第十章_鋼的熱處理工藝

1、1第十章第十章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝2 鋼的熱處理工藝是指通過鋼的熱處理工藝是指通過加熱加熱、保溫保溫和和冷卻冷卻的方法改變鋼的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。l 根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同：根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同： 普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）普通熱處理（退火、正火、淬火和回火） 表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理等）表面熱處理（表面淬火和化學(xué)熱處理等） 特殊熱處理（形變熱處理、磁場熱處理等）特殊熱處理（形變熱處理、磁場熱處理等）l 根據(jù)熱處理在零件整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中位置和

2、作用的不同：根據(jù)熱處理在零件整個(gè)生產(chǎn)工藝過程中位置和作用的不同： 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 最終熱處理最終熱處理3第一節(jié)第一節(jié) 鋼的退火和正火鋼的退火和正火一、退火目的及工藝一、退火目的及工藝 退火（退火（annealing）是將鋼）是將鋼加熱到臨界點(diǎn)加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上以上或以下溫度或以下溫度，保溫以后，保溫以后隨爐緩慢冷卻隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡以獲得近于平衡狀態(tài)組織（珠光體類組織）的熱處理工藝。狀態(tài)組織（珠光體類組織）的熱處理工藝。 退火的主要目的是均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化退火的主要目的是均勻鋼的化學(xué)成分及組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善鋼的晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)

3、應(yīng)力和加工硬化，改善鋼的成形及切削加工性能，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。成形及切削加工性能，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。4l 根據(jù)加熱溫度分：根據(jù)加熱溫度分：在臨界溫度以上的退火在臨界溫度以上的退火在臨界溫度以下的退火在臨界溫度以下的退火l 根據(jù)冷卻方式分：根據(jù)冷卻方式分： 等溫退火等溫退火 連續(xù)冷卻退火連續(xù)冷卻退火5（一）完全退火（一）完全退火 完全退火是將鋼件或鋼材加熱至完全退火是將鋼件或鋼材加熱至Ac3以上以上2030，保溫足夠長時(shí)間，使組織保溫足夠長時(shí)間，使組織完全奧氏體化完全奧氏體化后緩慢冷卻，后緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。 完全退火主要適用于亞共析

4、鋼（完全退火主要適用于亞共析鋼（wc=0.3%0.6%），目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，），目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和改善鋼的切削加工性。降低硬度和改善鋼的切削加工性。 低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。6 完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。通常，加熱時(shí)間以爐方式等因素有關(guān)。通常，加熱時(shí)間以工件有效厚度工件有效厚度來計(jì)來計(jì)算。算。 對于一般碳素鋼或低合金鋼工件，當(dāng)裝爐量不大時(shí)，在對于一般碳素鋼或低合金鋼工件，當(dāng)裝爐量不大時(shí)，在箱式爐中退火的保溫時(shí)間可按

5、下式計(jì)算：箱式爐中退火的保溫時(shí)間可按下式計(jì)算： = KD（min）式中，式中，D工件有效厚度（工件有效厚度（mm）；）； K加熱系數(shù)，一般加熱系數(shù)，一般K = 1.52.0min/mm。若裝爐量過大，則應(yīng)根據(jù)具體情況延長保溫時(shí)間。若裝爐量過大，則應(yīng)根據(jù)具體情況延長保溫時(shí)間。 實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至600左右即左右即可出爐空冷?？沙鰻t空冷。7 等溫退火等溫退火是將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于是將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于Ar1溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，再空冷至室溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，再空冷至室溫。溫。 等溫退火可大大縮短

6、退火時(shí)間，并達(dá)到與完全退等溫退火可大大縮短退火時(shí)間，并達(dá)到與完全退火相同的目的，而且有利于鋼件獲得均勻的組織和火相同的目的，而且有利于鋼件獲得均勻的組織和性能。性能。 等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼，等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼，不適用于大截面鋼件和大批量爐料。不適用于大截面鋼件和大批量爐料。89（二）不完全退火（二）不完全退火 不完全退火是將鋼加熱至不完全退火是將鋼加熱至 Ac1Ac3（亞共析鋼）（亞共析鋼）或或 Ac1Accm（過共析鋼）之間，經(jīng)保溫后緩慢（過共析鋼）之間，經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。 亞共析

7、鋼的不完全退火起到適當(dāng)細(xì)化組織，消亞共析鋼的不完全退火起到適當(dāng)細(xì)化組織，消除內(nèi)應(yīng)力和降低硬度的作用。除內(nèi)應(yīng)力和降低硬度的作用。 過共析鋼的不完全退火主要是為了獲得粒狀珠過共析鋼的不完全退火主要是為了獲得粒狀珠光體組織，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加光體組織，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能，又稱為工性能，又稱為球化退火球化退火。10（三）球化退火（三）球化退火 球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一球化退火是使鋼中碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。種熱處理工藝。 球化退火是不完全退火的一種，加熱溫度一般為球化退火是不完全退火的一種，加熱溫度一般為Ac1以上以上20

8、30，保溫，保溫24h。通常采用爐冷，或在。通常采用爐冷，或在Ar1以下以下20左右進(jìn)行較長時(shí)間等溫。球化退火主要用于共左右進(jìn)行較長時(shí)間等溫。球化退火主要用于共析鋼、過共析鋼以及合金工具鋼。析鋼、過共析鋼以及合金工具鋼。 球化退火的目的是降低硬度，均勻組織，改善切削加球化退火的目的是降低硬度，均勻組織，改善切削加工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備。工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備。 11a）一次加熱球化退火工藝）一次加熱球化退火工藝b）等溫球化退火工藝）等溫球化退火工藝c）往復(fù)球化退火（周期球化退火）工藝）往復(fù)球化退火（周期球化退火）工藝碳素工具鋼（碳素工具鋼（T7T7T10T10）的幾種球化退火工藝）的幾種球

9、化退火工藝1213 球化退火能獲得粒狀珠光體的原因：在高溫時(shí)，珠球化退火能獲得粒狀珠光體的原因：在高溫時(shí)，珠光體中的滲碳體片和網(wǎng)狀滲碳體（特別是其中的最薄光體中的滲碳體片和網(wǎng)狀滲碳體（特別是其中的最薄部分），會(huì)沿著亞晶界和高位錯(cuò)密度的部位逐漸溶解，部分），會(huì)沿著亞晶界和高位錯(cuò)密度的部位逐漸溶解，使?jié)B碳體斷裂成形狀不一的點(diǎn)狀，然后這些點(diǎn)狀碳化使?jié)B碳體斷裂成形狀不一的點(diǎn)狀，然后這些點(diǎn)狀碳化物為了降低界面能會(huì)逐漸球化。物為了降低界面能會(huì)逐漸球化。 球化退火前的冷加工或熱加工可以加速隨后的球化球化退火前的冷加工或熱加工可以加速隨后的球化退火過程，因?yàn)檫@種加工可使?jié)B碳體碎化（形成亞晶退火過程，因?yàn)檫@種加

10、工可使?jié)B碳體碎化（形成亞晶界），而多量的亞晶界有利于滲碳體的局部溶解、斷界），而多量的亞晶界有利于滲碳體的局部溶解、斷裂和球化。裂和球化。14（四）均勻化退火（四）均勻化退火 均勻化退火又稱為均勻化退火又稱為擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火，是將鋼錠、鑄件，是將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫，或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。工藝。 均勻化退火的目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過均勻化退火的目的是消除鑄錠或鑄件在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，

11、使成分和組織均勻化。勻化。15 均勻化退火加熱溫度通常為均勻化退火加熱溫度通常為Ac3或或Accm以上以上150300，具體加熱溫度視偏析程度和鋼種而，具體加熱溫度視偏析程度和鋼種而定。時(shí)間一般為定。時(shí)間一般為1015h。 由于均勻化退火在高溫下長時(shí)間加熱，因此退由于均勻化退火在高溫下長時(shí)間加熱，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火來細(xì)化晶粒，火后晶粒粗大，可用完全退火或正火來細(xì)化晶粒，消除過熱缺陷。消除過熱缺陷。 一般情況下盡量不采用均勻化退火，只是一些一般情況下盡量不采用均勻化退火，只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝

12、。用這種工藝。16（五）去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火（五）去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火 為了消除鑄件、鍛件、焊接件和機(jī)械加工工件中的殘余內(nèi)應(yīng)為了消除鑄件、鍛件、焊接件和機(jī)械加工工件中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止工件變形和開裂，在精加工或淬力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止工件變形和開裂，在精加工或淬火之前將工件加熱到火之前將工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為緩慢冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火，也稱為，也稱為低溫退火低溫退火。 去應(yīng)力退火溫度低，不改變工件原來的組織。鋼的去應(yīng)力退去應(yīng)力退火溫度低，不改變工件原來的組織。鋼的去應(yīng)力

13、退火加熱溫度一般為火加熱溫度一般為500650，鑄鐵件為，鑄鐵件為500550，焊接，焊接鋼件為鋼件為500600。去應(yīng)力退火保溫時(shí)間根據(jù)鋼件的截面尺。去應(yīng)力退火保溫時(shí)間根據(jù)鋼件的截面尺寸和裝爐量而定，鋼的保溫時(shí)間為寸和裝爐量而定，鋼的保溫時(shí)間為3min/mm，鑄鐵為，鑄鐵為6min/mm。去應(yīng)力退火后應(yīng)盡量緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)。去應(yīng)力退火后應(yīng)盡量緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。力。17 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火是把冷變形的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上是把冷變形的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒，同時(shí)消除加工硬化

14、和殘余內(nèi)應(yīng)力的熱處理工藝。同時(shí)消除加工硬化和殘余內(nèi)應(yīng)力的熱處理工藝。 經(jīng)過再結(jié)晶退火后，鋼的組織和性能恢復(fù)到冷變形前經(jīng)過再結(jié)晶退火后，鋼的組織和性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。的狀態(tài)。 一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度為一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度為650700，保溫時(shí)，保溫時(shí)間為間為13h，通常在空氣中冷卻。當(dāng)鋼處于臨界冷變形，通常在空氣中冷卻。當(dāng)鋼處于臨界冷變形量（量（6%10%）時(shí)，應(yīng)采用正火或完全退火來代替再）時(shí)，應(yīng)采用正火或完全退火來代替再結(jié)晶退火，以免得到粗大的晶粒。結(jié)晶退火，以免得到粗大的晶粒。18二、正火目的及工藝二、正火目的及工藝 正火（正火（normalizing）是將鋼加熱到）是將鋼加熱到

15、Ac3（亞共析鋼）（亞共析鋼）或或Accm（過共析鋼）以上適當(dāng)溫度，保溫以后在空氣中（過共析鋼）以上適當(dāng)溫度，保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。 正火過程的實(shí)質(zhì)是完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變。正火過程的實(shí)質(zhì)是完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變。當(dāng)鋼當(dāng)鋼中含碳量為中含碳量為0.6%1.4%時(shí)，正火組織中不出現(xiàn)先共析相，時(shí)，正火組織中不出現(xiàn)先共析相，只有偽共析體或索氏體。含碳量小于只有偽共析體或索氏體。含碳量小于0.6%的鋼，正火后的鋼，正火后除了偽共析體外，還有少量鐵素體。除了偽共析體外，還有少量鐵素體。 正火比退火冷卻速度快，因而正火組織比退火組織細(xì)，正火比

16、退火冷卻速度快，因而正火組織比退火組織細(xì)，強(qiáng)度和硬度也比退火組織高。強(qiáng)度和硬度也比退火組織高。19201. 改善低碳鋼的切削加工性能改善低碳鋼的切削加工性能 正火可用來細(xì)化低碳鋼制件的組織，提高硬度和韌正火可用來細(xì)化低碳鋼制件的組織，提高硬度和韌性，改善切削加工性能。性，改善切削加工性能。2. 消除碳鋼中的熱加工缺陷消除碳鋼中的熱加工缺陷 正火可以消除中碳鋼鑄、鍛、軋件和焊接件中的魏正火可以消除中碳鋼鑄、鍛、軋件和焊接件中的魏氏組織、粗大晶粒和帶狀組織。氏組織、粗大晶粒和帶狀組織。213. 消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火 正火的冷卻速度較快，可抑制

17、碳化物沿奧氏體晶界正火的冷卻速度較快，可抑制碳化物沿奧氏體晶界析出，從而達(dá)到消除網(wǎng)狀碳化物的目的，為球化退火析出，從而達(dá)到消除網(wǎng)狀碳化物的目的，為球化退火作組織準(zhǔn)備。作組織準(zhǔn)備。4. 提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能 正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，減少亞共析鋼正火可以細(xì)化晶粒，使組織均勻化，減少亞共析鋼中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細(xì)化，從而提高中鐵素體含量，使珠光體含量增多并細(xì)化，從而提高鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性。對于一些性能要求不高的碳鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性。對于一些性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件，正火可以作為最終熱處理。鋼和合金鋼零件，正火可以作為最終熱處理。22三、退火和

18、正火的選用三、退火和正火的選用l 含碳量含碳量wC小于小于0.25%的低碳鋼，通常采用正火代替退火。的低碳鋼，通常采用正火代替退火。l 含碳量含碳量wC=0.25%0.5%的中碳鋼也可用正火代替退火。的中碳鋼也可用正火代替退火。l 含碳量含碳量wC=0.5%0.75%的鋼，一般采用完全退火，以的鋼，一般采用完全退火，以降低硬度、改善切削加工性能。降低硬度、改善切削加工性能。l 含碳量含碳量wC大于大于0.75%的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火。如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火以消除網(wǎng)火。如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)先進(jìn)行正火以消除網(wǎng)狀碳化物。狀碳化物。 在鋼

19、的使用性能和工藝性能能滿足的條件下，應(yīng)盡可能在鋼的使用性能和工藝性能能滿足的條件下，應(yīng)盡可能用正火代替退火。用正火代替退火。23四、常見退火、正火缺陷四、常見退火、正火缺陷1、過熱、過熱 過熱是指工件加熱溫度偏高而使晶粒過度長大，以致力過熱是指工件加熱溫度偏高而使晶粒過度長大，以致力學(xué)性能降低的現(xiàn)象。對某些中、高碳鋼，過熱還常伴隨形學(xué)性能降低的現(xiàn)象。對某些中、高碳鋼，過熱還常伴隨形成魏氏組織，使鋼的沖擊性能明顯降低。一般的晶粒粗大成魏氏組織，使鋼的沖擊性能明顯降低。一般的晶粒粗大和魏氏組織可通過稍高于和魏氏組織可通過稍高于Ac3的正火或完全退火來消除。的正火或完全退火來消除。2、硬度偏高、硬度

20、偏高 中碳鋼退火后硬度過高多由于退火冷速過快所致，高碳中碳鋼退火后硬度過高多由于退火冷速過快所致，高碳鋼硬度偏高主要是因球化不當(dāng)造成的，有時(shí)硬度偏高也與鋼硬度偏高主要是因球化不當(dāng)造成的，有時(shí)硬度偏高也與裝爐量過大、爐溫不均勻有關(guān)。對硬度偏高的工件，可通裝爐量過大、爐溫不均勻有關(guān)。對硬度偏高的工件，可通過重新退火來修正。過重新退火來修正。243、黑斑、黑斑 黑斑多見于高碳鋼。當(dāng)高碳鋼加熱溫度過高（黑斑多見于高碳鋼。當(dāng)高碳鋼加熱溫度過高（1000）、）、保溫時(shí)間過長或多次返修退火時(shí)，均容易使?jié)B碳體轉(zhuǎn)變?yōu)槭貢r(shí)間過長或多次返修退火時(shí)，均容易使?jié)B碳體轉(zhuǎn)變?yōu)槭沽慵膹?qiáng)度、塑性及表面粗糙度等級明顯

21、降低（故也墨，使零件的強(qiáng)度、塑性及表面粗糙度等級明顯降低（故也稱為稱為“黑脆黑脆”）。出現(xiàn)黑斑的工件不能返修，只能報(bào)廢。）。出現(xiàn)黑斑的工件不能返修，只能報(bào)廢。4、球化不完全、球化不完全 工具鋼球化退火常出現(xiàn)球化不完全（仍有部分片狀組織）工具鋼球化退火常出現(xiàn)球化不完全（仍有部分片狀組織）的組織缺陷，可重新進(jìn)行球化退火。的組織缺陷，可重新進(jìn)行球化退火。5、網(wǎng)狀組織、網(wǎng)狀組織 網(wǎng)狀滲碳體（過共析鋼）或網(wǎng)狀鐵素體（亞共析鋼）會(huì)降網(wǎng)狀滲碳體（過共析鋼）或網(wǎng)狀鐵素體（亞共析鋼）會(huì)降低鋼的力學(xué)性能，必須嚴(yán)格控制。網(wǎng)狀組織主要是由于加熱低鋼的力學(xué)性能，必須嚴(yán)格控制。網(wǎng)狀組織主要是由于加熱溫度過高、冷速過慢所致

22、，一般可通過正火來消除。溫度過高、冷速過慢所致，一般可通過正火來消除。256、反常組織、反常組織 退火時(shí)，若在退火時(shí)，若在Ar1溫度附近冷卻過慢，或在稍低于溫度附近冷卻過慢，或在稍低于Ar1溫度溫度長時(shí)間停留，在亞共析鋼的長時(shí)間停留，在亞共析鋼的F先先晶界上出現(xiàn)粗大的滲碳體（珠晶界上出現(xiàn)粗大的滲碳體（珠光體也較粗），在過共析鋼的光體也較粗），在過共析鋼的Fe3C先先周圍出現(xiàn)很寬的鐵素體，周圍出現(xiàn)很寬的鐵素體，這種組織稱為反常組織。這種組織缺陷會(huì)使鋼淬火時(shí)形成軟這種組織稱為反常組織。這種組織缺陷會(huì)使鋼淬火時(shí)形成軟點(diǎn)，可通過重新退火加以消除。點(diǎn)，可通過重新退火加以消除。7、氧化與脫碳、氧化與脫碳

23、淺的氧化脫碳層可在切削加工時(shí)去掉，厚的可通過滲碳來淺的氧化脫碳層可在切削加工時(shí)去掉，厚的可通過滲碳來復(fù)碳。采用可控氣氛、真空加熱、流化床加熱等方式可有效復(fù)碳。采用可控氣氛、真空加熱、流化床加熱等方式可有效防止氧化、脫碳。防止氧化、脫碳。8、過燒、過燒 過燒是由于加熱溫度過高，使晶界發(fā)生氧化，甚至局部晶過燒是由于加熱溫度過高，使晶界發(fā)生氧化，甚至局部晶界熔化的現(xiàn)象。過燒的工件不能返修，只能報(bào)廢。界熔化的現(xiàn)象。過燒的工件不能返修，只能報(bào)廢。26第二節(jié)第二節(jié) 鋼的淬火和回火鋼的淬火和回火一、鋼的淬火一、鋼的淬火淬火（淬火（quenching）：將鋼加熱至臨界點(diǎn)）：將鋼加熱至臨界點(diǎn)Ac3或或Ac1以上

24、一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速以上一定溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。淬火的主要目的：使奧氏體化后的工件獲得盡量多淬火的主要目的：使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體，然后配以不同溫度回火以獲得各種需要的馬氏體，然后配以不同溫度回火以獲得各種需要的性能。的性能。271. 熱應(yīng)力熱應(yīng)力 工件加熱或冷卻時(shí)由于內(nèi)外溫差導(dǎo)致熱脹冷縮不一致而工件加熱或冷卻時(shí)由于內(nèi)外溫差導(dǎo)致熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫做產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫做熱應(yīng)力熱應(yīng)力。 工件淬火冷至室溫時(shí)，由熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力為工件淬火冷至室溫時(shí)，由熱應(yīng)力

25、引起的殘余應(yīng)力為表面表面受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力受壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力。 冷卻速度越大，則熱應(yīng)力越大。在相同冷卻介質(zhì)條件下，冷卻速度越大，則熱應(yīng)力越大。在相同冷卻介質(zhì)條件下，淬火加熱溫度越高、截面尺寸越大、鋼材熱導(dǎo)率和線膨脹淬火加熱溫度越高、截面尺寸越大、鋼材熱導(dǎo)率和線膨脹系數(shù)越大，均使工件內(nèi)外溫差越大，熱應(yīng)力越大。系數(shù)越大，均使工件內(nèi)外溫差越大，熱應(yīng)力越大。（一）淬火應(yīng)力（一）淬火應(yīng)力 淬火應(yīng)力主要有淬火應(yīng)力主要有熱應(yīng)力熱應(yīng)力和和組織應(yīng)力組織應(yīng)力兩種。兩種。28292. 組織應(yīng)力組織應(yīng)力 工件在冷卻過程中，由于內(nèi)外溫差造成組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)，工件在冷卻過程中，由于內(nèi)外溫差造成組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)，引起內(nèi)

26、外比體積的不同變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫做引起內(nèi)外比體積的不同變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力叫做組織應(yīng)力組織應(yīng)力。 從奧氏體、珠光體、貝氏體到馬氏體，比體積逐漸增大。從奧氏體、珠光體、貝氏體到馬氏體，比體積逐漸增大。由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體將造成顯著的體積膨脹。由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體將造成顯著的體積膨脹。 組織應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力與熱應(yīng)力正好相反，組織應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力與熱應(yīng)力正好相反，表面為拉表面為拉應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力應(yīng)力，心部為壓應(yīng)力。 組織應(yīng)力大小與鋼件尺寸，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍的冷組織應(yīng)力大小與鋼件尺寸，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍的冷卻速度，鋼的導(dǎo)熱性和淬透性等因素有關(guān)。卻速度，鋼的導(dǎo)熱性和淬透性等因素有關(guān)。30（1

27、）鋼中碳和合金元素的含量）鋼中碳和合金元素的含量 低碳鋼件淬火時(shí)，熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用。隨著含碳量增加，低碳鋼件淬火時(shí)，熱應(yīng)力起主導(dǎo)作用。隨著含碳量增加，熱應(yīng)力作用逐漸減弱，組織應(yīng)力逐漸增強(qiáng)。熱應(yīng)力作用逐漸減弱，組織應(yīng)力逐漸增強(qiáng)。 鋼中加入合金元素，其熱傳導(dǎo)系數(shù)下降，導(dǎo)致熱應(yīng)力和鋼中加入合金元素，其熱傳導(dǎo)系數(shù)下降，導(dǎo)致熱應(yīng)力和組織應(yīng)力增加。凡提高奧氏體穩(wěn)定性的合金元素，在工件組織應(yīng)力增加。凡提高奧氏體穩(wěn)定性的合金元素，在工件沒有完全淬透的情況下，有增加組織應(yīng)力的作用。沒有完全淬透的情況下，有增加組織應(yīng)力的作用。（2）工件尺寸）工件尺寸 在完全淬透的情況下，隨著工件直徑的增加，淬火的殘?jiān)谕耆阃傅那?/p>

28、況下，隨著工件直徑的增加，淬火的殘余應(yīng)力將由組織應(yīng)力型轉(zhuǎn)化為熱應(yīng)力型。余應(yīng)力將由組織應(yīng)力型轉(zhuǎn)化為熱應(yīng)力型。31（3）淬火介質(zhì)和冷卻方法）淬火介質(zhì)和冷卻方法 不同淬火介質(zhì)在不同溫度區(qū)間的冷卻能力是不不同淬火介質(zhì)在不同溫度區(qū)間的冷卻能力是不相同的，因此會(huì)影響淬火內(nèi)應(yīng)力的分布。在相同的，因此會(huì)影響淬火內(nèi)應(yīng)力的分布。在Ms點(diǎn)點(diǎn)以上高溫區(qū)冷卻速度較快，在以上高溫區(qū)冷卻速度較快，在Ms點(diǎn)以下冷卻速度點(diǎn)以下冷卻速度較慢，為熱應(yīng)力型；反之則為組織應(yīng)力型。采用較慢，為熱應(yīng)力型；反之則為組織應(yīng)力型。采用等溫淬火，熱應(yīng)力起主要作用。等溫淬火，熱應(yīng)力起主要作用。32 熱應(yīng)力引起的變形表現(xiàn)為使工件沿最大尺寸方向收縮，熱

29、應(yīng)力引起的變形表現(xiàn)為使工件沿最大尺寸方向收縮，沿最小尺寸方向脹大，力圖使工件的棱角變圓，平面凸沿最小尺寸方向脹大，力圖使工件的棱角變圓，平面凸起，變得趨于球狀，其形狀像一個(gè)真空中受內(nèi)壓的容器起，變得趨于球狀，其形狀像一個(gè)真空中受內(nèi)壓的容器一樣。一樣。 組織應(yīng)力造成的變形趨向恰好與熱應(yīng)力相反，它表現(xiàn)組織應(yīng)力造成的變形趨向恰好與熱應(yīng)力相反，它表現(xiàn)為工件沿最大尺寸方向伸長，沿最小尺寸方向收縮，力為工件沿最大尺寸方向伸長，沿最小尺寸方向收縮，力圖使工件棱角突出，平面內(nèi)凹，其外形像一個(gè)承受外壓圖使工件棱角突出，平面內(nèi)凹，其外形像一個(gè)承受外壓的真空容器一樣。的真空容器一樣。3334（1）縱向裂紋）縱向裂紋

30、 在工件完全淬透的情況下，因組織應(yīng)力過大，在表面拉應(yīng)在工件完全淬透的情況下，因組織應(yīng)力過大，在表面拉應(yīng)力作用下產(chǎn)生沿軸向由表面裂向心部的縱向裂紋，又稱為軸力作用下產(chǎn)生沿軸向由表面裂向心部的縱向裂紋，又稱為軸向裂紋。向裂紋。 在在Ms點(diǎn)以下盡量慢冷可有效地避免產(chǎn)生這種裂紋。點(diǎn)以下盡量慢冷可有效地避免產(chǎn)生這種裂紋。（2）橫向裂紋（弧形裂紋）橫向裂紋（弧形裂紋） 在未淬透的大型工件上，常由熱應(yīng)力引起由內(nèi)向外的橫向在未淬透的大型工件上，常由熱應(yīng)力引起由內(nèi)向外的橫向裂紋或弧形裂紋，這是由于在淬透層向非淬透層的過渡區(qū)出裂紋或弧形裂紋，這是由于在淬透層向非淬透層的過渡區(qū)出現(xiàn)最大拉應(yīng)力所致。現(xiàn)最大拉應(yīng)力所致。

31、 適當(dāng)?shù)靥岣叽慊饻囟龋黾庸ぜ拇阌矊由疃?，有助于減適當(dāng)?shù)靥岣叽慊饻囟?，增加工件的淬硬層深度，有助于減少這類裂紋的形成傾向。少這類裂紋的形成傾向。35（3）網(wǎng)狀裂紋）網(wǎng)狀裂紋 這是一種表面裂紋，深度較淺，一般在這是一種表面裂紋，深度較淺，一般在0.012mm范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，裂紋構(gòu)成網(wǎng)狀，與工件外形無關(guān)。表面脫碳的高碳鋼件極易裂紋構(gòu)成網(wǎng)狀，與工件外形無關(guān)。表面脫碳的高碳鋼件極易形成網(wǎng)狀裂紋，這是由于表面脫碳后，其馬氏體比容較小，形成網(wǎng)狀裂紋，這是由于表面脫碳后，其馬氏體比容較小，從而在表面形成拉應(yīng)力所致。從而在表面形成拉應(yīng)力所致。（4）剝離裂紋（表面剝落）剝離裂紋（表面剝落） 這種裂紋一般產(chǎn)生在

32、平行于表面的皮下，壓應(yīng)力向拉應(yīng)力這種裂紋一般產(chǎn)生在平行于表面的皮下，壓應(yīng)力向拉應(yīng)力急劇過渡的極薄區(qū)域內(nèi)。急劇過渡的極薄區(qū)域內(nèi)。（5）顯微裂紋）顯微裂紋 顯微裂紋是由微觀應(yīng)力的作用造成的，只有在顯微鏡下才顯微裂紋是由微觀應(yīng)力的作用造成的，只有在顯微鏡下才能觀察到。顯微裂紋可顯著降低淬火工件的強(qiáng)度和塑性。能觀察到。顯微裂紋可顯著降低淬火工件的強(qiáng)度和塑性。3637（二）淬火加熱溫度（二）淬火加熱溫度 亞共析鋼淬火加熱亞共析鋼淬火加熱溫度為溫度為Ac3以上以上3050；共析鋼、過共；共析鋼、過共析鋼淬火加熱溫度為析鋼淬火加熱溫度為Ac1以上以上3050。低合金鋼一般為低合金鋼一般為Ac1或或Ac3以上

33、以上50100，高合金工具鋼可采取高合金工具鋼可采取更高的淬火加熱溫度。更高的淬火加熱溫度。38 對于低碳鋼、低碳低合金鋼，淬火時(shí)加熱溫度對于低碳鋼、低碳低合金鋼，淬火時(shí)加熱溫度略低于略低于Ac3點(diǎn)（點(diǎn)（ 兩相區(qū)兩相區(qū)），稱為亞溫淬火。），稱為亞溫淬火。 亞溫淬火可獲得鐵素體馬氏體（亞溫淬火可獲得鐵素體馬氏體（5%20%）雙相組織，既可保證鋼的一定強(qiáng)度，又可保證鋼雙相組織，既可保證鋼的一定強(qiáng)度，又可保證鋼具備良好的塑性、韌性和沖壓成形性。具備良好的塑性、韌性和沖壓成形性。39（三）淬火冷卻介質(zhì)（三）淬火冷卻介質(zhì) 鋼從奧氏體狀態(tài)冷至鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)叫做以下所用的冷卻介

34、質(zhì)叫做淬淬火介質(zhì)火介質(zhì)。 淬火介質(zhì)應(yīng)保證：工件得淬火介質(zhì)應(yīng)保證：工件得到馬氏體，同時(shí)變形小，不到馬氏體，同時(shí)變形小，不開裂。開裂。 常用淬火介質(zhì)有水、鹽水常用淬火介質(zhì)有水、鹽水或堿水溶液，以及各種礦物或堿水溶液，以及各種礦物油等。油等。鋼的理想淬火冷卻曲線鋼的理想淬火冷卻曲線401、淬火介質(zhì)的分類、淬火介質(zhì)的分類根據(jù)物理特性，淬火介質(zhì)可分為兩大類：根據(jù)物理特性，淬火介質(zhì)可分為兩大類：（1）淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，包括水質(zhì)淬火劑、）淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，包括水質(zhì)淬火劑、油質(zhì)淬火劑和水溶液等。當(dāng)赤熱工件淬入其中后，它會(huì)汽油質(zhì)淬火劑和水溶液等。當(dāng)赤熱工件淬入其中后，它會(huì)汽化沸騰，使工件

35、強(qiáng)烈散熱。此外，在工件與介質(zhì)的界面上，化沸騰，使工件強(qiáng)烈散熱。此外，在工件與介質(zhì)的界面上，還可以對流、傳導(dǎo)等方式進(jìn)行熱交換。還可以對流、傳導(dǎo)等方式進(jìn)行熱交換。（2）淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，包括各種熔鹽、）淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)，包括各種熔鹽、熔堿、熔融金屬等。當(dāng)赤熱工件淬入其中時(shí)，它不會(huì)汽化熔堿、熔融金屬等。當(dāng)赤熱工件淬入其中時(shí)，它不會(huì)汽化沸騰，而只在工件與介質(zhì)的界面上，以傳導(dǎo)和對流的方式沸騰，而只在工件與介質(zhì)的界面上，以傳導(dǎo)和對流的方式進(jìn)行熱交換。進(jìn)行熱交換。412、有物態(tài)變化淬火介質(zhì)的冷卻機(jī)理、有物態(tài)變化淬火介質(zhì)的冷卻機(jī)理 熾熱工件進(jìn)入淬火介質(zhì)（以水為例）中后，其冷卻熾熱工

36、件進(jìn)入淬火介質(zhì)（以水為例）中后，其冷卻過程大致可分為三個(gè)階段：過程大致可分為三個(gè)階段：（1）蒸汽膜階段）蒸汽膜階段 當(dāng)工件進(jìn)入介質(zhì)的一瞬間，周圍介質(zhì)立即被加熱而當(dāng)工件進(jìn)入介質(zhì)的一瞬間，周圍介質(zhì)立即被加熱而汽化，在工件表面形成一層蒸汽膜，將工件與液體介汽化，在工件表面形成一層蒸汽膜，將工件與液體介質(zhì)隔絕。由于蒸汽膜的導(dǎo)熱性較差，故使工件的冷卻質(zhì)隔絕。由于蒸汽膜的導(dǎo)熱性較差，故使工件的冷卻速度較慢。速度較慢。42（2）沸騰階段）沸騰階段 當(dāng)蒸汽膜破裂后，工件即與介質(zhì)直接接觸，介質(zhì)在當(dāng)蒸汽膜破裂后，工件即與介質(zhì)直接接觸，介質(zhì)在工件表面激烈沸騰，通過介質(zhì)的汽化并不斷逸出氣泡工件表面激烈沸騰，通過介質(zhì)的

37、汽化并不斷逸出氣泡而帶走了大量熱量，使冷卻速度變快。此階段一直持而帶走了大量熱量，使冷卻速度變快。此階段一直持續(xù)到工件冷至介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)為止。續(xù)到工件冷至介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)為止。（3）對流階段）對流階段 當(dāng)工件冷至低于介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)，主要依靠對流傳熱當(dāng)工件冷至低于介質(zhì)的沸點(diǎn)時(shí)，主要依靠對流傳熱方式進(jìn)行冷卻，這時(shí)工件的冷速甚至比蒸汽膜階段還方式進(jìn)行冷卻，這時(shí)工件的冷速甚至比蒸汽膜階段還要緩慢。隨著工件表面與介質(zhì)的溫差不斷減小，冷卻要緩慢。隨著工件表面與介質(zhì)的溫差不斷減小，冷卻速度越來越小。速度越來越小。43 水不是理想的淬火介質(zhì)，適用于尺寸不大、形狀簡水不是理想的淬火介質(zhì)，適用于尺寸不大、形狀簡單的碳鋼工

38、件淬火。此外，水溫對水的冷卻性能影響單的碳鋼工件淬火。此外，水溫對水的冷卻性能影響很大，因此淬火時(shí)水溫不應(yīng)超過很大，因此淬火時(shí)水溫不應(yīng)超過30，通過加強(qiáng)水循，通過加強(qiáng)水循環(huán)和工件的攪動(dòng)可以提高工件在高溫區(qū)的冷卻速度。環(huán)和工件的攪動(dòng)可以提高工件在高溫區(qū)的冷卻速度。 水中溶入鹽、堿等物質(zhì)減小了蒸汽膜的穩(wěn)定性，使水中溶入鹽、堿等物質(zhì)減小了蒸汽膜的穩(wěn)定性，使蒸汽膜階段變短，從而加 快 了 冷 卻 速 度 。 例 如蒸汽膜階段變短，從而加 快 了 冷 卻 速 度 。 例 如10%NaCl水溶液較純水的冷卻能力提高水溶液較純水的冷卻能力提高10 倍以上，而倍以上，而10%NaOH水溶液的冷卻能力更高。但這

39、兩種水基淬水溶液的冷卻能力更高。但這兩種水基淬火介質(zhì)在低溫區(qū)（火介質(zhì)在低溫區(qū)（300200）的冷卻速度亦很快，）的冷卻速度亦很快，因此適用于低碳鋼和中碳鋼的淬火。因此適用于低碳鋼和中碳鋼的淬火。44 食鹽水溶液的冷卻能力在食鹽濃度較低時(shí)隨食食鹽水溶液的冷卻能力在食鹽濃度較低時(shí)隨食鹽濃度的增加而提高，隨溫度提高，冷卻能力降鹽濃度的增加而提高，隨溫度提高，冷卻能力降低。低。 堿水溶液作淬火介質(zhì)時(shí)，能和已氧化的工件表堿水溶液作淬火介質(zhì)時(shí)，能和已氧化的工件表面發(fā)生反應(yīng)，淬火后工件表面呈銀白色，具有良面發(fā)生反應(yīng)，淬火后工件表面呈銀白色，具有良好的外觀，但這種溶液對工件和設(shè)備腐蝕較大，好的外觀，但這種溶液

40、對工件和設(shè)備腐蝕較大，淬火時(shí)有刺激性氣味，因此未能廣泛應(yīng)用。淬火時(shí)有刺激性氣味，因此未能廣泛應(yīng)用。45 油也是一種常用的淬火介質(zhì)。目前工業(yè)上主要油也是一種常用的淬火介質(zhì)。目前工業(yè)上主要采用礦物油，如錠子油、機(jī)油等。油的主要優(yōu)點(diǎn)采用礦物油，如錠子油、機(jī)油等。油的主要優(yōu)點(diǎn)是低溫區(qū)的冷卻速度比水小得多，主要缺點(diǎn)是高是低溫區(qū)的冷卻速度比水小得多，主要缺點(diǎn)是高溫區(qū)間冷卻能力低。提高油溫可以降低粘度，增溫區(qū)間冷卻能力低。提高油溫可以降低粘度，增加流動(dòng)性，從而提高高溫區(qū)間的冷卻能力。但是加流動(dòng)性，從而提高高溫區(qū)間的冷卻能力。但是油溫過高容易著火，一般應(yīng)控制在油溫過高容易著火，一般應(yīng)控制在6080。油適用于形

41、狀復(fù)雜的合金鋼工件的淬火以及小截油適用于形狀復(fù)雜的合金鋼工件的淬火以及小截面、形狀復(fù)雜的碳鋼工件的淬火。面、形狀復(fù)雜的碳鋼工件的淬火。463、其他淬火介質(zhì)、其他淬火介質(zhì)（1）過飽和硝鹽水溶液）過飽和硝鹽水溶液 常用的過飽和硝鹽水溶液成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為常用的過飽和硝鹽水溶液成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為25NaNO320NaNO220KNO335H2O，常稱為，常稱為“三硝水溶液三硝水溶液”，屬于有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)。其在高溫，屬于有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)。其在高溫區(qū)冷速大于水（區(qū)冷速大于水（400/s），低溫區(qū)冷速介于水與油之間），低溫區(qū)冷速介于水與油之間（40100/s）。）。 過飽和硝鹽水溶液淬火畸變、開

42、裂傾向小，適用于要求過飽和硝鹽水溶液淬火畸變、開裂傾向小，適用于要求淬火畸變較小的中、高碳鋼，低合金鋼，球墨鑄鐵等工件淬火畸變較小的中、高碳鋼，低合金鋼，球墨鑄鐵等工件的淬火。溶液使用溫度為的淬火。溶液使用溫度為3060，使用時(shí)應(yīng)注意攪拌，使用時(shí)應(yīng)注意攪拌，并注意防止工件帶出的廢液及隨后清洗的廢水對環(huán)境的污并注意防止工件帶出的廢液及隨后清洗的廢水對環(huán)境的污染。染。47（2）硝鹽?。┫觖}浴 硝鹽浴通常用硝酸鹽和亞硝酸鹽配制而成。其冷卻特性硝鹽浴通常用硝酸鹽和亞硝酸鹽配制而成。其冷卻特性為：高溫區(qū)冷速快，低溫區(qū)冷速慢，但其冷速絕對值都不為：高溫區(qū)冷速快，低溫區(qū)冷速慢，但其冷速絕對值都不高，高溫區(qū)冷

43、速介于水、油之間，低溫區(qū)冷速略低于油。高，高溫區(qū)冷速介于水、油之間，低溫區(qū)冷速略低于油。 為提高硝鹽浴的冷卻能力，常加入一定量的水，因淬火為提高硝鹽浴的冷卻能力，常加入一定量的水，因淬火時(shí)水的汽化會(huì)吸收大量的熱，且水可增大鹽浴流動(dòng)性，從時(shí)水的汽化會(huì)吸收大量的熱，且水可增大鹽浴流動(dòng)性，從而增大冷速。但若含水量太高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)而增大冷速。但若含水量太高（質(zhì)量分?jǐn)?shù)3），易發(fā)生），易發(fā)生沸騰、飛濺傷人，并易引起工件畸變、開裂。沸騰、飛濺傷人，并易引起工件畸變、開裂。 硝鹽一般用于形狀復(fù)雜、易變形開裂工件或?qū)ψ冃我笙觖}一般用于形狀復(fù)雜、易變形開裂工件或?qū)ψ冃我筝^嚴(yán)工件的等溫淬火和分級淬火。較嚴(yán)工件的等

44、溫淬火和分級淬火。 硝鹽的缺點(diǎn)是易造成環(huán)境污染，對工件有腐蝕氧化作用，硝鹽的缺點(diǎn)是易造成環(huán)境污染，對工件有腐蝕氧化作用，應(yīng)盡量限制使用。應(yīng)盡量限制使用。48（3）堿?。A浴 常用的堿浴熔點(diǎn)和使用溫度較硝鹽浴低。堿浴常用的堿浴熔點(diǎn)和使用溫度較硝鹽浴低。堿浴使用時(shí)也常加入少量水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為使用時(shí)也常加入少量水（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36）。）。堿浴在高溫區(qū)的冷速比硝鹽浴大，低溫區(qū)與硝鹽浴堿浴在高溫區(qū)的冷速比硝鹽浴大，低溫區(qū)與硝鹽浴相近。堿浴適用范圍與硝鹽浴類似。相近。堿浴適用范圍與硝鹽浴類似。 堿浴腐蝕性強(qiáng)，淬火冷卻后應(yīng)及時(shí)清洗工件。堿浴腐蝕性強(qiáng)，淬火冷卻后應(yīng)及時(shí)清洗工件。4950（4）高分子聚合物水溶液）高

45、分子聚合物水溶液 聚二醇（聚二醇（PAG）類淬火介質(zhì)）類淬火介質(zhì) PAG淬火介質(zhì)是由聚二醇、水和添加劑組成的聚合物淬火介質(zhì)是由聚二醇、水和添加劑組成的聚合物水溶液，是應(yīng)用較廣泛、使用效果較好的水溶性淬火介水溶液，是應(yīng)用較廣泛、使用效果較好的水溶性淬火介質(zhì)。其冷速介于水、油之間，高溫區(qū)和中溫區(qū)冷速較大，質(zhì)。其冷速介于水、油之間，高溫區(qū)和中溫區(qū)冷速較大，低溫區(qū)冷速較慢。低溫區(qū)冷速較慢。 PAG淬火介質(zhì)的缺點(diǎn)：價(jià)格較貴，對溫度比較敏感，淬火介質(zhì)的缺點(diǎn)：價(jià)格較貴，對溫度比較敏感，使用溫度范圍窄（通常為使用溫度范圍窄（通常為2040），對濃度比較敏感，），對濃度比較敏感，要求濃度控制比較準(zhǔn)確（通常為要求

46、濃度控制比較準(zhǔn)確（通常為1）。）。51 聚乙烯醇（聚乙烯醇（PVA）淬火介質(zhì)）淬火介質(zhì) 此種淬火介質(zhì)是用聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為此種淬火介質(zhì)是用聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10的濃縮液的濃縮液與水配制而成的，濃縮液中加有防銹劑、防腐劑、消泡劑與水配制而成的，濃縮液中加有防銹劑、防腐劑、消泡劑等。使用時(shí)用水將濃縮液稀釋到聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為等。使用時(shí)用水將濃縮液稀釋到聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10.3，質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，冷速越慢。使用溫度為，質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，冷速越慢。使用溫度為2545。 高溫區(qū)冷速與水相近；低溫區(qū)冷速較慢，接近于油；高溫區(qū)冷速與水相近；低溫區(qū)冷速較慢，接近于油；中溫區(qū)冷速較快。主要用于感應(yīng)加熱表面淬火，以

47、及中碳中溫區(qū)冷速較快。主要用于感應(yīng)加熱表面淬火，以及中碳鋼或中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的整體淬火。不適于鹽爐淬火件。鋼或中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼的整體淬火。不適于鹽爐淬火件。 聚乙烯醇類的淬火介質(zhì)價(jià)格較便宜，但容易老化，使聚乙烯醇類的淬火介質(zhì)價(jià)格較便宜，但容易老化，使用壽命較短，冷速波動(dòng)大，排放物對環(huán)境有污染。用壽命較短，冷速波動(dòng)大，排放物對環(huán)境有污染。52（四）淬火方法（四）淬火方法 淬火方法的選擇，主要以獲得馬氏體、減少淬火應(yīng)力、淬火方法的選擇，主要以獲得馬氏體、減少淬火應(yīng)力、減少工件的變形和開裂為依據(jù)。常用的淬火方法有：減少工件的變形和開裂為依據(jù)。常用的淬火方法有：單液單液淬火淬火、雙液淬火雙液淬火、分級

48、淬火分級淬火和和等溫淬火等溫淬火。531. 單液淬火法單液淬火法 單液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入單液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入某一種淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方某一種淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法。單液淬火法適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工法。單液淬火法適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。件。 一般來說，尺寸較大的碳鋼工件多采用水淬；一般來說，尺寸較大的碳鋼工件多采用水淬；小尺寸碳鋼件和過冷奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼件采用小尺寸碳鋼件和過冷奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼件采用油淬。油淬。542. 雙液淬火法雙液淬火法 雙液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能雙液淬火法

49、是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點(diǎn)溫度時(shí)，再立即轉(zhuǎn)點(diǎn)溫度時(shí)，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。變。 一般用水作為快冷淬火介質(zhì)，油作為慢冷淬火介質(zhì)一般用水作為快冷淬火介質(zhì)，油作為慢冷淬火介質(zhì)（水淬油冷水淬油冷）；有時(shí)也采用）；有時(shí)也采用水淬空冷水淬空冷。尺寸較大的碳素。尺寸較大的碳素鋼工件適宜采用雙液淬火法。鋼工件適宜采用雙液淬火法。 雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。

50、早容易淬不硬，轉(zhuǎn)換過遲又容易淬裂。553. 分級淬火法分級淬火法 分級淬火法是將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度略高分級淬火法是將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度略高于于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴爐中保溫，當(dāng)工件內(nèi)外溫度均勻點(diǎn)的鹽浴或堿浴爐中保溫，當(dāng)工件內(nèi)外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉(zhuǎn)變。后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉(zhuǎn)變。 分級淬火只適用于尺寸較小的工件，如刀具、量具和分級淬火只適用于尺寸較小的工件，如刀具、量具和要求變形很小的精密工件。要求變形很小的精密工件。 “分級分級”溫度也可略低于溫度也可略低于Ms點(diǎn)，適用于較大工件的點(diǎn)，適用于較大工件的淬火。淬火。564. 等溫淬火

51、等溫淬火 等溫淬火是將奧氏體化后的工件淬入等溫淬火是將奧氏體化后的工件淬入Ms點(diǎn)以上某溫度點(diǎn)以上某溫度鹽浴中，等溫保持足夠長時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)辂}浴中，等溫保持足夠長時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組下貝氏體組織織，然后取出，然后取出在空氣中冷卻在空氣中冷卻的淬火方法。的淬火方法。 等溫淬火實(shí)際上是分級淬火的進(jìn)一步發(fā)展，所不同的等溫淬火實(shí)際上是分級淬火的進(jìn)一步發(fā)展，所不同的是等溫淬火獲得下貝氏體組織，可顯著提高鋼的綜合力是等溫淬火獲得下貝氏體組織，可顯著提高鋼的綜合力學(xué)性能。學(xué)性能。 等溫淬火可以顯著減小工件變形和開裂傾向，適用于等溫淬火可以顯著減小工件變形和開裂傾向，適用于尺寸較小、形狀復(fù)雜、尺寸要求精

52、密的工具和重要的機(jī)尺寸較小、形狀復(fù)雜、尺寸要求精密的工具和重要的機(jī)器零件。低碳鋼一般不采用等溫淬火，等溫淬火適用于器零件。低碳鋼一般不采用等溫淬火，等溫淬火適用于中碳以上的鋼。中碳以上的鋼。57（五）鋼的淬透性（五）鋼的淬透性1. 淬透性的概念淬透性的概念 鋼的鋼的淬透性淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。體的能力。 淬透性的大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層淬透性的大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來表示。深度和硬度分布來表示。 通常采用從淬火工件表面至半馬氏體區(qū)（淬火組織通常采用從淬火工件表面至半馬氏體區(qū)（淬火組織中馬氏體和

53、非馬氏體組織各占一半）距離作為中馬氏體和非馬氏體組織各占一半）距離作為淬透層淬透層深度深度。5859 淬透性淬透性是指鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，它是指鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，它主要取主要取決于鋼的臨界冷卻速度，即取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定決于鋼的臨界冷卻速度，即取決于過冷奧氏體的穩(wěn)定性性。過冷奧氏體越穩(wěn)定，臨界淬火速度越小，鋼在一。過冷奧氏體越穩(wěn)定，臨界淬火速度越小，鋼在一定條件下淬透層深度越深，則鋼的淬透性越好。定條件下淬透層深度越深，則鋼的淬透性越好。 淬硬性淬硬性表示鋼淬火時(shí)的硬化能力，用淬成馬氏體可表示鋼淬火時(shí)的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。它能得到的最高硬度表示。它主要

54、取決于馬氏體中的含主要取決于馬氏體中的含碳量碳量。馬氏體中含碳量越高，鋼的淬硬性越高。馬氏體中含碳量越高，鋼的淬硬性越高。 淬透性和淬硬性沒有必然聯(lián)系。淬透性和淬硬性沒有必然聯(lián)系。60 淬透性是鋼的一種屬性，與工件形狀、尺寸和介質(zhì)淬透性是鋼的一種屬性，與工件形狀、尺寸和介質(zhì)冷卻能力無關(guān)。相同奧氏體化溫度下的同一鋼種，其冷卻能力無關(guān)。相同奧氏體化溫度下的同一鋼種，其淬透性是確定不變的，大小用規(guī)定條件下的淬透層深淬透性是確定不變的，大小用規(guī)定條件下的淬透層深度表示。度表示。 實(shí)際工件的淬透層深度是指具體條件下測定的半馬實(shí)際工件的淬透層深度是指具體條件下測定的半馬氏體區(qū)至工件表面的深度，它與鋼的淬透

55、性、工件尺氏體區(qū)至工件表面的深度，它與鋼的淬透性、工件尺寸及淬火介質(zhì)的冷卻能力等許多因素有關(guān)。寸及淬火介質(zhì)的冷卻能力等許多因素有關(guān)。612. 淬透性的測定方法淬透性的測定方法 測定淬透性常用的方法是測定淬透性常用的方法是末端淬火法末端淬火法，簡稱，簡稱端淬法端淬法。淬透性曲線（端淬曲線）淬透性曲線（端淬曲線）62 淬透性高的鋼，硬度下降趨勢較為平坦；而淬透性低的淬透性高的鋼，硬度下降趨勢較為平坦；而淬透性低的鋼，硬度呈急劇下降的趨勢。鋼，硬度呈急劇下降的趨勢。63 由于同一種鋼號的化學(xué)成分由于同一種鋼號的化學(xué)成分允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因此允許在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因此手冊中給出的淬透性曲線通常手冊

56、中給出的淬透性曲線通常是一條淬透性帶。是一條淬透性帶。 根據(jù)淬透性曲線，通常用根據(jù)淬透性曲線，通常用JHRC-d表示鋼的淬透性。其中，表示鋼的淬透性。其中，J表示末端淬透性，表示末端淬透性，d表示至末表示至末端的距離，端的距離，HRC表示在該處測表示在該處測得的硬度值，例如得的硬度值，例如J40-6。端淬試驗(yàn)是由端淬試驗(yàn)是由 W.E.Jominy 等在等在1938年建議采用的，因而國外年建議采用的，因而國外常稱為常稱為 “Jominy test”。“J” 是是 “Jominy” 的字頭。的字頭。643. 淬透性的實(shí)際意義淬透性的實(shí)際意義 鋼的淬透性是正確選用鋼材和制訂熱處理工藝的重要鋼的淬透性

57、是正確選用鋼材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。如果工件淬透了，則其表里的性能均勻一致，依據(jù)之一。如果工件淬透了，則其表里的性能均勻一致，能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能潛力；如果未淬透，則表里能充分發(fā)揮鋼材的力學(xué)性能潛力；如果未淬透，則表里的性能便存在差異，尤其在回火后，心部的強(qiáng)韌性將比的性能便存在差異，尤其在回火后，心部的強(qiáng)韌性將比表層的低。因此多數(shù)結(jié)構(gòu)零件都希望在淬透的情況下使表層的低。因此多數(shù)結(jié)構(gòu)零件都希望在淬透的情況下使用。用。 但是，也并非在任何情況下都要求淬透性越高越好。但是，也并非在任何情況下都要求淬透性越高越好。隨著各種零件的受力情況和工藝過程的不同，往往對淬隨著各種零件的受力情況和工

58、藝過程的不同，往往對淬透性有不同的要求。透性有不同的要求。654. 淬透性曲線的應(yīng)用淬透性曲線的應(yīng)用 l 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。l 預(yù)測工件淬火后硬度分布。預(yù)測工件淬火后硬度分布。l 根據(jù)端淬曲線選擇淬火介質(zhì)，制訂熱處理工藝。根據(jù)端淬曲線選擇淬火介質(zhì)，制訂熱處理工藝。66（六）淬入淬火介質(zhì)的常用方法（六）淬入淬火介質(zhì)的常用方法 工件淬入淬火介質(zhì)時(shí)，一般應(yīng)做到：設(shè)法保證工件淬硬、工件淬入淬火介質(zhì)時(shí)，一般應(yīng)做到：設(shè)法保證工件淬硬、淬深，盡量減小工件畸變，避免開裂，保證安全。淬深，盡量減小工件畸變，避免開裂，保證安全。l 軸類

59、、細(xì)長工件應(yīng)垂直淬入介質(zhì)，并上、下運(yùn)動(dòng)。軸類、細(xì)長工件應(yīng)垂直淬入介質(zhì)，并上、下運(yùn)動(dòng)。l 套筒類工件應(yīng)沿軸線方向淬入介質(zhì)。套筒類工件應(yīng)沿軸線方向淬入介質(zhì)。l 盤類工件、薄片件應(yīng)垂直于液面淬入；大型薄片件應(yīng)快盤類工件、薄片件應(yīng)垂直于液面淬入；大型薄片件應(yīng)快速垂直淬入，速度越快，變形越小。速垂直淬入，速度越快，變形越小。l 兩端大小不一的工件，應(yīng)大端先淬入。兩端大小不一的工件，應(yīng)大端先淬入。l 橫截面厚薄不一的工件，應(yīng)先淬入較厚部分（如半圓銼橫截面厚薄不一的工件，應(yīng)先淬入較厚部分（如半圓銼刀，應(yīng)半圓面向下、傾斜刀，應(yīng)半圓面向下、傾斜45 淬入淬入），以使冷卻均勻。），以使冷卻均勻。67l 有不通孔或

60、者凹面的工件，應(yīng)使孔或凹面向上；具有十字有不通孔或者凹面的工件，應(yīng)使孔或凹面向上；具有十字形或形或H形的工件，不宜垂直淬入，而應(yīng)傾斜淬入，以利于氣形的工件，不宜垂直淬入，而應(yīng)傾斜淬入，以利于氣泡排出。泡排出。l 長方形帶通孔的工件（如沖模）應(yīng)垂直斜向淬入，以利于長方形帶通孔的工件（如沖模）應(yīng)垂直斜向淬入，以利于孔附近處冷卻?？赘浇幚鋮s。l 工件淬入介質(zhì)后，應(yīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)，以加速蒸汽膜的破裂，提工件淬入介質(zhì)后，應(yīng)適當(dāng)運(yùn)動(dòng)，以加速蒸汽膜的破裂，提高工件冷卻速度。一般情況下，冷速慢的部分應(yīng)迎水運(yùn)動(dòng)；高工件冷卻速度。一般情況下，冷速慢的部分應(yīng)迎水運(yùn)動(dòng)；細(xì)長、薄片類工件淬入介質(zhì)時(shí)要拿穩(wěn)，不要晃動(dòng)，淬入介質(zhì)