熱處理原理與工藝第八章-鋼-的-淬-火課件

1、第八章鋼 的 淬火第八章鋼 的 淬 火第一節(jié)淬 火 介 質(zhì) 淬火就是把工件加熱到奧氏體狀態(tài)，然后快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的過程。一、理想淬火介質(zhì)及淬火介質(zhì)分類 理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具有圖8-1所示的冷卻特性。第八章鋼 的 淬 火圖8-1理想淬火介質(zhì)的冷卻曲線第八章鋼 的 淬 火二、工件在淬火介質(zhì)中的冷卻過程1.在有物態(tài)變化的冷卻介質(zhì)的冷卻過程 這類介質(zhì)的沸點遠低于工件溫度，赤熱工件投入介質(zhì)后，介質(zhì)會發(fā)生沸騰汽化。(1)蒸汽膜階段階段(2)沸騰階段階段(3)對流階段階段第八章鋼 的 淬 火圖8-2有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)的冷卻曲線和冷卻速度曲線1冷卻曲線2冷卻速度曲線第八章鋼 的 淬

2、火2.在無物態(tài)變化的介質(zhì)中的冷卻過程 常用的無物態(tài)變化的淬火介質(zhì)有鹽浴、堿浴、金屬浴及氣體等。第八章鋼 的 淬 火三、淬火介質(zhì)冷卻能力的測定及影響因素圖8-3銀球探頭法示意圖1銀球2熱電偶3淬火介質(zhì)第八章鋼 的 淬 火1.淬火介質(zhì)冷卻能力的測定及表示 淬火介質(zhì)的冷卻能力常用標(biāo)準(zhǔn)試樣的冷卻曲線或溫度-冷卻速度曲線表示。表8-1常用淬火介質(zhì)的淬火烈度第八章鋼 的 淬 火2.影響介質(zhì)冷卻能力的因素 除介質(zhì)自身性質(zhì)之外，溫度和攪拌對介質(zhì)冷卻能力有較大影響。(1)溫度(2)攪拌第八章鋼 的 淬 火四、常用淬火介質(zhì)及其冷卻特性1.常用有物態(tài)變化淬火介質(zhì)及其冷卻特性(1)水圖8-4不同溫度靜止水與循環(huán)水的冷

3、卻特性曲線a)靜止水b)循環(huán)水第八章鋼 的 淬 火圖8-6堿水的冷卻特性曲線(2)鹽水、堿水第八章鋼 的 淬 火圖8-750 L-AN22全損耗系統(tǒng)用油的冷卻特性及幾種油的冷卻能力比較120水250的L-AN22全損耗系統(tǒng)用油3水與油的冷速之比4全損耗系統(tǒng)用油5中速淬火油6全損耗系統(tǒng)用油+10%添加劑7快速淬火油(3)油第八章鋼 的 淬 火圖8-8過飽和硝鹽水溶液與水、油的冷卻速度比較(4)過飽和硝鹽水溶液第八章鋼 的 淬 火2.常用無物態(tài)變化淬火介質(zhì)及其冷卻特性(1)硝鹽浴表8-2常用的硝鹽浴和堿浴的成分、熔點及使用溫度第八章鋼 的 淬 火圖8-9硝鹽的冷卻特性155%KNO3+45%NaN

4、O2，另加(3%5%)H2O，170255%KNO3+45%NaNO2，另加(3%5%)H2O，200355%KNO3+45%NaNO2，300455%KNO3+45%NaNO2，400 為提高硝鹽浴的冷卻能力，常加入一定量的水，因淬火時水的汽化會吸收大量的熱，且水可增大鹽浴流動性，從而增大冷速。第八章鋼 的 淬 火圖8-10堿浴的冷卻特性180%KOH+20%NaOH+6%H2O+3%KNO3+3%NaNO2，170285%KOH+15%NaNO2+6%H2O，170385%KOH+15%NaNO2+3%H2O，170(2)堿浴第八章鋼 的 淬 火3.其他淬火介質(zhì)及其冷卻特性 如前所述，水的

5、冷卻能力很大，但冷卻特性不夠理想，油的冷卻特性雖比較理想，但其冷卻能力較低。(1)高分子聚合物水溶液(2)氣體(3)流態(tài)床淬火介質(zhì)圖8-11PAG濃度(質(zhì)量分數(shù))對冷卻特性的影響第八章鋼 的 淬 火圖8-12幾種有機聚合物淬火介質(zhì)淬火烈度的范圍第八章鋼 的 淬 火表8-3PAG系列淬火介質(zhì)的冷速范圍第八章鋼 的 淬 火第二節(jié)鋼的淬透性一、淬透性及其影響因素1.淬透性及相關(guān)概念 (1)淬透性(hardenability)圖8-13A、B工件心部與表層冷速與淬透深度關(guān)系第八章鋼 的 淬 火圖8-14共析碳鋼淬火后馬氏體量和硬度沿橫截面的分布共析碳鋼淬火后馬氏體量和硬度沿橫截面的分布第八章鋼 的 淬

6、 火圖8-15不同馬氏體量處硬度與碳含量的關(guān)系(2)淬透性與實際淬透層深度的關(guān)系(3)淬透性和淬硬性的關(guān)系第八章鋼 的 淬 火2.影響鋼淬透性的因素 鋼的淬透性主要決定于臨界冷卻速度的大小，即決定于等溫轉(zhuǎn)變曲線“鼻尖”位置，鋼的成分、組織等影響等溫轉(zhuǎn)變曲線“鼻尖”位置的材料因素都對淬透性有影響。(1)鋼的化學(xué)成分(2)奧氏體晶粒度和成分均勻程度(3)未溶第二相的影響第八章鋼 的 淬 火圖8-16碳含量對臨界淬火冷卻速度的影響a在正常淬火溫度區(qū)間加熱b高于Ac3和Acm加熱第八章鋼 的 淬 火圖8-17合金元素對臨界冷卻速度的影響合金元素對臨界冷卻速度的影響如圖8-17所示。第八章鋼 的 淬 火

7、二、淬透性的測定方法1.臨界直徑法 臨界直徑（dc）是指圓柱鋼試樣在某種介質(zhì)中淬冷后，中心得到全部馬氏體或50%（體積分數(shù)）馬氏體組織的最大直徑。第八章鋼 的 淬 火表8-4常用鋼的臨界直徑第八章鋼 的 淬 火表8-4常用鋼的臨界直徑第八章鋼 的 淬 火圖8-18理想臨界直徑、實際臨界直徑D與淬火烈度H的關(guān)系圖 利用理想臨界直徑可方便地將某種條件下的臨界直徑換算成任何其他條件下的臨界直徑。第八章鋼 的 淬 火2.端淬法這種方法是目前國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的淬透性試驗方法。圖8-19端淬試驗原理與9SiCr鋼淬透性曲線第八章鋼 的 淬 火三、淬透性曲線的應(yīng)用 淬透性曲線的意義是直接反映了材料淬透性的高

8、低，由圖8-20可直接看出45Cr鋼的淬透性明顯優(yōu)于45鋼，45鋼硬度下降很快，而45Cr的曲線較平滑，硬度下降較慢。圖8-2045鋼與45Cr鋼的淬透性曲線a)45鋼b)45Cr鋼第八章鋼 的 淬 火1)根據(jù)端淬曲線合理選用鋼材，以滿足心部硬度的要求。2)預(yù)測工件淬火后硬度分布。 3)根據(jù)端淬曲線選擇淬火介質(zhì)，制訂熱處理工藝。圖8-2140Cr鋼端淬曲線第八章鋼 的 淬 火第三節(jié)淬 火 工 藝一、淬火加熱工藝規(guī)范的確定 淬火加熱工藝規(guī)范的確定主要指加熱溫度、加熱速度和加熱時間三個工藝參數(shù)的確定。1.淬火加熱溫度亞共析鋼淬火加熱溫度一般為Ac3+（3050）。第八章鋼 的 淬 火表8-5常用鋼

9、的淬火加熱溫度第八章鋼 的 淬 火2.淬火加熱時間3.淬火加熱速度 由于工件加熱時，表層、壁厚薄處、棱角、棱邊升溫較快，心部、壁厚厚處升溫慢，這就造成工件溫度不均勻。第八章鋼 的 淬 火二、常用淬火工藝方法1.單介質(zhì)淬火 單介質(zhì)淬火是將已加熱奧氏體化的工件淬入某種淬火介質(zhì)中，一直冷至室溫的淬火冷卻方式。2.雙介質(zhì)淬火(1)定義(2)優(yōu)、缺點(3)工藝原理(4)操作經(jīng)驗技巧(5)適用范圍第八章鋼 的 淬 火表8-6水-油雙介質(zhì)淬火的水冷系數(shù)f表8-7雙介質(zhì)淬火示例第八章鋼 的 淬 火圖8-24分級淬火冷卻曲線示意圖a)分級溫度Msb)分級溫度Ms3.馬氏體分級淬火(1)定義第八章鋼 的 淬 火(

10、2)優(yōu)、缺點(3)工藝原理(4)工藝參數(shù)確定(5)適用范圍(6)分級淬火應(yīng)用舉例第八章鋼 的 淬 火表8-8幾種鋼在硝鹽中分級淬火及水淬、油淬時的臨界直徑對比第八章鋼 的 淬 火表8-9常用工件分級淬火實例第八章鋼 的 淬 火圖8-25下貝氏體等溫淬火工藝曲線示意圖4.貝氏體等溫淬火(1)定義(2)優(yōu)、缺點(3)工藝參數(shù)確定(4)適用范圍第八章鋼 的 淬 火表8-10部分常用鋼等溫淬火的等溫溫度與時間表8-11幾種常用鋼等溫淬火的最大尺寸及硬度第八章鋼 的 淬 火表8-12幾種常用工件等溫淬火實例第八章鋼 的 淬 火5.預(yù)冷淬火 這是一種廣泛應(yīng)用的冷卻方法，即工件先在空氣（或油、鹽?。┲蓄A(yù)冷至

11、Ar3（或Ar1）點，然后進行單介質(zhì)淬火。第八章鋼 的 淬 火三、冷處理 冷處理（subzero treatment，cold treatment）是將鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續(xù)在一般制冷設(shè)備或低溫介質(zhì)中冷卻的工藝。(1)殘留奧氏體的利、弊及冷處理的意義第八章鋼 的 淬 火表8-13部分鋼種冷處理前后的效果第八章鋼 的 淬 火表8-14常用制冷劑可達到的溫度(2)冷處理的主要工藝參數(shù)1)淬火工件在室溫停留時間。2)冷處理溫度。 3)冷處理溫度停留時間。第八章鋼 的 淬 火四、淬入淬火介質(zhì)的常用方法 工件淬入淬火介質(zhì)時，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。1

12、)軸類、細長工件應(yīng)垂直淬入介質(zhì)，并上、下運動。2)套筒類工件應(yīng)沿軸線方向淬入介質(zhì)。3)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。第八章鋼 的 淬 火4)兩端大小不一的工件，應(yīng)大端先淬入。5)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45淬入)，以使冷卻均勻。6)有不通孔或凹面的工件，應(yīng)使孔或凹面向上；具有十字形或H形的工件，不宜垂直淬入，而應(yīng)傾斜淬入，以利于氣泡排出。7)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。8)工件淬入介質(zhì)后，應(yīng)適當(dāng)運動，以加速蒸汽膜的破裂，提高工件冷卻速度。第八章鋼 的 淬 火圖8-

13、26工件淬火淬入方法示例第八章鋼 的 淬 火五、典型零件淬火工藝實例(以手用絲錐為例)(1)服役條件及技術(shù)要求表8-15手用絲錐熱處理技術(shù)要求第八章鋼 的 淬 火(2)手用絲錐的加工路線(3)T12A鋼M12手用絲錐熱處理工藝1)球化退火。2)淬火加熱前的預(yù)熱。3)淬火加熱溫度的選擇。4)加熱時間的確定。5)淬火冷卻。第八章鋼 的 淬 火圖8-27T12A鋼M12手用絲錐熱處理工藝第八章鋼 的 淬 火第四節(jié)淬火技術(shù)的發(fā)展一、形變淬火(1)高溫形變淬火(2)低溫形變淬火圖8-29形變淬火工藝過程示意圖a)高溫形變淬火b)低溫形變淬火第八章鋼 的 淬 火二、真空淬火真空度常用Pa（1atm=101

14、325kPa）來表示。1.真空熱處理的特點(1)表面保護作用(2)凈化表面(3)脫氣作用(4)脫脂作用 (5)蒸發(fā)現(xiàn)象 2.真空淬火的應(yīng)用第八章鋼 的 淬 火三、控制馬氏體、貝氏體形態(tài)的淬火 實踐證明，充分利用板條馬氏體和下貝氏體組織的特性是改善鋼強韌性的一條重要途徑，下面舉例介紹。(1)高碳鋼的低溫、快速、短時加熱淬火(2)獲得貝氏體+馬氏體復(fù)合組織的淬火(3)中碳鋼的高溫淬火第八章鋼 的 淬 火圖8-30解理裂紋在兩類組織中的傳播方式示意圖a)馬氏體b)馬氏體+下貝氏體復(fù)合組織第八章鋼 的 淬 火四、奧氏體晶粒超細化處理 把鋼的晶粒度細化10級以上的處理方法稱為“晶粒超細化”處理。(1)快

15、速循環(huán)加熱淬火(2)超快速加熱法圖8-3145鋼快速循環(huán)加熱淬火工藝示意圖第八章鋼 的 淬 火五、亞共析鋼亞溫淬火亞溫淬火是指在Ac1Ac3之間加熱后的淬火。圖8-3230CrMnSiA鋼普通淬火與亞溫淬火力學(xué)性能比較1普通淬火(930)2亞溫淬火(930淬火+650回火后800亞溫淬火)第八章鋼 的 淬 火六、碳化物超細化處理 通過碳化物超細化處理使過共析鋼中碳化物呈極細顆粒且均勻分布，可使強韌性及接觸疲勞性能顯著提高。第八章鋼 的 淬 火第五節(jié)淬火常見缺陷及其預(yù)防措施 鋼件淬火時最常見的缺陷有：淬火畸變、開裂；淬火硬度不足；軟點；氧化、脫碳；過熱、過燒等組織缺陷。1.淬火硬度不足造成淬火工件硬度不足的原因有：(1)加熱溫度過低或保溫時間不足(2)表面脫碳(3)冷