淬火与回火

冷却速度 /( ℃ • s-1) 775 545
20℃静止水 40℃静止水
60℃静止水
10%NaCl 溶液 10%NaOH 溶液
220
580 560
275
2000 2830
80
1900 2750
185
1000 775
20℃10号机油
80℃10号机油 20℃3号锭子油
430
430 500
230
230 120
应用篇—— 3淬火与回火
2. 淬火工艺 ①淬火加热温度 亚共析钢：Ac3 +30～50℃; （必须消除网状渗碳体 共析和过共析钢： Ac1 +30～50℃ 预备组织为P球） 为什么过共析钢淬火加热温度在 正火→球化退火 Ac1 +30～50℃ ，
而不是Accm +30～50℃？） 1）细化晶粒 2）保留渗碳体，提高耐磨性 3）减少A含碳量，以降低M转 变时变形和开裂的倾向， 并减少AR量
(2) 将三个样品放入850℃的炉中加热，保温30min后，放入油中淬火 冷却； (3) 表面硬度检验，硬度最高的为9SiCr钢，这是因为850℃加热，三 者完全奥氏体化，淬火后都得到马氏体，由于9SiCr钢的淬硬性高于 45 钢 和 40CrMnMo 钢 (45 钢 和 40CrMnMo 钢 淬 火 后 的 硬 度 约 为 50HRC左右，9CrSi钢为60HRC)，所以，硬度最高的为9SiCr钢； (4) 对其余二个样品进行心部硬度检验，硬度高的为 40CrMnMo 钢， 这是由于40CrMnMo 钢的淬透性高于 40钢，40CrMnMo 钢油冷后 得到马氏体，40钢由于淬透性低心部得不到马氏体组织。
淬透性越好（除Co）
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应用篇—— 3淬火与回火

注意区别：
钢的淬透性 —— 钢材本身的固有属性，与外部因素无关
工件的淬透深度 —— 取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、
工件尺寸等外部因素有关。

同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件
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应用篇—— 3淬火与回火
二、 淬火介质
1.无物态变化的淬火介质 冷却机理： 辐射、传导和对流将工件的热量带走，使工件冷却 常用的淬火介质： 硝酸盐和碱，使用温度在150～550℃之间。
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应用篇—— 3淬火与回火
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应用篇—— 3淬火与回火
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应用篇—— 3淬火与回火
在实际生产中，选择淬火温度时，除必须遵守上述
一般原则外，还允许根据具体情况做一些调整: ① 如欲增大淬硬深度，可适当提高淬火温度；
常用的冷却介质 水、盐水、碱水、油、合成淬火液等
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应用篇—— 3淬火与回火
常用的淬火冷却介质
最大冷却速度时 平均冷却速度/(℃•s-1) 650～550 ℃ 135 110 300～200 ℃ 450 410
名
称
所在温度/ ℃ 340 285
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60
70 100
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65
55 50
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温 度
A1
Ms 时间 单液淬火 双液淬火 分级淬火
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等温淬火
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应用篇—— 3淬火与回火
3 淬火介质的新发展
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应用篇—— 3淬火与回火
一、淬火方法及工艺
1.淬火方法
淬火分类
按加热温度：完全淬火、不完全淬火 按加热速度：普通淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火 按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火

按冷却方式：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、 预冷淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火等
20mm
银球试样与冷却特性曲线 （a）银球试样示意图：1—银球试样，2—热电偶，3—介质； （b）试样温度与冷却时间的关系；（c）冷却速度与试样温度的关系
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应用篇—— 3淬火与回火
二、 淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质 冷却机理 第一阶段（AB段）：蒸汽膜阶段。冷却速度慢 第二阶段（BC段） ：沸腾阶段。冷却速度快 第三阶段（CD段） ：对流阶段。冷却速度慢
二、 淬火介质
理想淬火介质具备： 高温慢冷；
奥氏体鼻子温度快冷；
马氏体转变慢冷。 环保性 易操作
温度 (℃) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 0 Mf Ms
理想淬火冷却介质
A1
1
10
102
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103
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104
时间(s)
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工件淬硬层与冷却速度的关系示意图 （a）零件截面的不同冷却速度; （b）未淬透区的示意图
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淬硬层深度—— 由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。
M量和硬度随深 度的变化
如果工件中心在淬火后获得了50％以上的M， 则认为工件已经被淬透。
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工件淬硬层与冷却速度的关系示意图 （a）零件截面的不同冷却速度; （b）未淬透区的示意图
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2、影响淬透性的因素
决定因素:临界冷却速度; 取决于材料化学成分。
C曲线越靠右,淬火临界冷却速度越小,钢的淬透性越好 因此使C曲线右移的元素均使淬透性提高; 一般而言，碳钢的淬透性差，
合金钢的淬透性好，且合金元素含量越高，
应用篇
第三章 淬火与回火
3.1 3.2
淬火 回火
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应用篇—— 3淬火与回火
3.1
淬火
钢的淬火——将钢加热到临界温度（A1 或A3）以上，保 温一定时间使其奥氏体化，以大于临界冷却速度进行冷 却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。 淬火钢的组织：（视成分和工艺而定） 马氏体+ （残余奥氏体） （未溶第二相） 有时有贝氏体 淬火后必须与适当的回火工艺相配合，以达到以下目的： 提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具 提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件 提高硬磁性：用高碳钢、磁钢制的永久磁铁（马 氏体磁性） 提高弹性：各类弹簧 提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢
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应用篇—— 3淬火与回火
各种淬火方法示意图 （а）单液淬火法；（B）双液淬火法（先水淬后油冷）；（C）分级淬火法； （D）贝氏体等温淬火法；（E）马氏体等温淬火法；（F）预冷（空冷）淬火法
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有效厚度D： 板件和薄壁件以板厚或壁厚做D 球体以球直径的0.75倍作D 形状复杂工件以工作部分的截面厚度作D
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2. 淬火工艺
③冷却方式
冷却方式
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视频（真空淬火）
视频（激光淬火）
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三、 钢的淬透性

淬透性是钢的主要热处理性能。 是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。
网带式淬火炉
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② 如欲减少淬火变形，淬火温度应适当降低；
③ 当原材料有较严重的带状组织时，淬火温度应适 当提高；
④ 高碳钢的原始组织为片状珠光体时，片P易溶，
淬火温度应适当降低； ⑤ 尺寸小的工件，淬火温度应适当降低； ⑥ 对于形状复杂、容易变形或开裂的工件，应在保 证性能前提下尽可能采用较低淬火温度。
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淬硬性与淬透性: （两个完全不同的概念）
钢
种
淬硬性
低 高 低
淬透性
差 差 好 好
碳素结构钢 ( 20 ) 碳素工具钢( T12A )
低碳合金结构钢 ( 20Cr2Ni4A )
高碳高合金工具钢 ( W18Cr4V )
二、 淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质 冷却机理： 辐射、传导和对流将工件的热量带走，使工件冷却 汽化沸腾，使工件强烈散热 该类介质冷却能力强
水基，油基
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二、 淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质 介质冷却特性的测试 ——试样温度与冷却时间（速度）之间的关系）

环保、优效（高温快速、低温慢速）、安全、经济为 发展方向。 植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶

段冷速）

聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保） 固—气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）
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钢的淬火硬度与碳含量的关系
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影响因素 淬透性
应用范围
表示方法
成分 形状复杂、尺寸精度 规定条件下， （合金元素） 高，大截面并要求淬 50％马氏体组 透的零件 织的深度 淬透层 淬透性 实际条件下， 深度 50％马氏体组 冷却介质 织的深度 工件尺寸 淬硬性 以磨损为主的工具、 M中含碳量 淬火后硬度 量具、模具
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淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响
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2、影响淬透性的因素
决定因素:临界冷却速度; 取决于材料化学成分。
a
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b
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最大限度减少工件应力集中和变形， 使工件均匀冷却。 冷却介质
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温 度
A1
Ms 时间
单液淬火
双液淬火
分级淬火
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等温淬火
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尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。

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。
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注意区别：
应用篇—— 3淬火与回火
淬透性和淬硬性 淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能 达到的最高硬度。 影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。
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2. 淬火工艺
②保温时间 •保温时间=升温时间 + 心表温度一致时间 + 组织转变时间 加热介质对保温时间影响较大。 τ = α K D
工件有效厚度 (最快传热方向上的厚度) 装炉量有关系数 一般 K = 1～1.5
加热系数,与钢种 及加热介质有关
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高
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应用篇—— 3淬火与回火
仓库内现有三批直径均为30mm的40钢，40CrMnMo 钢， 9SiCr钢，由于种种原因已无法分辨，请采用热 处理的方法将它们区分开来，并说明其原因。
(1) 每批钢材各截取一段长度大于30mm的样品，并编号；
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应用篇—— 3淬火与回火
三、 钢的淬透性
1. 概念 淬透性——钢在淬火时能够获得马氏体的能力。 其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。
a
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b
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