钢淬火与回火_知识要点 59页PPT文档
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钢的淬火与回火PPT课件
亚共析钢: Ac3+30-50 ºC 过共析钢: Ac1+30-50 ºC (Acm)
.
3
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。
1.0～1.2 1.2～1.5
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
.
.
.
9
有效厚度的确定
.
10
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
④ 新淬火介质（表8-ห้องสมุดไป่ตู้) Page 180 水基；油基 光亮处理 （表8-3）Page 178
.
22
常用的淬火冷却介质
最大冷却速度时 平均冷却速度/(℃•s-1)
名称
所在温 冷却速度 650～550 300～200
度/ ℃ /( ℃ • s-1) ℃
℃
20℃静止水
340
775
135
450
40℃静止水
1 概念：指钢材被淬透的能力，或者说钢的 淬透性是指表征钢材淬火时获得M的能力的 特性。——用钢在一定条件下淬火获得淬透 层深度表示其大小。
.
3
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。
1.0～1.2 1.2～1.5
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
.
.
.
9
有效厚度的确定
.
10
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
④ 新淬火介质（表8-ห้องสมุดไป่ตู้) Page 180 水基；油基 光亮处理 （表8-3）Page 178
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22
常用的淬火冷却介质
最大冷却速度时 平均冷却速度/(℃•s-1)
名称
所在温 冷却速度 650～550 300～200
度/ ℃ /( ℃ • s-1) ℃
℃
20℃静止水
340
775
135
450
40℃静止水
1 概念：指钢材被淬透的能力，或者说钢的 淬透性是指表征钢材淬火时获得M的能力的 特性。——用钢在一定条件下淬火获得淬透 层深度表示其大小。
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
课件：第5章 钢的热处理 04 钢的淬火与回火
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图5-25淬透性曲线举例
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5.4钢的淬火与回火
• (3)影响淬透性的因素。影响钢的淬透性的决定性因素是临界冷却速 度临界冷却速度越小，钢的淬透性就越大，临界冷速与钢的化学成分 和奥氏体化温度之间有密切关系。 • 在亚共析钢成分范围内，随着碳含量增加，钢的临界冷速降低，淬透 性有所增加;在过共析钢范围内，随着碳的质量分数增加，钢的临界 冷速反而增加，淬透性降低，特别当碳的质量分数超过 1.2%~1.3%时，淬透性将明显下降。 • 除Co外，大多数合金元素如Mn、Mo、Cr、Al、Si和Ni等，都降 低钢的临界冷速，提高钢的淬透性。 • 奥氏体化温度对临界冷却速度和淬硬深度有显著影响，有些钢在较高 温度下淬火，可以降低临界冷却速度，改善钢的淬透性。可见，钢的 淬透性是正确选用钢材和制定热处理工艺的重要依据之一。 • (4)淬透性对钢力学性能的影响。淬透性对钢的力学性能影响很大， 如果工件淬透了，表里的性能均匀一致，能充分发挥钢材的力学性能
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图5-22零件表面上各处冷速变化及产 生后果
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5.4钢的淬火与回火
• 钢材固有的一种属性。需要特别强调两个问题，一是钢的淬透性与具 体工件的淬透层深度的区别。淬透性是钢的一种工艺性能，也是钢的 一种属性，对于一种钢在一定的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是 确定不变的。钢的淬透性的大小用规定条件下的淬透层深度表示。而 具体工件的淬透层深度是指在实际淬火条件下得到的半马氏体区至工 件表面的距离，如图5-23所示，它受钢的淬透性、工件尺寸及淬火 介质的冷却能力等诸多因素的影响。二是淬透性与淬硬性的区别。淬 硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬 度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。淬透性和淬硬 性并无必 然联系，如过共析碳钢的淬硬性高，但淬透性低；而低碳合金钢的淬 硬性虽然不高，但淬透性很好。 • (2)淬透性的测定和表示方法。目前测定钢的淬透性的最常用的方法 之一是末端淬火法，简称端淬法，如图5-24所示。此法通常用于测 定优质碳素结构钢、合金结构钢，也可用于测定弹簧钢、轴承钢、
图5-25淬透性曲线举例
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5.4钢的淬火与回火
• (3)影响淬透性的因素。影响钢的淬透性的决定性因素是临界冷却速 度临界冷却速度越小，钢的淬透性就越大，临界冷速与钢的化学成分 和奥氏体化温度之间有密切关系。 • 在亚共析钢成分范围内，随着碳含量增加，钢的临界冷速降低，淬透 性有所增加;在过共析钢范围内，随着碳的质量分数增加，钢的临界 冷速反而增加，淬透性降低，特别当碳的质量分数超过 1.2%~1.3%时，淬透性将明显下降。 • 除Co外，大多数合金元素如Mn、Mo、Cr、Al、Si和Ni等，都降 低钢的临界冷速，提高钢的淬透性。 • 奥氏体化温度对临界冷却速度和淬硬深度有显著影响，有些钢在较高 温度下淬火，可以降低临界冷却速度，改善钢的淬透性。可见，钢的 淬透性是正确选用钢材和制定热处理工艺的重要依据之一。 • (4)淬透性对钢力学性能的影响。淬透性对钢的力学性能影响很大， 如果工件淬透了，表里的性能均匀一致，能充分发挥钢材的力学性能
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图5-22零件表面上各处冷速变化及产 生后果
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5.4钢的淬火与回火
• 钢材固有的一种属性。需要特别强调两个问题，一是钢的淬透性与具 体工件的淬透层深度的区别。淬透性是钢的一种工艺性能，也是钢的 一种属性，对于一种钢在一定的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是 确定不变的。钢的淬透性的大小用规定条件下的淬透层深度表示。而 具体工件的淬透层深度是指在实际淬火条件下得到的半马氏体区至工 件表面的距离，如图5-23所示，它受钢的淬透性、工件尺寸及淬火 介质的冷却能力等诸多因素的影响。二是淬透性与淬硬性的区别。淬 硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬 度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。淬透性和淬硬 性并无必 然联系，如过共析碳钢的淬硬性高，但淬透性低；而低碳合金钢的淬 硬性虽然不高，但淬透性很好。 • (2)淬透性的测定和表示方法。目前测定钢的淬透性的最常用的方法 之一是末端淬火法，简称端淬法，如图5-24所示。此法通常用于测 定优质碳素结构钢、合金结构钢，也可用于测定弹簧钢、轴承钢、
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
热处理工艺学课件-第11章淬火与回火
04 淬火与回火的应用场景
汽车制造业
汽车发动机和传动系统中的关键零部 件，如齿轮、轴承、曲轴等，需要经 过淬火和回火处理来提高其硬度和耐 磨性，确保长期稳定运行。
汽车车身结构件，如车架、底盘等， 也需要通过淬火和回火来提高其强度 和刚度，确保安全性能。
航空航天领域
航空发动机中的涡轮叶片、盘件等高温部件需要经过淬火和 回火处理来提高其高温强度和抗疲劳性能，确保发动机在高 温、高压、高速等极端条件下的安全运行。
中温回火
总结词
提高硬度和弹性
详细描述
中温回火通常在350°C至450°C之间进行，其目的是提高钢的硬度和弹性。经过中温回火的钢，其内部结构变得 更加均匀，从而提高了钢的硬度和弹性。
低温回火
总结词
保持高硬度并提高耐磨性
详细描述
低温回火通常在200°C至300°C之间进行，其构得到稳定，使其保持高硬度和良好的耐磨性。
提高金属的耐磨性和耐腐 蚀性
通过淬火和回火处理，可以细 化金属的晶粒，提高其耐磨性 和耐腐蚀性。
稳定金属的组织和性能
回火的主要目的是稳定淬火后 金属的组织和性能，使其在使 用过程中保持稳定。
02 淬火的种类与特点
表面淬火
总结词
通过快速加热使材料表面层达到淬火 温度，然后迅速冷却，实现表面硬化 的工艺。
详细描述
表面淬火主要应用于提高零件表面的 耐磨性和抗疲劳性能，常用于齿轮、 轴承、刀具等。其优点是处理时间短 ，工件变形小，适用于各种材料。
整体淬火
总结词
将整个零件加热至淬火温度，然后快速冷却，使整体获得高硬度的工艺。
详细描述
整体淬火广泛应用于各种工具、量具、模具等，目的是提高其硬度和耐磨性。 该工艺需要精确控制加热和冷却过程，以避免工件变形和开裂。
钢的淬火和回火PPT教案
Upper B in Fe-0.29C-0.76Mn-0.25Si at 500OC for 9s. 400X. By Aaronson and Wells.
Upper B in Fe-0.18C at 450OC for 1s. 5000X.
Lower B: 片状铁素体+碳化物; 片状铁素体内也包含着若干更细小的亚片.碳 化物分布于F内，且与F的轴向呈55 ~60O夹角。F内无孪晶但有高密度位 错；碳化物可为CM或FexC---取决与钢的成分。
时间退火，软化，利于切削加工
1. 马氏体分解及碳化物的析出和长大 M过饱和，加热保温可能会分解，产物随温度/时间而变化
1) 碳偏聚 (自回火)： T低（RT~100OC)
板条马氏体中, 碳原子与位错结 合或碳原子沿[100]M面富集。 片状马氏体中，碳原子偏聚于孪 晶面[112]M。 淬火过程中也可能出现自回火： 出现与Ms高的钢中（如低碳钢）
Example: Isothermal quenching to a lowly alloyed-steel
Temperature
Fe-5Ni-0.5C
(1) Reheating
1100OCx15min (2) Formation of grain boundary ferrite
600OCx20min
下贝氏体的OM照片，540X
下贝氏体覆膜EM照片 4360钢，10000X
Lower B with lamellar carbide particles in Fe-1.1C at 190OC for 5 hr. 20000X
Lower B with lamellar carbide particles in Fe-0.48C-1.98Mn0.28Si at 325OC for 80s. 12000X
《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
淬火钢回火时组织的变化
马氏体回火加热时，五个主要过程： 室温~200℃，碳的偏聚和聚集 100~250 ℃，马氏体分解 200~300 ℃，残余奥氏体分解 250~400 ℃，碳化物类型变化 400~700 ℃，相回复再结晶，Fe3C球化粗化
1. 碳的偏聚和聚集（室温~200℃）
回火
回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保 温后冷却的热处理工艺。
回火的目的
消除或减少淬火内应力，防止工件变形或开裂； 获得工艺所要求的力学性能； 稳定工件尺寸。淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织， 有自发向平衡组织铁素体加渗碳体转变的倾向。回火可使 马氏体和残余奥氏体转变为平衡或接近平衡的组织，防止 使用时变形。 对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用退火则软 化周期太长，则采用回火软化即能降低硬度，又能缩短软 化周期。 对于未经淬火的钢，回火是没有意义的，而淬火钢不 经回火一般也不能直接使用，为避免淬火件在放置过程中 发生变形或开裂，钢件经淬火后应及时回火。
回火的种类
根据钢的回火温度范围，可将回火分为3类。 1.低温回火 2.中温回火
3.高温回火
1.低温回火
回火温度为150-250℃。低温回火时发生如下 变化，得到M回组织。
低温回火的目的是在保留淬火后高硬度、高耐 磨性的同时，降低内应力，提高韧性。主要用 于处理各种工具、模具、轴承及经渗碳和表面 淬火的工件。
2.中温回火
回火温度为350-500℃。中温回火时发生如下 变化，得到T回组织，即为在保持马氏体形态 的铁素体基体上分布着细粒状渗碳体的组织。
回火托氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极 限，并具有一定的韧性，硬度一般为35HRC45HRC，主要用于各类弹簧的处理。
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。
淬火与回火
3、分级淬火法 、 附近的盐浴或碱浴中淬火， 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后 附近的盐浴或碱浴中淬火 再取出缓冷。 再取出缓冷。 可减少内应力，用于尺寸较 可减少内应力，用于尺寸较 小、形状复杂工件的淬火
盐浴炉
4、等温淬火法 、 将工件在稍高于 Ms 的盐浴 或碱浴中保温足够长时间， 或碱浴中保温足够长时间， 从而获得下贝氏体组织的淬 火方法。 火方法。 经等温淬火零件具有良好的 综合力学性能，淬火应力小 综合力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高 的小型件。 的小型件。
（5）淬透性的应用
淬透性 钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。 淬硬性 钢的淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬 火后马氏体所能达到的最高硬度表示，主要取 决于马氏体的含碳量。 淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
3.2.2钢的淬火与回火 钢的淬火与回火
第3章 章
72
（6）淬硬性与淬透性之间的关系 ） 钢 种 淬硬性 淬透性 碳素结构钢 ( 20 ) 低 小 碳素工具钢( 碳素工具钢( T10A ) 高 小 低碳合金结构钢 低 大 ( 18Cr2Ni4WA ) 高碳高合金工具钢 高 大 ( Cr12MoV )
淬火钢在回火时的组织转变
非常复杂。 一般是马氏体由过饱和状态向非饱和状 态转变，也就是碳以一定的形式析出； 残余奥氏体也发生变化 ，它们的最后转 变产物是铁素体和渗碳体。
淬火钢在回火时的组织转变
淬火钢在回火时的组织转变
在低温回火时，从淬火马氏体内部会析 出碳化物薄片（Fe2.4C）, 马氏体的过饱 和度减小。部分残余奥氏体转变为下贝 氏体, 但量不多。 所以低温回火后组织为回火马氏体＋残 余奥氏体。
淬 火 方 法
4.钢的淬透性 4.钢的淬透性
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：
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3、无物态变化的淬火介质： 淬火冷却主要靠对流散热。 温度较高时辐射散热占有很大比例，也有传导传热。 二、淬火介质冷却特性的测定 淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度H。 1、概念： 规定静止水的淬火烈度H＝1，其它淬火介质的淬火烈度由与静 止水的冷却能力比较而得。 2、实质： 反映钢内部的热传导系数以及钢与介质间的给热系数的关系， 即淬火介质的冷却能力。 注意：不同淬火介质，在工件淬火过程中其冷却能力是变化 的。几种常见淬火介质的淬火烈度H，如下表所示。
工件淬硬层与冷却速度的关系
3．影响钢的淬透性的因素
(1)钢的化学成分 ① 过共析钢在正常淬火温度区间（低于Accm温度）加热 含碳量低于1%的钢，随含碳量的升高，临界冷速降低， 淬透性提高；
含碳量高于1%的钢，随含碳量的增加，单调下降,淬 透性降低。 ② 钢在高于Ac3或Accm加热 随着含碳量的增加，临界冷速降低，淬透性增加。
度、淬硬层深度等。
2．淬透性与淬硬性的区别 （1）淬透性 概念：系指淬火时获得马氏体的难易程度； 影响因素：主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有
关或者说与钢的临界淬火冷却速度有关， 淬透性是钢材本身固有的一个属性。 （2）淬硬性 概念：是指淬成马氏体可得到的硬度， 影响因素：主要和钢中含碳量有关。 淬硬性是钢淬火后获得马氏体的最高硬度。
第三章 钢的淬火及回火
第一节 淬火的定义、目的、淬火源自必要条件1、淬火定义：把钢加热到临界点Ac3或Ac1以上，保温并随之以大于临界冷 却速度Vk冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热 处理工艺。
2、淬火的目的： 提高零件的硬度，强度，耐磨性。 结构钢通过淬火，回火获得良好的综合机械性能。 少数工件可以改善钢的物理和化学性能。
（2）沸腾阶段：进一步冷却时，工件放出的热量减少，蒸汽膜厚 度减薄并在越来越多的地方破裂，使工件与液体直接接触，并 形成大量气泡逸出。冷却速度较快，取决于淬火介质的汽化热， 汽化热越大，从工件带走的热量越多，冷却速度也越快。
（3）对流阶段：当工件表面的温度降至介质的沸点或分解温度以 下时，工件的冷却主要靠介质的对流进行，随工件和介质间的 温差减小，冷速也逐渐降低，此时对流传热起主导作用
3．油 冷却能力比水差，油的冷却 过程也具有三个阶段。
(1)在高温区冷却速度低； (2)油在500℃～350℃间 冷却速度最快。 (3)油在低温区（350℃ 下）冷速较慢。 (4)油在20℃～80℃使用， 对工件冷速影响不大。
4．有机物的水溶液及乳化液。
水的冷却能力很大，但冷却特性很不理想； 油的冷却特性比较理想，但其能确能力有小一些； 因此需要寻找冷却能力介于两者之间，而冷却特性 又比较理想的介质。 有机物的水溶液是较理想的淬火介质，即在水中加 入有机物或矿物盐，改变（降低）水的冷却性能。 常用的有聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂。 工业生产中常用乳化液，是矿物油与水经强烈搅拌 及振动而成。冷却能力可通过调配浓度来调节。常用 于表面淬火。
5．钢的原始组织的影响
钢的原始组织中，由于珠光体的类型（片状 或粒状）及弥散度的不同，在奥氏体化时， 将会影响到奥氏体的均匀性，从而影响到钢 的淬透性。
③合金元素的影响
除Co、Ti、Zr以外，大多数合金元素溶入奥氏体后使C 曲线右移，提高钢的淬透性。
2．奥氏体晶粒度的影响 奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高，奥氏体晶粒尺 寸对珠光体转变的延迟作用比贝氏体的大。 3．奥氏体化温度 不仅可以促进奥氏体晶粒增大，而且可以促使碳化 物及其它非金属夹杂物溶入，并使奥氏体成分均匀化， 这将提高过冷奥氏体的稳定性，从而提高淬透性。 4．第二相的存在和分布 奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在，以 及大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬 透性。
例如：提高高磁钢的磁性； 不锈钢淬火以消除第二相， 从而改善其耐蚀性。
3、淬火必要条件： 临界点以上，获得奥氏体； 大于临界冷速，得到马氏体 或下贝氏体。
第二节 淬火介质
淬火介质： 为实现淬火目的用的冷却介质。
理想淬火介质：
在A1～650℃缓慢冷却， 以减少热应力； 在过冷奥氏体最不稳定区 域（650～400℃ ），快速 冷却； 而在MS附近的温度区域冷 速比较缓慢，它可以减少淬 火内应力，避免淬火变形开 裂。
不同温度纯水 的冷却特性
2．碱或盐的水溶液
水中溶入盐、碱等物质，减少了蒸汽膜的稳定性，使 蒸汽膜阶段缩短，特性温度提高从而加速冷却速度。
食盐水溶液在食盐浓度较低时随食盐浓度的增加而提 高，冷速均大于纯水的。
碱溶液也具有很高的冷却能力，随温度提高冷却能 力降低，工件表面银白色、好的外观，但腐蚀严重。
三、常用淬火介质及其冷却特性
1．水： 具有良好的物理化学性能，而且来源丰富，价格便宜。
冷却特性： （1）水的冷却速度 在650~400℃温度范围内的冷却速度较小； 在马氏体转变温度区的冷却速度特别快。
不同温度纯水 的冷却特性
（2）水温对冷却特性影响很大 随水温提高，水的冷却速度降低。
（3）循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。
一、淬火介质的冷却作用
1、分类 （1）按聚集状态分类： 淬火介质有固态、液态、气态。 最常用介质为液态介质，淬火时不仅发生传热作用，还会 产生物态变化，因此过程较为复杂。 （2）按液态淬火介质是否具有物态变化： 分为有物态变化的和无物态变化的。 2、有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段： （1）蒸气膜阶段： 工件表面产生大量过热蒸汽，紧贴工件形成连续的蒸汽膜； 冷却主要靠辐射传热，冷却速度较缓慢。
第三节 钢的淬透性
一.淬透性的概念及影响因素 1．概念：
钢材被淬透的能力，或者说淬火时获得马氏体 的能力。 不同的钢种，淬透性是不同的，因此工件表面到内
部的截面上淬成马氏体组织的厚度也不同； 淬成马氏体组织的厚度越大，表示该钢中的淬透性
愈高。 这种马氏体组织厚度通常称为硬化层厚度或淬透深