热处理原理与工艺第八章-钢-的-淬-火课件.ppt

1、第八章钢 的 淬火第八章钢 的 淬 火第一节淬 火 介 质 淬火就是把工件加热到奥氏体状态，然后快速冷却，使奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的过程。一、理想淬火介质及淬火介质分类 理想的淬火介质应具有图8-1所示的冷却特性。第八章钢 的 淬 火图8-1理想淬火介质的冷却曲线第八章钢 的 淬 火二、工件在淬火介质中的冷却过程1.在有物态变化的冷却介质的冷却过程 这类介质的沸点远低于工件温度，赤热工件投入介质后，介质会发生沸腾汽化。(1)蒸汽膜阶段阶段(2)沸腾阶段阶段(3)对流阶段阶段第八章钢 的 淬 火图8-2有物态变化的淬火介质的冷却曲线和冷却速度曲线1冷却曲线2冷却速度曲线第八章钢 的 淬

2、火2.在无物态变化的介质中的冷却过程 常用的无物态变化的淬火介质有盐浴、碱浴、金属浴及气体等。第八章钢 的 淬 火三、淬火介质冷却能力的测定及影响因素图8-3银球探头法示意图1银球2热电偶3淬火介质第八章钢 的 淬 火1.淬火介质冷却能力的测定及表示 淬火介质的冷却能力常用标准试样的冷却曲线或温度-冷却速度曲线表示。表8-1常用淬火介质的淬火烈度第八章钢 的 淬 火2.影响介质冷却能力的因素 除介质自身性质之外，温度和搅拌对介质冷却能力有较大影响。(1)温度(2)搅拌第八章钢 的 淬 火四、常用淬火介质及其冷却特性1.常用有物态变化淬火介质及其冷却特性(1)水图8-4不同温度静止水与循环水的冷

3、却特性曲线a)静止水b)循环水第八章钢 的 淬 火图8-6碱水的冷却特性曲线(2)盐水、碱水第八章钢 的 淬 火图8-750 L-AN22全损耗系统用油的冷却特性及几种油的冷却能力比较120水250的L-AN22全损耗系统用油3水与油的冷速之比4全损耗系统用油5中速淬火油6全损耗系统用油+10%添加剂7快速淬火油(3)油第八章钢 的 淬 火图8-8过饱和硝盐水溶液与水、油的冷却速度比较(4)过饱和硝盐水溶液第八章钢 的 淬 火2.常用无物态变化淬火介质及其冷却特性(1)硝盐浴表8-2常用的硝盐浴和碱浴的成分、熔点及使用温度第八章钢 的 淬 火图8-9硝盐的冷却特性155%KNO3+45%NaN

4、O2，另加(3%5%)H2O，170255%KNO3+45%NaNO2，另加(3%5%)H2O，200355%KNO3+45%NaNO2，300455%KNO3+45%NaNO2，400 为提高硝盐浴的冷却能力，常加入一定量的水，因淬火时水的汽化会吸收大量的热，且水可增大盐浴流动性，从而增大冷速。第八章钢 的 淬 火图8-10碱浴的冷却特性180%KOH+20%NaOH+6%H2O+3%KNO3+3%NaNO2，170285%KOH+15%NaNO2+6%H2O，170385%KOH+15%NaNO2+3%H2O，170(2)碱浴第八章钢 的 淬 火3.其他淬火介质及其冷却特性 如前所述，水的

5、冷却能力很大，但冷却特性不够理想，油的冷却特性虽比较理想，但其冷却能力较低。(1)高分子聚合物水溶液(2)气体(3)流态床淬火介质图8-11PAG浓度(质量分数)对冷却特性的影响第八章钢 的 淬 火图8-12几种有机聚合物淬火介质淬火烈度的范围第八章钢 的 淬 火表8-3PAG系列淬火介质的冷速范围第八章钢 的 淬 火第二节钢的淬透性一、淬透性及其影响因素1.淬透性及相关概念(1)淬透性(hardenability)图8-13A、B工件心部与表层冷速与淬透深度关系第八章钢 的 淬 火图8-14共析碳钢淬火后马氏体量和硬度沿横截面的分布共析碳钢淬火后马氏体量和硬度沿横截面的分布第八章钢 的 淬

6、火图8-15不同马氏体量处硬度与碳含量的关系(2)淬透性与实际淬透层深度的关系(3)淬透性和淬硬性的关系第八章钢 的 淬 火2.影响钢淬透性的因素 钢的淬透性主要决定于临界冷却速度的大小，即决定于等温转变曲线“鼻尖”位置，钢的成分、组织等影响等温转变曲线“鼻尖”位置的材料因素都对淬透性有影响。(1)钢的化学成分(2)奥氏体晶粒度和成分均匀程度(3)未溶第二相的影响第八章钢 的 淬 火图8-16碳含量对临界淬火冷却速度的影响a在正常淬火温度区间加热b高于Ac3和Acm加热第八章钢 的 淬 火图8-17合金元素对临界冷却速度的影响合金元素对临界冷却速度的影响如图8-17所示。第八章钢 的 淬 火二

7、、淬透性的测定方法1.临界直径法 临界直径（dc）是指圆柱钢试样在某种介质中淬冷后，中心得到全部马氏体或50%（体积分数）马氏体组织的最大直径。第八章钢 的 淬 火表8-4常用钢的临界直径第八章钢 的 淬 火表8-4常用钢的临界直径第八章钢 的 淬 火图8-18理想临界直径、实际临界直径D与淬火烈度H的关系图 利用理想临界直径可方便地将某种条件下的临界直径换算成任何其他条件下的临界直径。第八章钢 的 淬 火2.端淬法这种方法是目前国内外应用最广泛的淬透性试验方法。图8-19端淬试验原理与9SiCr钢淬透性曲线第八章钢 的 淬 火三、淬透性曲线的应用 淬透性曲线的意义是直接反映了材料淬透性的高低

8、，由图8-20可直接看出45Cr钢的淬透性明显优于45钢，45钢硬度下降很快，而45Cr的曲线较平滑，硬度下降较慢。图8-2045钢与45Cr钢的淬透性曲线a)45钢b)45Cr钢第八章钢 的 淬 火1)根据端淬曲线合理选用钢材，以满足心部硬度的要求。2)预测工件淬火后硬度分布。3)根据端淬曲线选择淬火介质，制订热处理工艺。图8-2140Cr钢端淬曲线第八章钢 的 淬 火第三节淬 火 工 艺一、淬火加热工艺规范的确定 淬火加热工艺规范的确定主要指加热温度、加热速度和加热时间三个工艺参数的确定。1.淬火加热温度亚共析钢淬火加热温度一般为Ac3+（3050）。第八章钢 的 淬 火表8-5常用钢的淬

9、火加热温度第八章钢 的 淬 火2.淬火加热时间3.淬火加热速度 由于工件加热时，表层、壁厚薄处、棱角、棱边升温较快，心部、壁厚厚处升温慢，这就造成工件温度不均匀。第八章钢 的 淬 火二、常用淬火工艺方法1.单介质淬火 单介质淬火是将已加热奥氏体化的工件淬入某种淬火介质中，一直冷至室温的淬火冷却方式。2.双介质淬火(1)定义(2)优、缺点(3)工艺原理(4)操作经验技巧(5)适用范围第八章钢 的 淬 火表8-6水-油双介质淬火的水冷系数f表8-7双介质淬火示例第八章钢 的 淬 火图8-24分级淬火冷却曲线示意图a)分级温度Msb)分级温度Ms3.马氏体分级淬火(1)定义第八章钢 的 淬 火(2)

10、优、缺点(3)工艺原理(4)工艺参数确定(5)适用范围(6)分级淬火应用举例第八章钢 的 淬 火表8-8几种钢在硝盐中分级淬火及水淬、油淬时的临界直径对比第八章钢 的 淬 火表8-9常用工件分级淬火实例第八章钢 的 淬 火图8-25下贝氏体等温淬火工艺曲线示意图4.贝氏体等温淬火(1)定义(2)优、缺点(3)工艺参数确定(4)适用范围第八章钢 的 淬 火表8-10部分常用钢等温淬火的等温温度与时间表8-11几种常用钢等温淬火的最大尺寸及硬度第八章钢 的 淬 火表8-12几种常用工件等温淬火实例第八章钢 的 淬 火5.预冷淬火 这是一种广泛应用的冷却方法，即工件先在空气（或油、盐浴）中预冷至Ar

11、3（或Ar1）点，然后进行单介质淬火。第八章钢 的 淬 火三、冷处理 冷处理（subzero treatment，cold treatment）是将钢件淬火冷却到室温后，继续在一般制冷设备或低温介质中冷却的工艺。(1)残留奥氏体的利、弊及冷处理的意义第八章钢 的 淬 火表8-13部分钢种冷处理前后的效果第八章钢 的 淬 火表8-14常用制冷剂可达到的温度(2)冷处理的主要工艺参数1)淬火工件在室温停留时间。2)冷处理温度。3)冷处理温度停留时间。第八章钢 的 淬 火四、淬入淬火介质的常用方法 工件淬入淬火介质时，一般应做到：设法保证工件淬硬、淬深，尽量减小工件畸变，避免开裂，保证安全。1)轴类

12、、细长工件应垂直淬入介质，并上、下运动。2)套筒类工件应沿轴线方向淬入介质。3)盘类工件、薄片件应垂直于液面淬入；大型薄片件应快速垂直淬入，速度越快，变形越小。第八章钢 的 淬 火4)两端大小不一的工件，应大端先淬入。5)横截面厚薄不一的工件，应先淬入较厚部分(如半圆锉刀，应半圆面向下、倾斜45淬入)，以使冷却均匀。6)有不通孔或凹面的工件，应使孔或凹面向上；具有十字形或H形的工件，不宜垂直淬入，而应倾斜淬入，以利于气泡排出。7)长方形带通孔的工件(如冲模)应垂直斜向淬入，以利于孔附近处冷却。8)工件淬入介质后，应适当运动，以加速蒸汽膜的破裂，提高工件冷却速度。第八章钢 的 淬 火图8-26工

13、件淬火淬入方法示例第八章钢 的 淬 火五、典型零件淬火工艺实例(以手用丝锥为例)(1)服役条件及技术要求表8-15手用丝锥热处理技术要求第八章钢 的 淬 火(2)手用丝锥的加工路线(3)T12A钢M12手用丝锥热处理工艺1)球化退火。2)淬火加热前的预热。3)淬火加热温度的选择。4)加热时间的确定。5)淬火冷却。第八章钢 的 淬 火图8-27T12A钢M12手用丝锥热处理工艺第八章钢 的 淬 火第四节淬火技术的发展一、形变淬火(1)高温形变淬火(2)低温形变淬火图8-29形变淬火工艺过程示意图a)高温形变淬火b)低温形变淬火第八章钢 的 淬 火二、真空淬火真空度常用Pa（1atm=101325

14、kPa）来表示。1.真空热处理的特点(1)表面保护作用(2)净化表面(3)脱气作用(4)脱脂作用(5)蒸发现象 2.真空淬火的应用第八章钢 的 淬 火三、控制马氏体、贝氏体形态的淬火 实践证明，充分利用板条马氏体和下贝氏体组织的特性是改善钢强韧性的一条重要途径，下面举例介绍。(1)高碳钢的低温、快速、短时加热淬火(2)获得贝氏体+马氏体复合组织的淬火(3)中碳钢的高温淬火第八章钢 的 淬 火图8-30解理裂纹在两类组织中的传播方式示意图a)马氏体b)马氏体+下贝氏体复合组织第八章钢 的 淬 火四、奥氏体晶粒超细化处理 把钢的晶粒度细化10级以上的处理方法称为“晶粒超细化”处理。(1)快速循环加

15、热淬火(2)超快速加热法图8-3145钢快速循环加热淬火工艺示意图第八章钢 的 淬 火五、亚共析钢亚温淬火亚温淬火是指在Ac1Ac3之间加热后的淬火。图8-3230CrMnSiA钢普通淬火与亚温淬火力学性能比较1普通淬火(930)2亚温淬火(930淬火+650回火后800亚温淬火)第八章钢 的 淬 火六、碳化物超细化处理 通过碳化物超细化处理使过共析钢中碳化物呈极细颗粒且均匀分布，可使强韧性及接触疲劳性能显著提高。第八章钢 的 淬 火第五节淬火常见缺陷及其预防措施 钢件淬火时最常见的缺陷有：淬火畸变、开裂；淬火硬度不足；软点；氧化、脱碳；过热、过烧等组织缺陷。1.淬火硬度不足造成淬火工件硬度不足的原因有：(1)加热温度过低或保温时间不足(2)表面脱碳(3)冷却速度不够(4)操作不当(5)淬透性低(6)残留奥氏体过多第八章钢 的 淬 火2.软点 钢材或钢件淬火硬化后，硬度偏低的局部小区域称为软点。(1)欠热(2)冷却不均匀(3)淬火前原始组织不均匀(4)碳浓度不均匀第八章钢 的 淬 火3.组织缺陷 有些工件，根据服役条件，除要求一定硬度外，还要求金相组织达到一定的标准级别。(1)马氏体组织粗大(2)游离铁素体过多(3)网状组织(4)残留奥氏体量过多第八章钢 的 淬 火图8-33高碳钢淬火马氏体a)2级(合格)b)6级(不合格)