金相組織并測出硬度分布曲線。圖中畫剖面線區(qū)為馬氏體，其余部分為非馬氏體區(qū)。線。圖中畫剖面線區(qū)為馬氏體，其余部分為非馬氏體區(qū)。n

47、 右側(cè)鋼棒右側(cè)鋼棒的馬氏體區(qū)的馬氏體區(qū)較深，因而較深，因而其淬透性較其淬透性較好，好，n 左側(cè)材料左側(cè)材料馬氏體硬度馬氏體硬度較高，即其較高，即其淬硬性較好。淬硬性較好。不同成分鋼的半馬氏體區(qū)硬度主要決定于鋼的含碳量鋼的淬透性和鋼件在具體淬火條件下的有效淬硬深度n鋼的淬透性是鋼材本身所固有的屬性，它只取決于其本身的內(nèi)部因素，而與外部因素?zé)o關(guān);n鋼的有效淬硬深度除取決于鋼材的淬透性外，還與所采用的冷卻介質(zhì)、工件尺寸等外部因素有關(guān)。n例如在同樣奧氏體化的條件下，同一種鋼的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，這決不能說水淬比油淬的淬透性高，也不能說小件比大件的

48、淬透性高。n可見評價鋼的淬透性，必須排除工件形狀、尺寸大小、冷卻介質(zhì)等外部因素的影響。 8. 3. 2淬透性的測定方法淬透性的測定方法n鋼的淬透性的測定方法很多，有臨界直徑法、端淬法、斷口檢驗(yàn)法、U形曲線法等。下面介紹臨界直徑法和端淬法。8. 3. 2. 1臨界直徑法臨界直徑法n鋼制圓柱試樣在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體(體積)組織時的最大直徑稱為臨界直徑，用dc表示。ndc越大，表示這種鋼的淬透性越高。臨界直徑dc是在一定淬火條件(其中包括淬火介質(zhì)的冷卻能力)下測得的。n要用臨界直徑法來表示鋼的淬透性，必須標(biāo)明淬火介質(zhì)的冷卻能力或淬火烈度。ndc水水表示鋼在水中的臨界直

49、徑;dc油油表示鋼在油中的臨界直徑。 為了除去臨界直徑值中所包含的淬火烈度的因素，用單一的數(shù)值來表征鋼的淬透性，引入了理想臨界直徑的概念。所謂理想臨界直徑就是在淬火冷卻烈度為無限大()的理想的淬火介質(zhì)中淬火冷卻時的臨界直徑。 如此，理想臨界直徑的大小可直接表征鋼的淬透性的高低。 利用理想臨界直徑可以很方便地將某種淬火條件下的臨界直徑換算成任何淬火條件下的臨界直徑。圖8.7為理想臨界直徑dic、實(shí)際臨界直徑dc與淬火烈度H關(guān)系圖。 例如，如果已知某種鋼在循環(huán)水中冷卻(H=1.2)時，其臨界直徑dc水=32mm，試求在循環(huán)油(H=0.4)中淬火時該種鋼的臨界直徑。在圖縱坐標(biāo)取dc水=32處，作水平

50、線與H=1.2的曲線相交，從交點(diǎn)到橫坐標(biāo)的垂線得到該種鋼的理想臨界直徑dic=46mm。再從此處向上引垂線，與H=0.4曲線相交，再從交點(diǎn)引水平線與縱坐標(biāo)交于18 mm處，于是得到該種鋼在循環(huán)油中淬火時的臨界直徑為dc油=18mm。n掌握臨界直徑的數(shù)據(jù)，有助于判斷工件熱處理后的淬透程度，并制訂出相應(yīng)的合理的工藝。因此，對生產(chǎn)實(shí)踐有一定的意義。n常用鋼材在水、油以及其他介質(zhì)中的臨界直徑可通過杳閱熱處理手冊獲得。表8. 8是常用鋼的臨界直徑。n臨界直徑的實(shí)驗(yàn)測定，需要制造一批不同直徑的試樣，測定方法也比較繁雜。特別是利用這種方法，由于檢查部位的不同，往往所得的結(jié)果也不同，以致得到的結(jié)果之間相應(yīng)沒有

51、可比性，所以實(shí)際生產(chǎn)中很少采用。8. 3. 2. 2端淬試驗(yàn)端淬試驗(yàn)n端淬試驗(yàn)法不但可以用于測定鋼的CCT圖，而且還可以用于測定鋼的淬透性。該法是1938年由W. E. Jominy等建議采用的，因而國外常稱為“Jominy test。它是目前測定鋼的淬透性的主要方法。n國家標(biāo)準(zhǔn)GB 225-88規(guī)定端淬試驗(yàn)原理。n首先將試樣正火處理，加工成25mmX100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣。然后在無氧化、無脫碳、無滲碳的環(huán)境下加熱到規(guī)定的淬火溫度，保溫30士5min后，在5s之內(nèi)將試樣放到專用設(shè)備上對其端面噴水冷卻(噴水時間至少應(yīng)為10min)，n將試樣浸入1030C之間的水中完全冷卻冷至室溫。處理完畢后，在平

52、行于試樣軸線方向上磨制出兩個相互平行的深度為0.4 0.5 mm的平面。n自距末端1.5mm處開始，沿長度方向每隔1.5mm(硬度變化平穩(wěn)時每隔3mm)逐點(diǎn)測定硬度，將所測得的數(shù)據(jù)記錄并繪制硬度-距末端距離的關(guān)系曲線。淬透性曲線淬透性曲線。n端淬法就是用淬透性曲線來表示鋼的淬透性的。n由于鋼的淬透性受材料化學(xué)成分、晶粒度、冶煉情況等很多因素的影響，故實(shí)際測得的數(shù)值在一定的范圍內(nèi)波動。因此，各種鋼的淬透性曲線實(shí)際上是一條淬透性帶。各種鋼的淬透性曲線可從有關(guān)手冊中查到n國家標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定，在不同距離處測得的硬度也可用淬透性指數(shù)J X X -d表示。其中J是Jominy的大寫字頭，XX表示洛氏硬度值，d

53、表示距淬火端面的距離(mm)。例如，J45-11表示距淬火端面11 mm處的硬度為45 HRC。n 在端淬試驗(yàn)的條件下，距端面某一距離處的冷卻速度是一定的。該處的冷卻速度與水冷(或油冷)時某些直徑鋼棒的中心、表面或距中心3R/4處的冷卻速度是相同的。如圖8. 9所示，曲線下方橫坐標(biāo)的3分別與曲線上方橫坐標(biāo)的5, 13, 20, 18, 28, 97相對應(yīng)。這表明，在油淬條件下直徑為5mm鋼棒的中心、直徑為13mm鋼棒距中心3R/4處、直徑為20mm鋼棒的表面，與至水冷端距離為3 mm處的冷卻速度是相同的;在水淬條件下直徑為18mm鋼棒的中心、直徑為28mm鋼棒距中心3R/4處、直徑為97mm鋼

54、棒的表面，與至水冷端距離為3mm處的冷卻速度是相同的。這些位置的硬度也是相同的，均為62.566HRC。因此，在現(xiàn)行端淬曲線圖中，往往將在水淬、油淬條件下鋼棒這三種位置的直徑數(shù)值分別作為相應(yīng)的橫坐標(biāo)放在曲線圖的上方。n 端淬法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便、適用范圍廣。它適用于優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、部分工模具鋼、軸承鋼及低淬透性結(jié)構(gòu)鋼;不適用于空氣淬硬鋼和甚低淬透性鋼。由于高淬透性鋼端淬曲線硬度降低很小，有的呈一水平線，因此不能用端淬法比較其淬透性。由于甚低淬透性鋼的端淬試樣距水冷端5mm范圍內(nèi)發(fā)生硬度突降，因此也很難用端淬法比較其淬透性。n 高淬透性能鋼可采用空氣淬火法或油冷淬火法等，低淬透

55、性鋼可采用圓錐試驗(yàn)法或楔形試驗(yàn)法等。n需要指出，鋼的淬透性并非在任何情況下都是越高越好，在某些場合采用低淬透性鋼效果更為合適。例如，當(dāng)要對汽車、拖拉機(jī)的重載荷齒輪實(shí)行輪廓淬火(沿工件外形輪廓獲得一定深度的均勻淬硬層)以強(qiáng)化時，可采用低淬透性鋼制造，進(jìn)行穿透加熱，利用其淬透性低只能在大于臨界冷卻速度的表層形成馬氏體組織的特點(diǎn)，得到沿工件輪廓均勻分布的硬化層，從而滿足技術(shù)要求。8. 3. 3淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用n端淬曲線在選擇鋼材和制訂熱處理工藝時的應(yīng)用。n8. 3. 3. 1根據(jù)端淬曲線合理選用鋼材，以滿足心部硬度的根據(jù)端淬曲線合理選用鋼材，以滿足心部硬度的要求要求n有一圓柱形工件，直徑35

56、mm，要求油淬后表面硬度不小于45HRC，心部硬度不小于32HRC。試問能否采用40Cr鋼?n從熱處理手冊中查到40Cr鋼的端淬曲線。n在“油淬”欄內(nèi)“中心”橫坐標(biāo)的35mm處引垂線，與端淬曲線分別相交于34HRC和50HRC處。這說明直徑為35mm的40Cr鋼棒油淬后，中心處的硬度既可能是34HRC也可能是50HRC，可以滿足心部硬度不小于32HRC的要求。然后在“油淬”欄內(nèi)“表面”橫坐標(biāo)的35mm處引垂線，與端淬曲線分別相交于48HRC和58HRC處。這說明直徑為35mm的40Cr鋼棒油淬后，表面硬度為4858HRC，可以滿足表面硬度不小于45 HRC的要求。n因此，可以采用40Cr鋼。n

57、8. 3. 3. 2預(yù)測鋼棒淬火后的硬度分布預(yù)測鋼棒淬火后的硬度分布n例:有40Cr鋼直徑50mm圓柱，求油淬后沿截面的硬度分布。n首先在“油淬”欄內(nèi)“中心”橫坐標(biāo)的50mm處引垂線，與端淬曲線分別相交于28HRC和43. 5HRC處。這說明直徑為50mm的40Cr鋼棒油淬后，中心處的硬度為2843.5HRC。接著在“油淬”欄內(nèi)“表面”橫坐標(biāo)的50mm處引垂線，求出鋼棒油淬后表面硬度為4557HRC。n在“油淬”欄內(nèi)“距中心3R/4”橫坐標(biāo)的50mm處引垂線，求出鋼棒油淬后距中心3R/4處的硬度為33. 550HRC。n因此即可利用端淬曲線，求出該圓棒截面上表面、3/4半徑及中心處的硬度分別為

58、4557HRC、33.550HRC和2843.5 HRC。n8.3.3.3 根據(jù)端淬試驗(yàn)曲線選擇淬火介質(zhì)，制定熱處根據(jù)端淬試驗(yàn)曲線選擇淬火介質(zhì)，制定熱處理工藝?yán)砉に噉 例:某工件由40Cr鋼制造，有效厚度為50mm,要求淬火后表面硬度不低于45 HRC，心部硬度不低于30HRC。n 解:由上題解法可知，由40Cr鋼制造有效厚度為50mm的工件，油淬后表面硬度不低于45HRC,心部硬度不低于28HRC。表面硬度符合要求，心部硬度不符合要求。于是可以考慮采用高速淬火油，或者采用水淬油冷工藝。n前面已經(jīng)指出，端淬法只適用于中等淬透性鋼及較低淬透性鋼，不適用于空硬鋼和甚低淬透性鋼，所以，無法采用端淬曲

59、線解決上述類似問題。8. 4淬火工藝淬火工藝n8.4.1 常用的淬火工藝常用的淬火工藝n8.4.1.1 單介質(zhì)淬火單介質(zhì)淬火(單液淬火單液淬火) n8.4.1.2 雙介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火(雙液淬火雙液淬火)n8.4.1.3 馬氏體分級淬火馬氏體分級淬火n8.4.1.4 貝氏體等溫淬火貝氏體等溫淬火n8.4.1.5 預(yù)冷淬火預(yù)冷淬火n8.4.2 其他淬火工藝其他淬火工藝n8.4.2.1 亞臨界溫度淬火亞臨界溫度淬火(亞溫淬火或臨界區(qū)淬火亞溫淬火或臨界區(qū)淬火)n8.4.2.2 碳化物微細(xì)化淬火碳化物微細(xì)化淬火n8.4.2.3 循環(huán)加熱淬火循環(huán)加熱淬火(超細(xì)晶粒淬火超細(xì)晶粒淬火) n8.4.2.4 超

60、高溫淬火超高溫淬火n8.4.3 冷處理冷處理8. 4淬火工藝淬火工藝n從對淬火介質(zhì)的分析與討論來看，目前還沒有一種能完全合乎理想淬火冷卻曲線的淬火劑。n因此，除應(yīng)不斷探索新的淬火介質(zhì)外，還需設(shè)法改進(jìn)淬火方法，使得既能將工件按要求淬硬，又能減小淬火變形和防止開裂。8. 4. 1常用的淬火工藝常用的淬火工藝n8.4.1.1單介質(zhì)淬火單介質(zhì)淬火(單液淬火單液淬火)n單介質(zhì)淬火就是將奧氏體化工件迅速浸人某一種淬火介質(zhì)中，一直冷到室溫的淬火操作方法，見圖8. 12中的曲線a。它是通常應(yīng)用最廣泛、最簡單的一種淬火方法。n單介質(zhì)淬火選擇冷卻介質(zhì)時，必須保證工件在該介質(zhì)中的冷卻速度大于此鋼種的臨界冷卻速度，并