淬火相关信息.doc

1、淬火相关信息：钢的淬火是将钢加热到临界温度 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体 1 化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。目录词音：淬火（cu hu） 词 音 ： 淬 火 （ cu hu）“蘸 火 ”是 淬 火 工 艺 的 行 业 术 语 ， 起 源 于 工 艺 处 理 的 方 法 ， 因 为 淬 火 就是 把 加 热 到 一 定 程 度 的 热 工 件 蘸 一 下 介 质

2、 ， 以 达 到 要 求 ， 过 去 工 匠 们 形 象 的称 谓 淬 火 为 蘸 火 ， 淬 火 工 艺 应 用 很 广 ， 读 法 也 随 之 流 传 开 来 。 淬 火 目 的淬 火 的 目 的 是 使 过 冷 奥 氏 体 进 行 马 氏 体 或 贝 氏 体 转 变 ， 得 到 马 氏 体 或贝 氏 体 组 织 ， 然 后 配 合 以 不 同 温 度 的 回 火 ， 以 大 幅 提 高 钢 的 强 度 、 硬 度 、耐 磨 性 、 疲 劳 强 度 以 及 韧 性 等 ， 从 而 满 足 各 种 机 械 零 件 和 工 具 的 不 同 使 用 要求 。 也 可 以 通 过 淬 火 满 足

3、某 些 特 种 钢 材 的 铁 磁 性 、 耐 蚀 性 等 特 殊 的 物 理 、化 学 性 能 。 淬 火 工 艺将 金 属 工 件 加 热 到 某 一 适 当 温 度 并 保 持 一 段 时 间 ， 随 即 浸 入 淬 冷 介 质中 快 速 冷 却 的 金 属 热 处 理 工 艺 。 常 用 的 淬 冷 介 质 有 盐 水 、 水 、 矿 物 油 、 空气 等 。 淬 火 可 以 提 高 金 属 工 件 的 硬 度 及 耐 磨 性 ， 因 而 广 泛 用 于 各 种 工 、 模 、量 具 及 要 求 表 面 耐 磨 的 零 件 （ 如 齿 轮 、 轧 辊 、 渗 碳 零 件 等 ） 。 通

4、 过 淬 火 与不 同 温 度 的 回 火 配 合 ， 可 以 大 幅 度 提 高 金 属 的 强 度 、 韧 性 及 疲 劳 强 度 ， 并 可获 得 这 些 性 能 之 间 的 配 合 （ 综 合 机 械 性 能 ） 以 满 足 不 同 的 使 用 要 求 。 另 外淬 火 还 可 使 一 些 特 殊 性 能 的 钢 获 得 一 定 的 物 理 化 学 性 能 ， 如 淬 火 使 永 磁 钢 增强 其 铁 磁 性 、 不 锈 钢 提 高 其 耐 蚀 性 等 。 淬 火 工 艺 主 要 用 于 钢 件 。 常 用 的 钢在 加 热 到 临 界 温 度 以 上 时 ， 原 有 在 室 温 下

5、的 组 织 将 全 部 或 大 部 转 变 为 奥 氏 体 。随 后 将 钢 浸 入 水 或 油 中 快 速 冷 却 ， 奥 氏 体 即 转 变 为 马 氏 体 。 与 钢 中 其 他 组 织相 比 ， 马 氏 体 硬 度 最 高 。 淬 火 时 的 快 速 冷 却 会 使 工 件 内 部 产 生 内 应 力 ， 当其 大 到 一 定 程 度 时 工 件 便 会 发 生 扭 曲 变 形 甚 至 开 裂 。 为 此 必 须 选 择 合 适 的 冷却 方 法 。 根 据 冷 却 方 法 ， 淬 火 工 艺 分 为 单 液 淬 火 、 双 介 质 淬 火 、 马 氏 体 分级 淬 火 和 贝 氏 体

6、 等 温 淬 火 4 类 。 淬 火 效 果 的 重 要 因 素 ， 淬 火 工 件 硬 度 要 求 和 检 测 方 法 ： 淬 火 工 件 的 硬 度淬 火 工 件 的 硬 度 影 响 了 淬 火 的 效 果 。 淬 火 工 件 一 般 采 用 洛 氏 硬 度 计 ，测 试 HRC 硬 度 。 淬 火 的 薄 硬 钢 板 和 表 面 淬 火 工 件 可 测 试 HRA 的 硬 度 。 厚 度小 于 0.8mm 的 淬 火 钢 板 、 浅 层 表 面 淬 火 工 件 和 直 径 小 于 5mm 的 淬 火 钢 棒 ，可 改 用 表 面 洛 氏 硬 度 计 ， 测 试 HRN 硬 度 。 在 焊

7、 接 中 碳 钢 和 某 些 合 金 钢 时 ， 热 影 响 区 中 可 能 发 生 淬 火 现 象 而 变 硬 ，易 形 成 冷 裂 纹 ， 这 是 在 焊 接 过 程 中 要 设 法 防 止 的 。 由 于 淬 火 后 金 属 硬 而 脆 ， 产 生 的 表 面 残 余 应 力 会 造 成 冷 裂 纹 ， 回 火 可作 为 在 不 影 响 硬 度 的 基 础 上 ， 消 除 冷 裂 纹 的 手 段 之 一 。 淬 火 对 厚 度 、 直 径 较 小 的 零 件 使 用 比 较 合 适 ， 对 于 过 大 的 零 件 ， 淬 火 深度 不 够 ， 渗 碳 也 存 在 同 样 问 题 ， 此

8、时 应 考 虑 在 钢 材 中 加 入 铬 等 合 金 来 增 加 强度 。 淬 火 是 钢 铁 材 料 强 化 的 基 本 手 段 之 一 。 钢 中 马 氏 体 是 铁 基 固 溶 体 组 织中 最 硬 的 相 (表 1)， 故 钢 件 淬 火 可 以 获 得 高 硬 度 、 高 强 度 。 但 是 ， 马 氏 体 的脆 性 很 大 ， 加 之 淬 火 后 钢 件 内 部 有 较 大 的 淬 火 内 应 力 ， 因 而 不 宜 直 接 应 用 ，必 须 进 行 回 火 。 表 1 钢 中 铁 基 固 溶 体 的 显 微 硬 度 值 淬 火 工 艺 的 应 用淬 火 工 艺 在 现 代 机

9、械 制 造 工 业 得 到 广 泛 的 应 用 。 机 械 中 重 要 零 件 ， 尤 其在 汽 车 、 飞 机 、 火 箭 中 应 用 的 钢 件 几 乎 都 经 过 淬 火 处 理 。 为 满 足 各 种 零 件 干差 万 别 的 技 术 要 求 ， 发 展 了 各 种 淬 火 工 艺 。 如 ， 按 接 受 处 理 的 部 位 ， 有 整 体 、局 部 淬 火 和 表 面 淬 火 ； 按 加 热 时 相 变 是 否 完 全 ， 有 完 全 淬 火 和 不 完 全 淬 火(对 于 亚 共 析 钢 ， 该 法 又 称 亚 临 界 淬 火 )； 按 冷 却 时 相 变 的 内 容 ， 有 分

10、级 淬火 ， 等 温 淬 火 和 欠 速 淬 火 等 。 工 艺 过 程 包 括 加 热 、 保 温 、 冷 却 3 个 阶 段 。 下 面 以 钢 的 淬 火 为 例 ， 介绍 上 述 三 个 阶 段 工 艺 参 数 选 择 的 原 则 。 淬 火 加 热 温 度淬 火 加 热 温 度以 钢 的 相 变 临 界 点 为 依 据 ， 加 热 时 要 形 成 细 小 、 均 匀 奥 氏 体 晶 粒 ， 淬火 后 获 得 细 小 马 氏 体 组 织 。 碳 素 钢 的 淬 火 加 热 温 度 范 围 如 图 1 所 示 。 淬 火 加 热 温 度 范 围由 本 图 示 出 的 淬 火 温 度 选

11、择 原 则 也 适 用 于 大 多 数 合 金 钢 ， 尤 其 低 合 金 钢 。亚 共 析 钢 加 热 温 度 为 Ac3 温 度 以 上 30 50 。 从 图 上 看 ， 高 温 下 钢 的 状 态处 在 单 相 奥 氏 体 (A)区 内 ， 故 称 为 完 全 淬 火 。 如 亚 共 析 钢 加 热 温 度 高 于Ac1、 低 于 Ac3 温 度 ， 则 高 温 下 部 分 先 共 析 铁 素 体 未 完 全 转 变 成 奥 氏 体 ， 即为 不 完 全 (或 亚 临 界 )淬 火 。 过 共 析 钢 淬 火 温 度 为 Ac1 温 度 以 上 30 50 ，这 温 度 范 围 处 于

12、 奥 氏 体 与 渗 碳 体 (A+C)双 相 区 。 因 而 过 共 析 钢 的 正 常 的 淬 火仍 属 不 完 全 淬 火 ， 淬 火 后 得 到 马 氏 体 基 体 上 分 布 渗 碳 体 的 组 织 。 这 -组 织 状态 具 有 高 硬 度 和 高 耐 磨 性 。 对 于 过 共 析 钢 ， 若 加 热 温 度 过 高 ， 先 共 析 渗 碳 体溶 解 过 多 ， 甚 至 完 全 溶 解 ， 则 奥 氏 体 晶 粒 将 发 生 长 大 ， 奥 氏 体 碳 含 量 也 增 加 。淬 火 后 ， 粗 大 马 氏 体 组 织 使 钢 件 淬 火 态 微 区 内 应 力 增 加 ， 微 裂

13、 纹 增 多 ， 零 件的 变 形 和 开 裂 倾 向 增 加 ； 由 于 奥 氏 体 碳 浓 度 高 ， 马 氏 体 点 下 降 ， 残 留 奥 氏体 量 增 加 ， 使 工 件 的 硬 度 和 耐 磨 性 降 低 。 常 用 钢 种 淬 火 的 温 度 参 见 表 2。 表 2 常 用 钢 种 淬 火 的 加 热 温 度 实 际 生 产 中 ， 加 热 温 度 的 选 择 要 根 据 具 体 情 况 加 以 调 整 。 如 亚 共 析 钢 中碳 含 量 为 下 限 ， 当 装 炉 量 较 多 ， 欲 增 加 零 件 淬 硬 层 深 度 等 时 可 选 用 温 度 上 限 ；若 工 件 形

14、状 复 杂 ， 变 形 要 求 严 格 等 要 采 用 温 度 下 限 。 淬 火 保 温淬 火 保 温 时 间 由 设 备 加 热 方 式 、 零 件 尺 寸 、 钢 的 成 分 、 装 炉 量 和 设 备功 率 等 多 种 因 素 确 定 。 对 整 体 淬 火 而 言 ， 保 温 的 目 的 是 使 工 件 内 部 温 度 均 匀趋 于 一 致 。 对 各 类 淬 火 ， 其 保 温 时 间 最 终 取 决 于 在 要 求 淬 火 的 区 域 获 得 良 好的 淬 火 加 热 组 织 。 加 热 与 保 温 是 影 响 淬 火 质 量 的 重 要 环 节 ， 奥 氏 体 化 获 得 的

15、组 织 状 态 直 接影 响 淬 火 后 的 性 能 。 -般 钢 件 奥 氏 体 晶 粒 控 制 在 5 8 级 。 淬 火 冷 却要 使 钢 中 高 温 相 奥 氏 体 在 冷 却 过 程 中 转 变 成 低 温 亚 稳 相 马 氏体 ， 冷 却 速 度 必 须 大 于 钢 的 临 界 冷 却 速 度 。 工 件 在 冷 淬 火 冷 却却 过 程 中 ， 淬 火 冷 却表 面 与 心 部 的 冷 却 速 度 有 -定 差 异 ， 如 果 这 种 差 异 足 够 大 ， 则 可 能 造 成 大 于临 界 冷 却 速 度 部 分 转 变 成 马 氏 体 ， 而 小 于 临 界 冷 却 速 度

16、的 心 部 不 能 转 变 成 马氏 体 的 情 况 。 为 保 证 整 个 截 面 上 都 转 变 为 马 氏 体 需 要 选 用 冷 却 能 力 足 够 强 的淬 火 介 质 ， 以 保 证 工 件 心 部 有 足 够 高 的 冷 却 速 度 。 但 是 冷 却 速 度 大 ， 工 件 内部 由 于 热 胀 冷 缩 不 均 匀 造 成 内 应 力 ， 可 能 使 工 件 变 形 或 开 裂 。 因 而 要 考 虑 上述 两 种 矛 盾 因 素 ， 合 理 选 择 淬 火 介 质 和 冷 却 方 式 。 冷 却 阶 段 不 仅 零 件 获 得 合 理 的 组 织 ， 达 到 所 需 要 的

17、性 能 ， 而 且 要 保 持 零件 的 尺 寸 和 形 状 精 度 ， 是 淬 火 工 艺 过 程 的 关 键 环 节 。 淬 火 方 式单 介 质 淬 火工 件 在 一 种 介 质 中 冷 却 ， 如 水 淬 、 油 淬 。 优 点 是 操 作 简 单 ， 易 于 实 现 机械 化 ， 应 用 广 泛 。 缺 点 是 在 水 中 淬 火 应 力 大 ， 工 件 容 易 变 形 开 裂 ； 在 油 中 淬 火 ， 冷 却速 度 小 ， 淬 透 直 径 小 ， 大 型 工 件 不 易 淬 透 。 双 介 质 淬 火工 件 先 在 较 强 冷 却 能 力 介 质 中 冷 却 到 300 左 右

18、， 再 在 一 种 冷 却 能 力 较弱 的 介 质 中 冷 却 ， 如 ： 先 水 淬 后 油 淬 ， 可 有 效 减 少 马 氏 体 转 变 的 内 应 力 ， 减 小 工 件 变形 开 裂 的 倾 向 ， 可 用 于 形 状 复 杂 、 截 面 不 均 匀 的 工 件 淬 火 。 双 液 淬 火 的 缺 点 是 难 以 掌 握 双液 转 换 的 时 刻 ， 转 换 过 早 容 易 淬 不 硬 ， 转 换 过 迟 又 容 易 淬 裂 。 为 了 克 服 这 一 缺 点 ， 发 展 了分 级 淬 火 法 。 分 级 淬 火工 件 在 低 温 盐 浴 或 碱 浴 炉 中 淬 火 ， 盐 浴 或

19、 碱 浴 的 温 度 在 Ms 点 附 近 ， 工件 在 这 一 温 度 停 留 2min 5min， 然 后 取 出 空 冷 ， 这 种 冷 却 方 式 叫 分 级 淬 火 。 分 级 冷 却 的目 的 ， 是 为 了 使 工 件 内 外 温 度 较 为 均 匀 ， 同 时 进 行 马 氏 体 转 变 ， 可 以 大 大 减 小 淬 火 应 力 ，防 止 变 形 开 裂 。 分 级 温 度 以 前 都 定 在 略 高 于 Ms 点 ， 工 件 内 外 温 度 均 匀 以 后 进 入 马 氏 体 区 。现 在 改 进 为 在 略 低 于 Ms 点 的 温 度 分 级 。 实 践 表 明 ， 在

20、 Ms 点 以 下 分 级 的 效 果 更 好 。 例如 ， 高 碳 钢 模 具 在 160 的 碱 浴 中 分 级 淬 火 ， 既 能 淬 硬 ， 变 形 又 小 ， 所 以 应 用 很 广 泛 。 等 温 淬 火工 件 在 等 温 盐 浴 中 淬 火 ， 盐 浴 温 度 在 贝 氏 体 区 的 下 部 (稍 高 于 Ms)， 工件 等 温 停 留 较 长 时 间 ， 直 到 贝 氏 体 转 变 结 束 ， 取 出 空 冷 。 等 温 淬 火 用 于 中 碳 以 上 的 钢 ，目 的 是 为 了 获 得 下 贝 氏 体 ， 以 提 高 强 度 、 硬 度 、 韧 性 和 耐 磨 性 。 低 碳 钢 一 般 不 采 用 等 温淬 火 。 表 面 淬 火表 面 淬 火 是 将 刚 件 的 表 面 层 淬 透 到 一 定 的 深 度 ， 而 心 部 分 仍 保 持 未 淬 火状 态 的 一 种 局 部 淬 火 的 方 法 。 表 面 淬 火 时 通 过 快 速 加 热 ， 使 刚 件 表 面 很 快 到淬 火 的 温 度 ， 在 热 量 来 不 及 穿 到 工 件 心 部 就 立 即 冷 却 ， 实 现 局 部 淬 火 。 感 应 淬 火感 应 加 热 就 是 利 用 电 磁 感 应 在 工 件 内 产 生 涡 流 而 将 工 件 进 行 加 热 。