第七章 钢的淬火与回火

回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现 脆化后可重新加热后快冷消除。
（3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大口为沿晶脆性断口。
6、防止方法
（1）提高钢材的纯度，尽量减少杂质；
（2）加入适量的Mo、W等有益的合金元素；
（ 3 ）对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快 冷的方法； （4）采用亚温淬火（A1~A3）：
HRC——测试点处的硬度值 例： 42 即表示：距水冷端5mm J 处试样硬度值为42HRC 5 30 - 35 即表示：距水冷端10mm处 J 10 试样硬度值为30 ～35HRC
淬透性曲线
半M与碳含量
（二）临界直径法 生产中也常用临界淬火直径表示钢的 淬透性。 临界淬火直径 ——圆棒试样在某介质中淬火 时所能得到的最大淬透直径（即心部被淬成 半马氏体的最大直径），用D0表示。
（五） 淬透性的应用
1. 根据零件工作条件不同合理确定钢的淬透性 (1) 受拉、压、冲击载荷零件必须淬透。 (2) 切削刀具，必须淬透。 (3) 各类弯、扭件要求淬透 R/4～R/2。
2. 热处理工艺制定的依据
TH、 τH 、冷却介质及冷却方式等参数的确定
3. 尺寸效应
钢件淬硬层深度随其截面尺寸↑ 而 ↓。
1-0.10%C，
2-0.19%C，2.91%Cr
3-0.11%C，2.14%Mo 4-0.50%C，0.52%Ti 5-0.32%C，1.36%V 6-0.35%C，12%Cr 7-0.43%C，5.6%Mo
作业
P200 2，5，10
P231 9，10，14，20，21，24
二、淬火钢回火后的力学性能
1. 回火温度与钢的力学性能及应用
（1）低温回火：淬火钢件在 250℃以下回火一般得到回火马氏 体组织,即由ωc较低的马氏体与极细的碳化物(Fe2.4C)组成的 组织。目的是在保持淬火高硬度的前提下，适当提高钢的韧 性和减小淬火内应力。常用于各种工具及高硬度零件。 （2）中温回火：淬火钢件在 250～ 500℃之间回火一般得到回 火托氏体组织，即针状特征的铁素体与细小粒状渗碳体的混 合物。目的是获得高的强度、弹性和较高的韧性。主要用于 弹性零件、锻模和要求淬硬的扳手、销钉和螺钉等工件。 （ 3 ） 高 温 回 火 ： 淬 火 钢 件 在 高 于 500℃ 回 火 （ 常 用 500 ～ 650℃），得到回火索氏体组织，即等轴晶粒（或部分针状） 的铁素体与较粗粒状渗碳体的混合物，具有良好的综合力学 性能。主要用于各种重要结构件，也可作为某些精密零件如 丝杠、量具和模具等的预备热处理， 调质：钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺。 结论：随着回火温度的升高，淬火钢力学性能总的变化趋势是： 硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。
第七章
钢的淬火与回火
第一节
钢的淬火
• 淬火：将钢件加热到 Ac3 或 Ac1 以上某一温 度，保持一定时间（使奥氏体化），然后 以适当速度冷却，获得马氏体和（或）贝 氏体组织的热处理工艺。 • 淬火的目的： 使钢件获得所需的马氏体组织； 提高工件的硬度，强度和耐磨性及其他性 能 为后续热处理作好组织准备等。
（1）降低钢中杂质元素的含量； （2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒； （3）加入Mo、W等可以减轻； （4）加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）； （5）采用等温淬火代替淬火回火工艺。
（二）第二类回火脆性 1、温度范围内
450~650℃之间，也称为高温回火脆性。
2、特征 （1）具有可逆性； （2）与回火后的冷却速度有关；
2、钢的回火脆性
通常，淬火钢在回火 时，随着回火温度的 升高，硬度降低，韧 性升高，但是在许多 钢的回火温度与冲击 韧性的关系曲线中出 现了两个低谷，一个 回火脆性：随回火温度的 在 200~350℃之间，另 升高，冲击韧性反而下降 一个在 450~650℃之间。 的现象，称为“回火脆 性”。
（一）第一类回火脆性 1、温度范围内
细化晶粒，减少偏聚。加热后为 A+F （ F 为细 条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能 力较大，可抑制杂质元素向A晶界偏聚。
3. 回火时的二次硬化现象
1、二次硬化 通常淬火钢回火时，硬度随回火温度的升高是逐渐 下降的，但当钢中含有某些特殊类型碳化物形成元素时 ，回火温度达到某一温度后，硬度反而随回火温度的升 高而升高的现象，称为二次硬化。 2、二次硬化产生的原因 当钢中含有合金元素时，在回火过程中，由于合金 元素扩散能力很低，新生成的碳化物弥散度极高，又与 α相保持共格联系。随回火温度的升高，特殊碳化物尺 寸加大，数量增多，从而使 α相的共格畸变增大，导致 钢材在随回火温度升高，出现硬度升高的现象，即二次 硬化。
（四）影响淬透性的因素
（一） 钢的化学成分 1.含碳量 亚共析钢 C%↑，C曲线右移→Vk↓→淬透性↑； 过共析钢C%↑， C曲线左移→Vk↑→淬透性↓； 共析钢的Vk最小，淬透性最好。 2. 合金元素
除Co外，其余合金元素均使C曲线右移，降低Vk， →淬透性↑ 。 （二） 奥氏体化条件的影响 T↑，τ↑，则A晶粒↑ 、过冷A稳定性↑ →淬透性↑
淬火加热温度的选择示意图
二、常用的淬火方法
三、钢的淬透性与淬硬性
心部
A
1
表面
温度
K
V心
冷速V
V临
MS
非马氏体区
V表
V临
时间
马氏体区
淬硬区与未淬硬区示意图
工件截面上不同冷却速度
工件淬硬层与冷却速度的关系
（一） 、基本概念
1. 钢的淬透性
在规定条件下，钢在淬火时获得马氏体组 织深度的能力。一般规定从表面到 50% 非马氏 体深度的距离作为淬硬层深度。 2. 钢的淬硬性 钢在理想条件下淬火成马氏体后所达 到的最高硬度。
在相同冷却条件下， D0 越大，钢的淬透 性越好。
（三）淬透性对力学性能的影响
HRC σb σ0.2 AKU HRC σb
σ0.2
AKU
表 面
中 心
表 面
表 面
中 心 b）未淬透
表 面
a）已淬透
淬透性对调质后钢的力学性能的影响
淬透和未淬透试样经调质后的心部组织（分别是 S回 与 S ） 是不同的，导致心部性能的差异。
3. 钢的淬透性与淬硬性两个概念的区别。
钢的淬透性——主要取决于钢的属性。 钢的淬硬性——主要取决于M中的含碳量。
淬透性差
淬透性好
0 直径
0 直径
两种钢的淬透性
（注：料直径相同，在相同淬火介质中淬火）
（二）淬透性的测定及表示方法
1. 端淬试验法
淬透性表示方法：
J——表示末端淬透性
HRC J d
d——测试点至水冷端的距离(mm）
3.碳化物的转变
在300~400℃之间, 由
ε 碳化物转变成与基体 无共格关系的颗粒状 渗碳体。 这一阶段转变完成后 , 钢的组织由饱和的针 状 α相和细小粒状的渗 碳体组成，这种组织 称为回火屈氏体。
4.基体α相的回复、再结晶和 碳化物的聚集长大 由于马氏体中的缺陷（如 位错或形变孪晶等）密度 很高，当回火温度超过 400℃ 以 上 后 ， 在 回火 过 程中也发生回复和再结晶 过程。 α 相由针状或板条状转变 成无应变的、等轴状新晶 拉。同时渗碳体发生聚集 和长大，有一定程度的粗 化。 这一阶段转变完成后 , 钢 的组织由等轴的 α 相和粗 粒状渗碳体组成，称为回 火索氏体。
四、常用淬火工艺方法及组织转变
• （a）20钢淬火工艺过程及组织转变
• 20钢淬火
• （b）45钢淬火工艺过程及组织转变
• 45钢淬火
• （c）T8钢淬火工艺过程及组织转变
• T8
• （d）T12钢淬火工艺过程及组织转变
• T12
第二节 钢的回火
回火： 钢件淬硬后，再加热到 Ac1点以下的某一 温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处 理工艺。
一、淬火方法与工艺参数
1、钢的淬火温度
亚共析钢的淬火温度一般为 Ac3+30～50℃，过共桥钢 的淬火温度一般为Ac1＋30～50℃。
2、淬火的加热保温时间
淬火的加热保温时间大多采用经验公式计算，并经过 试验确定加热保温时间。
3、淬火介质
加入（5～10）％的食盐的水溶液常用于碳钢的淬火。 油（机油、锭子油、变压器油等）常用于合金钢的淬火。
最初认为第一类回火脆性产生的原因是由于 残余A转变所致。根据第一类回火脆性出现的温度 范围正好与碳钢回火时残余A转变的温度范围相对 应。但有些钢第一类回火脆性与残余A转变并不完 全对应，故残余A转变理论，不能解释各种钢的第 一类回火脆性。
（2）碳化物析出理论
钢回火时， ε -FeXC 转变为 χ -Fe5C2 或 θ -Fe3C 的 温度与产生第一类回火脆性的温度相近，而新形 成的碳化物呈薄片状，且沿板条 M 的板条间、板 条束的边界或片状 M 的孪晶带或晶界上析出，从 而使材料的脆性增加。回火温度如进一步提高， 薄片状碳化物将聚集长大和球化，将导致脆性降 低，冲击韧性升高。
回火目的：
减小或消除淬火残余应力； 稳定钢件的组织和尺寸； 并与淬火配合，使零件达到使用性能要求。
一、 钢在回火时的组织转变
1. 马氏体分解
2.余奥氏体转变
在 200~300℃ 之 间, 钢中的残余奥氏体 也发生分解，转变为 回火马氏体或下贝氏 体。
当回火温度在 100~200℃时， 马氏体开始发生部分分解， 析出 ε 碳化物，这种碳化物 与马氏体保持共格关系。 ε 碳化物不是平衡相，而是 向渗碳体转变前的一个过渡 相。 这一阶段转变完成后 , 钢的 组织由有一定过饱和度的固 溶体和与其有共格关系的 ε 碳化物所组成，这种组织称 为回火马氏体。
200~350℃之间，也称为低温回火脆性。