热处理原理及工艺
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热处理原理及工艺
（5）热处理工艺 淬火介质冷却特性---影响残余应力状态
中高温区快冷，Ms区缓冷可获热应力型分布 Ms点附近冷速大，淬透，主要组织应力型为主 合理的入水方式，零件与淬火介质之间相对运动，可使
零件均匀冷却→降低淬火应力。 回火可使淬火应力大幅度下降，甚至消除。
热处理原理及工艺
二、淬火变形 （一）变形的基本规律
（2）合金元素（Me）： 钢中加入Me后，热传导系数↓→热应力↑，组织应力↑ 多数Me 使Ms↓ A残↑→组织应力↓ →热应力作用增强
热处理原理及工艺
（3）工件尺寸的影响 （a）完全淬透情况： 尺寸越大，截面温差大，尤其高温区温差影响大，热应
力作用增强，→热应力型（残余应力） 尺寸小，温差较小，热应力作用较小，应力特征为组织
反击矫正 –轴、杆
校
冷压矫正 --- 冷态 压力机上。
直
适用于硬度不高或淬硬层较浅的工件
回火矫正—回火中加压 薄片
热处理原理及工艺
扁嘴钢锤
三、淬火开裂 （一）开裂原因：σ拉＞σb
受压不易裂，σb压≥3σb拉 残余应力以组织应力形式分布—易裂。 热处理时应避免裂纹发生，提高成品率。
热处理原理及工艺
松驰应力。
第二阶段：表拉，心压。 T低，σs高， 不易引起塑性
变形，应力保留。 ∴组织应力引起的残余应力状态 为：表：拉应力，心：压应力。
热处理原理及工艺
零件沿最大尺寸方向伸长，最小尺寸方向收缩
热处理原理及工艺
3.附加应力——其他原因 如表/心组织不均 弹塑变形不一致
热处理的残余应力是热应力，组织应力和附加应力在热 处理过程中综合作用的结果。
1. 热应力作用 ，表拉心压引起变形 2. 组织应力，表压心拉变形 3. 比容差：工件各部分均匀胀大或缩小，如
组织转变同时 VA、VM不同。
热处理原理及工艺
变简 形单 趋形 向状
工 件 的 热 处 理
热处理原理及工艺
（二）变形的影响因素： 1、淬透性
高：变形复杂。两种应力协调变形 低：热应力型 2、Ms点
外层受拉，心部受压应力。
热处理原理及工艺
热应力： 第一阶段：表拉，心压 应力值σ随ΔΤ↑而↑ σ＞σs， 塑性变形 应力松弛，应力值降低
第二阶段：表压，心拉 ∵T很低，σs较高，
不再引起塑变。 ∴应力分布被保留下来成 为残余应力
热处理原理及工艺
第一阶段
第二阶段
热处理原理及工艺
热应力型残余应力分布特点为：表层压应力，心部拉应力 热应力引起变形在初期：表拉、心压
应力型。
（b）不完全淬透情况： 上述热应力和组织应力＋附加应力 附加应力 表层M，未淬硬部位为非M，表膨胀，表层受
压，心拉，与热应力相似。 ∴工件尺寸越大，淬硬层越薄，热应力特征越明显
热处理原理及工艺
（4）原始组织 同一T：VA＜VB＜VF＜VM， A→B，组织应力较小
原始组织为P+Cm，Cm均匀分布，可减小淬火组织应力 （球化退火） 若Cm呈网状分布，淬火后组织应力↑。
（二）影响淬火裂纹形成的因素： 冶金因素（化学成份,原始组织，夹杂等） 结构因素（截面大小，形状，有否台阶） 工艺因素（加热规范，冷却，机加工质量，预先热处
理）。 1、冶金因素： （1）冶金质量
气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕、白点、夹杂等缺陷— ——裂纹源
热处理原理及工艺
（2）化学成分 ①含C量 C↑，板条M→孪晶M，淬火显微裂纹↑→↑淬火开裂倾向 C↑，热应力作用↓，组织应力↑，表拉，↑开裂倾向。 实践证明：Wc＜0.4%的钢，可以避免淬火裂纹
热处理原理及工艺
（18-19）
热处理原理及工艺
3-5 淬火缺陷与控制 变形和开裂 过热与过烧 软点与硬度不足 氧化脱碳
热处理原理及工艺
变形和开裂是热处理常见缺陷 由淬火应力引起 •淬火应力σ ＞材料σs →工件畸变（变形） •淬火应力σ ＞材料σb → 淬火裂纹
热处理原理及工艺
一、淬火应力 1、热应力 • 冷却开始时：表层T低，心高，表面冷得快，收缩较大。 • 冷却后期，心T高→低，表T变化小，心部收缩的多。 ∴冷收缩不同时，产生应力 以纯Cu，加热800℃，上下喷水冷却为例。 第一阶段：
热处理原理及工艺
•热处理零件结构的工艺性 1）避免尖角与棱角
2）避免截面厚薄悬殊，合理安排孔洞和键槽
热处理原理及工艺
3）采用封闭、对称结构 4）采用组合结构
热处理原理及工艺
（四）淬火变形的矫正
变形在不大可以校正，开裂—报废。
热压矫正- 压力下冷却或接近Ms时加压
如：压淬
压 淬
A-塑
热点矫正－中小轴
变形检验：简单检验法——红汞涂试样上，在平面上擦， 可看出是凸、凹或不变形。
热处理原理及工艺
3、影响淬火应力的因素： （1）含C量 V高CM＞V低CM →C%↑ 组织应力↑↑ C↑，Ms↓→A残↑→组织应力↓
综合效果：随C↑，热应力作用逐渐减弱，组织应力作用 强→表面压力值↓，拉应力值↑，拉应力位置越来越靠近表 面→↑淬裂倾向
热处理原理及工艺
②合金元素：作用复杂
合金 元素 作用
导热性↓，相 变不同时↑
Me
开裂↑
↑
强化了A,σs↑
应力难松弛，
↑内应力
↑淬透性，可用缓和介质淬火 →↓开裂倾向
热处理原理及工艺
（3）原始组织 球状P淬火前理想的组织状态: Cm 阻碍晶粒长大 片状P，越细，淬裂倾向大(应力+Cm片割裂作用) C化物分布均匀，↓淬裂 网状C化物，↑淬裂－－不允许 重复淬火易开裂
高 两应力可部分抵消 3、组织均匀性
C化物 膨胀系数小， F 膨胀系数大
4、加热速度 快，加热变形
5、淬火温度 加热T高，热应力引起变形大
6、冷速 大，温差大，变形大
热处理原理及工艺
•通过变形趋势分析平板变形由何种应力引起？ (热应力 or 组织应力？)
喷水方向
热处理原理及工艺
（三）减小变形的措施 1、合理选材，正确设计结构 2、正确锻造和进行预备热处理 3、采用合理的热处理工艺(温度、介质、方法)
零件心部受多向压应力作用失去原形，形状向球状方向 发展，如圆柱体，高度减小，中部直径扩大，变成腰鼓形。
零件沿最大尺寸方向收缩，最小尺寸方向伸长
来自百度文库热处理原理及工艺
2、组织应力（transformation stress） （相变应力） A→M，VM＞VA 体积膨胀
第一阶段:
热处理原理及工艺
第一阶段：表压、心拉， T 高 ， σs 低 ， 引 起 塑 变 形 ，
（5）热处理工艺 淬火介质冷却特性---影响残余应力状态
中高温区快冷，Ms区缓冷可获热应力型分布 Ms点附近冷速大，淬透，主要组织应力型为主 合理的入水方式，零件与淬火介质之间相对运动，可使
零件均匀冷却→降低淬火应力。 回火可使淬火应力大幅度下降，甚至消除。
热处理原理及工艺
二、淬火变形 （一）变形的基本规律
（2）合金元素（Me）： 钢中加入Me后，热传导系数↓→热应力↑，组织应力↑ 多数Me 使Ms↓ A残↑→组织应力↓ →热应力作用增强
热处理原理及工艺
（3）工件尺寸的影响 （a）完全淬透情况： 尺寸越大，截面温差大，尤其高温区温差影响大，热应
力作用增强，→热应力型（残余应力） 尺寸小，温差较小，热应力作用较小，应力特征为组织
反击矫正 –轴、杆
校
冷压矫正 --- 冷态 压力机上。
直
适用于硬度不高或淬硬层较浅的工件
回火矫正—回火中加压 薄片
热处理原理及工艺
扁嘴钢锤
三、淬火开裂 （一）开裂原因：σ拉＞σb
受压不易裂，σb压≥3σb拉 残余应力以组织应力形式分布—易裂。 热处理时应避免裂纹发生，提高成品率。
热处理原理及工艺
松驰应力。
第二阶段：表拉，心压。 T低，σs高， 不易引起塑性
变形，应力保留。 ∴组织应力引起的残余应力状态 为：表：拉应力，心：压应力。
热处理原理及工艺
零件沿最大尺寸方向伸长，最小尺寸方向收缩
热处理原理及工艺
3.附加应力——其他原因 如表/心组织不均 弹塑变形不一致
热处理的残余应力是热应力，组织应力和附加应力在热 处理过程中综合作用的结果。
1. 热应力作用 ，表拉心压引起变形 2. 组织应力，表压心拉变形 3. 比容差：工件各部分均匀胀大或缩小，如
组织转变同时 VA、VM不同。
热处理原理及工艺
变简 形单 趋形 向状
工 件 的 热 处 理
热处理原理及工艺
（二）变形的影响因素： 1、淬透性
高：变形复杂。两种应力协调变形 低：热应力型 2、Ms点
外层受拉，心部受压应力。
热处理原理及工艺
热应力： 第一阶段：表拉，心压 应力值σ随ΔΤ↑而↑ σ＞σs， 塑性变形 应力松弛，应力值降低
第二阶段：表压，心拉 ∵T很低，σs较高，
不再引起塑变。 ∴应力分布被保留下来成 为残余应力
热处理原理及工艺
第一阶段
第二阶段
热处理原理及工艺
热应力型残余应力分布特点为：表层压应力，心部拉应力 热应力引起变形在初期：表拉、心压
应力型。
（b）不完全淬透情况： 上述热应力和组织应力＋附加应力 附加应力 表层M，未淬硬部位为非M，表膨胀，表层受
压，心拉，与热应力相似。 ∴工件尺寸越大，淬硬层越薄，热应力特征越明显
热处理原理及工艺
（4）原始组织 同一T：VA＜VB＜VF＜VM， A→B，组织应力较小
原始组织为P+Cm，Cm均匀分布，可减小淬火组织应力 （球化退火） 若Cm呈网状分布，淬火后组织应力↑。
（二）影响淬火裂纹形成的因素： 冶金因素（化学成份,原始组织，夹杂等） 结构因素（截面大小，形状，有否台阶） 工艺因素（加热规范，冷却，机加工质量，预先热处
理）。 1、冶金因素： （1）冶金质量
气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕、白点、夹杂等缺陷— ——裂纹源
热处理原理及工艺
（2）化学成分 ①含C量 C↑，板条M→孪晶M，淬火显微裂纹↑→↑淬火开裂倾向 C↑，热应力作用↓，组织应力↑，表拉，↑开裂倾向。 实践证明：Wc＜0.4%的钢，可以避免淬火裂纹
热处理原理及工艺
（18-19）
热处理原理及工艺
3-5 淬火缺陷与控制 变形和开裂 过热与过烧 软点与硬度不足 氧化脱碳
热处理原理及工艺
变形和开裂是热处理常见缺陷 由淬火应力引起 •淬火应力σ ＞材料σs →工件畸变（变形） •淬火应力σ ＞材料σb → 淬火裂纹
热处理原理及工艺
一、淬火应力 1、热应力 • 冷却开始时：表层T低，心高，表面冷得快，收缩较大。 • 冷却后期，心T高→低，表T变化小，心部收缩的多。 ∴冷收缩不同时，产生应力 以纯Cu，加热800℃，上下喷水冷却为例。 第一阶段：
热处理原理及工艺
•热处理零件结构的工艺性 1）避免尖角与棱角
2）避免截面厚薄悬殊，合理安排孔洞和键槽
热处理原理及工艺
3）采用封闭、对称结构 4）采用组合结构
热处理原理及工艺
（四）淬火变形的矫正
变形在不大可以校正，开裂—报废。
热压矫正- 压力下冷却或接近Ms时加压
如：压淬
压 淬
A-塑
热点矫正－中小轴
变形检验：简单检验法——红汞涂试样上，在平面上擦， 可看出是凸、凹或不变形。
热处理原理及工艺
3、影响淬火应力的因素： （1）含C量 V高CM＞V低CM →C%↑ 组织应力↑↑ C↑，Ms↓→A残↑→组织应力↓
综合效果：随C↑，热应力作用逐渐减弱，组织应力作用 强→表面压力值↓，拉应力值↑，拉应力位置越来越靠近表 面→↑淬裂倾向
热处理原理及工艺
②合金元素：作用复杂
合金 元素 作用
导热性↓，相 变不同时↑
Me
开裂↑
↑
强化了A,σs↑
应力难松弛，
↑内应力
↑淬透性，可用缓和介质淬火 →↓开裂倾向
热处理原理及工艺
（3）原始组织 球状P淬火前理想的组织状态: Cm 阻碍晶粒长大 片状P，越细，淬裂倾向大(应力+Cm片割裂作用) C化物分布均匀，↓淬裂 网状C化物，↑淬裂－－不允许 重复淬火易开裂
高 两应力可部分抵消 3、组织均匀性
C化物 膨胀系数小， F 膨胀系数大
4、加热速度 快，加热变形
5、淬火温度 加热T高，热应力引起变形大
6、冷速 大，温差大，变形大
热处理原理及工艺
•通过变形趋势分析平板变形由何种应力引起？ (热应力 or 组织应力？)
喷水方向
热处理原理及工艺
（三）减小变形的措施 1、合理选材，正确设计结构 2、正确锻造和进行预备热处理 3、采用合理的热处理工艺(温度、介质、方法)
零件心部受多向压应力作用失去原形，形状向球状方向 发展，如圆柱体，高度减小，中部直径扩大，变成腰鼓形。
零件沿最大尺寸方向收缩，最小尺寸方向伸长
来自百度文库热处理原理及工艺
2、组织应力（transformation stress） （相变应力） A→M，VM＞VA 体积膨胀
第一阶段:
热处理原理及工艺
第一阶段：表压、心拉， T 高 ， σs 低 ， 引 起 塑 变 形 ，