熱處理的“五個(gè)差異”

熱處理中有許多知識(shí)點(diǎn)容易讓人產(chǎn)生混淆，不知大家在日常的工作中是否有注意到？本期內(nèi)容整理了5個(gè)熱處理易混知識(shí)，以供大家參考。一、淬火加熱溫度與淬火溫度的差異在現(xiàn)場(chǎng)通常說(shuō)淬火加熱溫度800℃，或說(shuō)在800℃淬火，你考慮過(guò)這是什么意思嗎？所謂淬火加熱溫度就是把淬火溫度設(shè)為800℃，并在此溫度下加熱；也可以說(shuō)是加熱溫度為800℃。而后者所謂800°C淬火，則淬火時(shí)溫度為800℃，也就是說(shuō)零件投入淬火液時(shí)的溫度為800℃，為此，估計(jì)到從加熱爐取出再拿到淬火槽的一小段時(shí)間內(nèi)溫度有所下降，應(yīng)按所降的那部分提高加熱溫度。也就是說(shuō)設(shè)定的淬火加熱溫度應(yīng)為800℃

+α。例如，若溫度下降100℃，則淬火加熱溫度為800℃+100℃

=900℃，投入淬火液的溫度正好是800℃，這可解釋為800℃淬火?？梢?jiàn)，淬火加熱溫度為800℃和淬火溫度為800℃,兩者的含義是不大相同的。因此，為了防止誤解，不使用淬火加熱溫度這個(gè)詞，最好區(qū)分為奧氏體化溫度(Ta

)利淬火溫度(Tq

)。奧氏體化溫度是淬火的最高加熱溫度，淬火溫度為投入淬火液時(shí)的溫度，兩者必須分淸。最近學(xué)會(huì)等組織都不使用淬火加熱溫度這個(gè)詞，而用奧氏體化溫度這個(gè)名訶，這也是世界性的傾向。但是淬火溫度這個(gè)詞還不大使用，重要的是Ta和Tq分開用。從各種實(shí)驗(yàn)可看到，Ta和Tq之間約有100℃的溫差。因此，只要在奧氏體化溫度加熱，從爐子取出后就沒(méi)有必要忙亂地投入油或水中。敏捷地淬火可以說(shuō)是一個(gè)竅門！這種作法法叫做延遲淬火。難怪把歷來(lái)淬火的熱曲線改成如圖1（b）那樣。圖1淬火的熱曲線奧氏體化溫度TA依鋼化學(xué)成分的差異而不同，大致傾向如表1所示。表1每添加元素1%時(shí)TA的變動(dòng)

二、加熱時(shí)間和保溫時(shí)間的差異在熱處理作業(yè)中都嚴(yán)格規(guī)定加熱溫度但保溫時(shí)間卻規(guī)定得非常草率，也就是說(shuō)，淬火的保溫時(shí)間，很早以前所說(shuō)的“一英寸（2.54毫米）見(jiàn)方需30分鐘”，已被公認(rèn)。產(chǎn)品目錄和教科書都是這樣寫的。因此大件的保溫時(shí)間長(zhǎng)，小件保溫時(shí)間短乃是常識(shí)。按照這個(gè)說(shuō)法果真好嗎？大件升溫時(shí)間長(zhǎng)，小件升溫時(shí)間短，熱處理溫度（例如淬火溫度）達(dá)到后的保持時(shí)間，大件與小件無(wú)區(qū)別，應(yīng)該是一定的。自然這是處理件內(nèi)外達(dá)到該溫度后的時(shí)間（參照?qǐng)D2）。為了檢査是否達(dá)到正確的淬火溫度，通常根據(jù)溫度計(jì)（溫控表）的指示，但必須注意這是熱電偶端部溫度，而不是處理件的溫度。處理件越大，零件的裝入量越多，溫度計(jì)的指示溫度和處理件的實(shí)際溫度相差就越大，也即產(chǎn)生加熱遲滯時(shí)間。圖2升溫、保溫和加熱時(shí)間的關(guān)系升溫時(shí)間t3＞t1；加熱時(shí)間t4＞t2；升溫時(shí)間+保溫時(shí)間=加熱時(shí)間T1+t=t2T3+t=t4說(shuō)起來(lái)，淬火是把奧氏體化了的物件快速冷卻并使之硬化的操作。鋼相變?yōu)閵W氏體時(shí)，合金結(jié)構(gòu)鋼（珠光體系）只用瞬時(shí)（変為奧氏體所需時(shí)間為零），只要轉(zhuǎn)變成奧氏體，淬火第一階段就完成了，何必要一英寸見(jiàn)方保溫30分鐘呢？估計(jì)處理件心圖部已轉(zhuǎn)變成奧氏體再淬火，是妥當(dāng)?shù)?。也即保溫時(shí)間最好為零，見(jiàn)圖3（a）（高頻淬火與此相同）。圖3淬火的熱循環(huán)與此相反，工具鋼（碳化物系）的基體相變?yōu)閵W氏體后，此奧氏體中有約50?70%的初析碳化物不固溶，那么淬火就不硬化，所以必須有一些保溫時(shí)間。然而，即使這樣，“一英寸見(jiàn)方需30分鐘”也太長(zhǎng)，充其量10分鐘左右就夠了，見(jiàn)圖3（b）。當(dāng)然，根據(jù)碳化物的種類、形狀、數(shù)量、分布狀態(tài)等，保溫時(shí)間多少應(yīng)有些變動(dòng)，總之：加熱升溫時(shí)間=f（被處理件的大小）淬火保溫時(shí)間=f（鋼質(zhì)）其中：合金結(jié)構(gòu)鋼（珠光體系）=0工具鋼（碳化物系）=約10分鐘

三、冷卻方法和冷卻效果的差異在熱處理中，冷卻方法很重要。冷卻的快慢能使鋼變軟或變硬。冷卻介質(zhì)叫冷卻劑，包括空氣、油、水等各種各樣的介質(zhì)。一般，空氣的冷卻速度慢，其次是油，冷卻速度快的是水。但是由冷卻劑所致的冷卻效果并非絕對(duì)的，可因處理件的大小而變化。冷卻劑的冷卻速度是固有的，而冷卻劑對(duì)處理件的冷卻效果卻因零件的大小而有差異。也就是，熱處理的冷卻方法和冷卻效果是兩回事。冷卻方法是從冷卻劑來(lái)看冷卻，而冷卻效果是從處理件來(lái)看冷卻。即使冷卻方法相同，冷卻效果也不一樣。熱處理中，重要的不是如何冷卻，而是如何獲得好的冷部效果。兩者不可混淆。

正火的定義是在大氣中放冷（空冷），但是，小件放冷和大件放冷的冷卻速度不同，即冷卻效果不同。因此，從表面上看，放冷做到形式上的正火，但實(shí)質(zhì)很不相同。小件的放冷，因技術(shù)上的不當(dāng)可能會(huì)變成空氣淬火；反之，大件的放憐，有成為退火的可能。因此，小件進(jìn)行正火時(shí)，須用坑冷或加蓋冷卻；反之，大件如不用電扇等吹風(fēng)冷卻則得不到正火的效果,僅是形式上的冷卻將得不到熱處理的突效。淬火與此相同。雖說(shuō)同是油泠，但大件與小件的冷卻效果卻不同，因此，淬火硬化程度也是變化的。小件即使用油淬，也同水淬一樣能淬透,但大件用油淬只得到像正火程度那樣的冷卻效果，淬不透，這樣考慮可以明白：雖說(shuō)水冷得快，油冷得慢，空氣冷得更慢，但這個(gè)快慢不是絕對(duì)的，它同處理件的大小有關(guān).所以必須注意冷卻方法和冷卻效果是不同的.在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵手冊(cè)中規(guī)定:正火空冷，退火爐冷，普通鋼材的淬火水冷，優(yōu)質(zhì)鋼材的淬火油冷等，都是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸(直徑25mm)而言。必須根據(jù)處理件的大小適當(dāng)?shù)馗淖兝鋮s方法。明確地辨別冷卻方法和泠卻效果的不同是非常重要的。四、淬火液的冷卻能和硬化能的差異下述是淬火液的冷卻能力(coolingpower)和鋼的硬化能力(hardeningpower)的差異。在淬火液中有冷卻能和硬化能兩種能力。所謂冷卻能是淬火液本身具有的能力。

冷卻能力是使鋼從奧氏體化溫度冷卻下來(lái)時(shí)的冷卻速度；

硬化能是使鋼硬化的能力，在冷卻能的試驗(yàn)中，有冷卻曲統(tǒng)法(銀球式、膨脹儀式)和冷卻時(shí)間法等，它們都是用急冷度H值進(jìn)行比較。實(shí)際淬火中通過(guò)測(cè)淬火硬度進(jìn)行硬化能的評(píng)定，它是包含冷卻系統(tǒng)的冷卻綜合能力。通常為了判斷淬火液的性能，冷卻能作為大體的標(biāo)準(zhǔn)而得到使用，但冷卻能大的，硬化能不一定大。也就是說(shuō)，冷如速度快，淬火硬度并不一定高，這種事例是很多的。技術(shù)人員想要的不是淬大液的冷卻速度，而是在這個(gè)冷卻槽里能夠淬硬到什么程度。即使是同一鋼種同樣用油淬，由于各淬火車間油槽內(nèi)的硬化能不同，淬火效果也不同。淬火液的冷卻能是淬火液本身具有的特性，硬化能則由于鋼的淬透性、淬火液的量、攪拌速度、處理件的尺寸、

形狀以及表面狀態(tài)等不同而不同，最好根據(jù)處理件實(shí)際淬硬的程度判定淬火現(xiàn)場(chǎng)使用的淬火槽的性能，這是直接判定的簡(jiǎn)便方法，但這種方法往往難于進(jìn)行比較研究。鋼的淬火硬度，外部影響因素是淬火槽的冷卻能，內(nèi)在因素是鋼本身的淬透性，特別是受s曲線的制約。通常，淬火是為防止奧氏體化的鋼析出珠光體和貝氏體，使其完全馬氏體化。用淬火液的冷卻能判定淬火硬度時(shí)，根據(jù)鋼種的不同，決定用珠光體（P）淬透性好呢，還是用貝氏體（B）淬透性好？這是很重要的。一般碳鋼用P型，合金鋼用B型，特殊工具鋼用P+B型。因此，完仝淬透，即淬硬所需要的冷卻速度因鋼種不同而異。既有需要在S曲線上的P鼻附近的冷卻速度快的情況，也有需要在S曲線上的B鼻附近的冷卻速度快，或P鼻和B鼻二者冷卻速度都需要快的情況。

因此，在上述所有情況中，作為共同的泠卻速度，即700?250℃溫度范圍內(nèi)的冷卻速度是必要的。（在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中油淬釆用800?400℃的冷卻速度）。為了評(píng)價(jià)淬火現(xiàn)場(chǎng)冷卻系統(tǒng)中的淬火槽，最好根據(jù)實(shí)際條件下淬火后的淬火硬度決定。五、淬火表面硬度和淬透深度的差異在淬火的情況中有表面硬度和硬化深度兩種說(shuō)法，表面硬度是表面的淬火硬度，相當(dāng)于小件（直徑10mm以下）淬火時(shí)的硬度，它依含破量而変化，幾乎不受合金元素的影響，這是結(jié)構(gòu)鋼的俏況。而工具鋼的淬火硬度雖然受鎢、銘、釩等合金元素的影響，其硬度基本大于HRC60，這是肯定的。對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼：表面面硬度=f（C%），可用下述公式近似地逬行定量計(jì)算：最高淬火硬度（HRC）=30

+50x

C%（9O%馬氏體）最低淬火硬度（HRC）=24+40xC%（50%馬氏體）例如結(jié)構(gòu)鋼（S45C））為（含碳最為0.45%）：最高淬火硬度（HRC）=53最低淬火硬度（HRC）=42與此相反，淬火深度受鋼的含碳量和特殊元素，以及奧氏體晶粒度的制約，也就是，淬透深度=f（C%、特殊元素、晶粒度）。淬透深度在學(xué)術(shù)上稱為淬透性（hardenability），通常用Df表示，特殊元素對(duì)于淬透性的影響最強(qiáng)的是硼，其次是