第四节-钢的淬火与回火

第四节钢的淬火与回火一、钢的淬火二、钢的回火一、钢的淬火淬火：将钢加热到Ac3（或Ac1）+30~50℃，保温一定时间，然后迅速冷却获得马氏体的热处理工艺。（一）钢的淬火工艺1.淬火加热（1）加热温度亚共析钢：Ac3＋30～50℃共析钢、过共析钢：Ac1＋30～50℃完全淬火不完全淬火τH＝升温＋保温时间。可根据经验或配合实验确定，也可参考热处理手册。箱式电阻炉（或煤气炉）可控气氛炉（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）真空加热炉盐浴炉（3）加热设备：（2）加热时间（τH）：箱式电阻炉实验室电阻炉燃气炉真空炉2.淬火冷却聚乙烯醇水溶液钢的理想冷却曲线示意图水油盐水硝盐浴和碱浴（分级淬火或等温淬火的冷却介质）（１）冷却介质常用淬火介质及其冷却能力：盐水＞水＞聚乙烯醇＞油＞空气b.单液淬火一种淬火介质。如：水冷、油冷c.双液淬火如:水-油、油-空气高温区：冷却能力较强的介质低温区：冷却能力较弱的介质（２）淬火方法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。bc各种淬火法的示意图A1MS时间ae.等温淬火：在下B转变区的盐浴或碱浴中等温→下B（等温温度和时间由该钢C曲线定）d.分级淬火在Ms以上或以下的盐浴中保温然后空冷。各种淬火方法的示意图eA1MS时间c（3）冷处理目的：为了尽量减少钢中残余奥氏体的数量以获得最大数量的马氏体。作用：这样一方面可以提高钢的硬度和耐磨性，另一方面可以稳定工件的尺寸，防止在使用中变形，这对于高精度的量具、精密零件尤为重要。冷处理就是将淬火钢继续冷却到－70～－80℃（也可冷却到更低的温度），并保持一段时间，使残余奥氏体在继续冷却中转变为马氏体。3.淬火组织亚共析钢：含C量0.2%时:含C量0.2～0.5％时:含C量0.5％时:共析钢：过共析钢：M板条（M板条+M片状）＋A'M片状＋A´＋Fe3C粒状（M板条+M片状）+A'M板条+M片状亚共析钢（20Cr）亚共析钢（45钢）板条M板条M+针状M过共析钢（T12A钢）MA'未溶Fe3C17.感应加热、盐浴炉加热、箱式炉加热都可以用来进行局部淬火。（）18.先用油冷后用水冷可以预防工件的变形和开裂。（）19.先用水冷后用油冷可以预防工件的变形和开裂。（）20.分级淬火和等温淬火方法都能有效的减小形状复杂零件在淬火时的变形。（）随堂思考题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。（）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：3.获得所要求的组织和性能。如：M回、S回、T回等。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。井式回火炉（三）淬火钢的回火转变及组织1.过饱和碳原子的偏聚（20～100℃）马氏体中过饱和的碳原子将自发向晶体缺陷处偏聚，使马氏体正方度下降。２.马氏体的分解（80℃～350℃）马氏体分解后形成的低碳α相和弥散的ε碳化物组成的复相组织称为回火马氏体３.残余奥氏体转变（250～300℃）A'→M回４.碳化物的变化（250～400℃）淬火马氏体完全分解，但α相仍保持板条状或针状外形，碳化物全部转变为渗碳体。５.α相的回复与再结晶（＞400℃）板条或针状α相和细小粒状的渗碳体组成的机械混合物称为回火屈氏体渗碳体逐渐聚集和球化，马氏体的板条状或针状形态消失，形成多边形的铁素体。多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物称为回火索氏体回火温度↑→硬度、强度↓，塑性↑、韧性↑。回火时性能的变化40钢的力学性能与回火温度的关系1.提高回火稳定性合金元素对回火转变的影响回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。合金元素减缓回火的四个过程。这对切削刀具至关重要。2.产生二次硬化强碳化物形成元素还可在高温回火时析出弥散的特殊碳化物，使钢的硬度显著升高，造成二次硬化回火温度较高时析出细小、弥散的、高硬度的合金碳化物，如Mo2C，使硬度反而提高。回火时A'中析出合金碳化物→A'中C%↓→Ms、Mf↑,随后冷却时A'→M（2）二次淬火（1）弥散硬化（第二相（沉淀）强化）二次硬化原因：1.低温回火（150～250℃）回火组织：回火马氏体（M回）（过饱和α固溶体十ε碳化物）——由M中析出极细小片状ε碳化物目的：保持高硬度，降低脆性及残余应力。应用：用于工模具钢、表面淬火及渗碳淬火件。（四）回火种类——亚稳定ε碳化物溶入α相中，从α相中析出细粒状的渗碳体。α相仍保持M形态。组织：α相＋细粒状Fe3C→回火屈氏体（T回）。目的：硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度↑。应用：用于弹性元件，如弹簧等。2.中温回火(350～500℃)目的：较高的强度、硬度、塑性、韧性，即具有良好综合力学性能，优于正火得到的组织。应用：重要结构零件。如轴、螺栓、连杆、齿轮等。碳化物聚集长大及α相回复、再结晶。组织：多边形α相＋颗粒状Fe3C→回火索氏体（S回）。3.高温回火(500～650℃）淬火+高温回火→调质处理，简称调质。淬火M回火MT回火TT回火SS（五）回火脆性回火脆性：当回火温度升高时，在250~350℃和500~650℃两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。1.第一类回火脆性（250～350℃）不可避免的，但可躲开。2.第二类回火脆性（500-650℃）主要出现在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的合金钢。回火后快冷(如水冷）可避免；或加入W、Mo元素。钢的回火脆性（六）淬火回火的工艺缺陷3.硬度不足硬度不均匀2.过热或过烧过热——加热温度过高或保温时间过长所造成的A晶粒粗大。过烧——加热温度过高或超过固相线温度，使A晶界局部熔化或氧化。1.氧化与脱碳4.淬火变形和开裂、原因和预防措施淬火变形——淬火后钢件体积、形状、尺寸的变化。由淬火内应力（包括热应力与组织应力）所造成。热应力是指钢件在冷却过程中由于其表面和心部的温差引起的钢件体积胀缩不均匀所产生的内应力。组织应力是指由于钢件快速冷却时表层与心部相变不同时，以及相变前后相的比容不同所产生的内应力。GCr15脱碳（M回火+A´+Fe3C）表面脱碳大量FGCr15钢过热组织——粗大M+A´W18Cr4V过烧（M淬火+A´+δ共析+L´d延晶界分布）20CrMnTi渗碳层中裂纹（M回火+A´+Fe3C）裂纹（2）合理进行结构设计预防措施：（1）正确选材。（4）合理制订淬火工艺。（5）淬火后及时回火,消除内应力。（3）合理制订热处理工艺标准。1.淬硬件：下料→锻造→退火（正火）→粗加工＋精加工→淬火＋回火（中、低温回火）→磨削2.调质件：下料→锻造→退火（正火）→粗加工→调质→精加工（七）淬火、回火在零件制造工艺路线中的位置23.无论那种钢，回火后的硬度总是随温度升高而降低的。（）28.高温回火可能产生第二类回火脆性而降低韧性，因而对韧性要求高的零件不宜采用高温回火。（）29.冷却速度越快，温度越不均匀，容易产生残余应力而降低零件的力学性能，因而，所有淬火钢如果采用高温回火，保温后一定要缓慢冷却。（）随堂思考题某零件用45钢制造，淬火时用水作冷却介质，淬硬层深度不能满足要求。仓库中有40Cr、50、40和60Si2Mn四种材料。（1）选用哪种钢比较合适？（2）淬火时选用哪种淬火介质比较合适？（3）回火温度选在什么温度范围内比较合适？ofchapter4