工程材料第七章课件

常用淬火介质
表：生产中常用淬火介质的特点、适用范围 生产中常用淬火介质的特点、
淬火介质 冷却能力 变形开裂倾向 适用范围 水 强 大 盐水、 盐水、碱水 更强 更大 油 较弱 较小 合金钢 淬火
理想淬火冷却曲线 盐浴（熔盐） 盐浴（熔盐）或碱 熔碱） 浴（熔碱） 介于水油之间 小 小件、形状复杂、 小件、形状复杂、 精度要求高的工件
淬火工艺
二、淬火介质
理想的淬火介质应是： 理想的淬火介质应是：
650℃以上，冷却要慢，减小应力； ℃以上，冷却要慢，减小应力； 650～400℃，要快，避免与 曲线相交； ～ 曲线相交； ℃ 要快，避免与C曲线相交
A 650℃ B 400℃ C D
400℃以下，要慢，减小淬火应力，防止变形开裂。 ℃以下，要慢，减小淬火应力，防止变形开裂。
淬火是热处理中应用最广的工艺之一。生产中，淬火常 淬火是热处理中应用最广的工艺之一。生产中， 与适当的回火工艺配合，获得零件所需的使用性能。 与适当的回火工艺配合，获得零件所需的使用性能。
定义
钢
加热 M
Ac3或Ac1以上 化 以上A化
B
目的
获得马氏体和 获得马氏体和（或）贝氏体组织，提高硬度、强度和 马氏体 贝氏体组织，提高硬度、 组织 耐磨性，以满足零件的使用性能。 耐磨性，以满足零件的使用性能。
为改善切削加工性能 低碳钢用正火； 低碳钢用正火； 中碳钢用退火或正火； 中碳钢用退火或正火； 高碳钢用球化退火。 高碳钢用球化退火。 热处理缺陷
退火处理时，钢在炉中时间长， 退火处理时，钢在炉中时间长，脱碳和氧化比正 火要严重些。 火要严重些。
经济方面
正火成本比退火低。 正火成本比退火低。
钢的淬火（蘸火） 第二节 钢的淬火（蘸火）
又称“焖火” 一、钢的退火 ，又称“焖火”
定义
钢件 加热 适当温度 保温 缓冷的热 缓冷的热 处理工艺
室温组织：可根据Fe-Fe3C相图确定。 相图确定。 室温组织：可根据 相图确定 工艺规范
加热温度：临界温度以上或以下。 加热温度：临界温度以上或以下。 冷却方式：炉冷。为提高生产率， 冷却方式 ： 炉冷 。 为提高生产率 ， 可采用
淬火是发挥材料性能潜力的重要手段之一！ 淬火是发挥材料性能潜力的重要手段之一！
淬火工艺
一、淬火加热温度的确定
碳钢淬火加热温度确定 亚共析钢： 亚共析钢： Ac3+30 ℃ ～50 ℃（完全 化，获得细小 组织） 完全A化 获得细小M组织 组织） 共析钢、过共析钢： 共析钢、过共析钢： Ac1 +30 ℃ ～50 ℃（不完全 A化 ， 获得 细小M＋ 粒状Fe3C 化 细小 ＋ 粒状 少量A残 强度、硬度高， ＋少量 残 ，强度、硬度高，耐 磨性好） 磨性好）。
35钢两相区淬火组织 钢两相区淬火组织: 钢两相区淬火组织 M(灰黑色 ＋F(白色块状 灰黑色)＋ 白色块状 白色块状) 灰黑色
淬火工艺
合金钢淬火加热温度的确定： 合金钢淬火加热温度的确定：
由于大多数合金元素（ 由于大多数合金元素（除Mn、P外）， 、 外 对奥氏体的形成和长大有阻碍作用 阻碍作用， 对奥氏体的形成和长大有阻碍作用，因而 合金钢淬火温度比碳钢高。 合金钢淬火温度比碳钢高。 一般： 一般： Ac3 或 Ac1+50～100℃ ～ ℃
高合金钢加 热过程中,往 热过程中 往 往需预热！ 往需预热！
知识扩展
钢的 强韧 化新 工艺
亚共析钢略低于Ac 加热的亚温淬火 亚温淬火， 亚共析钢略低于 3加热的亚温淬火，适于原 始组织为非平衡组织的情况。 始组织为非平衡组织的情况。 低、中碳钢采用高温淬火，组织中 M板条↑，钢 中碳钢采用高温淬火， 高温淬火 ， 的强韧性↑。 的强韧性 。 高碳钢低温、快速、短时加热淬火工艺， 高碳钢低温、快速、短时加热淬火工艺，A残 低温 淬火工艺 中的W ，钢的强韧性↑。 中的 C↓，钢的强韧性 。
工艺曲线 t／min ／
T / ℃
Ac1+20 ～30 ℃
AC1
Ar1- 20 ℃ 500℃，空冷 ℃
加热温度范围
T12钢球化退火组织：P球（F+粒状 3C） 钢球化退火组织： 粒状Fe ） 钢球化退火组织 粒状
3. 等温退火
工艺过程
亚共析钢加热温度 亚共析钢加热温度Ac3+30~50℃ 加热温度 ℃ 共析、过共析钢加热温度 共析、过共析钢加热温度 Ac1+30~50℃ ℃
淬火 温度
？
原因： 原因：
为什么亚共析钢不在两相区加热淬火？ 为什么亚共析钢不在两相区加热淬火？ 为什么过共析钢必须在两相区加热淬火？ 为什么过共析钢必须在两相区加热淬火？
两相区加热， （1）对亚共析钢，若在Ac1~Ac3两相区加热， 淬火组织 ） 对亚共析钢， 中会保留因不完全A化加热而存在的 ， 即 （M＋F）混合 中会保留因不完全 化加热而存在的F， ＋ ） 化加热而存在的 组织，而不是全部M；使零件淬火后硬度不均匀， 组织，而不是全部 ；使零件淬火后硬度不均匀，强度和硬 度降低。 度降低。 （ 2） 对过共析钢 ， 若加热温度 ） 对过共析钢， 高于Ac 全部溶解， 晶粒 高于 cm ， Fe3C全部溶解 ， A晶粒 全部溶解 粗大且含碳量高， 粗大且含碳量高 ， 淬火后获得粗大 片状M＋ 较多A残 片状 ＋ 较多 残 ， 使 钢的硬度和 耐磨性降低， 耐磨性降低 ，脆性和变形开裂倾向 增加 。
1. 单介质淬火法（V1） 单介质淬火法（
将加热奥氏体化的工件放入一 种淬火介质中， 种淬火介质中 ， 连续冷却到室温 的操作方法。 的操作方法。 特点：操作简单，易实现自动化。 特点 ： 操作简单 ， 易实现自动化。 但水淬易淬裂， 但水淬易淬裂 ， 油淬易出现 硬度不足或不均现象。 硬度不足或不均现象。 应用：只适用于形状简单、 应用 ： 只适用于形状简单 、 尺寸较 小的碳钢和合金钢工件。 小的碳钢和合金钢工件。
机械零件一般的加工工艺过程： 机械零件一般的加工工艺过程：
毛坯（铸件、锻件） 预备热处理→机加工→最终热处理→ 毛坯（铸件、锻件）→预备热处理→机加工→最终热处理→精加工
退火与正火工艺主要用于预备热处理 通常安排在毛坯 退火与正火工艺 主要用于预备热处理， 通常安排在毛坯 主要用于 预备热处理， 生产之后，切削加工之前 ； 只有当零件力学性能要求不高时 生产之后 ，切削加工之前； ，才作为最终热处理。 才作为最终热处理。 本节主要内容及要求： 本节主要内容及要求： 理解钢的退火、 理解钢的退火、正火的概念 掌握退火、 掌握退火、正火的目的及工艺过程 能够正确选择退火和正火工艺
等温冷却或冷到500℃ 左右出炉空冷 ， 等温 ℃ 左右出炉空冷， 等温冷却或冷到 的温度和时间根据“ 曲线 确定。 曲线” 的温度和时间根据“C曲线”确定。
温 度
保 温 时 间 ： 保 证 透 烧 ， 一 般 以 1.0 ～
1.5mm/min计算， 并与钢材成分 、 工件厚度 、 计算，并与钢材成分、工件厚度、 计算 装炉量和装炉方式有关。 装炉量和装炉方式有关。
温 度
AC3
+30～50℃ Ac3+30～50℃
500℃ 500℃空冷
时间
完全退火工艺曲线 中碳钢： 中碳钢：P ＋ F
退火和正火 2. 球化退火（重点） 重点）
应用：共析钢、 应用：共析钢、过共析钢 加热温度： 加热温度：Ac1＋20 ℃ ～30℃ ℃ 组织： 基体上分布着颗粒状Fe ） 组织：P球（F基体上分布着颗粒状 3C） 基体上分布着颗粒状 目的： 目的： 使网状或片状 Fe3C球化 球化 降低硬度， 降低硬度，便于切削加工 为淬火作组织准备
2. 双介质淬火法（V2） 双介质淬火法（
工件先放入一种冷却能力强的介 质中，冷到接近Ms点 质中，冷到接近 点，立即转入另 一种冷却能力弱的介质中发生马氏 体转变的方法。 体转变的方法。 空冷淬火。 如: 水—油、油—空冷淬火。 油 空冷淬火 特点： 转变区冷速减慢， 特点：在M转变区冷速减慢， 转变区冷速减慢 可减小应力、变形和开裂倾向， 可减小应力、变形和开裂倾向，但 不好掌握。 不好掌握。 应用： 应用：用于形状复杂碳钢和大 型合金钢件。 型合金钢件。
500℃出 500℃出 炉空冷
时间
常用退火工艺
临 界 点
常用退火、正火温度范围和工艺曲线 常用退火、
1. 完全退火 （重点） 重点）
应用： 应用：亚共析成分碳钢或合金钢 目的：细化晶粒，均匀组织； 目的：细化晶粒，均匀组织； 提高塑性，消除应力； 提高塑性，消除应力； 改善切削加工性能。 改善切削加工性能。 加热温度： 加热温度：Ac3 +(30~50) ℃ 室温组织： ＋ 室温组织：P＋F
去应力退火
二、钢的正火，又称“常化” 钢的正火，又称“常化”
定义
加热 临界温 保温 钢件 度以上 加热温度 亚共析钢： 亚共析钢：Ac3+30 ～50 ℃ 共 析 钢： Ac1+30 ～50 ℃ 过共析钢：AcCm +30 ～50 ℃ 过共析钢： 正火组织 < 0.6%C时，为（F+S） 时 ） ≥ 0.6%C时，为 S 时 目的和应用
细化组织，均匀成分，强度硬度略提高。 细化组织，均匀成分，强度硬度略提高。 对于过共析钢，消除网状Fe 对于过共析钢，消除网状 3CⅡ，为球化退火 作组织准备。 作组织准备。 普通结构钢零件作为最终热处理。 普通结构钢零件作为最终热处理。 改善低碳钢、低碳合金钢切削加工性能。 改善低碳钢、低碳合金钢切削加工性能。 消除中碳结构钢在铸、锻、轧制及焊接等 消除中碳结构钢在铸、 加工中出现的粗大或带状组织等缺陷。 加工中出现的粗大或带状组织等缺陷。
空冷
共wk.baidu.com钢正火组织： 共析钢正火组织：索氏体 S
单相 A区 区
退火和正火
三、退火与正火的比较
加热温度
？ 过共析钢退火不能在Ac 过共析钢退火不能在
组织和性能
亚共析钢的退火和正火加热温度相同。 亚共析钢的退火和正火加热温度相同。
cm以上加热
，但正火可以。 但正火可以。
同一种钢，正火比退火组织细密，强度硬度 同一种钢，正火比退火组织细密，强度硬度↑
3. 马氏体分级淬火
将加热奥氏体化的钢件，先浸入温度稍 将加热奥氏体化的钢件 ， 先浸入温度 稍 高于或稍低于钢的Ms点的液态介质中， 高于或稍低于钢的 点的液态介质中，等温 适当时间后 取出空冷到室温 以获得马氏 空冷到室温， 适当时间 后 ， 取出 空冷到室温 ， 以获得 马氏 体组织的淬火工艺。 体组织的淬火工艺。 的淬火工艺 淬火介质：燃点较高的油、盐浴和碱浴。 淬火介质：燃点较高的油、盐浴和碱浴。 等温目的：使工件表面和心部温度均匀。 等温目的：使工件表面和心部温度均匀。 淬火组织：马氏体（ 。 淬火组织：马氏体（M)。 特 点：工件温度均匀，组织转变缓慢， 工件温度均匀，组织转变缓慢， 淬火应力显著降低。 淬火应力显著降低。 适于变形要求严格的小尺寸工件。 应 用：适于变形要求严格的小尺寸工件。
15钢淬火组织：M板条 钢淬火组织： 钢淬火组织
45钢淬火组织：M板条＋M片状 钢淬火组织： 钢淬火组织
T8钢淬火组织：M片状＋A残 钢淬火组织： 钢淬火组织
T12钢淬火组织：M+Fe3C+A残 钢淬火组织： 钢淬火组织
钢的淬火
三、常用淬火方法及应用
采用不同的淬火方法， 可弥补淬火介质的不足。 采用不同的淬火方法 ， 可弥补淬火介质的不足 。 最常用 的如图示： 的如图示：
保温时间根据 TTT曲线确定 曲线确定 保温 快冷到略 保温 低于Ar 低于 1 相变结束 出炉空冷
优点：组织均匀，退火时间短，生产率高。 优点：组织均匀，退火时间短，生产率高。
高速钢等温退火与普通退火的比较
A
退火和正火 4. 去应力退火
工艺规范： 工艺规范： T加热＜ Ac1 目的： 目的：消除工件残余应力
小而简单的 碳钢及低合 金结构钢 碳钢件
新型淬火介质： 聚乙烯醇、三硝盐水溶液等。 新型淬火介质： 聚乙烯醇、三硝盐水溶液等。
淬火工艺 淬火后的组织：一般， 淬火后的组织：一般， 亚共析钢 ≤0.5%C时，为M 时 >0.5%C时，为M+A残 时
共析钢： ＋ 共析钢：M＋A残 过共析钢： 粒状Fe 过共析钢： M+粒状 3C+A残 粒状
5. 再结晶退火
加热温度： 加热温度： T再结晶＜T加热＜ Ac1 目的：消除加工硬化， 目的：消除加工硬化，提高塑性
扩散退火
6. 均匀化退火（扩散退火） 均匀化退火（扩散退火）
工艺规范： 工艺规范： T加热＝Ac3＋150 ～250 ℃ t保温＝10～15 h ～ 目的：均匀成份， 目的：均匀成份，消除偏析
第七章 钢的普通热处理
知识要点: 知识要点: 1.退火、正火、淬火和回火的目的； 退火、正火、淬火和回火的目的； 2.退火、正火、淬火回火工艺过程及其对零件 退火、正火、 加工和使用的影响。 加工和使用的影响。 主要内容: 主要内容: 钢的退火和正火 钢的淬火和回火 钢的淬透性和淬硬性的概念
第一节 钢的退火和正火