钢淬火与回火.ppt
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钢的淬火与回火
脱碳 O2: Fe3C + O2 → 3Fe +CO2 [C]A + O2 → CO2 CO2: Fe3C + CO2→ 3Fe + 2CO [C]A + CO2 → 2CO H2O: Fe3C + H2O → 3Fe +H2+CO [C]A + H2O → H2+ CO H2: Fe3C+2H2 →3Fe + CH4 [C]A +2H2 → CH4
实际淬透层深度：淬透性、工件大小、 实际淬透层深度：淬透性、工件大小、淬火介质
3 淬透性与淬硬性
淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成M可能得 淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成 可能得 到的最高硬度表示。 到的最高硬度表示。 ——取决于 中的 取决于M中的 取决于 中的C%. 淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。 淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。
(2)理想冷却速度示意图 (2)理想冷却速度示意图
温 度
2 常用淬火介质
根据工件淬火冷却过程中， 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质由否 发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的， 发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的，即 有物态变化的和无物态变化的。 有物态变化的和无物态变化的。 有物态变化的 水及各种水溶液 各种淬火油 各种气体 无物态变化的 熔融金属、熔盐 固体----铜板、铁板、气-固流态床
若 T> Acm
增加, 点下降, 增多; ① C % 增加 Ms点下降 残A增多 点下降 增多 粗大M; ② 粗大 氧化脱碳严重,易变形开裂 ③ 氧化脱碳严重 易变形开裂 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。 ④ 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。
回火中组织变化(与“回火”有关优秀PPT文档)
400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
组织为M 。 残余奥氏体完全分解为过饱和的α+ε碳化物的混合物，这种组织与马氏体分解的组织基本相同。
400℃以上，发生渗碳体的长回大与固溶体再结晶
回火马氏体
第3页，共5页。
淬火钢回火时组织和性能的变化
300～400℃，发生碳化物的转变
， 马氏体分解完成，过饱和的α中的含碳量达饱和状态 400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
M→F，但这时的铁素体仍保持着马氏体的针叶状 淬火钢回火时组织和性能的变化
由淬火M中析出薄片状细小的ε碳化物,使M中碳的过饱和度降低，通常把这种过饱和α+ε碳化物的组织称为回火马氏体（M回）。
淬火钢回火时组织和性能的变化
外形，这时ε碳化物转变为极细的颗粒状的渗碳体。 在显微镜下观察呈黑色针叶状。
球状Fe3C组成的回火组织——回火索氏体。（S 回）
回火索氏体
第5页，共5页。
颗粒状的渗碳体。
回火托氏体
第4页，共5页。
淬火钢回火时组织和性能的变化
400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
400℃以上粒状渗碳体将逐渐聚集长大，α相开始回 复，500℃以上时发生再结晶，从针叶状转变为多 边形的粒状，同时粒状渗碳体聚集长大成球状，即 在500℃以上（500-650℃）得到由粒状铁素体+
马氏体分解完成，过饱和的α中的含碳量达饱和状态，M→F，但这时的铁素体仍保持着马氏体的针叶状外形，这时ε碳化物转变为极细的
颗粒状的渗碳体。
这种由针叶状F和极细粒状渗碳体组成的机械混合 200～300℃发生残余奥氏体分解
由淬火M中析出薄片状细小的ε碳化物,使M中碳的过饱和度降低，通常把这种过饱和α+ε碳化物的组织称为回火马氏体（M回）。
组织为M 。 残余奥氏体完全分解为过饱和的α+ε碳化物的混合物，这种组织与马氏体分解的组织基本相同。
400℃以上，发生渗碳体的长回大与固溶体再结晶
回火马氏体
第3页，共5页。
淬火钢回火时组织和性能的变化
300～400℃，发生碳化物的转变
， 马氏体分解完成，过饱和的α中的含碳量达饱和状态 400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
M→F，但这时的铁素体仍保持着马氏体的针叶状 淬火钢回火时组织和性能的变化
由淬火M中析出薄片状细小的ε碳化物,使M中碳的过饱和度降低，通常把这种过饱和α+ε碳化物的组织称为回火马氏体（M回）。
淬火钢回火时组织和性能的变化
外形，这时ε碳化物转变为极细的颗粒状的渗碳体。 在显微镜下观察呈黑色针叶状。
球状Fe3C组成的回火组织——回火索氏体。（S 回）
回火索氏体
第5页，共5页。
颗粒状的渗碳体。
回火托氏体
第4页，共5页。
淬火钢回火时组织和性能的变化
400℃以上，发生渗碳体的长大与固溶体再结晶
400℃以上粒状渗碳体将逐渐聚集长大，α相开始回 复，500℃以上时发生再结晶，从针叶状转变为多 边形的粒状，同时粒状渗碳体聚集长大成球状，即 在500℃以上（500-650℃）得到由粒状铁素体+
马氏体分解完成，过饱和的α中的含碳量达饱和状态，M→F，但这时的铁素体仍保持着马氏体的针叶状外形，这时ε碳化物转变为极细的
颗粒状的渗碳体。
这种由针叶状F和极细粒状渗碳体组成的机械混合 200～300℃发生残余奥氏体分解
由淬火M中析出薄片状细小的ε碳化物,使M中碳的过饱和度降低，通常把这种过饱和α+ε碳化物的组织称为回火马氏体（M回）。
第四节 钢的淬火与回火
21.对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气 中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬 火。（ ）
30.因为碳素钢也能获得100%马氏体，所以合金 元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（ ）
31.因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏 体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏 体的含碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。 （）
细小、弥散的、高硬度的合金碳化 物，如Mo2C，使硬度反而提高。
（2）二次淬火 回火时A'中析出合金碳化物→ A'中 C% ↓ → Ms、Mf ↑, 随后冷却时A' →M
（四）回火种类
1. 低温回火（150～250 ℃）
——由M中析出极细小片状ε碳化物
（分级淬火或等温淬 火的冷却介质 ）
聚乙烯醇水溶液
钢的理想冷却曲线示意图
常用淬火介质及其冷却能力： 盐水 ＞ 水 ＞ 聚乙烯醇 ＞ 油＞空气
（２） 淬火方法
A1
a. 预冷淬火
加热、保温后先在空气 或热水中预冷一段时间 后，再放入淬火冷却介 质中。
b. 单液淬火
MS
一种淬火介质。
a
如：水冷、油冷
b
c
32.淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。 （）
二、钢的回火
（一）回火： 淬火钢加热到A1以下，保温一定 时 间，然后冷却的热处理工艺。
（二）目的： 1. 降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和
开裂。 2. 减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。 3. 获得所要求的组织和性能。
如：M回、S回、T回等。
➢ 淬火+高温回火→调质处理，简称调质。
回火M
淬火M
T
回火T
T
回火S
钢的淬火和回火.
§10-3 其他类型热处理
钢的形变热处理
钢的表面淬火 钢的化学热处理
一 形变热处理
是把塑性变形（锻、轧等）和热处 理工艺紧密结合起来的一种热处理方法。 由于它可以使钢同时受到形变强化 和相变强化，因此可以大大提高钢的综 合力学性能，另外，它还能大大简化钢 件生产流程，节省能源，因而受到愈来 愈广泛的重视，提高钢的强韧性的重要 手段之一。
二 表面淬火
表面淬火是将工件表面快速加热到淬火 温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得 淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的 热处理方法。
中 高 频 感 应 淬 火 装 置 图
四、钢的化学热处理
化学热处理—将钢件置于一定温度的活性介质 中保温，使一种或几种元素渗入它 的表层， 以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
（2）中温回火（350~500℃）
组织：回火屈氏体（与屈氏体比较） 条、针状 (未再结晶，平衡C)α相 + 弥散分布细粒状θ相 性能： 基体已回复；内应力↓↓； 弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。 应用：弹簧钢、热锻模。（0.6~0.9%）
（3）高温回火（550~680℃）
组织：回火索氏体（与索氏体比较） 等轴状(再结晶)α相 + 均匀分布粒状(球化)θ 相 性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合； ——综合机械性能高 应用：重要结构件，轴、齿轮
2 回火种类
回火温度↑，内应力↓； 强硬度↓；塑韧性↑。 ——根据温度不同划分回火种类
（1）低温回火（150~250℃）
组织：回火马氏体（与淬火马氏体比较）
高碳钢：淬火片状M→回火M (片状过饱和α+ε碳化物，共格) 性能：保持高强硬度；微裂纹焊合； 内应力和脆性↓；韧性略↑。 但低碳钢：板条M，只有C的偏聚 应用： ① 工、模具钢； ② 低碳马氏体钢
钢的淬火和回火
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。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 状的渗碳体和少量残余奥氏体，如下图所示。 分散分布的颗粒状渗碳体对提高钢的硬度和耐 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。
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。
图为两种淬透性不同的钢制成相同的轴经调质处理后， 其力学性能的比较。高淬透性的钢的整个截面都是回火索 氏体组织，力学性能均匀，强度高，韧性好。低淬透性钢 的心部组织为片状索氏体加铁素体，韧性差。
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 如图所示。
1）单介质淬火方法
将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬 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。
2）双介质淬火
是指将工件先在一种冷却能力较强的介质中 冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却 能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。常 用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其优点是冷 却比较理想，缺点是第一种介质中停留时间不 易控制，需要有实践经验。该方法主要用于形 状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。
温 度
Ac3
Ar1
时间
3. 控制马氏体组织形态的热处理
低碳马氏体淬火 中碳钢高温淬火 高碳钢低温短时加热淬火 低碳合金钢复合组织淬火
4-5 4-6 钢的淬火和回火
脆性大，回火可调整硬度、韧性。
3、稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平
衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。
未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回 火在放置或使用过程中易变形或开裂。
钢经淬火后应立即进行回火。
三、回火的种类
1、低温回火
回火温度：150~250℃
回火组织：回火马氏体，用M回表示，58—64HRC 目的：保留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低 内应力，提高韧性。 应用：高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚 动轴承钢。
淬透性
实际淬硬层深 淬火后实际获得的 度 淬硬层深度
1、化学成分
2、尺寸大小 3、冷却速度
8-7
Chapter 8 Quenching and Temping of Steel
影响淬透性的因素 （1）含碳量：亚共析钢ωc↑，淬透性↑ 过共析钢ωc↑，淬透性↓ Vc — 过冷A稳定性 — C曲线位置
的强度同时，具有良好的塑性和韧性。
应用：汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构
零件，如：轴、齿轮等。
4、调质处理
把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处
理”，简称“调质”。
调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结 构件的处理。也可作为精密零件、量具等的 预备热处理。
正火与调质硬度很接近，但重要结构件一般 经调质而不采用正火，因调质综合力学性能 好。
2、中温回火 回火温度：350-500℃ 回火组织：回火托氏体，用T回表示,35~50HRC T回特性：具有较高的弹性极限和屈服极限，并具 有一定的韧性， 应用：主要用于各类弹簧的热处理
3、高温回火
回火温度：500-650℃ 回火组织： 回火索氏体，用S回表示，25~35HRC S回特性: 具有良好的综合力学性能，即在保持较高
3、稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平
衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。
未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回 火在放置或使用过程中易变形或开裂。
钢经淬火后应立即进行回火。
三、回火的种类
1、低温回火
回火温度：150~250℃
回火组织：回火马氏体，用M回表示，58—64HRC 目的：保留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低 内应力，提高韧性。 应用：高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚 动轴承钢。
淬透性
实际淬硬层深 淬火后实际获得的 度 淬硬层深度
1、化学成分
2、尺寸大小 3、冷却速度
8-7
Chapter 8 Quenching and Temping of Steel
影响淬透性的因素 （1）含碳量：亚共析钢ωc↑，淬透性↑ 过共析钢ωc↑，淬透性↓ Vc — 过冷A稳定性 — C曲线位置
的强度同时，具有良好的塑性和韧性。
应用：汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构
零件，如：轴、齿轮等。
4、调质处理
把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处
理”，简称“调质”。
调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结 构件的处理。也可作为精密零件、量具等的 预备热处理。
正火与调质硬度很接近，但重要结构件一般 经调质而不采用正火，因调质综合力学性能 好。
2、中温回火 回火温度：350-500℃ 回火组织：回火托氏体，用T回表示,35~50HRC T回特性：具有较高的弹性极限和屈服极限，并具 有一定的韧性， 应用：主要用于各类弹簧的热处理
3、高温回火
回火温度：500-650℃ 回火组织： 回火索氏体，用S回表示，25~35HRC S回特性: 具有良好的综合力学性能，即在保持较高
钢的淬火与回火
二．淬火冷却方法 1. 单液淬火：将奥氏体化后的工件直接淬入 一种淬火介质中连续冷却至室温的方法。 优点：工艺过程简单，操作方便，经济， 适合于批量作业。 缺点：对形状复杂，截面变化突然的某些 工件，容易在截面突变处因淬火应力集中 而导致开裂。
2. 双液淬火：分别在两种不同的介质中进行 冷却的方法，如水—油；油—空气等。 作用：在过冷奥氏体转变曲线的鼻尖处快 速冷却避免过冷奥氏体分解，而在Ms点以 下缓慢冷却以减小变形开裂。
末端淬火法示意图
淬透性表示方法
HRC 即用 J 表示，J 表示末端淬透性，d 表示 d 半马氏体区
到水冷端的 距离, HRC为 半马氏体区 的硬度。
J40/6
四、淬透性曲线的应用 合理选择材料 预测材料的组织与性能 制定热处理工艺 1. 根据淬透性曲线求圆棒工件截面上的硬度 分布 例：欲选用45Mn2钢制造Φ 50mm的轴，试求 经水淬后其截面上的硬度分布曲线。
第九章 钢的淬火与回火
§9.1 钢的淬火
一、淬火的定义及目的 1. 定义：将钢加热至临界点以上，保温一定时间后 以大于临界冷却速度的速度冷却，使过冷奥氏体 转变为马氏体或贝氏体的热处理工艺。 2. 目的 获得马氏体，淬火后的钢的强度、硬度和耐磨性 大大提高 与不同的回火工艺配合，以提高钢的力学性能
（7）综合应用马氏体、贝氏体形态的形成规 律来指导淬火规范的优选。 淬透性 板条马氏体 片状马氏体 变形、显微裂纹
2. 加热与保温时间
1：加热时间 2 ：透烧时间
3 ：组织转变
1 2 3
生产中常用下式来估算加热与保温时间： t KD ：加热系数（跟加热介质有关） K：与装炉量和装炉方式有关的系数 D：工件有效厚度
《钢的淬火与回火》课件
深入研究淬火与回火的物理和化学机制，优化工艺参数，提高工件的性能和稳定性。
03
02
01
03
新型环保介质开发
研发新型环保的淬火介质和回火材料，降低对环境的污染和破坏。
01
减少能源消耗
研究节能型的淬火与回火工艺，降低能源消耗和碳排放，实现绿色生产。
02
废弃物资源化利用
对淬火与回火过程中产生的废弃物进行资源化利用，减少对环境的负担。
目的
淬火的方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。
方法
淬火过程包括加热、保温和冷却三个阶段。加热阶段是将钢加热到奥氏体化温度；保温阶段是为了保证奥氏体化充分进行；冷却阶段是将钢迅速冷却至室温，使奥氏体转变为马氏体。
过程
淬火后的组织主要包括马氏体、残余奥氏体和少量未转变的铁素体。马氏体的形态和分布对钢的性能有重要影响。
淬火后的钢具有较高的硬度和强度，但同时也存在较大的脆性。为了获得良好的综合性能，通常需要对淬火后的钢进行回火处理。
性能
组织
CHAPTER
钢的回火
02
定义
回火是钢淬火后加热到低于临界点某一温度，并保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。
目的
消除淬火产生的内应力，提高钢的塑性和韧性，获得良好的力学性能和稳定组织。
组织：回火后钢的组织转变为多相混合组织，包括铁素体、奥氏体和碳化物。
CHAPTER
淬火与回火的关系
03
淬火的目的是通过快速冷却使钢的内部组织转变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。
回火的目的是通过加热使钢的内部组织进行转变，消除淬火过程中产生的内应力，提高钢的韧性和塑性。
淬火与回火是钢铁热处理工艺中的两个重要环节，二者相互关联，相互影响。淬火是回火的基础，回火的质量直接影响淬火的效果。
03
02
01
03
新型环保介质开发
研发新型环保的淬火介质和回火材料，降低对环境的污染和破坏。
01
减少能源消耗
研究节能型的淬火与回火工艺，降低能源消耗和碳排放，实现绿色生产。
02
废弃物资源化利用
对淬火与回火过程中产生的废弃物进行资源化利用，减少对环境的负担。
目的
淬火的方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。
方法
淬火过程包括加热、保温和冷却三个阶段。加热阶段是将钢加热到奥氏体化温度；保温阶段是为了保证奥氏体化充分进行；冷却阶段是将钢迅速冷却至室温，使奥氏体转变为马氏体。
过程
淬火后的组织主要包括马氏体、残余奥氏体和少量未转变的铁素体。马氏体的形态和分布对钢的性能有重要影响。
淬火后的钢具有较高的硬度和强度，但同时也存在较大的脆性。为了获得良好的综合性能，通常需要对淬火后的钢进行回火处理。
性能
组织
CHAPTER
钢的回火
02
定义
回火是钢淬火后加热到低于临界点某一温度，并保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。
目的
消除淬火产生的内应力，提高钢的塑性和韧性，获得良好的力学性能和稳定组织。
组织：回火后钢的组织转变为多相混合组织，包括铁素体、奥氏体和碳化物。
CHAPTER
淬火与回火的关系
03
淬火的目的是通过快速冷却使钢的内部组织转变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。
回火的目的是通过加热使钢的内部组织进行转变，消除淬火过程中产生的内应力，提高钢的韧性和塑性。
淬火与回火是钢铁热处理工艺中的两个重要环节，二者相互关联，相互影响。淬火是回火的基础，回火的质量直接影响淬火的效果。
钢的淬火和回火
钢的淬火和回火
14..1钢钢的的淬透淬性火和淬硬性
淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。它是重要的热 处理工艺性能，淬透性高低表示了钢接受淬火的能力，常用淬硬层深度表示，淬硬层 深度是指钢表面到半马氏体（50％马氏体）组织的深度。
淬透性主要由钢的临界速度 vk 决定。vk 越小，钢的淬透性越好。临界冷却速度和 钢的化学成分、奥氏体化的温度及保温时间等都有密切的关系。如在碳钢中，共析钢 的淬透性最好。亚共析钢随着含碳量的增加，其淬透性增加，过共析钢随着含碳量的 增加，其淬透性降低。除 Co 外大多数合金元素，如 Cr、Mo、Si、Ni、Mn 等都能显 著提高钢的淬透性。即合金钢的淬透性高于碳素钢。提高奥氏体化温度和延长保温时 间，会使奥氏体成分均匀，晶粒粗大，过冷奥氏体稳定性提高，马氏体临界冷却速度 减小，淬透性提高。此外，采用的冷却介质也影响着钢的淬透性。
淬透性好的钢，经淬火回火后，组织均匀一致，具有良好的综合力学性能，有利 于钢材潜力的发挥。同时，淬透性好的钢淬火时可采用低的冷却速度缓冷，以减少变 形与开裂。淬硬性是指钢在淬火时能达到最高硬度的能力。淬硬性取决于马氏体中碳 的质量分数，wc 越高，淬硬性越好。
钢的淬火和回火
1.2钢钢的的回回火火和淬火是密不可分的，淬火后必须立即回火的）分淬级火淬火
钢材奥氏体化后，随之投入温度在钢的 Ms 点左右的液态介质（盐浴或碱浴）中， 保持适当时间，待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织。
马氏体分级淬火既避免高温时奥氏体分解，又达到低温时缓慢冷却的目的，减小 了淬火内应力，且硬度均匀。分级淬火是防止变形和开裂的有效淬火方法。
马氏体分级淬火法在工艺上虽然比较理想，操作容易，但由于它在盐浴或碱浴中 的冷却速度较慢，故只适用于形状复杂或尺寸较小的零件。
第九章_钢的淬火和回火
热处理原理及工艺
9- 38
（三）渗碳体形成和铁素体恢复
约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和 的碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小 的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到 平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1）， 体心正方晶格变成体心立方晶格。
此时组织为： “铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合 物”, 称为 “回火托氏体”，T回。
热处理原理及工艺
d 等温淬火法
9- 33
5、局部淬火法 有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好， 因此可进行局部淬火，以避免其它部位产生 变形或开裂。
局部淬火法包括：①局部加热淬火法
②局部冷却淬火法 喷射淬火——向工件喷射急速水流的淬火方法。
热处理原理及工艺
9- 34
6、 冷处理
——将淬火至室温的工件继续冷却到零下温度的处理(实际上 是淬火过程的继续)称为冷处理。 高碳钢、合金钢的Mf都在零下几十度， 为了减少残余奥氏体的数量，可在淬火后进 行冷处理，即加热零件淬火至室温后，再放 入低温槽中继续冷却，使残余奥氏体转变为 马氏体。 冷处理介质：干冰（-80℃）、 液化乙烯（-107℃）、液氮（-192℃） 冷处理的目的：稳定尺寸，提高硬度。
热处理原理及工艺
9- 23
4.淬火工艺
1 淬火加热温度 ⑴ 亚共析钢 淬火温度：Ac3+30~50℃。 T过低——有F，↓HRC
T过高——氧化脱碳，晶粒 粗大，淬火应力大
热处理原理及工艺
9- 24
（2）共析、过共析钢 淬火温度：Ac1+30~50℃。 T过低——得不到M
T过高——晶粒粗大，残 余A量↑，HRC↓
此时组织为： 过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成 的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。 ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。
B第三章钢的淬火及回火
过材料的断裂强度σf ；二是内应力虽不太高（未
超过材料的断裂强度），但材料内部存在缺陷。
1、纵向裂纹（又称轴向裂纹）
产生的原因：①②③
2、横向裂纹（包括弧形裂纹）
产生的原因：①②
3、网状裂纹（或称表面裂纹）
§3-5 确定淬火工艺规范的原则、淬火工 艺方法及其应用
一、淬火加热方式及加热温度的确定原则
1、淬火加热方式
①应采用保护气氛加热或盐浴炉加热，以防止氧 化脱碳。 常用的保护气氛：P19-21 ②淬火加热一般采用热炉装料。但对大工件、几 何形状复杂的的高合金钢件，可采用预热炉预热， 或分区加热，以减小变形开裂倾向。
2、淬火加热温度 ①碳素钢：
淬火称为 亚温淬火。
亚共析钢：Ac3+30～50℃
四、常用淬火介质淬火特性举例 1、水
冷却特性： a、冷却速度较大。 b、水的特性温度低（静水约 为400℃），所以水在淬火 临界温度区冷速小，在淬火 危险区冷速太大，因此水淬 易使工件开裂，尤其对工具 钢及形状复杂的零件。
c、冷却能力对水温的变化很敏感，t水↑，冷却能 力急剧下降，蒸汽膜阶段延长，t水特性降低，最大 冷速的温度移向低温，故使用温度一般为20～ 40℃。
2、奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度增大，淬透性提高。 3、奥氏体化温度：奥氏体化温度提高，淬透性提高。
4、第二相的存在和分布：钢中未溶入奥氏体的碳化物、 氮化物及其它非金属夹杂物，由于促进珠光体、贝氏体等 相变的形核，从而使淬透性下降。
二、淬透性的实验测定方法
1、临界直径法 2、端淬法（末端淬火试验法）
按聚集状态不同，淬火介质可分为固态、液态 和气态三种，在此只讨论液态介质。 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质是否发生 物态变化，可把液态淬火介质分为两大类：
超过材料的断裂强度），但材料内部存在缺陷。
1、纵向裂纹（又称轴向裂纹）
产生的原因：①②③
2、横向裂纹（包括弧形裂纹）
产生的原因：①②
3、网状裂纹（或称表面裂纹）
§3-5 确定淬火工艺规范的原则、淬火工 艺方法及其应用
一、淬火加热方式及加热温度的确定原则
1、淬火加热方式
①应采用保护气氛加热或盐浴炉加热，以防止氧 化脱碳。 常用的保护气氛：P19-21 ②淬火加热一般采用热炉装料。但对大工件、几 何形状复杂的的高合金钢件，可采用预热炉预热， 或分区加热，以减小变形开裂倾向。
2、淬火加热温度 ①碳素钢：
淬火称为 亚温淬火。
亚共析钢：Ac3+30～50℃
四、常用淬火介质淬火特性举例 1、水
冷却特性： a、冷却速度较大。 b、水的特性温度低（静水约 为400℃），所以水在淬火 临界温度区冷速小，在淬火 危险区冷速太大，因此水淬 易使工件开裂，尤其对工具 钢及形状复杂的零件。
c、冷却能力对水温的变化很敏感，t水↑，冷却能 力急剧下降，蒸汽膜阶段延长，t水特性降低，最大 冷速的温度移向低温，故使用温度一般为20～ 40℃。
2、奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度增大，淬透性提高。 3、奥氏体化温度：奥氏体化温度提高，淬透性提高。
4、第二相的存在和分布：钢中未溶入奥氏体的碳化物、 氮化物及其它非金属夹杂物，由于促进珠光体、贝氏体等 相变的形核，从而使淬透性下降。
二、淬透性的实验测定方法
1、临界直径法 2、端淬法（末端淬火试验法）
按聚集状态不同，淬火介质可分为固态、液态 和气态三种，在此只讨论液态介质。 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质是否发生 物态变化，可把液态淬火介质分为两大类：
钢的淬火和回火
机械制造基础
钢的热处理
❖ 钢的淬火和回火
1.1 钢的淬火 1.2 钢的回火
机械零件使用状态下的性能,一般由淬火和回火获得,所以淬 火和回火称为最终热处理。重要的机械零件通常都要经过淬火和 回火热处理,以提高零件的性能,充分发挥钢的潜力。
钢的热处理
1.1 钢的淬火
将钢件加热到Ac1(或Ac3)以上30～50℃,保温一定的时间,然后 以大于临界冷却速度冷却,以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工 艺,称为淬火
高温回火 回火素氏体 28~33 HRC
获得强度、塑性和韧 各种重要的结构件 性均较好的良好综合
力学性能
机械制造基础
淬火的主要目的：
获得马氏体
提高钢的硬 度和耐磨性
钢的热处理 1.1 钢的淬火
保温时间
淬火三要素
冷却速度
加热时间
钢的热处理
1.1 钢的淬火
1. 淬火加热温度
淬火加热温度主要取决于钢的成分,其经验公式如下
亚共析钢 T=Ac3+(30～50℃) 共析、过共析钢T=Ac1+(30～50℃)
钢的热处理
1.1 钢的淬火
通常将钢件淬火加高温回火 的复合热处理工艺称为调质
钢的热处理
回火方法 回火组织 硬 度 主要用途 目 的
低温回火
回火马氏体
60HR C以上
高碳钢或合金钢的 刃具、量具、具、 轴承以及渗碳钢淬 火后的回火处理
降低淬火应力和脆性
中温回火 回火托氏体 35~45 HRC
各种弹和较高的硬度
2. 淬火冷却介质及冷却方法
工件在淬火介质中的冷却速度必须大于其临界冷却速度 在保证获得马氏体组织的前提下,应选用冷却能力弱的淬火介质 碳素钢常用的冷却介质是水溶液,而合金钢常用油作为冷却介质
钢的热处理
❖ 钢的淬火和回火
1.1 钢的淬火 1.2 钢的回火
机械零件使用状态下的性能,一般由淬火和回火获得,所以淬 火和回火称为最终热处理。重要的机械零件通常都要经过淬火和 回火热处理,以提高零件的性能,充分发挥钢的潜力。
钢的热处理
1.1 钢的淬火
将钢件加热到Ac1(或Ac3)以上30～50℃,保温一定的时间,然后 以大于临界冷却速度冷却,以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工 艺,称为淬火
高温回火 回火素氏体 28~33 HRC
获得强度、塑性和韧 各种重要的结构件 性均较好的良好综合
力学性能
机械制造基础
淬火的主要目的：
获得马氏体
提高钢的硬 度和耐磨性
钢的热处理 1.1 钢的淬火
保温时间
淬火三要素
冷却速度
加热时间
钢的热处理
1.1 钢的淬火
1. 淬火加热温度
淬火加热温度主要取决于钢的成分,其经验公式如下
亚共析钢 T=Ac3+(30～50℃) 共析、过共析钢T=Ac1+(30～50℃)
钢的热处理
1.1 钢的淬火
通常将钢件淬火加高温回火 的复合热处理工艺称为调质
钢的热处理
回火方法 回火组织 硬 度 主要用途 目 的
低温回火
回火马氏体
60HR C以上
高碳钢或合金钢的 刃具、量具、具、 轴承以及渗碳钢淬 火后的回火处理
降低淬火应力和脆性
中温回火 回火托氏体 35~45 HRC
各种弹和较高的硬度
2. 淬火冷却介质及冷却方法
工件在淬火介质中的冷却速度必须大于其临界冷却速度 在保证获得马氏体组织的前提下,应选用冷却能力弱的淬火介质 碳素钢常用的冷却介质是水溶液,而合金钢常用油作为冷却介质
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加热系数,与钢种 及加热介质有关
常用钢的加热系数
钢的种类
碳钢 合金钢
工件直 〈600℃
750～850
径 箱式炉中预 盐浴炉中加
mm
热
热或预热
《50 〈50
《50 〉50
.
0.3～0.4 0.4～0.5
.
0.45～0.5 0.5～0.55
800～900℃ 箱式炉或井 式炉中加热
1.0～1.2 1.2～1.5
低温400℃以下，特别是300～200℃ 发生M转变时要求慢冷，↓M转变时的组 织应力
(2)理想冷却速度示意图
温 度
时间
2 常用淬火介质
根据工件淬火冷却过程中，淬火介质由否
发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的，即 有物态变化的和无物态变化的。
有物态变化的 水及各种水溶液
各种淬火油
各种气体
无物态变化的 熔融金属、熔盐
过共析钢的淬火加热温度为什么选择在Ac1～ Ac3之间？
首先过共析钢在淬火加热以前，都要经过球 化处理，加热到Ac1～Acm之间时组织为Ａ和一部 分未溶化的Ｆe3C,，淬火后，Ａ—>M，Ｆe3C被 保留下来，Ｆe3C硬度很高，它的存在，可以提高 钢的硬度和耐磨性。
若 T> Acm
① C % 增加, Ms点下降, 残A增多; ② 粗大M; ③ 氧化脱碳严重,易变形开裂 ④ 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。
低合金钢: Ac3或Ac1 + 50-100 ºC 高合金钢: Ac3或Ac1 + 300-400 ºC
W18Cr4V: 1280 ºC,分级加热
T (ºC)
1280 800 600
W18Cr4V t
(2) 工件尺寸、形状、淬火介质、晶粒长大倾向等
淬火加热后组织
钢种 淬火温度(℃) 最终组织
亚共析钢 Ac3+30～50
第八章 钢的淬火与回火
本章重点 1. 淬火工艺参数的选择原则； 2. 钢的淬透性与淬硬性的概念及影响因素； 3. 淬火常见缺陷
§8-1 淬火的定义、目的及淬火的工艺参数
1 定义：把钢加热到临界温度（Ac3或Ac1）以上，保温一 段时间后，再以大于临界冷却速度冷却，从而获得M （或B下）组织的方法。
Wc≤0.5%
亚共析钢 Ac3+30～50
Wc＞0.5%
共析钢 Ac1+30～50
M M + A残 M + A残
过共析钢 Ac1+30～50 M+Fe3C+A残
3.2 保温时间 τ保温 ＝ τ升温＋τ热透＋τ转变 与合金成分，
尺寸、装炉量等因素有关
τ=α K D
工件有效厚度 (尺寸最小部位)
装炉量有关系数 一般 K = 1～1.5
固体----铜板、铁板、气-固流态床
有物态变化的（以水为例） 冷却三阶段：
① 蒸汽膜阶段 ② 沸腾阶段 ③ 对流阶段
(1):蒸汽膜阶段：
灼热钢件投入淬火介质中，一瞬间就 在工件表面产生大量过热蒸汽，紧贴工件 形成连续的蒸汽膜，使工件和液体分开。 由于工件是不良导体，这阶段的冷却主要 靠辐射传热，因此，冷却速度较慢。
分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质 的对流形成，随着工件与介质的温度降低， 冷却速度也逐渐降低。
对无物态变化的介质，淬火冷却主要 靠对流散热，在工件温度较高时辐射散热 也由很大比例，也存在传导散热。
（2）常用淬火介质 ① 水：
Vmax: 500~780 ºC/s, 300~400 ºC 鼻温：150 ºC/s； Ms： 450 ºC/s 优点：冷却能力强，成本低 缺点：M转变温区冷速过大，变形大
脱碳
O2: Fe3C + O2 → 3Fe +CO2 [C]A + O2 → CO2
CO2: Fe3C + CO2→ 3Fe + 2CO [C]A + CO2 → 2CO
H2O: Fe3C + H2O → 3Fe +H2+CO [C]A + H2O → H2+ CO
H2: Fe3C+2H2 →3Fe + CH4 [C]A +2H2 → CH4
亚共析钢: Ac3+30-50 ºC 过共析钢: Ac1+30-50 ºC (Acm)
亚共析碳钢为什么要加热到Ac3以上完全Ａ化 后淬火呢？
若加热温度选在Ac1～Ac3之间，组织中 有一部分铁素体存在，在随后的淬火冷却中，由 于铁素体不发生变化而保留下来，它的存在是钢 的淬火组织中存在软点，降低了淬火钢的硬度， 同时它的存在还会影响钢的均匀性，影响机械性 能，加热Ac3以上太高也不行，钢的氧化脱碳严重， 另一方面Ａ晶粒粗大，淬火后Ｍ粗大，钢的性能 变坏。
（2):沸腾阶段：
进一步冷却时，工件表面温度降低，工
件放出热量愈来愈少，蒸汽膜厚度减薄并 在越来越多的地方破裂，以致使液体在这 些地方和工件直接接触，形成大量气泡溢 出液体，由于介质的不断更新，带走大量 热量，所以这阶段的冷却速度较快
（3):对流阶段： 当工件表面的温度降低至介质的沸点或
§8-2 淬火介质
1. 淬火介质的要求 （ P176, 图8－1 ） ① 鼻点冷速大， Ms附近冷速小； 目的：获得M ↓热应力 ↓开裂 ② 稳定，成本低 ③ 安全，无毒；不腐蚀工件
(1)理想介质冷却速度
高温T＞650℃,慢冷,可以减少热应力。
中温650℃～400℃ ,快冷,避开C曲线 的鼻尖,保证全部获得M。
1.2～1.5 1.5～1.8
1100～ 1300℃
高温盐炉 中加热
.
.
高合金钢 . 0.35～0.40 0.3～0.35
.
.
有效厚度的确定
3.3 加热介质
空气、盐浴、可控气氛、真空等气氛条件
造成氧化与脱碳 氧化 （T>570ºC): O2 +2Fe → 2FeO
CO2 + Fe → FeO + CO H2O + Fe →FeO +H2
冷却能力对水温，不溶夹杂敏感 应用：小尺寸、形状简单碳钢件
② 油：
Vmax: 100~250 ºC/s, 400~500 ºC 鼻温：60～70 ºC/s； Ms： 50 ºC/s 优点： M转变温区冷速小，不易变形 缺点：鼻温区冷速小，淬不透 应用：合金钢件
2 目的: (1) 提高工具、渗ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ零件和其它高强度耐磨机器零件等的
硬度、强度和耐磨性；
(2) 结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能； (3) 此外，还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理
和化学性能。如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除 第二相，从而改善其耐蚀性等。
3 淬火的工艺参数
3.1 加热温度 (1) 化学成分:
常用钢的加热系数
钢的种类
碳钢 合金钢
工件直 〈600℃
750～850
径 箱式炉中预 盐浴炉中加
mm
热
热或预热
《50 〈50
《50 〉50
.
0.3～0.4 0.4～0.5
.
0.45～0.5 0.5～0.55
800～900℃ 箱式炉或井 式炉中加热
1.0～1.2 1.2～1.5
低温400℃以下，特别是300～200℃ 发生M转变时要求慢冷，↓M转变时的组 织应力
(2)理想冷却速度示意图
温 度
时间
2 常用淬火介质
根据工件淬火冷却过程中，淬火介质由否
发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的，即 有物态变化的和无物态变化的。
有物态变化的 水及各种水溶液
各种淬火油
各种气体
无物态变化的 熔融金属、熔盐
过共析钢的淬火加热温度为什么选择在Ac1～ Ac3之间？
首先过共析钢在淬火加热以前，都要经过球 化处理，加热到Ac1～Acm之间时组织为Ａ和一部 分未溶化的Ｆe3C,，淬火后，Ａ—>M，Ｆe3C被 保留下来，Ｆe3C硬度很高，它的存在，可以提高 钢的硬度和耐磨性。
若 T> Acm
① C % 增加, Ms点下降, 残A增多; ② 粗大M; ③ 氧化脱碳严重,易变形开裂 ④ 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。
低合金钢: Ac3或Ac1 + 50-100 ºC 高合金钢: Ac3或Ac1 + 300-400 ºC
W18Cr4V: 1280 ºC,分级加热
T (ºC)
1280 800 600
W18Cr4V t
(2) 工件尺寸、形状、淬火介质、晶粒长大倾向等
淬火加热后组织
钢种 淬火温度(℃) 最终组织
亚共析钢 Ac3+30～50
第八章 钢的淬火与回火
本章重点 1. 淬火工艺参数的选择原则； 2. 钢的淬透性与淬硬性的概念及影响因素； 3. 淬火常见缺陷
§8-1 淬火的定义、目的及淬火的工艺参数
1 定义：把钢加热到临界温度（Ac3或Ac1）以上，保温一 段时间后，再以大于临界冷却速度冷却，从而获得M （或B下）组织的方法。
Wc≤0.5%
亚共析钢 Ac3+30～50
Wc＞0.5%
共析钢 Ac1+30～50
M M + A残 M + A残
过共析钢 Ac1+30～50 M+Fe3C+A残
3.2 保温时间 τ保温 ＝ τ升温＋τ热透＋τ转变 与合金成分，
尺寸、装炉量等因素有关
τ=α K D
工件有效厚度 (尺寸最小部位)
装炉量有关系数 一般 K = 1～1.5
固体----铜板、铁板、气-固流态床
有物态变化的（以水为例） 冷却三阶段：
① 蒸汽膜阶段 ② 沸腾阶段 ③ 对流阶段
(1):蒸汽膜阶段：
灼热钢件投入淬火介质中，一瞬间就 在工件表面产生大量过热蒸汽，紧贴工件 形成连续的蒸汽膜，使工件和液体分开。 由于工件是不良导体，这阶段的冷却主要 靠辐射传热，因此，冷却速度较慢。
分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质 的对流形成，随着工件与介质的温度降低， 冷却速度也逐渐降低。
对无物态变化的介质，淬火冷却主要 靠对流散热，在工件温度较高时辐射散热 也由很大比例，也存在传导散热。
（2）常用淬火介质 ① 水：
Vmax: 500~780 ºC/s, 300~400 ºC 鼻温：150 ºC/s； Ms： 450 ºC/s 优点：冷却能力强，成本低 缺点：M转变温区冷速过大，变形大
脱碳
O2: Fe3C + O2 → 3Fe +CO2 [C]A + O2 → CO2
CO2: Fe3C + CO2→ 3Fe + 2CO [C]A + CO2 → 2CO
H2O: Fe3C + H2O → 3Fe +H2+CO [C]A + H2O → H2+ CO
H2: Fe3C+2H2 →3Fe + CH4 [C]A +2H2 → CH4
亚共析钢: Ac3+30-50 ºC 过共析钢: Ac1+30-50 ºC (Acm)
亚共析碳钢为什么要加热到Ac3以上完全Ａ化 后淬火呢？
若加热温度选在Ac1～Ac3之间，组织中 有一部分铁素体存在，在随后的淬火冷却中，由 于铁素体不发生变化而保留下来，它的存在是钢 的淬火组织中存在软点，降低了淬火钢的硬度， 同时它的存在还会影响钢的均匀性，影响机械性 能，加热Ac3以上太高也不行，钢的氧化脱碳严重， 另一方面Ａ晶粒粗大，淬火后Ｍ粗大，钢的性能 变坏。
（2):沸腾阶段：
进一步冷却时，工件表面温度降低，工
件放出热量愈来愈少，蒸汽膜厚度减薄并 在越来越多的地方破裂，以致使液体在这 些地方和工件直接接触，形成大量气泡溢 出液体，由于介质的不断更新，带走大量 热量，所以这阶段的冷却速度较快
（3):对流阶段： 当工件表面的温度降低至介质的沸点或
§8-2 淬火介质
1. 淬火介质的要求 （ P176, 图8－1 ） ① 鼻点冷速大， Ms附近冷速小； 目的：获得M ↓热应力 ↓开裂 ② 稳定，成本低 ③ 安全，无毒；不腐蚀工件
(1)理想介质冷却速度
高温T＞650℃,慢冷,可以减少热应力。
中温650℃～400℃ ,快冷,避开C曲线 的鼻尖,保证全部获得M。
1.2～1.5 1.5～1.8
1100～ 1300℃
高温盐炉 中加热
.
.
高合金钢 . 0.35～0.40 0.3～0.35
.
.
有效厚度的确定
3.3 加热介质
空气、盐浴、可控气氛、真空等气氛条件
造成氧化与脱碳 氧化 （T>570ºC): O2 +2Fe → 2FeO
CO2 + Fe → FeO + CO H2O + Fe →FeO +H2
冷却能力对水温，不溶夹杂敏感 应用：小尺寸、形状简单碳钢件
② 油：
Vmax: 100~250 ºC/s, 400~500 ºC 鼻温：60～70 ºC/s； Ms： 50 ºC/s 优点： M转变温区冷速小，不易变形 缺点：鼻温区冷速小，淬不透 应用：合金钢件
2 目的: (1) 提高工具、渗ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ零件和其它高强度耐磨机器零件等的
硬度、强度和耐磨性；
(2) 结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能； (3) 此外，还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理
和化学性能。如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除 第二相，从而改善其耐蚀性等。
3 淬火的工艺参数
3.1 加热温度 (1) 化学成分: