鋼的淬火基礎(chǔ)知識要點(diǎn)

鋼的淬火3/10/20231淬火定義：將鋼加熱至Ac3或Ac1以上，保溫確定時間，以大于臨界淬火速度Vk的速度冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R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，少量殘余奧氏體及未溶的其次相。目的：提高鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性并保持足夠的韌性。3/10/20232不同碳含量的鋼淬火后的硬度及碳含量與殘余奧氏體量的關(guān)系3/10/20233一、淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力分為兩種：熱應(yīng)力組織應(yīng)力淬火應(yīng)力超過材料的屈服極限產(chǎn)生塑性變形淬火應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限產(chǎn)生開裂3/10/20234熱應(yīng)力定義：工件在加熱或冷卻過程時，由于不同部位的溫度差異，導(dǎo)致熱脹冷縮的不一樣而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。影響因素：冷卻速度越大，截面上的溫差越大，熱應(yīng)力越大；淬火溫度越高，工件截面尺寸大或鋼材導(dǎo)熱性差，線膨脹系數(shù)大，增大熱應(yīng)力。3/10/20235(a)表層和心部始終存在著溫差1、熱應(yīng)力及其變更規(guī)律(b)冷卻初期，表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部產(chǎn)生壓應(yīng)力；冷卻后期，表層受到壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力。(c)冷卻后期的應(yīng)力狀態(tài)被保留下來成為殘余內(nèi)應(yīng)力；表層為壓應(yīng)力，心部為拉應(yīng)力。3/10/20236組織應(yīng)力組織應(yīng)力的定義：工件在冷卻時，由于溫差造成的不同部位組織轉(zhuǎn)變不同而引起的內(nèi)應(yīng)力。影響因素：冷卻速度、工件的尺寸、鋼的導(dǎo)熱性含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、馬氏體的比熱及鋼的淬透性3/10/202372、組織應(yīng)力及其變更規(guī)律淬火初期（表層溫度低于Ms，心部溫度高于Ms），表層壓應(yīng)力，心部拉應(yīng)力。淬火后期（表層溫度、心部溫度低于Ms），表層拉應(yīng)力，心部壓應(yīng)力。3/10/20238熱應(yīng)力與組織應(yīng)力共存、疊加熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的變更規(guī)律相反3/10/20239二、淬火加熱制定淬火加熱工藝：加熱溫度、加熱時間加熱方式、選擇介質(zhì)3/10/202310淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇以得到勻整細(xì)小的奧氏體晶粒為原則（細(xì)小的M）依據(jù)鋼的臨界點(diǎn)溫度來確定亞共析鋼：Ac3+（30-50oC）共析鋼和過共析鋼：Ac1+（30-50oC）溫度選擇此范圍的緣由3/10/202311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影響加熱時間的因素：加熱介質(zhì)、鋼的成分、爐溫工件的形態(tài)及尺寸裝爐方式及裝爐量閱歷公式：τ=αKD3/10/202312淬火加熱過程中的缺陷過熱過燒表面氧化和脫碳（加熱工件和加熱介質(zhì)之間相互作用）3/10/202313過熱工件在淬火加熱時，由于溫度過高或時間過長，造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。表現(xiàn)：強(qiáng)度、韌性降低，易產(chǎn)生脆斷（淬火裂紋）訂正措施：退火或正火（細(xì)化晶粒）后淬火3/10/202314過燒工件在淬火加熱時溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象。過燒工件只能報廢3/10/202315表面氧化氧化使工件尺寸減小，表面粗糙度降低，影響淬火冷卻速度。加熱溫度越高，氧化速度越快。3/10/202316氧化反應(yīng)與爐氣中的O2、CO2及H2O等氧化性氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)3/10/202317脫碳鋼中的碳與爐氣中的O2、H2O、CO2及H2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含碳?xì)怏w逸出鋼外，使工件表面含碳降低。加熱溫度越高，加熱時間越長，脫碳層越深。3/10/202318防止氧化、脫碳的方法鹽浴加熱（氯化鹽、硝酸鹽）愛護(hù)氣氛加熱（氨分解氣氛、自然氣或人造煤氣）真空加熱（機(jī)械真空泵）裝箱加熱（鑄鐵屑或木碳）3/10/202319三、淬火冷卻3/10/202320三、淬火冷卻淬火冷卻速度的選擇：大于臨界冷卻速度既能獲得馬氏體組織，又能減小變形和開裂的傾向。3/10/202321志向淬火冷卻曲線600-400oC奧氏體最不穩(wěn)定，快速冷卻，避開發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變，保證獲得馬氏體組織。650oC以上或400oC以下，點(diǎn)Ms旁邊，過冷奧氏體比較穩(wěn)定，緩冷，減小熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減小工件淬火變形和防止開裂。3/10/202322淬火介質(zhì)水是經(jīng)濟(jì)且冷卻實(shí)力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)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(tài)的鹽（NaCl、NaOH）也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽浴。這類介質(zhì)只適用于形態(tài)困難和變形要求嚴(yán)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、高濃度硝鹽水溶液淬火介質(zhì)。3/10/202323淬火介質(zhì)的冷卻實(shí)力3/10/202324常用淬火介質(zhì)的冷卻特性3/10/202325淬火介質(zhì)水的冷卻特性曲線800-380oC380oC左右100oC以下650-400oC650-500oC300-200oC3/10/2023265%-10%NaCl、10%50%NaOH水溶液使高溫區(qū)的冷卻實(shí)力顯著提高破壞蒸汽膜和氣泡，提高冷卻速度低溫區(qū)的冷卻速度大3/10/202327鹽浴3/10/202328礦物油優(yōu)點(diǎn)：低溫區(qū)的冷卻速度比水小缺點(diǎn)：高溫區(qū)的冷卻速度較小油淬火，在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)冷卻速度很慢，降低組織應(yīng)力，減小變形和開裂。油溫高（40-100oC）可降低油的粘度，使高溫區(qū)的冷卻實(shí)力增加。3/10/202329淬火過程3/10/202330赤熱工件進(jìn)入淬火介質(zhì)后的三個冷卻階段3/10/202331志向淬火冷卻曲線3/10/202332四、淬火方法淬火方法的選擇依據(jù)：鋼的化學(xué)成分工件的形態(tài)和尺寸技術(shù)要求選擇淬火方法的好處：獲得所需的組織和性能減小淬火應(yīng)力減小工件變形和開裂的傾向3/10/202333四類淬火方法單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火3/10/2023341、單液淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法，如水淬、油淬等。適用于形態(tài)簡潔的工件；操作簡潔，簡潔實(shí)現(xiàn)自動化。3/10/2023352、雙液淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻實(shí)力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中快速冷卻至接近點(diǎn)Ms的溫度，避開過冷奧氏體發(fā)生珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，然后再轉(zhuǎn)入另一種冷卻實(shí)力較弱的介質(zhì)中接著冷卻，使過冷奧氏體在緩慢冷卻條件下轉(zhuǎn)變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態(tài)困難的高碳鋼工件及大型合金鋼工件。技術(shù)要求高，可防止變形與開裂。3/10/2023363、分級淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先淬入高于該鋼點(diǎn)Ms旁邊的熱浴中停留確定時間，待工件各部分與熱浴的溫度一樣后，取出空冷至室溫，在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變的淬火方法。其特點(diǎn)是顯著削減淬火變形與開裂用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼件3/10/2023374、等溫淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件淬入溫度稍高于點(diǎn)Ms的鹽浴中等溫，保持足夠長時間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后取出在空氣中冷卻的淬火方法。其特點(diǎn)是工件具有良好的綜合力學(xué)性能，一般不必回火。多用于形態(tài)困難和要求較高的