钢的淬火与回火.pdf

钢的淬火与回火一、淬火淬火是指将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却，使奥氏体 转变为马氏体的热处理工艺 因此，淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的 力学性能淬火是钢的最重要的强化方法，也是应用最广的热处理工艺之一1、淬火温度淬火温度即钢奥氏体化温度，是淬火的主要工艺参数之一碳钢的淬火温度可利用铁碳相图来选择，如图5-33 所示对于亚共析钢， 淬火温度为 Ac3+30~50℃当含碳量0.5%时，淬火后组织为马氏体，如图5-34 所示；当含碳量0.5%时，淬火后组织为马氏体与少量残余奥氏体亚共析钢在 Ac1 ~Ac3之间加热淬火后的组织为马氏体加铁素体，如图5-35 所示, 由于组织中 有自由铁素体存在， 使钢的强度和硬度降低， 但可改善韧性， 这种淬火称为亚温 淬火，如处理得当，亚温淬火也可作为一种强韧化处理方法图 5-33 碳钢的淬火温度范围图 5-34 45钢的正常淬火组织 400 ×对于共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+30~50℃共析钢淬火后的组织为 马氏体和少量残余奥氏体 而过共析钢由于淬火前经过球化退火，因而淬火后组 织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体，如图5-36 所示。

分散分布的 颗粒状渗碳体对钢的硬度和耐磨性有利如果将过共析钢加热到Accm以上，则由 于奥氏体晶粒粗大、 含碳量提高， 使淬火后马氏体晶粒也粗大、且残余奥氏体量 增多，这将使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加图 5-35 35钢 760℃淬火组织 400 ×图 5-36 T12钢的正常淬火组织 400 ×对于合金钢，由于大多数合金元素（Mn 、P除外）有阻碍奥氏体晶粒长大的 作用，因而淬火温度比碳钢高，一般为临界点以上50~100℃2、淬火介质理想淬火介质的冷却曲线（见图5-37）应只在 C曲线“鼻尖”处快冷，而 在 Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的但目前还没有找到这种理想的淬火介质常用的淬火介质是水和油图 5-37 理想淬火冷却曲线示意图水是经济的且冷却能力较强的淬火介质如表5-1 所示，水的缺点是在 650~550℃范围内的冷却能力不够强，而在300~200℃范围内冷却能力又太大 因此生产上水主要用于形状简单、截面较大的碳钢件的淬火从表 5-1 可以看出，油在低温区冷却能力较理想， 但在高温区冷却能力太低， 因此主要用于合金钢和小尺寸的碳钢件的淬火。

大尺寸碳钢件油淬时由于冷却不 足会出现珠光体型分解，如图5-38 所示表 5-1常用淬火介质的冷却能力图 5-38 45钢 850℃油淬组织（ M+T ） 400 ×熔融的碱和盐也常用作淬火介质，称碱浴或盐浴 它们的冷却能力介于水和 油之间，使用温度范围多为150~500℃这类介质只适用于形状复杂和变形要求 严格小型件的分级淬火和等温淬火其他淬火介质如聚乙烯醇、 硝盐水溶液等也 是工业上常用的3、淬火方法采用适当的淬火方法可以弥补冷却介质的不足常用的淬火方法如图5-38 所示图 5-38 各种淬火方法示意图1—单介质淬火法； 2—双介质淬火法；3—分级淬火法； 4—等温淬火法⑴ 单介质淬火法是指将加热工件在一种介质中续连冷却到室温的淬火方法 如水淬和油淬都属于这种方法该方法操作简单，易实现机械化，应用较广⑵ 双介质淬火法是指将加热工件先在一种冷却能力强的介质中冷却躲过C曲 线“鼻尖” 后再转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法常用 的如水淬油冷，油淬空冷等其优点是冷却比较理想， 缺点是在第一种介质中的停留时间不易掌握，需 要具有实践经验主要用于形状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。

⑶ 分级淬火法是指将加热工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火， 待工件内外 温度均匀后再取出缓冷的淬火方法分级淬火法可显著降低工件的内应力，减少 变形或开裂的倾向⑷ 等温淬火法是指将加热工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中保温足够长 时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法经等温淬火的零件具有良好的综合力 学性能，淬火应力小，适用于形状复杂及要求较高的小型件4、钢的淬透性淬透性是钢的主要热处理性能， 它对合理选材和正确制订热处理工艺具有重 要的意义⑴ 钢的淬透性及其测定方法钢在淬火时获得淬硬层深度的能力称作钢的淬透性其高低是用规定条件下 的淬硬层深度来表示淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区（即50% 马氏体 +50% 非马氏体组织区） 的深度淬透性与淬硬性不同， 淬硬性是指钢淬火后所能 达到的最高硬度，即硬化能力同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关， 工件尺寸小、 介质冷 却能力强，淬硬层深而淬透性与工件尺寸、冷却介质无关，它只用于不同材料 之间的比较， 是在尺寸、 冷却介质相同时， 用不同材料的淬硬层深度来进行比较 的淬透性常用末端淬火法测定（见GB225-63 ）如图 5-39(a) 所示，将 25 100mm 的标准试样经奥氏体化后， 对末端进行喷水冷却。

试样上距水冷端越 远的部分，冷速越低，其硬度也随之下降将已冷却的试样沿轴向在相对180 的两边各磨一深度为0.2~0.5mm的窄平面，然后从水冷端开始， 每隔一定距离测 量一个硬度值， 即可得到试样沿轴向的硬度分布曲线，称为钢的淬透性曲线， 如 图 5-39(b) 所示图 5-39(c) 为钢的半马氏体区硬度与其含碳量的关系利用 5-39(b) 和图 5-39(c) 可以找出相应钢的半马氏体区至水冷端的距离该距离越 大，钢的淬透性越大 由于钢成分的波动， 同一钢号的淬透性曲线实际上是一个 有一定波动范围的淬透性带图 5-39 末端淬火法(a) 喷水； (b) 淬透性曲线举例； (c) 钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量的关系根据 GB225-63规定， 钢的淬透性值用表示， 其中 J 表示末端淬透性，d 表示至水冷端的距离， HRC 为该处的硬度值如表示距水冷端 5mm 处试样 的硬度值为 42HRC 在实际生产中， 常用临界直径来表示淬透性 所谓临界直径是指圆形钢棒在 介质中冷却时，中心被淬成半马氏体的最大直径，用dc表示显然，在相同的 冷却条件下， dc越大，钢的淬透性越好表5-2 为部分常用钢材的淬透性值和临 界直径。

表 5-2部分常用钢材的淬透性值和临界直径（mm ）⑵ 影响淬透性的因素钢的淬透性取决于其临界冷却速度，临界冷却速度越小，则奥氏体越稳定， 钢的淬透性越高 而临界冷却速度取决于C曲线的位置， C 曲线越靠右， 临界冷 却速度越小因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素在碳钢中，共析钢的临界冷却速度最小，因而其淬透性在碳钢中最高除 Co外，凡溶入奥氏体的合金元素都使C曲线右移，临界冷却速度减小， 钢的淬透性提高提高奥氏体化温度、 延长保温时间使奥氏体晶粒长大、成分均匀， 不利于冷 却转变时的形核， 从而提高了奥氏体的稳定性， 使钢的淬透性提高 而钢中未溶 的第二相则促进冷却转变时的形核，降低奥氏体的稳定性，使淬透性下降⑶ 淬透性的应用力学性能是机械设计中选材的主要依据，而钢的淬透性又直接影响其热处理 后的力学性能因此，在选材时，必须对钢的淬透性有充分的了解图 5-40 为两种淬透性不同的钢制成相同的轴经调质处理（淬火加高温回火） 后其力学性能的比较 高淬透性钢的整个截面都是回火索氏体 （渗碳体为颗粒状） 组织，力学性能均匀，强度高，韧性好而低淬透性钢的心部组织为片状索氏体 加铁素体，韧性差。

此外，淬火组织中马氏体量增加还会提高钢的屈强比s/b 和疲劳极限-1dHRCJ542J对于截面尺寸较大、 形状复杂的重要零件以及承载较大而要求截面力学性能 均匀的零件，如螺栓、连杆、锻模、锤杆等，应选用高淬透性的钢制造，并要求 全部淬透而承受弯曲和扭转的零件，如轴类、齿轮等，由于其外层受力较大， 心部受力较小， 可选用淬透性较低的钢种， 不必全部淬透 由于淬硬层深度受工 件尺寸影响，在设计制造时，应注意尺寸效应图 5-40 不同淬透性钢经调质后的力学性能。