第八章 钢的淬火

§8-1淬火方法及工艺参数的确定
7）实际生产
①要增大淬硬层深度—淬火温度；②要减少淬火变形—淬火温度； ③有
较严重的带状组织—淬火温度 ④高碳钢原始组织为片P—淬火温度；⑤小 尺寸工件—淬火温度；⑥形状复杂、易变形开裂工件—淬火温度 2.淬火保温时间—从炉温回升到淬火温度时起，至出炉止所需时间 保温时间=工件透热时间+组织转变所需时间 按零件最大厚度或条件厚度来确定
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
3.冷却方式 基本原则： ①淬入时应保证工件得到最均匀的冷却；
②应以最小阻力方向淬入；
③应考虑工件的重心稳定。 工件淬入淬火介质的操作方法： ①厚薄不均的工件，厚的部分先淬入； ②细长工件一般应垂直淬入； ③薄而平的工件应侧放立着淬入； ④薄壁环状零件应沿其轴线方向淬入；
§8-2
淬火介质
理想淬火介质：既能淬成马氏体，又不至于引 起太大的淬火应力。 650℃以上应缓慢冷却—尽量降低淬火热应力 650~400℃之间应快冷—避免过冷A发生分解
400℃以下缓慢冷却—减小M转变时产生的组
织应力
§8-2
一、淬火介质的分类 根据其物理特性：
淬火介质
1）淬火时发生物态变化的淬火介质
4）高分子聚合物淬火介质：各种高分子聚合物配以适当的防腐剂和防 锈剂制成的。不燃烧，没有烟雾，被认为是有发展前途的淬火油代用品。
5）气体：空气、氮气、氩气等都可作为冷却介质。尺寸不大的高速钢 工件和Cr12高淬透性合金钢工件。
6）流态床：可用于淬火加热和淬火冷却。
3ຫໍສະໝຸດ Baidu常用淬火介质
4.冷却强度—反映不同介质的冷却能力 以18℃静止水的冷却能力作为标准，定义其冷却强度H=1 影响因素：水温、搅动
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
6.喷射淬火法 向工件喷射急速水流—局部淬火 按所要求的淬火深度来确定水流的大小 二、淬火工艺参数的确定 1.淬火加热温度 原则—得到均匀细小的A晶粒—淬火后得到细小M 1）亚共析钢：Ac3+30~50℃ 若处于Ac1~Ac3之间--保留一部分F—淬火后钢的强、硬度 若超过Ac3太多—A晶粒粗化—机械性能变差 喷射淬火法
§8-2 淬火介质
二、有物态变化的淬火介质 1.冷却特性—试样温度与冷却 时间或试样温度与冷速间的 关系 2.冷却机理--三个阶段 1）蒸汽膜阶段—AB段 特点：冷却速度较慢 2）沸腾阶段—BC段 特点—冷速加快
3）对流阶段—CD段
工件冷至低于介质的沸点—主要依靠对流传热 特点：冷速缓慢
§8-2
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
1、为了提高过共析钢的强韧性，希望控制淬火时所得到的马 氏体具有较低的碳的质量分数，并希望得到以板条马氏体为主 的组织。试问如何进行热处理才能达到上述目的？ 2、已知马氏体的碳含量高于0.5%时对力学性能有弊无利，为 何碳含量高于0.5％的高碳钢在生产上仍得到了应用？而为了 提高高碳钢的强韧性，在热处理时应注意什么问题？
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
4）工件尺寸及形状：小工件采用较低的淬火温度。反之，采用高的淬 火温度。因小工件加热快，温度高可能引起棱、角处过热和增大变形， 故淬火温度取下限。大工件加热慢，温度低容易造成加热不足及延长工 时，故应适当提高淬火温度。对形状复杂，容易变形和开裂的工件，应 在保证性能要求的前提下，尽量采用较低的淬火温度。 5）淬火介质和淬火方法：采用冷却能力很强的淬火剂时，为减少应力， 可适当降低淬火温度。采用等温淬火或分级淬火时，因所用热浴的冷却 能力差，故应当适当提高淬火温度，以保证工件淬硬。如T10钢制件， 用水或盐水淬火，其淬火温度为760-780C，而采用硝盐浴分级淬火， 常选为800-820C。 6）奥氏体晶粒长大倾向：对奥氏体晶粒不易长大的本质细晶粒钢，其 淬火加热温度范围较宽，所以为了提高加热速度，缩短整个处理周期， 可适当提高淬火温度。
性转变合金的淬火，简称淬火。
第八章
钢的淬火
e
匀晶相图
共晶相图
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
一、淬火方法 1.单液淬火法—直接淬火 工件加热后臵入某一种淬火介质, 工件表面与中心温差大—热应力和组织应力较大—易变形和开裂 应用于形状简单的工件淬火 2.双液淬火法 在盐水中冷却至400℃，后迅即转入油中 目的：先快冷避免过冷A分解，后慢冷降低变形和开裂倾向 关键：控制工件的水冷时间 3.分级淬火法 工艺：将加热好的工件臵于稍高于Ms点的热态淬火介质中，保温，待工件各部分的温 度基本一致取出空冷 特点：①缩小了工件与冷却介质间的温差，工件冷却过程中的热应力明显减小了；② 分级保温—整个工件温度趋于均匀—随后冷却过程中工件表面与心部M转变的不同时 性减小；③恒温停留—A稳定化—AR量--M转变引起的体积膨胀减少。
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
对于形状复杂或尺寸较大的碳素工具钢及合金工具钢，常常
在淬火加热前采用预热，以消除淬火加热前存在的残余内应力、
缩短高温下的保温时间以减轻氧化和脱碳及过热倾向。 碳素工具钢及一般合金工具钢：
一次预热550～650℃
高合金工具钢： 第一次预热600～650℃ 第二次预热800～850℃
3.等温介质
常用介质—熔融硝盐或碱
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
四、冷处理—将淬火后已冷到室温的工件继续深冷至零下温度，使淬火后保 留下来的AR继续向M转变，达到减少或消除AR的目的 应用：高碳合金工具钢、经渗碳或碳氮共渗的结构钢零件 目的：提高硬度和耐磨性，保证尺寸稳定性
注：冷处理应在淬火后及时进行
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
4.等温淬火法
贝氏体等温淬火、马氏体等温淬火 1）B等温淬火：臵于高于Ms点的 淬火介质中，保持，转变成下B，取出空冷 特点：强度、韧性较高，且淬火变形较小 2）M等温淬火：臵于温度稍低于Ms点的淬火介质中保持，发生部分M转变， 取出空冷—低于Ms点的分级淬火 特点：①冷却速度，过冷A不易分解；②形成的M在等温过程中转变为回火 M，使组织应力； ③等温过程工件各部分温度趋于一致，空冷冷速较慢， 继续形成M量--组织应力--变形开裂倾向 5.预冷淬火法 工艺：先空冷一定时间后臵于淬火介质中冷却 特点：预冷可减小工件在随后快冷时各处之间的温差—变形开裂
3.常用淬火介质
三、无物态变化的淬火介质 熔盐、熔碱及融熔金属 特点：沸点高，在工件处于高温时冷却速度很高，而当工件接近介质温度 时冷速则迅速降低，冷却能力介于水、油之间。 它们多应用于等温淬火和分级淬火。以减少工件的变形，常用于处理
形状复杂、尺寸小、变形要求严格的工件等。
介质的冷却能力与介质本身的物理性质及工件和介质间的温度差有关
淬火介质
3.常用淬火介质
1）水 优点：价廉易得、冷却能力强
缺点：①冷却能力对水温的变化很敏感，水温升高，冷却能力便急剧下降，
并使对应于最大冷速的温度移向低温，故使用温度一般为20一40℃，最高不 许超过60℃；②在马氏体转变区的冷速太大，易使工件严重变形甚至开裂； ③不溶或微溶杂质显著降低其冷却能力，工件淬火后易于产生软点 2）盐水与碱水 盐水:优点—蒸汽膜因加入盐而提早破裂，即其特性温度高；高温区冷却能力 为水的10倍；受温度影响较小。缺点—在低温区间冷速仍很大 使用温度--60℃以下 碱水：优点—高温区冷却能力比盐水大，低温区冷区能力与盐水相近；氧化 皮易于脱落；淬火后工件呈银灰色，表面较洁净。 缺点—苛性钠对工件和设备有腐蚀作用；淬火后有刺激性气体产生；易变质
零件最厚截面处的尺寸或叠放零件的总厚度
条件厚度—零件实际厚度（壁厚）乘以形状系数
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
影响因素： 1）钢的成分：碳及合金元素--导热性--保温时间 保温时间：高碳钢低碳钢 合金钢碳素钢 高合金钢低合金钢
2）工件的形状与尺寸：有效厚度--保温时间
工件在受热条件下在最快传热方向上的截面厚度
3.常用淬火介质
3）油—植物油：豆油、芝麻油，冷却特性好，易于老化，价格昂贵。
矿物油：优点：沸点一般比水高150-300C，其对流阶段的开始温度比 水高得多，即一般在钢的Ms点附近已进入对流阶段，故低温区间的冷 速远小于水，这有利于减少工件的变形与开裂。油的主要缺点是高温区 间的冷却能力很小，仅为水的1／5-1／6，只能用于合金钢或小尺寸碳 钢工件的淬火。此外，油经长期使用还会发生老化，故需定期过速成更 换新油等。
三、无物态变化的淬火介质
3.常用淬火介质
3.常用淬火介质
四、其它新型淬火介质简介
1.过饱和硝盐水溶液
配方：25％NaNO3＋49％NaOH＋26%KNO3＋35％H2O
特点：在高温区冷却能力比盐水小，但比油大，在低温区
的冷却能力与油相似。 因此，可以认为这类淬火介质综合了盐水和油的优点
3.常用淬火介质
包括水质淬火剂、油质淬火剂和水溶液等。
特点—淬火介质的沸点低于工件的淬火加热温度 冷却过程分三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段 2）淬火时不发生物态变化的淬火介质 包括各种熔盐、熔碱、熔融金属等。 特点—淬火介质的沸点高于工件的淬火加热温度 淬火介质的一般要求：①无毒无味、经济、安全可靠； ②不易腐蚀工件，淬火后易清 洗；③成分稳定，使用过程中不易变质；④在过冷A的不稳定区域有足够冷却速度，在 低温M区有较缓慢的冷速；⑤介质黏度应较小，以增加对流传热能力和减少损耗。
⑤具有闭腔或盲孔的工件应使腔口或孔向上淬入；
⑥截面不对称的工件应以一定角度斜着淬入，以使其冷却比较均匀。
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
三、等温淬火工艺
1.淬火加热温度与保温时间
等温淬火的加热温度比普通淬火时高30~80℃ 原因：等温热介质温度较高—冷却能力小—从高温冷至等温温度过程中易 发生P或B转变—设法增大过冷A的稳定性 2.等温温度与等温时间 T根据钢的机械性能的要求确定，允许偏差5℃ ；等温时间根据IT图估算
机器零件③提高硬磁性；如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁④提高弹性；
如各种弹簧⑤提高耐蚀性和耐热性。如不锈钢和耐热钢。
第八章
钢的淬火
4. 淬火条件：合金在相图上有
多型性改变或固熔度改变。
5.分类：无多型性转变的合金 淬火和有多型性转变合金的淬
火。以铝合金为代表的无多型
性转变合金的淬火，又称为固 熔处理。以钢为代表的有多型
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
3）加热介质不同--加热速度不同--保温时间不同
铅浴炉—盐浴炉—空气电阻炉
加热速度依次降低，
当其它条件协同时，三者的保温时间之比大致为2∶3 ∶ 6
4）装炉情况：工件在炉中的放臵及排列情况
5）炉温：提高炉温—可缩短加热保温时间
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
D：计算厚度或直径
§8-1淬火方法及工艺参数的确定
2）共析钢、过共析钢： Ac1+30~50℃ 过共析钢为什么不选择Accm+30~50℃？ 目的：得到细小的A晶粒和保留少量渗碳体质点，淬火后得到隐晶M和其上均 匀分布的粒状碳化物—强、硬度及耐磨性且韧性较好 ①渗碳体全部溶于A中，使淬火后钢的耐磨性；②A晶粒显著粗化—淬火后得到粗大 M—形成显微裂纹倾向；③A中c--Ms点--淬火后AR--硬度；④高温加热淬火应 力大，氧化脱碳严重—变形开裂倾向、加热炉使用寿命 3）低合金钢： Ac3（Ac1）+50~100℃ 一般过共析低合金钢淬火加热温度为Ac1+50～110℃，亚共析低合金钢淬火加热 温度为Ac3+30～100℃.一般高速钢的加热温度比其Ac1高出300C以上。
第八章
钢的淬火
山东科技大学材料科学与工程学院
第八章
钢的淬火
1.定义：把钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，以大于临界冷却 速度的冷速冷却，从而获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。
2.组织：主要为M、B或M+B的混合物
3.目的：淬火+回火 ①提高硬度和耐磨性；如刃具、量具、模具等②提高强韧性；如各种
2.水玻璃淬火剂 它是用水稀释成不同浓度的水玻璃溶液，再在其中添加一种或多种碱 类或盐类物质，通过调整其成分使之具有不同冷却速度。
351配方：7～9％水玻璃＋11～14％NaCl＋11～14％Na2CO3
＋0.5％NaOH＋62.5~70.5%H2O 特点：使用温度为30～65℃，其冷却能力介于油水之间，冷速可调，能作 为淬火油的替代品，其缺点是对工件表面有一定腐蚀作用。