鋼的淬火基礎(chǔ)知識要點課件

鋼的淬火8/10/20231鋼的淬火8/4/20231淬火定義：將鋼加熱至Ac3或Ac1以上，保溫一定時間，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第二相。目的：提高鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性并保持足夠的韌性。8/10/20232淬火定義：8/4/20232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8/10/20233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8/4一、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8/10/20234一、淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力分為兩種：8/4/20234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)致熱脹冷縮的不一致而產(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。8/10/20235熱應(yīng)力定義：8/4/20235(a)表層和心部始終存在著溫差1、熱應(yīng)力及其變化規(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。8/10/20236(a)表層和心部始終存在著溫差1、熱應(yīng)力及其變化規(guī)律(b)冷組織應(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8/10/20237組織應(yīng)力組織應(yīng)力的定義：8/4/202372、組織應(yīng)力及其變化規(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。8/10/202382、組織應(yīng)力及其變化規(guī)律淬火初期（表層溫度低于Ms，心部溫度熱應(yīng)力與組織應(yīng)力共存、疊加熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的變化規(guī)律相反8/10/20239熱應(yīng)力與組織應(yīng)力共存、疊加8/4/20239二、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)8/10/202310二、淬火加熱制定淬火加熱工藝：8/4/202310淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇以得到均勻細(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）溫度選擇此范圍的原因8/10/202311淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶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、爐溫工件的形狀及尺寸裝爐方式及裝爐量經(jīng)驗公式：τ=αKD8/10/202312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8/4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）8/10/202313淬火加熱過程中的缺陷過熱8/4/202313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）糾正措施：退火或正火（細(xì)化晶粒）后淬火8/10/202314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8/10/202315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。8/10/202316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)8/10/202317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。8/10/202318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)防止氧化、脫碳的方法鹽浴加熱（氯化鹽、硝酸鹽）保護(hù)氣氛加熱（氨分解氣氛、天然氣或人造煤氣）真空加熱（機(jī)械真空泵）裝箱加熱（鑄鐵屑或木碳）8/10/202319防止氧化、脫碳的方法鹽浴加熱（氯化鹽、硝酸鹽）8/4/202三、淬火冷卻8/10/202320三、淬火冷卻8/4/202320三、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。8/10/202321三、淬火冷卻淬火冷卻速度的選擇：8/4/202321理想淬火冷卻曲線600-400oC奧氏體最不穩(wěn)定，快速冷卻，避免發(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Ms附近，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。8/10/202322理想淬火冷卻曲線600-400oC奧氏體最不穩(wěn)定，快速冷卻，淬火介質(zhì)水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力較強(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)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(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)。8/10/202323淬火介質(zhì)水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)8/4/202323淬火介質(zhì)的冷卻能力8/10/202324淬火介質(zhì)的冷卻能力8/4/202324常用淬火介質(zhì)的冷卻特性8/10/202325常用淬火介質(zhì)的冷卻特性8/4/202325淬火介質(zhì)水的冷卻特性曲線800-380oC380oC左右100oC以下650-400oC650-500oC300-200oC8/10/202326淬火介質(zhì)水的冷卻特性曲線800-380oC8/4/202325%-10%NaCl、10%50%NaOH水溶液使高溫區(qū)的冷卻能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8/10/2023275%-10%NaCl、10%50%NaOH水溶液使高溫區(qū)的鹽浴8/10/202328鹽浴8/4/202328礦物油優(yōu)點：低溫區(qū)的冷卻速度比水小缺點：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)的冷卻能力增加。8/10/202329礦物油優(yōu)點：低溫區(qū)的冷卻速度比水小8/4/202329淬火過程8/10/202330淬火過程8/4/202330赤熱工件進(jìn)入淬火介質(zhì)后的三個冷卻階段8/10/202331赤熱工件進(jìn)入淬火介質(zhì)后的三個冷卻階段8/4/202331理想淬火冷卻曲線8/10/202332理想淬火冷卻曲線8/4/202332四、淬火方法淬火方法的選擇依據(jù)：鋼的化學(xué)成分工件的形狀和尺寸技術(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8/10/202333四、淬火方法淬火方法的選擇依據(jù)：8/4/202333四類淬火方法單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火8/10/202334四類淬火方法單液淬火8/4/2023341、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。適用于形狀簡單的工件；操作簡單，容易實現(xiàn)自動化。8/10/2023351、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)2、雙液淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中快速冷卻至接近點Ms的溫度，避免過冷奧氏體發(fā)生珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，然后再轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中繼續(xù)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狀復(fù)雜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。8/10/2023362、雙液淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火3、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Ms附近的熱浴中停留一定時間，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8/10/2023373、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4、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。多用于形狀復(fù)雜和要求較高的小件。獲得下貝氏體組織，用于要求有較高強(qiáng)韌性的工模具和彈簧等零件。8/10/2023384、等溫淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的