钢的淬火基础知识

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淬火加热过程中的缺陷
• 过热
• 过烧
• 表面氧化和脱碳（加热工件和加热介质 之间相互作用）
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过热
• 工件在淬火加热时，由于温度过高或时 间过长，造成奥氏体晶粒粗大的缺陷。 • 表现：强度、韧性降低，易产生脆断 （淬火裂纹） • 纠正措施： • 退火或正火（细化晶粒）后淬火
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过烧
• 工件在淬火加热时温度过高，使奥氏体 晶界发生氧化或出现局部熔化的现象。 • 过烧工件只能报废
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表面氧化
• 氧化使工件尺寸减小，表面粗糙度降低， 影响淬火冷却速度。 • 加热温度越高，氧化速度越快。
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氧化反应
• 与炉气中的O2、CO2及H2O等氧化性气 体发生化学反应
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淬火介质的冷却能力
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常用淬火介质的冷却特性
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淬火介质水的冷却特性曲线
• • • • • • 800-380oC 380oC左右 100 oC以下 650-400oC 650-500oC 300-200oC
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5%-10%NaCl、10% 50%NaOH水溶液 • 使高温区的冷却能力显著提高 • 破坏蒸汽膜和气泡，提高冷却速度 • 低温区的冷却速度大
2、双液淬火法
将加热至奥氏体状态的工件先在冷却能力较强的淬火介质 中快速冷却至接近点Ms的温度，避免过冷奥氏体发生珠 光体和贝氏体转变，然后再转入另一种冷却能力较弱的 介质中继续冷却，使过冷奥氏体在缓慢冷却条件下转变 成马氏体的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。
双液淬火主要用于形状复杂的高碳钢工件及大型 合金钢工件。技术要求高，可防止变形与开裂。
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淬火介质
• 水是经济且冷却能力较强的淬火介质 • 矿物油主要用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬火 • 熔融状态的盐（NaCl、NaOH）也常用作淬火介 质，称作盐浴。这类介质只适用于形状复杂和变 形要求严格的小件的分级淬火和等温淬火。 • 聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、高浓度硝盐 水溶液淬火介质。
• 组织应力的定义： • 工件在冷却时，由于温差造成的不同部 位组织转变不同而引起的内应力。 • 影响因素： • 冷却速度、工件的尺寸、钢的导热性 • 含碳质量分数、马氏体的比热及钢的淬 透性
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2、组织应力及其变化规律
• 淬火初期（表层温度低于Ms，心部温度 高于Ms），表层压应力，心部拉应力。 • 淬火后期（表层温度、心部温度低于 Ms） ，表层拉应力，心部压应力。
淬火过程
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赤热工件进入淬火介质后的三个冷却阶段
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理想淬火冷却曲线
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四、淬火方法
• • • • • • • • 淬火方法的选择依据： 钢的化学成分 工件的形状和尺寸 技术要求 选择淬火方法的好处： 获得所需的组织和性能 减小淬火应力 减小工件变形和开裂的倾向
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热应力与组织应力
• 共存、叠加 • 热应力与组织应力的变化规律相反
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二、淬火加热
• 制定淬火加热工艺： • 加热温度、加热时间
• 加热方式、选择介质
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淬火加热温度的选择
• 淬火加热温度的选择以得到 均匀细小的奥氏体晶粒为原 则（细小的M） • 依据钢的临界点温度来确定
钢的淬火
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淬火
定义： 将钢加热至Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以大 于临界淬火速度Vk的速度冷却，使过冷奥氏体 转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。
淬火钢得到的组织：马氏体或下贝氏体，少量残 余奥氏体及未溶的第二相。 目的： 提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够 的韧性。
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3、分级淬火法
• 将加热至奥氏体状态的工件先淬 入高于该钢点Ms附近的热浴中 停留一定时间，待工件各部分与 热浴的温度一致后，取出空冷至 室温，在缓慢冷却条件下完成马 氏体转变的淬火方法。
•其特点是显著减少淬火变形与开裂 •用于截面尺寸较小淬透性较高的钢件
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四类淬火方法
• • • • 单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
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1、单液淬火法
将加热至奥氏体状态的工件放 入一种淬火介质中连续冷却至 介质温度的淬火方法，如水淬、 油淬等。
适用于形状简单 的工件； 操作简单，容易 实现自动化。
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不同碳含量的钢淬火后的硬度及 碳含量与残余奥氏体量的关系
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一、淬火应力
• • • • 淬火应力分为两种： 热应力 组织应力 淬火应力超过材料的屈服极限产生塑性 变形 • 淬火应力超过材料的强度极限产生开裂
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热应力
• 定义： • 工件在加热或冷却过程时，由于不同部位的温 度差异，导致热胀冷缩的不一致而产生的内应 力。 • 影响因素： • 冷却速度越大，截面上的温差越大，热应力越 大； • 淬火温度越高，工件截面尺寸大或钢材导热性 差，线膨胀系数大，增大热应力。
• 亚共析钢：Ac3+（30-50oC） • 共析钢和过共析钢：Ac1+（30-50oC） •温度选择此范围的原因
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淬火加热时间的确定
• • • • • • 淬火加热时间：升温时间和保温时间之和 影响加热时间的因素： 加热介质、钢的成分、炉温 工件的形状及尺寸 装炉方式及装炉量 经验公式：τ=αKD
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脱碳
• 钢中的碳与炉气中的O2、H2O、CO2及 H2发生化学反应，生成含碳气体逸出钢 外，使工件表面含碳降低。
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加热温度越高，加热时间越长，脱碳层越深。
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防止氧化、脱碳的方法
• 盐浴加热（氯化盐、硝酸盐） • 保护气氛加热（氨分解气氛、天然气或 人造煤气） • 真空加热（机械真空泵） • 装箱加热（铸铁屑或木碳）
4、等温淬火法
将加热至奥氏体状态的工件 淬入温度稍高于点Ms的盐 浴中等温，保持足够长时 间，使之转变为下贝氏体 组织，然后取出在空气中 冷却的淬火方法。
其特点是工件具有良好的综合力学性能，一般不必回火。 多用于形状复杂和要求较高的小件。获得下贝氏体组织， 用于要求有较高强韧性的工模具和弹簧等零件。 2015-6-29 38
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三、淬火冷却
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三、淬火冷却
• 淬火冷却速度的选择： • 大于临界冷却速度 • 既能获得马氏体组织，又能减小变形和 开裂的倾向。
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理想淬火冷却曲线
• 600-400oC奥氏体最不稳 定，快速冷却，避免发生 珠光体或贝氏体转变，保 证获得马氏体组织。 • 650oC以上或400oC以下， 点Ms附近，过冷奥氏体 比较稳定，缓冷，减小热 应力和组织应力，减小工 件淬火变形和防止开裂。
Hale Waihona Puke Baidu
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盐浴
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矿物油
• 优点：低温区的冷却速度比水小 • 缺点：高温区的冷却速度较小 • 油淬火，在马氏体转变温度范围内冷却 速度很慢，降低组织应力，减小变形和 开裂。 • 油温高（40-100oC）可降低油的粘度， 使高温区的冷却能力增加。
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1、热应力及其变化规律
• (a)表层和心部始终存 在着温差 • (b)冷却初期，表层产生拉 应力，心部产生压应力； 冷却后期，表层受到压应 力，心部产生拉应力。 • (c)冷却后期的应力状态被 保留下来成为残余内应力； 表层为压应力，心部为拉 应力。
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组织应力
感应淬火
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激光淬火
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压淬
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压淬
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校直
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作业
• 课本244页 • 第 3题
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