钢的淬火和回火

5 试分析下列说法是否正确：（1）钢中合金元 素的含量愈多，则淬火后硬度愈高； （ 2 ）同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬 的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 6 指出φ10mm的45钢(退火态)经下列温度加热 并水冷后获得的组织：700℃、760℃、840℃。 (知Ac1＝724℃，Ac3＝780℃，D水冷＝20mm) 7 今有Cr15钢，制成轴承套，试述其预备热处 理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的 组织和性能。
三
淬火方法
T
A1
MS
单 液 淬 火
双 液 淬 火
分 级 τ 淬 火
等 温 淬 火
三
淬火方法
1 单液淬火 ——尺寸小、 形状简单的碳钢、合 金钢件 。 2 双液淬火（水淬油冷）
——尺寸较大碳钢件。
3 分级淬火 稍高于MS ，盐浴； ——小尺寸工模具、变形小、精密件
4 等温淬火
淬火热应力、组织应力小， 变形小；
氮化前调质处理、氮化后无须淬火。
气体渗氮
离子氮化
碳氮共渗
第十章 习题与思考题
1 确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目 的与退火后的组织： （1）经冷轧后的钢板，要求降低硬度； （2）锻造过热的60钢锻坯； （3）具有片状渗碳体的T12钢坯。 2 指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目 的及正火后的组织： (1) 20钢齿轮； (2) 45钢小轴；(3) T12钢锉刀 3 何谓钢的淬透性？何谓钢的淬硬性？影响淬 透性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？ 4 何谓钢的淬火临界冷却速度？影响因素有哪些？ 它和钢的淬透性有何关系？
T
1280℃ 800℃
600℃
W18Cr4V：
t
（1） 淬火介质的要求 ① 鼻点冷速大, MS附近冷速小； ② 稳定，成本低； ③ 安全：无毒；不腐蚀工件。
3 淬火介质
T
A1
MS
(2)
常用淬火介质
水
理想 油
τ
① 水： 鼻 温：150℃/S； Ms：450 ℃/S。 优点：冷却能力强；成本低。 缺点：M 转变温区冷速过大，变形； 应用：小尺寸、形状简单碳钢件
VC ′
若T > Acm ： ① C%↑，MS↓；AR↑ ② 粗大M， ③ 氧化脱碳↑ 变形开裂↑
A(C↑)
AC3
A+F
ACm
A+Fe3C
AC1
M+AR+ Fe3C M+F M+AR (↑)
低合金钢： AC3 或AC1 +50~100 ℃ 高合金钢： AC3 或AC1 +300~400 ℃
Baidu Nhomakorabea
（2）工件尺寸、形状、淬 火介质、晶粒长大倾向等 2 保温时间 τ保温= τ升温+ τ热透+τ转
﹡﹡ 调质处理：淬火+高温回火
五 钢的淬、回火缺陷
1 种类： 变形、开裂、氧化、脱碳、 硬度不足、软点、过热、过烧。 过热：晶粒粗大——重结晶 过烧：晶界熔化或氧化
2 变形与淬火应力 变形方式：体积变化、弯曲翘曲。 产生原因：加热或冷却中热胀冷缩、 组织转变不同步→内应力
种类：热应力、组织应力
改进方法——分级淬火、等温淬火


1．化学热处理的作用
（1）强化工件表面 （2）保护工件表面

2．化学热处理的种类
主要包括 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗 铬、渗Al等


3．化学热处理的过程
（1）分解：由介质中分解出渗入元素的活性原子。 （2）吸收：工件表面吸收活性原子。 （3）扩散：被工件吸收的原子，在一定温度下，由
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
二 钢的淬透性
为什么引入“淬透性”概念
V表 V心
VC
淬透层深度
V表 VC V心
﹡1 概念：奥氏体化的钢在淬火时获得马氏 体的能力 ——用钢在一定条件下淬火获得的淬透层 深度表示其大小。
淬透层深度：由工件表面→半马氏体点 (50%M)的深度。
硬度测量法： 50%M的硬度 ← C%
50%M
淬透层深度
§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。
第二节 钢的淬火与回火
淬火：AC3 或AC1以上，奥氏 体化， V冷> VC急剧冷却， 获马氏体组织。 等温淬火——B下
AC1
回火：淬火钢， AC1 以下
等温淬火
MS
一 淬火加热工艺参数的选择 1 加热温度 （1）化学成分： 亚共析钢： AC3 +30~50℃ 过共析钢： AC1 +30~50℃
淬火 VC
3 淬透性测定方法
（1）顶端淬火法
φ 25×100 ，
（2）临界淬火直径 临界淬火直径：钢在某种淬火介质中能完全淬 透的最大直径(Dk) 临界淬火直径测量方法：
① C%→半马氏体硬度；
② 测该钢端淬曲线——找出对应半马氏体硬 度的d端值 ； ③ 根据对零件淬透深度的实际要求(淬透至 1/2R、3/4R、中心等)从下图查出对应的临界 淬火直径Dk
淬透性与实际条件下淬透层深度的差别
影响淬透性的因素： 与影响 C 曲线因素一致 与钢种、奥氏体化条件 实际淬透层深度： 与淬透性、工件大小、淬火介质等有 关
2
淬透性与淬硬性
﹡ 淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏 体可能得到的最高硬度表示。 ——取决于马氏体中的 C% 。 淬透性—取决于钢的临界冷却速度→合金元素 例：T10、15MnVB
——形状复杂、尺寸精密件。
5 冷处理 目的： ①减少AR%，↑HRC； ② 稳定尺寸； ③ 挽救工件
四
钢的回火工艺
1 回火工艺参数的选择 回火温度的选择： （1） 零件使用性能→硬度→回火温度 （2）应力消除： T>500℃,1h； T<200℃,2~3h； 回火后冷却方式： 回火脆性钢→水、油冷； —高合金钢的多次回火
8 现有60Si2Mn钢用作弹簧、40Cr钢用作 轴（要求良好的综合机械性能）、T10钢用 作工具，请分别针对这三个钢种回答： (1) 淬火加热温度选择原则； (2) 加热后的组织； 淬火后的组织；(3)回火温度选择原则；(4) 回火后的组织
② 油： Vmax ： 100~250 ℃/S ，400~500℃； 鼻 温：60~70℃/S；Ms：50 ℃/S。 优： M 转变温区冷速小，不易变形； 缺点：鼻温区冷速过小，淬不透。 应用：合金钢件
③ 盐水与碱水 10%NaCl水溶液；15%NaOH水溶液； 5%NaCO3水溶液； 使蒸汽膜提前破裂； 但腐蚀
表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。
渗碳
低C钢在高C介质中加热到900～950℃、保温 → 高碳表层（约1.0%） 目的：表面硬度，耐磨性↑ ，心部保持一定的强 度和塑韧性。 渗碳后的的热处理：淬火+低温回火
固体渗碳法
气体渗碳法
真空渗碳法
钢的氮化
工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性， 疲劳强度和耐蚀性。氮化温度低(500～600℃)，时 间长（20～50h），渗层薄。
（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