1、2022-5-31鋼的淬火鋼的淬火2022-5-32淬火淬火定義：定義：將鋼加熱至將鋼加熱至Ac3或或Ac1以上，保溫一定時間，以上，保溫一定時間，以大以大于臨界淬火速度于臨界淬火速度Vk的速度冷卻的速度冷卻，使過冷奧氏體，使過冷奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。轉變為馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織：馬氏體或下貝氏體，少量殘淬火鋼得到的組織：馬氏體或下貝氏體，少量殘余奧氏體及未溶的第二相。余奧氏體及未溶的第二相。目的：目的： 提高鋼的硬度、強度和耐磨性并保持足夠提高鋼的硬度、強度和耐磨性并保持足夠的韌性。的韌性。2022-5-33不同碳含量的鋼淬火后的硬度及不同碳含

2、量的鋼淬火后的硬度及碳含量與殘余奧氏體量的關系碳含量與殘余奧氏體量的關系2022-5-34一、淬火應力一、淬火應力 淬火應力分為兩種：淬火應力分為兩種： 熱應力熱應力 組織應力組織應力 淬火應力超過材料的屈服極限產生塑性淬火應力超過材料的屈服極限產生塑性變形變形 淬火應力超過材料的強度極限產生開裂淬火應力超過材料的強度極限產生開裂2022-5-35熱應力熱應力 定義：定義： 工件在加熱或冷卻過程時，由于不同部位的溫工件在加熱或冷卻過程時，由于不同部位的溫度差異，導致熱脹冷縮的不一致而產生的內應度差異，導致熱脹冷縮的不一致而產生的內應力。力。 影響因素：影響因素： 冷卻速度越大，截面上的溫差越大

3、，熱應力越冷卻速度越大，截面上的溫差越大，熱應力越大；大； 淬火溫度越高，工件截面尺寸大或鋼材導熱性淬火溫度越高，工件截面尺寸大或鋼材導熱性差，線膨脹系數大，增大熱應力。差，線膨脹系數大，增大熱應力。2022-5-36 (a)表層和心部始終存表層和心部始終存在著溫差在著溫差1、熱應力及其變化規律、熱應力及其變化規律 (b)冷卻初期，表層產生拉冷卻初期，表層產生拉應力，心部產生壓應力；應力，心部產生壓應力；冷卻后期，表層受到壓應冷卻后期，表層受到壓應力，心部產生拉應力。力，心部產生拉應力。 (c)冷卻后期的應力狀態被冷卻后期的應力狀態被保留下來成為殘余內應力；保留下來成為殘余內應力；表層為壓應力

4、，心部為拉表層為壓應力，心部為拉應力。應力。2022-5-37組織應力組織應力 組織應力的定義：組織應力的定義： 工件在冷卻時，由于溫差造成的不同部工件在冷卻時，由于溫差造成的不同部位組織轉變不同而引起的內應力。位組織轉變不同而引起的內應力。 影響因素：影響因素： 冷卻速度、工件的尺寸、鋼的導熱性冷卻速度、工件的尺寸、鋼的導熱性 含碳質量分數、馬氏體的比熱及鋼的淬含碳質量分數、馬氏體的比熱及鋼的淬透性透性2022-5-382、組織應力及其變化規律、組織應力及其變化規律 淬火初期（表層溫度低于淬火初期（表層溫度低于Ms，心部溫度，心部溫度高于高于Ms），表層壓應力，心部拉應力。），表層壓應力，心

5、部拉應力。 淬火后期（表層溫度、心部溫度低于淬火后期（表層溫度、心部溫度低于Ms） ，表層拉應力，心部壓應力。，表層拉應力，心部壓應力。2022-5-39熱應力與組織應力熱應力與組織應力 共存、疊加共存、疊加 熱應力與組織應力的變化規律相反熱應力與組織應力的變化規律相反2022-5-310二、淬火加熱二、淬火加熱 制定淬火加熱工藝：制定淬火加熱工藝： 加熱溫度、加熱時間加熱溫度、加熱時間 加熱方式、選擇介質加熱方式、選擇介質2022-5-311淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇 淬火加熱溫度的選擇以得到淬火加熱溫度的選擇以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原均勻細小的奧氏體晶粒為原則（細小的則（細小

6、的M） 依據鋼的臨界點溫度來確定依據鋼的臨界點溫度來確定 亞共析鋼：亞共析鋼：Ac3+（30-50oC） 共析鋼和過共析鋼：共析鋼和過共析鋼：Ac1+（30-50oC）溫度選擇此范圍的原因溫度選擇此范圍的原因2022-5-312淬火加熱時間的確定淬火加熱時間的確定 淬火加熱時間：升溫時間和保溫時間之和淬火加熱時間：升溫時間和保溫時間之和 影響加熱時間的因素：影響加熱時間的因素： 加熱介質、鋼的成分、爐溫加熱介質、鋼的成分、爐溫 工件的形狀及尺寸工件的形狀及尺寸 裝爐方式及裝爐量裝爐方式及裝爐量 經驗公式：經驗公式：=KD2022-5-313淬火加熱過程中的缺陷淬火加熱過程中的缺陷 過熱過熱 過

7、燒過燒 表面氧化和表面氧化和脫碳（加熱工件和加熱介質脫碳（加熱工件和加熱介質之間相互作用）之間相互作用）2022-5-314過熱過熱 工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長，造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。間過長，造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。 表現：強度、韌性降低，易產生脆斷表現：強度、韌性降低，易產生脆斷（淬火裂紋）（淬火裂紋） 糾正措施：糾正措施： 退火或正火（細化晶粒）后淬火退火或正火（細化晶粒）后淬火2022-5-315過燒過燒 工件在淬火加熱時溫度過高，使奧氏體工件在淬火加熱時溫度過高，使奧氏體晶界發生氧化或出現局部熔化的現象。晶界發生氧化或出現局部熔化的

8、現象。 過燒工件只能報廢過燒工件只能報廢2022-5-316 表面氧化表面氧化 氧化使工件尺寸減小，表面粗糙度降低，氧化使工件尺寸減小，表面粗糙度降低，影響淬火冷卻速度。影響淬火冷卻速度。 加熱溫度越高，氧化速度越快。加熱溫度越高，氧化速度越快。2022-5-317氧化反應氧化反應 與爐氣中的與爐氣中的O2、CO2及及H2O等氧化性氣等氧化性氣體發生化學反應體發生化學反應2022-5-318脫碳脫碳 鋼中的碳與爐氣中的鋼中的碳與爐氣中的O2、H2O、CO2及及H2發生化學反應，生成含碳氣體逸出鋼發生化學反應，生成含碳氣體逸出鋼外，使工件表面含碳降低。外，使工件表面含碳降低。加熱溫度越高，加熱時

9、間越長，脫碳層越深。加熱溫度越高，加熱時間越長，脫碳層越深。2022-5-319防止氧化、脫碳的方法防止氧化、脫碳的方法 鹽浴加熱（氯化鹽、硝酸鹽）鹽浴加熱（氯化鹽、硝酸鹽） 保護氣氛加熱（氨分解氣氛、天然氣或保護氣氛加熱（氨分解氣氛、天然氣或人造煤氣）人造煤氣） 真空加熱（機械真空泵）真空加熱（機械真空泵） 裝箱加熱（鑄鐵屑或木碳）裝箱加熱（鑄鐵屑或木碳）2022-5-320三、淬火冷卻三、淬火冷卻2022-5-321三、淬火冷卻三、淬火冷卻 淬火冷卻速度的選擇：淬火冷卻速度的選擇： 大于臨界冷卻速度大于臨界冷卻速度 既能獲得馬氏體組織，又能減小變形和既能獲得馬氏體組織，又能減小變形和開裂的

10、傾向。開裂的傾向。2022-5-322理想淬火冷卻曲線理想淬火冷卻曲線 600-400oC奧氏體最不穩奧氏體最不穩定，快速冷卻，避免發生定，快速冷卻，避免發生珠光體或貝氏體轉變，保珠光體或貝氏體轉變，保證獲得馬氏體組織。證獲得馬氏體組織。 650oC以上或以上或400oC以下，以下，點點Ms附近，過冷奧氏體附近，過冷奧氏體比較穩定，緩冷，減小熱比較穩定，緩冷，減小熱應力和組織應力，減小工應力和組織應力，減小工件淬火變形和防止開裂。件淬火變形和防止開裂。2022-5-323淬火介質淬火介質 水是經濟且冷卻能力較強的淬火介質水是經濟且冷卻能力較強的淬火介質 礦物油主要用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬

11、火礦物油主要用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬火 熔融狀態的鹽（熔融狀態的鹽（NaCl、NaOH）也常用作淬火介）也常用作淬火介質，稱作鹽浴。這類介質只適用于形狀復雜和變質，稱作鹽浴。這類介質只適用于形狀復雜和變形要求嚴格的小件的分級淬火和等溫淬火。形要求嚴格的小件的分級淬火和等溫淬火。 聚乙烯醇水溶液、三乙醇銨水溶液、高濃度硝鹽聚乙烯醇水溶液、三乙醇銨水溶液、高濃度硝鹽水溶液淬火介質。水溶液淬火介質。2022-5-324淬火介質的冷卻能力淬火介質的冷卻能力2022-5-325常用淬火介質的冷卻特性常用淬火介質的冷卻特性2022-5-326淬火介質水的冷卻特性曲線淬火介質水的冷卻特性曲線 800-

12、380oC 380oC左右左右 100 oC以下以下 650-400oC 650-500oC 300-200oC2022-5-3275%-10%NaCl、10% 50%NaOH水溶液水溶液 使高溫區的冷卻能力顯著提高使高溫區的冷卻能力顯著提高 破壞蒸汽膜和氣泡，提高冷卻速度破壞蒸汽膜和氣泡，提高冷卻速度 低溫區的冷卻速度大低溫區的冷卻速度大2022-5-328鹽浴鹽浴2022-5-329礦物油礦物油 優點：低溫區的冷卻速度比水小優點：低溫區的冷卻速度比水小 缺點：高溫區的冷卻速度較小缺點：高溫區的冷卻速度較小 油淬火，在馬氏體轉變溫度范圍內冷卻油淬火，在馬氏體轉變溫度范圍內冷卻速度很慢，降低組

13、織應力，減小變形和速度很慢，降低組織應力，減小變形和開裂。開裂。 油溫高（油溫高（40-100oC）可降低油的粘度，）可降低油的粘度，使高溫區的冷卻能力增加。使高溫區的冷卻能力增加。2022-5-330淬火過程淬火過程2022-5-331赤熱工件進入淬火介質后的三個冷卻階段赤熱工件進入淬火介質后的三個冷卻階段2022-5-332理想淬火冷卻曲線理想淬火冷卻曲線2022-5-333四、淬火方法四、淬火方法 淬火方法的選擇依據：淬火方法的選擇依據： 鋼的化學成分鋼的化學成分 工件的形狀和尺寸工件的形狀和尺寸 技術要求技術要求 選擇淬火方法的好處：選擇淬火方法的好處： 獲得所需的組織和性能獲得所需的

14、組織和性能 減小淬火應力減小淬火應力 減小工件變形和開裂的傾向減小工件變形和開裂的傾向2022-5-334四類淬火方法四類淬火方法 單液淬火單液淬火 雙液淬火雙液淬火 分級淬火分級淬火 等溫淬火等溫淬火2022-5-3351、單液淬火法、單液淬火法將加熱至奧氏體狀態的工件放將加熱至奧氏體狀態的工件放入一種淬火介質中連續冷卻至入一種淬火介質中連續冷卻至介質溫度的淬火方法，如水淬、介質溫度的淬火方法，如水淬、油淬等。油淬等。適用于形狀簡單適用于形狀簡單的工件；的工件；操作簡單，容易操作簡單，容易實現自動化。實現自動化。2022-5-3362、雙液淬火法、雙液淬火法將加熱至奧氏體狀態的工件先在冷卻能

15、力較強的淬火介質將加熱至奧氏體狀態的工件先在冷卻能力較強的淬火介質中快速冷卻至接近點中快速冷卻至接近點Ms的溫度，避免過冷奧氏體發生珠的溫度，避免過冷奧氏體發生珠光體和貝氏體轉變，然后再轉入另一種冷卻能力較弱的光體和貝氏體轉變，然后再轉入另一種冷卻能力較弱的介質中繼續冷卻，使過冷奧氏體在緩慢冷卻條件下轉變介質中繼續冷卻，使過冷奧氏體在緩慢冷卻條件下轉變成馬氏體的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。成馬氏體的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。雙液淬火主要用于形狀復雜的高碳鋼工件及大型雙液淬火主要用于形狀復雜的高碳鋼工件及大型合金鋼工件。技術要求高，合金鋼工件。技術要求高，可防止變形與開裂。可防止變形與

16、開裂。2022-5-337 3、分級淬火法、分級淬火法 將加熱至奧氏體狀態的工件先淬將加熱至奧氏體狀態的工件先淬入高于該鋼點入高于該鋼點Ms附近的熱浴中附近的熱浴中停留一定時間，待工件各部分與停留一定時間，待工件各部分與熱浴的溫度一致后，取出空冷至熱浴的溫度一致后，取出空冷至室溫，在緩慢冷卻條件下完成馬室溫，在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉變的淬火方法。氏體轉變的淬火方法。其特點是顯著減少淬火變形與開裂其特點是顯著減少淬火變形與開裂用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼件用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼件2022-5-3384、等溫淬火法、等溫淬火法將加熱至奧氏體狀態的工件將加熱至奧氏體狀態的工件淬入溫度稍高于點淬入溫度稍高于點Ms的鹽的鹽浴中等溫，保持足夠長時浴中等溫，保持足夠長時間，使之轉變為下貝氏體間，使之轉變為下貝氏體組織，然后取出在空氣中組織，然后取出在空氣中冷卻的淬火方法。冷