鋼的熱處理工藝[共18頁(yè)]

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1、鋼的熱處理 第一章 鋼的熱處理 熱處理工藝包括：將鋼材或鋼制件加熱到預(yù)定溫度，在此溫度下保溫一定時(shí)間。然后一定的冷卻速度冷卻下來(lái)，達(dá)到熱處理所預(yù)定的對(duì)鋼材及鋼制件的組織與性能的要求。 1□□鋼的加熱 1.1□制定鋼的加熱制度 加熱溫度、加熱速度、保溫時(shí)間。 1.1.1加熱溫度的選擇 加熱溫度取決于熱處理的目的。熱處理分為：淬火、退火、正火、和回火等。 淬火的目的是為了得到細(xì)小的馬氏體組織，使鋼具有高的硬度； 退火及正火的目的是獲得均勻的珠光體組織，因此其加熱溫度不同。在具體制定加熱溫度時(shí)應(yīng)按以下原則：熱處理工藝種類及目的要求；被加熱鋼材及鋼制件的化學(xué)成分和原始狀態(tài)；鋼材及鋼制

2、件的尺寸和形狀以及加熱條件來(lái)制定。對(duì)于碳鋼及低合金鋼的加熱溫度： 亞共析鋼淬火溫度：AC3以上30～50℃； 過(guò)共析鋼淬火溫度：AC3以上30～50℃； 亞共析鋼完全退火：AC3以上20～30℃； 過(guò)共析鋼不完全退火：AC3以上20～30℃； 正火 AC3或ACM以上30～50℃； 1.1.2加熱速度的選擇 必須根據(jù)鋼的化學(xué)成分及導(dǎo)熱性能；鋼的原始狀態(tài)及應(yīng)力狀態(tài)；鋼的尺寸及形狀來(lái)確定加熱速度。如鋼的原始狀態(tài)存在著鑄造應(yīng)力或軋煅熱變形殘余應(yīng)力時(shí)，在加熱是應(yīng)特別注意。對(duì)這類鋼要特別控制低溫階段的加熱速度。鋼的變形與熱裂傾向是以鋼的化學(xué)成分及原始狀態(tài)不同而不同

3、，主要有以下幾點(diǎn)： a) 低碳鋼比高碳鋼熱烈傾向小； b) 碳鋼比合金鋼變形開(kāi)裂傾向?。? c) 鋼坯和成品件比鋼錠變形和開(kāi)裂傾向??； d) 小截面比大截面的鋼變形和開(kāi)裂傾向小。 1.1.3鋼在加熱時(shí)的缺陷 a) 過(guò)熱：過(guò)熱就是由于加熱溫度過(guò)高，加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)使奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大。粗大的奧氏體晶粒在冷卻時(shí)產(chǎn)生粗大的組織，并往往出現(xiàn)魏氏組織，結(jié)果是鋼的沖擊韌性、塑性明顯下降。已過(guò)火的鋼可以在次正火或退火加以糾正。 b) 強(qiáng)烈過(guò)熱：加熱溫度過(guò)高或加熱保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使氧或硫沿晶界滲入鋼中或者鋼中的硫與氧在高溫下溶解于奧氏體中，在冷卻過(guò)程中硫或氧以化合物形態(tài)沿粗大的奧氏體晶界析出。故降低鋼的

4、沖擊韌性。此問(wèn)題出現(xiàn)后只能用重新鍛造或軋制來(lái)消除且鍛、軋的溫度不易過(guò)高。 c) 過(guò)燒：當(dāng)加熱溫度接近固相線時(shí)（指熱加工的加熱溫度），此時(shí)晶粒不僅劇烈長(zhǎng)大，而且在晶界上的低熔點(diǎn)夾雜物地方發(fā)生局部熔化狀態(tài)，當(dāng)爐氣中的硫、氧滲入后，更加速晶界物的軟化，這種現(xiàn)象叫鋼的過(guò)燒。失去了鋼的塑性和韌性，鍛軋時(shí)破碎，不能用熱處理的方法糾正，只能報(bào)廢。 d) 鋼的氧化與脫碳： 1）氧化 2）脫碳 防止加熱時(shí)鋼的氧化及脫碳的措施： （1）控制爐氣成分：就是控制爐氣中的CO2/CO，H2O/H2，CH4/H2 比例。 （2）向爐內(nèi)通入試制的保護(hù)氣：氫氣、氮?dú)?、石油裂化氣及煤? 2□□鋼的退火與正火

5、 退火：就是把鋼加熱到臨界點(diǎn)AC3以上或AC1以上（AC1－AC3、ACM－AC3）經(jīng)過(guò)保溫，然后緩慢冷卻（爐冷）的一種操作。加熱到臨界點(diǎn)以上是為使原始組織發(fā)生重結(jié)晶，得到全部（或大部分）奧氏體狀態(tài)，繼之以緩慢得到U-曲線上部的組織——珠光體。所以退火組織具有低的強(qiáng)度和硬度，較高的塑性和韌性。 正火：是把鋼加熱到AC3或ACM以上，保溫后在空氣中冷卻。正火所得到的組織也是珠光體型組織，但其組織較退火組織為細(xì)，強(qiáng)度、硬度較高，塑性韌性也較好。 常用的退火與正火加熱溫度及工藝曲線如圖1和圖2所示。 擴(kuò)散退火 1100

6、 擴(kuò)散退火 溫度 1000 A 900 完全退火 AC3 正火 或ACM

7、 800 P+CM1 AC1 A + F 700 球化退火 低溫退火 P + CM3 600

8、 時(shí)間 0.8 圖1 正火與退火工藝 圖2 退火與正火加熱溫度范圍 退火和正火，一般是一種預(yù)先熱處理。目的在于消除熱加工、鑄造、焊接等工序帶來(lái)的某些缺陷。改善組織性能。以利于冷加工（切削、冷軋及冷拔）和進(jìn)一步熱處理做好組織準(zhǔn)備。對(duì)某些碳鋼或低合金鋼的正火（或正火加高溫回火）常是為了提高性能，作為最終熱處理。 2.1□退火的方法及應(yīng)用 2.1.1完全退火 完全退火是將鋼加熱到AC1以上20～30℃，保溫一定時(shí)間，緩慢冷卻下來(lái)的熱處理操作。 完全退火適用于

9、亞共析鋼的鋼錠、鍛軋坯或材以及鑄焊工件。其目的是： 1）消除因鑄、鍛軋和焊等引起的晶粒粗大。魏氏組織和帶狀組織等缺陷，細(xì)化晶粒，改善鋼的組織及性能。為了防止鋼液凝固時(shí)形成的奧氏體粗大晶粒以及冷卻時(shí)出現(xiàn)的魏氏組織，使鋼的強(qiáng)度降低、韌性變差；有些鋼由于終軋溫度過(guò)低（在AC1～AC3之間），在軋制中共先析出鐵素體，經(jīng)軋制變形、鋼中出現(xiàn)帶狀組織（顯微帶狀組織），它損害了鋼的橫向性能。為消除這種缺陷，采用完全退火，利用加熱及冷卻中的兩次相變（F + P粗→加熱→A細(xì)→冷卻→〖 F + P 〗細(xì)）細(xì)化或改正組織來(lái)改善性能。 2）降低硬度利于切削加工。對(duì)于空冷得到的馬氏體類鋼可以采用完全退火也可以采用高

10、溫回火（低溫退火）處理。 3）消除應(yīng)力防止變形及裂紋：鋼錠或鑄件在冷速過(guò)快會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力及組織應(yīng)力；鋼的終軋溫度過(guò)低及冷速過(guò)快，鋼產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象也存在著很大的應(yīng)力。這些應(yīng)力不消除在隨后的加工中可引起變形或開(kāi)裂。因此通過(guò)完全退火可以消除應(yīng)力，但一般情況下有的采用不完全退火或低溫退火來(lái)消除應(yīng)力。 2.1.2亞共析鋼的不完全退火 不完全退火是把鋼加熱到AC1以上30～50℃，保溫后緩慢冷卻（爐冷）的操作。當(dāng)亞共析鋼存在上述各種缺陷為改善組織時(shí)可采用完全退火，而僅為消除應(yīng)力和降低硬度可以采用不完全退火。冶金廠對(duì)于10～60＃鋼、15Cr～40Cr、20CrMn～35CrMn、40B～50B

11、、20CrMnSi～35CrMnSi、30CrMnTi～40CrMnTi等鋼材均采用不完全退火。 2.1.3過(guò)共析鋼的不完全退火——球化退火 過(guò)共析鋼和共析鋼在軋鍛后必須進(jìn)行退火，以利于切削加工和為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。過(guò)共析鋼因含碳量較高，鍛軋后空冷所得組織為片狀珠光體，硬度高（HB270以上），經(jīng)退火硬度可將為HB170～250,使片狀珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钪楣怏w。但過(guò)共析鋼不能采用完全退火，只能采用不完全退火，并且溫度不宜過(guò)高（稍過(guò)AC1以上）。主要是因?yàn)椋? （1）退火溫度高于ACM時(shí)鋼如為全部奧氏體，在冷卻時(shí)先析出的滲碳體將沿奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀分布的滲碳體。如圖3所示。 這種網(wǎng)

12、狀滲碳體使鋼變脆，嚴(yán)重降低鋼的性能，因此應(yīng)注意退火加熱溫度。 A Cm P 圖3 過(guò)共析鋼二次滲碳體呈網(wǎng)狀組織 圖4 過(guò)共析鋼的碳化物呈球狀組織 （2）為得到球狀珠光體（即滲碳體呈顆粒狀）如圖4所示。要得到粒狀珠光體必須采用加熱溫度稍高于AC1，否則不能球化或不完全球化。 獲得粒狀珠光體的退火稱為“球化退火”。是共析鋼及過(guò)共析鋼廣泛采用的預(yù)先熱處理工藝。冶金廠生產(chǎn)的碳工鋼，合金工具鋼和軸承鋼一般出廠前均進(jìn)行球化退火，以球化退火狀態(tài)交貨。球化退火鋼具有

13、以下優(yōu)點(diǎn)： ① 有較低的硬度。切削性能好； ② 為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備，球狀珠光體組織在以后淬火時(shí)變形及開(kāi)裂傾向小，有利于提高淬火質(zhì)量。 ③ 能改善淬火后的綜合機(jī)械性能，主要是沖擊韌性和耐磨性。 球化退火溫度一般采用AC1以上10～30℃。因在此溫度下過(guò)共析鋼組織是不均勻奧氏體和未溶的滲碳體，未溶的滲碳體以細(xì)小的顆粒分布于奧氏體中。在隨后的冷卻過(guò)程中，奧氏體析出滲碳體時(shí)，就以這些未溶滲碳體為核心長(zhǎng)大成為球狀滲碳體。如果溫度高，未溶滲碳體質(zhì)點(diǎn)減少，甚至完全溶于奧氏體中，則球化將不完全，而且可能出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體。球化退火工藝常用的有以下兩類： ① 一段保溫工藝如圖-5所示。即加熱到稍高于

14、AC1或AC1～ACM之間保溫后以非常緩慢的速度冷去下來(lái)，獲得細(xì)顆粒狀珠光體。 770 10℃ 9Mn2V,Cr13等 760 10℃ T10,T12等 740 10℃ T7,T8等 ② 二段保溫工藝如圖-6所示。 此工藝主要用于軸承鋼如GCr6,GCr9,GCr12,GCr15SiMn,GSiMnV,GsiMnVRe,GsiMnMoV, GsiMnMoVRe,GsiMoV,GsiMoRe等要求球化質(zhì)量高的和難于球化的鋼。。除了在AC1以

15、上保溫外，在緩冷到AC1以下（700℃）進(jìn)行第二階段保溫，這樣可以充分球化。 溫 度 AC1 ≯43℃/小時(shí) 均 650度 熱 2～4 出爐 4

16、 時(shí)間 圖-5 球化退火工藝曲線 78010℃ ≮30℃/小時(shí) 溫 度 70010℃ 均 ≯25℃

17、 熱 1～2 2～4 5 650℃出爐 時(shí)間 圖6 軸承鋼球化退火曲線 2.1.4擴(kuò)散退火（均勻化退火） 擴(kuò)散退火是把剛加熱到AC3以上200～250度（一般加熱溫度為1100～1200度）經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻下來(lái)的熱處理操作。它主要目的是為了消除鑄錠及鑄件

18、的枝晶偏析，通過(guò)原子在高溫狀態(tài)下的擴(kuò)散移動(dòng)使化學(xué)成分趨于均勻化。避免鋼材中的成分偏析及組織分層以及由此帶來(lái)的不良性能，提高鋼的機(jī)械性能及熱加工性能。 擴(kuò)散退火有以下缺點(diǎn)： （1）加熱溫度高保溫時(shí)間長(zhǎng)（達(dá)10～20小時(shí)）。因而成本高。鋼的燒損大。因此，除某些特別重要的合金鋼錠外，一般鋼種不采用擴(kuò)散退火，有些鋼種為達(dá)到擴(kuò)散退火化學(xué)成分均勻的目的，在熱加工前的加熱時(shí)適當(dāng)提高加熱溫度和延長(zhǎng)保溫時(shí)間就可以了。 （2）對(duì)于成型的鑄件，在經(jīng)擴(kuò)散退火后奧氏體晶粒粗大，降低性能。因此擴(kuò)散退火后要加一次完全退火或正火來(lái)細(xì)化組織，改善性能。 2.1.5等溫退火 對(duì)亞共析鋼，等溫退火是將鋼加熱到AC

19、3以上20～30度，然后快速冷卻到AC1以下某一溫度（此溫度按硬度要求而定）進(jìn)行保溫，保溫后出爐空冷，等溫保溫目的是使奧氏體等溫分解所要求的組織，獲得預(yù)期的性能。 完 AC3 全 AC1 退 火 等 溫 溫

20、 度 退 火 時(shí) 間 圖-7 完全退火與等溫退火曲線 等溫退火的優(yōu)點(diǎn)是： （1）

21、通過(guò)控制等溫分解的溫度來(lái)控制退火后的組織及性能。 （2）可以比完全退火節(jié)省時(shí)間。 等溫退火是完全退火的另一種形式。其工藝曲線如圖7所示。前面講得第二類球化退火即是鋼的等溫退火的實(shí)例。此外，對(duì)某些易產(chǎn)生白點(diǎn)的鋼種（CrNi、CrMn鋼），采用等溫退火（等溫冷卻）來(lái)防止白點(diǎn)產(chǎn)生。鋼中白點(diǎn)是指鋼中存在的微細(xì)裂紋，在鋼材縱斷面上此微細(xì)裂紋呈白色球狀，故稱白點(diǎn)。鋼中的白點(diǎn)形成是因鋼中所含氫氣未能充分溢出而造成的。生產(chǎn)實(shí)踐中已知，易產(chǎn)生白點(diǎn)的鋼種經(jīng)熱壓力加工鍛或軋后，必須采取等溫緩冷或等溫退火，使鋼中的氫充分溢出，防止和減少白點(diǎn)的出現(xiàn)。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明：這類鋼在C—曲線上的鼻子處，如在250～300度及6

22、00～640度的溫度范圍進(jìn)行等溫，氫的擴(kuò)散容易，有利于氫的溢出。其最簡(jiǎn)單的等溫曲線如圖-8所示： AC3 AC1 620～660℃ 空 冷 （a） （b） AC3 AC1 660～670℃ 250～300℃ （c）

23、 （d） 圖-8 等溫退火工藝曲線 應(yīng)該說(shuō)明，鋼種不同及等溫退火工藝不同，在生產(chǎn)中應(yīng)具體分析生產(chǎn)實(shí)際情況確定。 2.1.6低溫退火 低溫退火是把鋼加熱到AC1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后爐冷或空冷的熱處理。因加熱溫度低于AC1，不發(fā)生相變重結(jié)晶，因此這類退火只能達(dá)到以下目的。 （1）消除鋼中的殘余應(yīng)力； （2）對(duì)某些高合金空淬馬氏體類鋼起到回火作用，降低硬度，消除應(yīng)力； （3）對(duì)某些經(jīng)冷變形并具有加工硬化的鋼，可以消除加工硬化，通過(guò)再結(jié)晶改善組織性能。低溫退火廣泛應(yīng)用于冶金廠

24、的鋼材熱處理?，F(xiàn)分別簡(jiǎn)介如下： （1）高溫回火：某些中合金及高合金鋼，如18CrNiWA、25CrNiWA、30CrNiMi等等。這類鋼過(guò)冷奧氏體非常穩(wěn)定，在緩冷或空冷條件下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變或?yàn)樨愐痼w及少量珠光體組織。這類組織用一般退火達(dá)不到軟化目的，但是，采用高溫回火使馬氏體發(fā)生分為鐵素體與粒狀碳化物的回火索氏體組織，可以降低硬度達(dá)到軟化目的。 高溫回火工藝如圖-9所示。 某鋼廠按此高溫回火工藝處理如下鋼材： 12CrNi2A、20CrNiA、12Cr2Ni14A、18CrNiWA、30CrNiWA、PcrNiMo、37SiMnMoV、37SiMnMoWV 等等鋼材。

25、 AC1 20℃ 10℃ 610 空 70010℃ 冷 空 溫 均 冷 度 熱 2 ～ 4 1～3 時(shí)間 時(shí)間

26、 圖9 高溫回火工藝曲線 圖10 低溫退火工藝曲線 （2）消除應(yīng)力退火：亞共析的低合金及中合金鋼，在鍛軋過(guò)程中由于變形不均產(chǎn)生形變應(yīng)力，這種應(yīng)力不消除，將給以后的冷加工及熱處理造成危害。故必須消除。采用低溫退火可以達(dá)到消除應(yīng)力的目的。一般其加熱溫度為600～700℃，溫度高保溫時(shí)間可適當(dāng)縮短，加熱溫度低可用較長(zhǎng)的時(shí)間保溫。具體決定可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際確定。 低溫退火工藝如圖-10所示。某鋼廠采用此工藝的鋼種有：55～70、15CrA～55CrA、12CrMo～42CrMo、15CrMoA～35CrMoA、16Ni2VA～50CrV

27、A、18CrMnTi～40CrMnTi、12CrMoV～ 35CrMoV、PCr～PcrMo等等。 （3）冷加工硬化鋼的再結(jié)晶退火：冷加工（冷軋、拔或拉）鋼材，由于冷塑性變形產(chǎn)生加工硬化，使鋼的硬度強(qiáng)度增高、給進(jìn)一步冷變形加工造成困難。因此在兩次冷加工之間或冷加工后進(jìn)行在結(jié)晶退火，主要目的是消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)鋼的塑性和韌性。在結(jié)晶退火溫度一般在600～700℃，在此溫度下使變形的晶粒發(fā)生再結(jié)晶成為細(xì)小等軸晶組織。這種組織有較好的塑性，加熱溫度高，晶粒粗大對(duì)性能不利，在生產(chǎn)實(shí)際中根據(jù)鋼的成分及冷變形條件來(lái)具體確定。某廠深沖板08AI冷軋后再結(jié)晶退火工藝如圖-11所示。

28、另外，熱軋薄板，因終軋溫度低于再結(jié)晶溫度，如0.08～0.25%C的低碳鋼，在熱軋時(shí)開(kāi)軋溫度為800～900℃而終軋溫度在600～500℃，整個(gè)軋制過(guò)程中再結(jié)晶速度低于冷加工硬化速度，軋制后鋼處于加工硬化狀態(tài)，因此采用再結(jié)晶退火，改善組織調(diào)整性能。一般工廠采用600～700℃退火。其退火工藝如圖-12所示。 AC1 680～700 640℃ B2、B3普通板 600～640℃ 8～18/小時(shí) 630℃ B2、B3鍍鋅板 去外罩

29、溫 度 3 時(shí)間 時(shí)間 圖-11 08AI退火工藝曲線 圖-12 熱軋板退火工藝曲線 2.2□鋼的正火及其用用 2.2.1正火及其目的 正火（?；┚褪前唁摷訜岬紸C3或ACM以上30～50度保溫后在空氣中冷卻下來(lái)的熱處理操作。正火工藝曲線如圖-13所示。 正火的目的： （1）提高低碳

30、鋼的硬度，以利于切削加工。 （2）消除晶粒粗大魏氏組織及網(wǎng)狀滲碳體等缺陷，改善鋼的組織， （3）細(xì)化晶粒提高鋼的機(jī)械性能。 2.2.2正火與完全退火比較 正火與完全退火均是將鋼加熱到AC3以上， AC3 + 30～50℃ 使其發(fā)生相變重結(jié)晶，冷卻所得組織均為珠光 AC3（ACM） 體組織，都能改善組織，只是由于冷卻速度不

31、 同其珠光體組織粗細(xì)程度不同。 （1）正火與退火加熱溫度幾乎相同，但 正火溫度稍高。 空冷 （2）正火冷卻速度（空冷）較退火冷卻 （爐冷）快，因而正火組織較細(xì)，退火組織 較粗。正火性能高于退火性能。 （3）正火生產(chǎn)周期短，成本低。而退火生 圖-13 正火工藝曲線 產(chǎn)周期長(zhǎng)成本高。 （4）退火冷速慢，對(duì)消除應(yīng)力及某些鋼的魏氏組織有利。但不能消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體。但對(duì)消除魏氏組織不如退火。兩者均可消除鋼的鐵素體帶狀組織。 2.2.3正火的應(yīng)用 低碳（小于0.

32、25%）鋼及低合金鋼采用退火時(shí)，硬度只有HB120～105，切削加工時(shí)粘刀及表面光潔度不好，為改善這些鋼的切削加工性能必須采用正火提高硬度HB140～170左右，同時(shí)強(qiáng)度和韌性較高。這主要是因?yàn)檎鹛幚砝鋮s速度快，所得到的組織為較細(xì)片狀珠光體。因此某些低合金鋼和低碳鋼采用正火作改善加工性能的熱處理手段。 對(duì)于含碳（0.25～0.50%）之間的中碳鋼，正火及退火均可以使用，但正火性能較好。其中含碳>0.35%鋼，雖然正火后硬度稍高。切削有些困難，但正火周期短，生產(chǎn)率高。所以一般也采用正火。有時(shí)為軟化也采用退火。其它一些合金鋼和含碳較高的鋼采用正火硬度可超過(guò)HB200以上。因此，須要切削加工時(shí)必

33、須采用退火。 正火工藝曲線如圖-14所示。 某鋼廠的正火工藝如圖，鋼號(hào)是：10～50＃，15～50Mn,18CrMnTi等鋼。 對(duì)于過(guò)共析鋼（工具量具用鋼）一般采用球化退火。但如果有網(wǎng)狀滲碳體存在時(shí)，則必須首先采用正火消除網(wǎng)狀。在正火冷卻時(shí)，如果冷速過(guò)快，使?jié)B碳體來(lái)不及析出，則共析的奧氏體能直接冷卻形成珠光體組織——這種珠光體稱為“偽共析”。如將奧氏體過(guò)冷到如圖-15的S′E′G″以下區(qū)域內(nèi)時(shí)，先共析滲碳體（鐵素體）都是過(guò)飽和的。所以先共析滲碳體來(lái)不及析出，使奧氏體直接全部析出珠光體組織。 G E 溫 溫 AC1 度 度 E′ G″

34、 時(shí)間 時(shí)間 圖-14 鋼材正火工藝曲線 圖-15 發(fā)生偽共析鋼轉(zhuǎn)變示意圖 3□□鋼的淬火 3.1□淬火的意義及目的 淬火是把鋼加熱到AC1或AC3以上保溫一定時(shí)間，然后急冷（快速）下來(lái)使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織。但在實(shí)際生產(chǎn)中特大型零件淬火往往不一定全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，甚至得不到馬氏體，因此又有一個(gè)廣義的淬火定義：淬火就是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，保溫后急速冷卻下來(lái)，得到不平衡的組織（屈氏體、貝茵體、馬氏體及殘余奧氏體）

35、的熱處理。淬火是賦予鋼材最終性能的關(guān)鍵工序，其主要目的是： （1）對(duì)工具和易磨損的零件主要是提高抗磨性能增加使用壽命，淬火的主要作用是提高鋼的硬度和強(qiáng)度。因此淬火是工具及易損零件的主要熱處理工序。 （2）對(duì)于結(jié)構(gòu)材料淬火然后回火的目的時(shí)提高綜合機(jī)械性能，使鋼的強(qiáng)度及韌性很好配合。一般均是在淬火后給予適當(dāng)溫度的回火，即所謂“調(diào)質(zhì)”處理。這種調(diào)質(zhì)處理可使鋼件達(dá)到高的綜合機(jī)械性能，是結(jié)構(gòu)材料常用的熱處理工藝。 （3）對(duì)某些特殊鋼，通過(guò)淬火可以使其達(dá)到滿意的物理、化學(xué)性能。如永磁材料經(jīng)淬火后可能獲得最大的矯頑力。 3.2□淬火溫度的選擇： 淬火加熱溫度取決于鋼的臨界點(diǎn)AC1和AC3,各種碳鋼

36、和低合金鋼的淬火加熱溫度選擇可參考圖-16所示的溫度范圍。 亞共析鋼AC3以上30～50℃ 過(guò)共析鋼AC1以上30～50℃ 溫 A3 ACm 度 A1 時(shí)間 圖-16 淬火加熱溫度示意圖 為什么亞共析鋼必須加熱到AC3以上呢? 因?yàn)閬喒参鲣撛诖慊鹎耙话銥橹楣怏w加先共析鐵素體，如果加熱溫度低于AC3即在AC1～AC3之間，組織中有殘存的鐵素體未能溶解。此組

37、織經(jīng)淬火后得到組織為馬氏體加非常軟的鐵素體。 即F + P AC3 + 30～50℃ A細(xì) + F 淬火 M細(xì) + F 因不能全部獲得馬氏體，所以硬度低，綜合性能也較差。因此，對(duì)于亞共析鋼的淬火必須在AC3以上30～50℃。從生產(chǎn)實(shí)踐已知，加熱溫度過(guò)高，將使奧氏體晶粒粗大，淬火所得馬氏體也粗大使性能下降。當(dāng)然，對(duì)于某些合金鋼為使其中難溶的碳化物全部都溶于奧氏體中，加熱溫度可以超過(guò)上述所限溫度。 對(duì)于過(guò)共析鋼，如工磨具鋼，因其要求有較高的硬度和耐磨性，必須采用不完全淬火，其加熱溫度在AC1～ACM之間。這樣的加熱溫度可以使鋼保留部分碳化物未溶于奧氏體中，淬火后所得組

38、織是淬火馬氏體和碳化物。碳化物具有高的硬度及抗磨性，因此不完全淬火組織也具有高的硬度及抗磨性。其組織轉(zhuǎn)變是： CMN.AC1 + 30～50℃ CMN 淬火 P + A + 細(xì) M細(xì) + CMN 如果加熱溫度高于ACM以上，碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體碳含量增加，增長(zhǎng)了晶粒長(zhǎng)大傾向，淬火后所得馬氏體粗大。另外奧氏體碳含量增加，使奧氏體穩(wěn)定性增大。淬火后殘余奧氏體增多。因此這種加熱溫度，使鋼硬度降低，淬火開(kāi)裂傾向增加。 如果加熱溫度低于AC1,則不能發(fā)生奧氏

39、體淬火轉(zhuǎn)變成馬氏體所以是不能改變組織及性能，達(dá)不到淬火目的。 常用鋼的淬火加熱溫度及其臨界點(diǎn) 鋼號(hào) AC1（℃） AC3（℃） 淬火溫度 鋼號(hào) AC1（℃） AC3（℃） 淬火溫度 30 725 820 840～860 35CrMn2 725 780 860 35 725 805 840～860 35CrMnSi 725 840 890 40 725 790 830～850 65Mn 720 745 830 45 725 775 830～840 60Si2Mn 7

40、60 780 870 50 725 765 820～840 55SiMn 760 780 820 70 725 745 800～820 60Si2CrA 765 780 850 75 725 745 800～820 60Si2CrVA 770 780 850 T8A 725 780～800 9CrSi 770 870 830～860 T9A 730 780～800 Cr 740 900 830～860 T10A 730 800 760～780 CrMn 740 980 800～830 T1

41、3A 730 830 760～780 CrW5 760 800～820 35SiMn 740 810 840～860 8CrV 740 900 800～820 40B 730 790 840 Cr2MnSi 745 900 830～860 40Cr 735 780 830～850 Cr06 730 950 790～810 35Mn2 718 780 800～820 GCr15 745 900 840～860 45Mn2 718 765 830～850 GW15SiMn 755 900 830～840

42、 40CrMnMo 735 786 850 W9Cr4V 810 1200～240 T12A 730 820 760～780 W18Cr4V 820 1260～1280 3.3□淬火冷卻速度及淬火劑 正確及合理的加熱溫度，只能是淬火得到馬氏體的必要條件，不是充分條件。要達(dá)到淬火所預(yù)期的結(jié)果還必須選擇好正確的冷卻速度，否則淬火操作將達(dá)不到預(yù)期的目的。 從大量的科學(xué)實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)實(shí)踐已知，對(duì)任一種剛來(lái)說(shuō)為了獲得馬氏體組織都要有一個(gè)冷卻速度。即常用的臨界淬火冷卻速度（V臨界表示）。在實(shí)際淬火操作中必須使冷卻速度大于該鋼的臨界冷卻速度，即V實(shí)際＞V臨界。 所謂臨

43、界冷卻速度等的因素，從生產(chǎn)實(shí)踐已知V臨界是決定于“C”曲線的位置，“C” 曲線靠左邊，V臨界愈大，“C”曲線愈靠右，V臨界愈小。鋼中碳含量愈低，“C”曲線靠左，V臨界愈大。所以低碳鋼需要在堿溶液才能淬成馬氏體，鋼中加入合金元素，一般是使“C”曲線右移，使V臨界降低。延緩?qiáng)W氏體分解速度，所以合金鋼可以在油中淬成馬氏體，而某些合金鋼甚至空冷得到馬氏體。 從提高硬度的觀點(diǎn)來(lái)看，淬火冷卻速度愈大愈好，因冷速大能保證馬氏體組織。但是從應(yīng)力（也就是變形與開(kāi)裂）的觀點(diǎn)來(lái)看，冷去速度愈小愈好。根據(jù)鋼的“C”曲線如圖-17所示的情況可知，只要在650～500℃快冷，越過(guò)“C”曲線的“鼻子”區(qū)就可以躲開(kāi)奧氏體

44、分解。隨后就是緩慢冷卻也會(huì)達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變。這樣可以免除淬火開(kāi)裂危險(xiǎn)。在MS點(diǎn)以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，體積膨脹1～4%，這樣就會(huì)產(chǎn)生巨大應(yīng)力，并且馬氏體塑性很差，所以在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷卻太快容易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。 A C1 溫 度 時(shí)間 因此，淬火冷去介質(zhì)（淬火劑）最好在高溫區(qū)650～500℃冷去速度快，而在低溫區(qū)300～200℃冷卻速度慢。但是這種理想的淬火介質(zhì)，還有待于我們?nèi)パ芯堪l(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在生產(chǎn)中常用的淬火介質(zhì)都有缺點(diǎn)，這有待我們?nèi)ソ鉀Q。 目前常用的淬火介

45、質(zhì)的冷卻能力如表—所示。 淬火介質(zhì) 冷卻速度（“0”/ 秒 ） 550～650℃區(qū)間 200～300℃區(qū)間 水（18℃） 600 270 水（26℃） 500 270 水（50℃） 100 270 水（74℃） 30 200 10%性鋼水溶液（18℃） 1200 300 10%NaCL水溶液 1100 300 礦物曲 150 30 從表中可以看出，水的冷卻能力是很強(qiáng)的。它是應(yīng)用最廣泛的淬火介質(zhì)。主要用于碳鋼及低淬透性鋼的淬火。水的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)安全好用，來(lái)源豐富。在高溫區(qū)冷卻速度快，可抑制馬氏體分解，保證得到淬火馬氏體。但水的最大缺點(diǎn)是在低溫區(qū)3

46、00～200℃冷卻快，易使淬火件發(fā)生變形與開(kāi)裂。改變水的溫度可以適當(dāng)?shù)慕档透邷貐^(qū)冷卻能力，同時(shí)對(duì)低溫區(qū)影響也小。所以根據(jù)淬火鋼件的材質(zhì)不同，可適當(dāng)調(diào)節(jié)水的溫度。水中加入鹽或堿（如5～10%NaCL或NaOH）的水溶液。能夠加速蒸汽膜的破裂、降低表面張力，增加冷卻能力并使冷卻均勻。 油（植物油和礦物油）也是用的比較廣泛的淬火介質(zhì)，它的優(yōu)點(diǎn)是在低溫區(qū)冷卻緩慢，不易引起變形開(kāi)裂。但在高溫區(qū)冷卻比較慢，不易保證得到馬氏體，所以油多用于淬透性較好的合金鋼。 還有一些其它淬火介質(zhì)，可根據(jù)具體情況來(lái)選定。 3.4□淬透性 3.4.1淬透性的意義 在一定加熱和冷卻條件下，鋼能否被淬透，這取決于鋼接受

47、淬火的能力——淬透性。鋼的淬透性一般用淬成馬氏體層的深度來(lái)表示。 淬火時(shí)，鋼表面冷卻快，愈向心部冷卻速度愈慢，如果鋼中心部分冷卻速度達(dá)到或超過(guò)該鋼的臨界淬火速度，鋼件就全部淬成馬氏體。如果距鋼件表面某一深度的冷卻速度小于臨界淬火速度時(shí)，鋼件就不能全部淬成馬氏體。鋼件表面為馬氏體，內(nèi)部則根據(jù)冷卻速度的不同可能是貝茵體、珠光體及鐵素體。 在一定的淬火劑中各種鋼的淬透深度是不同的，淬硬層深的就叫淬透性好。淬透性小的就叫淬透性差。 各種鋼的淬透性大小取決于鋼的臨界淬火速度。假如圖18中的U型曲線表示在某冷卻介質(zhì)中淬火鋼試棒截面上各點(diǎn)冷卻速度的分布，而Va、Vb、Vc分別代表鋼a、b、c的臨界淬火

48、速度，顯然，對(duì)鋼a來(lái)說(shuō)，由于截面上各點(diǎn)冷卻速度都大于其臨界淬火速度Va，故鋼棒a全部淬成馬氏體，對(duì)鋼b則只表面淬成馬氏體，對(duì)c鋼則未淬成馬氏體?？梢?jiàn)，鋼的臨界淬火速度愈小表明該鋼的淬透性愈好，淬透層愈深。因此影響“C”曲線左右移動(dòng)的因素均影響鋼的淬透性能。 Vc Vb

49、 Va 3.4.2淬透性的測(cè)定（略） 3.5□淬火方法及應(yīng)用 3.5.1單液淬火法 把加熱鋼件放在一種冷卻介質(zhì)中冷卻至室溫、這種 方法稱為單液淬火。一般介質(zhì)為水或油，多用于尺寸較 小和形狀簡(jiǎn)單的鋼件。對(duì)于碳鋼由于其臨界淬火速度較 大，一般用水好或鹽、堿水溶液做淬火介質(zhì)，保證淬成 馬氏體組織。但是這種淬火介質(zhì)低溫段冷卻能力較強(qiáng)， 易引起鋼件的變形及開(kāi)裂，故使用時(shí)應(yīng)特別注意。對(duì)于 的尺寸較大碳鋼（直徑大于10㎜）淬入水中也難淬透。 對(duì)于

50、合金鋼一般可以油淬，因合金鋼臨界淬火速度小， 在冷卻能力小的介質(zhì)中也可以淬透，同時(shí)可以防止變形 與開(kāi)裂。 3.5.2雙液淬火法 常用的是水淬油冷。先把加熱工件淬入水中，使鋼 件快速冷卻通過(guò)奧氏體穩(wěn)定區(qū)，然后再轉(zhuǎn)入冷卻能力較 緩慢的油中，使其緩慢冷卻至室溫。其優(yōu)點(diǎn)是避免在馬 氏體轉(zhuǎn)變區(qū)產(chǎn)生太大的應(yīng)力，以減少淬火變形與開(kāi)裂。 如圖19所示。 圖18 三種鋼淬硬情況 示意圖

51、Ac3 Ac3 Ac1 Ac1 水淬 Ms Ms 油冷 圖19 雙液淬火示意圖 圖20 分級(jí)淬火示意圖 雙液淬火操作中關(guān)鍵問(wèn)題是掌握好在各種介質(zhì)中的淬火停留時(shí)間，如在第一介質(zhì)中停留時(shí)間短，鋼件溫度未降到“C”曲線鼻子下部就淬入第二介質(zhì)中，沒(méi)有達(dá)到雙液淬火目的，等于用第二介質(zhì)單液淬火。反之，如在第一介質(zhì)中停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，鋼件在第一介質(zhì)中即冷卻到Ms點(diǎn)以下，產(chǎn)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，這就等于在第一介質(zhì)中進(jìn)行單液淬火了，易發(fā)生變形與開(kāi)裂。故必須控制好在第一介質(zhì)中的停留時(shí)間。 3.5.3分級(jí)淬火 是

52、將加熱鋼件放在溫度略高于Ms點(diǎn)的淬火介質(zhì)中保溫一定時(shí)間，但在保溫時(shí)間內(nèi)不許發(fā)生奧氏體向貝茵體轉(zhuǎn)變，使其內(nèi)外溫度均勻后再冷卻到Ms點(diǎn)以下，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。其冷卻特點(diǎn)如圖20所示。其實(shí)是雙液淬火的變種，第一介質(zhì)一般是在熔鹽（硝酸鹽及苛性鈉）內(nèi)冷卻保溫。然后進(jìn)行空冷到室溫。其優(yōu)點(diǎn)是，在第一介質(zhì)中等溫停留時(shí)鋼件內(nèi)外溫度均勻，從而減少馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的組織應(yīng)力，避免淬火變形及開(kāi)裂產(chǎn)生。但其只用于尺寸較?。ㄖ睆叫∮?0～12㎜）的碳鋼及（直徑小于20～30㎜）的合金鋼件。尺寸大時(shí)，第一介質(zhì)淬火能力不足，可出現(xiàn)中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。 3.5.4等溫淬火 是將加熱鋼件淬入到溫度高于Ms點(diǎn)的熔鹽介質(zhì)中，在

53、此介質(zhì)中產(chǎn)生等溫奧氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)轉(zhuǎn)變完成后取出冷卻至室溫。其所得組織不是馬氏體組織，而是下貝茵體組織，因?yàn)樵诘葴貢r(shí)發(fā)生奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變成下貝茵體。下貝茵體硬度稍低于馬氏體，但韌性較高。淬火變形及開(kāi)裂危險(xiǎn)性小，故生產(chǎn)中常采用此法。等溫淬火如圖21所示。 Ac3 Ac1 Ms 圖21 等溫淬火示意圖 3.5.5冷處理 是將淬火到室溫的鋼件繼續(xù)深冷至零度依稀的操作。其目的是使鋼中的殘留奧氏體進(jìn)一步向馬氏體轉(zhuǎn)變。常用介質(zhì)為液態(tài)空氣（－180℃）或干冰

54、（－78℃）.用于對(duì)殘留奧氏體量要求嚴(yán)格的合金鋼鋼件。 3.5.6淬火缺陷及防止方法 1）硬度不足 2）軟點(diǎn) 3）變形與開(kāi)裂 4□□鋼的回火 鋼件淬火后，還必須經(jīng)過(guò)回火才能使用。就是將淬火鋼件加熱到A1以下某一溫度，保溫后冷卻到室溫。目的是消除淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定鋼件的組織，提高鋼的韌性，并獲得各種機(jī)械性能的良好配合。 4.1□回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 4.1.1馬氏體的分解（由室溫到200℃ ） 4.1.2殘留奧氏體的分解（200～300℃） 4.1.3固溶體的進(jìn)一步分解，碳化物（FeXC）的形成及內(nèi)應(yīng)力的消除（300～400℃） 4.1.4在400℃以上，碳化物進(jìn)一步聚集長(zhǎng)大。 4.1.5鋼在350～500℃回火時(shí)得到的極細(xì)的鐵素體與滲碳體的混合物稱為回火屈氏體。 4.2□回火后鋼的性能變化 總的變化規(guī)律是：隨回火溫度的升高，硬度、強(qiáng)度下降而塑性、韌性提高。 4.3□回火工藝 4.3.1回火溫度 1）低溫回火（150～230℃） 2）中溫回火（400～480℃） 3）高溫回火（500～650℃） 4.3.2回火時(shí)間 4.3.3冷卻 通常空冷，對(duì)于具有第二類回火脆性的鋼，在高溫回火后必須油冷或水冷。 18