1、熱處理原理及工藝熱處理原理及工藝（16）n20CrMnTi、30、45 、T12、9SiCr 等材料制造的工件切等材料制造的工件切削前應(yīng)采取何種預(yù)備熱處理？削前應(yīng)采取何種預(yù)備熱處理？n一批一批40Cr鋼制臺(tái)階軸，其直徑分別為鋼制臺(tái)階軸，其直徑分別為 25mm, 50mm, 100mm.，經(jīng)，經(jīng)870 C奧氏體化正火后，奧氏體化正火后，其硬度分別為：其硬度分別為：HB229,HB223,HB217,試分析產(chǎn)生不同試分析產(chǎn)生不同硬度的原因。硬度的原因。n有一批有一批ZG45鋼件，外形復(fù)雜，而機(jī)械性能要求高，鑄鋼件，外形復(fù)雜，而機(jī)械性能要求高，鑄后應(yīng)采用何種熱處理？為什么？后應(yīng)采用何種熱處理？為什么

2、？第三章第三章 淬火與回火淬火與回火 Quenching and Tempering鋼的最重要的強(qiáng)化手段：淬火鋼的最重要的強(qiáng)化手段：淬火將鋼加熱將鋼加熱A化后，以大于化后，以大于臨界冷速冷卻獲得臨界冷速冷卻獲得M的的熱處理工藝熱處理工藝淬火淬火主要目的是：主要目的是：工具鋼工具鋼,硬度、強(qiáng)度、耐硬度、強(qiáng)度、耐磨性。磨性。結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼,與不同與不同T的回火的回火相配合，獲得不同的強(qiáng)韌、相配合，獲得不同的強(qiáng)韌、塑的配合，滿足不同的性塑的配合，滿足不同的性能要求。能要求。臨臨界界冷冷速速低碳板條馬氏體組織低碳板條馬氏體組織高碳針狀馬氏體組織高碳針狀馬氏體組織3-1 3-1 淬火工藝參數(shù)的確定淬火工藝

3、參數(shù)的確定n淬火淬火工藝參數(shù)工藝參數(shù)的確定的確定: 加熱溫度加熱溫度/ /保溫時(shí)間保溫時(shí)間/ /冷卻條件冷卻條件1、淬火、淬火加熱溫度加熱溫度T一般原則：一般原則： 亞共析鋼亞共析鋼：Ac3+3050， 共析、過共析鋼共析、過共析鋼:Ac1+3050AA+FA+Fe3CA1A3AcmFe淬淬火火溫溫度度強(qiáng)韌性強(qiáng)韌性晶粒不粗化晶粒不粗化低氧化脫碳變形開裂低氧化脫碳變形開裂n加熱溫度確定還需加熱溫度確定還需考慮：工件的考慮：工件的形狀、尺寸、原形狀、尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻因素始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻因素的影響。的影響。如：如：形狀復(fù)雜，易變形開裂形狀復(fù)雜，易變形開裂的工件

4、，的工件，加熱速度較慢加熱速度較慢時(shí)，時(shí)，淬火淬火T可取可取下限下限。工件工件尺寸大尺寸大，且，且加熱加熱速度快速度快，溫度可選，溫度可選高高一些。一些。加熱加熱速度快速度快，起始起始晶粒細(xì)晶粒細(xì)，允許采取，允許采取高高溫。溫。原始組織中原始組織中先共析先共析F F比較大比較大，或，或P P片間距較大片間距較大，為，為加速加速A均勻化均勻化過程，過程，T淬淬可取得可取得高高一些一些選用選用冷速較低的淬火介質(zhì)冷速較低的淬火介質(zhì)和淬火方法時(shí)，為增加和淬火方法時(shí)，為增加過冷過冷A A的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性，防止淬火時(shí)發(fā)生，防止淬火時(shí)發(fā)生P轉(zhuǎn)變，常取轉(zhuǎn)變，常取稍稍高高的加熱的加熱T2.保溫時(shí)間的確定保溫時(shí)間

5、的確定HK3、冷卻方式、冷卻方式n 冷卻方式包括冷卻方式包括淬火方法選擇淬火方法選擇及淬火及淬火介質(zhì)選擇介質(zhì)選擇。n選用選用合適的淬入方式合適的淬入方式:保證產(chǎn)品質(zhì)量保證產(chǎn)品質(zhì)量 基本原則基本原則： 保證工件得到最均勻的冷卻；保證工件得到最均勻的冷卻； 以最小阻力方向淬入；以最小阻力方向淬入； 工件的重心穩(wěn)定。工件的重心穩(wěn)定。具體操作方法：具體操作方法：（1）厚薄不均厚薄不均的工件，的工件，厚厚的部分的部分先淬先淬入。入。（2）細(xì)長(zhǎng)細(xì)長(zhǎng)工件一般應(yīng)工件一般應(yīng)垂直淬入垂直淬入。（3）薄而平薄而平的工件應(yīng)的工件應(yīng)側(cè)側(cè)放著淬入。放著淬入。（4）薄壁環(huán)狀薄壁環(huán)狀零件零件沿其軸線方向沿其軸線方向淬入。淬入

6、。（5）閉腔閉腔或或盲孔盲孔工件使腔口或孔向上淬入工件使腔口或孔向上淬入（6）截面不對(duì)稱截面不對(duì)稱的工件應(yīng)以一定角度斜著的工件應(yīng)以一定角度斜著淬入。淬入。 l保證保證工件冷速工件冷速V臨界淬臨界淬火冷速火冷速VC。l工件變形開裂傾向小。工件變形開裂傾向小。工件尺寸一定時(shí)，冷速越工件尺寸一定時(shí)，冷速越快：快： 1.獲得獲得較大的淬硬深度較大的淬硬深度。 2.容易引起變形開裂容易引起變形開裂。3-2 淬火介質(zhì)（淬火介質(zhì)（quenching agent）一、對(duì)淬火介質(zhì)的要求：一、對(duì)淬火介質(zhì)的要求：二、二、淬火介質(zhì)冷卻能力淬火介質(zhì)冷卻能力的測(cè)定的測(cè)定1、硬化性能試驗(yàn)法硬化性能試驗(yàn)法： 利用利用一定尺寸

7、一定尺寸的工件在的工件在淬火后淬火后獲得的獲得的硬度硬度來(lái)來(lái)評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)淬火淬火介質(zhì)的冷卻能力介質(zhì)的冷卻能力。 生產(chǎn)中生產(chǎn)中可采用，研究淬火介質(zhì)冷卻特性時(shí)可采用，研究淬火介質(zhì)冷卻特性時(shí)很少應(yīng)用很少應(yīng)用2、直接冷卻性能測(cè)定法直接冷卻性能測(cè)定法 熱電偶探頭測(cè)定法，最常用的是熱電偶探頭測(cè)定法，最常用的是銀球探頭法銀球探頭法 20mm20mm銀球，幾何中心銀球，幾何中心安放熱電偶絲，將銀球加安放熱電偶絲，將銀球加熱到熱到18009001800900淬入淬入淬淬火介質(zhì)火介質(zhì)中，連續(xù)記錄探頭中，連續(xù)記錄探頭溫度的變化，并自動(dòng)記錄溫度的變化，并自動(dòng)記錄冷卻曲線。冷卻曲線。 試樣溫度與冷卻時(shí)間的關(guān)系試樣溫度與冷卻

8、時(shí)間的關(guān)系冷卻速度與試樣溫度的關(guān)系冷卻速度與試樣溫度的關(guān)系具有物態(tài)變化的冷卻介質(zhì)冷卻特性曲線示意圖具有物態(tài)變化的冷卻介質(zhì)冷卻特性曲線示意圖3 淬火烈度淬火烈度(冷卻強(qiáng)度冷卻強(qiáng)度)（quenching-Intensity） 統(tǒng)一的統(tǒng)一的度量度量淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)冷卻能力冷卻能力的標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn) 以以18靜止的水靜止的水的冷卻能力作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其的冷卻能力作為標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定其淬火烈度淬火烈度H=1，與之相比較，可以，與之相比較，可以相對(duì)地相對(duì)地確定確定各各種介質(zhì)種介質(zhì)在不同溫度下相對(duì)應(yīng)的淬火烈度值。在不同溫度下相對(duì)應(yīng)的淬火烈度值。 各種介質(zhì)在一定溫度下的各種介質(zhì)在一定溫度下的H值值 7 2 0 550200

9、 7 2 0 55020010%NaOH2.061.3950H2O0.170.950H2O1.061.02100H2O0.0440.7118H2O1.001.00植物油植物油0.300.0552 5 H2O0.721.11真空真空0.0110.073三、淬火介質(zhì)的種類及特性三、淬火介質(zhì)的種類及特性 根據(jù)介質(zhì)物理特性，可分為兩大類：根據(jù)介質(zhì)物理特性，可分為兩大類： 淬火時(shí)淬火時(shí)發(fā)生發(fā)生物態(tài)變化物態(tài)變化的淬火介質(zhì)的淬火介質(zhì) 淬火時(shí)淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化不發(fā)生物態(tài)變化的淬火介質(zhì)的淬火介質(zhì)（一）有（一）有物態(tài)變化物態(tài)變化的淬火介質(zhì)的淬火介質(zhì)1、冷卻機(jī)理、冷卻機(jī)理 赤熱工件赤熱工件放入淬火介質(zhì)中后的冷卻過

10、程：放入淬火介質(zhì)中后的冷卻過程：（1）蒸氣膜階段）蒸氣膜階段（2）沸騰階段）沸騰階段（3）對(duì)流階段）對(duì)流階段 高溫高溫低溫低溫2、常用淬火介質(zhì)、常用淬火介質(zhì)1）水）水u特點(diǎn)特點(diǎn)最常用、經(jīng)濟(jì)，化學(xué)穩(wěn)定性高，熱容量較大。最常用、經(jīng)濟(jì)，化學(xué)穩(wěn)定性高，熱容量較大。冷卻特性特點(diǎn)冷卻特性特點(diǎn)（1 1）650650550550 : : 冷速冷速200/s； 300300200200， 冷速冷速：高達(dá)高達(dá)770/s（2）水溫升高，高溫區(qū)冷卻能力水溫升高，高溫區(qū)冷卻能力，低溫區(qū)冷卻能力還很大低溫區(qū)冷卻能力還很大 .u 使用溫度使用溫度2040，最高不，最高不 超過超過60 .（3）增加增加水的水的攪拌攪拌（或流

11、動(dòng)），促使蒸氣膜穩(wěn)定性降低，（或流動(dòng)），促使蒸氣膜穩(wěn)定性降低，高溫冷卻能力高溫冷卻能力，但低溫區(qū)冷速仍很大，但低溫區(qū)冷速仍很大，不減少開裂危不減少開裂危險(xiǎn)。險(xiǎn)。（4 4）水中）水中摻入摻入油、肥皂等油、肥皂等不溶或微溶不溶或微溶雜質(zhì)雜質(zhì)：高：高溫冷速溫冷速，而低溫冷速仍很快，而低溫冷速仍很快，降低水的冷卻降低水的冷卻能力能力. .u優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：冷卻能力強(qiáng)，清潔、安全、價(jià)格低，：冷卻能力強(qiáng)，清潔、安全、價(jià)格低，不需清洗。不需清洗。 在可能情況下應(yīng)廣泛使用在可能情況下應(yīng)廣泛使用.u缺點(diǎn)缺點(diǎn)：M 轉(zhuǎn)變區(qū)冷速大，易開裂轉(zhuǎn)變區(qū)冷速大，易開裂.u適用適用：形狀簡(jiǎn)單，尺寸不大形狀簡(jiǎn)單，尺寸不大的的碳鋼件碳鋼件

12、. . 在在高溫區(qū)高溫區(qū)（650550）的冷卻）的冷卻能力能力約為水的約為水的10倍倍冷卻能力受溫度的影響，冷卻能力受溫度的影響，60，冷卻能力冷卻能力一般使鹽水保持在一般使鹽水保持在20402）鹽水、堿水溶液（）鹽水、堿水溶液（510%鹽、堿）鹽、堿）n冷卻特點(diǎn)冷卻特點(diǎn)：蒸汽膜階段極短蒸汽膜階段極短，特性溫度（指蒸，特性溫度（指蒸汽膜破裂，進(jìn)入沸騰階段的溫度）高。汽膜破裂，進(jìn)入沸騰階段的溫度）高。 n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 低溫冷速仍很大低溫冷速仍很大。 對(duì)工件有腐蝕作用，淬火后必須清洗。對(duì)工件有腐蝕作用，淬火后必須清洗。 堿水對(duì)皮膚有刺激作用，且易于老化變質(zhì)堿水對(duì)皮膚有刺激作用，且易于老化變質(zhì) 堿水

13、使用受到一定的限制。堿水使用受到一定的限制。n適用范圍：適用范圍：用于用于形狀簡(jiǎn)單，尺寸較大形狀簡(jiǎn)單，尺寸較大的的碳素結(jié)構(gòu)鋼件碳素結(jié)構(gòu)鋼件淬火，還可對(duì)淬火，還可對(duì)大截面大截面的的碳素工具鋼碳素工具鋼，低合金鋼工件用，低合金鋼工件用鹽鹽- -油雙介質(zhì)淬火油雙介質(zhì)淬火。 3）油）油(主要用礦物油主要用礦物油) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：低溫冷速低低溫冷速低，(油沸點(diǎn)油沸點(diǎn)150150300300，進(jìn)入對(duì)流階，進(jìn)入對(duì)流階段開始段開始T比水高。對(duì)流階段范圍比較寬。比水高。對(duì)流階段范圍比較寬。 油油高溫冷卻能力很小高溫冷卻能力很小，只有水的，只有水的1/31/6。) ) 65055030020020靜水靜水180/s

14、770/s20循環(huán)水循環(huán)水360/s770/s10號(hào)機(jī)油號(hào)機(jī)油60/s27/s提高油溫，可提高油溫，可粘度，流動(dòng)性粘度，流動(dòng)性油的冷卻能力油的冷卻能力，油溫一般在油溫一般在6080，過高，達(dá)到，過高，達(dá)到閃點(diǎn)閃點(diǎn)，易著火。易著火。油易老化，需定期過濾或更換。油易老化，需定期過濾或更換。淬油后表面易沾污，不夠光潔。淬油后表面易沾污，不夠光潔。光亮淬火油光亮淬火油 灰分雜質(zhì)少灰分雜質(zhì)少 表面不沉積碳黑表面不沉積碳黑 加入高抗氧化能力的添加劑加入高抗氧化能力的添加劑真空淬火油真空淬火油-飽和蒸氣壓低n適用適用 ： “C”鼻尖處冷速較低鼻尖處冷速較低, ,截面較大的截面較大的C鋼及低合金鋼鋼及低合金鋼

15、不易淬硬不易淬硬. . 適用于適用于形狀復(fù)雜形狀復(fù)雜的的中小型中小型合金鋼合金鋼或或尺寸小尺寸小的的碳鋼碳鋼。 （二）無(wú)物態(tài)變化的淬火介質(zhì)（二）無(wú)物態(tài)變化的淬火介質(zhì) 熔鹽及融化金屬。熔鹽及融化金屬。 共同特點(diǎn)共同特點(diǎn):u 傳導(dǎo)和對(duì)流傳導(dǎo)和對(duì)流帶走熱量。帶走熱量。u 冷卻能力冷卻能力取決于：介質(zhì)本身的取決于：介質(zhì)本身的物性物性（比熱、（比熱、導(dǎo)熱性、流動(dòng)性等），介質(zhì)與工件導(dǎo)熱性、流動(dòng)性等），介質(zhì)與工件溫差溫差。u 適用：適用：分級(jí)淬火分級(jí)淬火和和等溫淬火等溫淬火。冷卻特點(diǎn)：冷卻特點(diǎn)：工件溫度工件溫度高時(shí)，冷速很高，工件高時(shí)，冷速很高，工件溫度接近介質(zhì)溫度時(shí)，溫度接近介質(zhì)溫度時(shí)，冷速迅速冷速迅速。

16、缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：a a）腐蝕性大，）腐蝕性大，b b）蒸發(fā)的堿蒸氣對(duì)人體）蒸發(fā)的堿蒸氣對(duì)人體有害，有害，c c）有些堿浴原料）有些堿浴原料太貴太貴 硝鹽浴對(duì)鋼件有氧化腐蝕傾向硝鹽浴對(duì)鋼件有氧化腐蝕傾向凡淬有硝鹽的工件，凡淬有硝鹽的工件，夾具必須注意清潔夾具必須注意清潔，如處理不凈，放入，如處理不凈，放入鹽浴會(huì)發(fā)生爆炸。鹽浴會(huì)發(fā)生爆炸。 介質(zhì)介質(zhì) 成分（重量成分（重量%）熔點(diǎn)，熔點(diǎn)，使用溫度，使用溫度，堿浴堿浴80%KOH+20%NaOH,另加另加3%KNO3+3%NaNO2+6%H2O12014018085%KOH+15NaNO2，另加，另加36%H2O130150180硝硝鹽鹽浴浴53%KNO3

17、+40%NaNO2+7NaNO3，另加，另加3%H2O10012020055%KNO3+45%NaNO2，另加，另加35%H2KNO3+45%NaNO213715555050%KNO3+50%NaNO2145160500 合適淬火介質(zhì)合適淬火介質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、適合大批作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、適合大批作業(yè)。業(yè)。3-5 淬火方法及應(yīng)用淬火方法及應(yīng)用p缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：對(duì)于形狀復(fù)雜，截面形狀有突變或變形要求嚴(yán)格對(duì)于形狀復(fù)雜，截面形狀有突變或變形要求嚴(yán)格的工件，若介質(zhì)（如水）在的工件，若介質(zhì)（如水）在M轉(zhuǎn)變區(qū)，冷卻較快，易引起轉(zhuǎn)變區(qū)，冷卻較快，易引起變形與開裂變形與開裂1、直接淬火

18、（、直接淬火（direct quenching）適用：適用：無(wú)尖銳棱角，和截面形無(wú)尖銳棱角，和截面形狀無(wú)突變的狀無(wú)突變的形狀簡(jiǎn)單形狀簡(jiǎn)單的的碳鋼碳鋼和合金鋼和合金鋼工件。工件。例：例：手用鋸條手用鋸條 T10 、T12 油淬（油淬（D0=14 18） 水淬（水淬（D0=26 33）2、雙液淬火法、雙液淬火法 特點(diǎn)：既保證了特點(diǎn)：既保證了較高淬透層深較高淬透層深，又可，又可減少應(yīng)力，防止開裂減少應(yīng)力，防止開裂。 水水-油、鹽水油、鹽水-油、油油、油-空氣空氣適用范圍：適用范圍：淬透性較淬透性較差差及大尺寸工件及大尺寸工件缺點(diǎn)：不易操作缺點(diǎn)：不易操作多用于多用于碳素工具鋼碳素工具鋼和和大大截面合金

19、工具鋼截面合金工具鋼，要求，要求淬淬透較深透較深的零件淬火。的零件淬火。 (Interrupted quenching)水中停留時(shí)間經(jīng)驗(yàn)操作水中停留時(shí)間經(jīng)驗(yàn)操作： 厚度厚度530mm時(shí)，時(shí)， 碳鋼可每碳鋼可每34mm 1s計(jì)算計(jì)算 形狀復(fù)雜或合金鋼每形狀復(fù)雜或合金鋼每45mm 1s計(jì)算計(jì)算 大截面工具鋼大截面工具鋼 1.53mm/s3、M分級(jí)淬火分級(jí)淬火優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：減少淬火減少淬火組織組織應(yīng)力應(yīng)力缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：Ms點(diǎn)以下慢冷，會(huì)引起點(diǎn)以下慢冷，會(huì)引起A熱穩(wěn)定化熱穩(wěn)定化A殘殘 分級(jí)淬火以后，應(yīng)分級(jí)淬火以后，應(yīng)立即立即在規(guī)定溫度下回火以克服在規(guī)定溫度下回火以克服這一缺點(diǎn)。這一缺點(diǎn)。工藝關(guān)鍵工藝關(guān)鍵：工件在分級(jí)鹽浴的冷速：工件在分級(jí)鹽浴的冷速Vc 適用范圍適用范圍：大大截面截面碳鋼、低合金碳鋼、低合金零件零件不適宜不適宜采用分采用分級(jí)淬火。級(jí)淬火。分級(jí)淬火分級(jí)淬火加熱溫度加熱溫度普淬普淬1020 淬透性淬透性 分級(jí)溫度：分級(jí)溫度：l淬透好的材料取淬透好的材料取Ms上上l形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)取形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)取Ms上上l要求高硬、較深淬深要求高硬、較深淬深 取取Ms 下下l截面較大取截面較大取Ms 下下分級(jí)停留時(shí)間分