鋼的熱處理第一章 鋼的熱處理熱處理工藝包括：將鋼材或鋼制件加熱到預(yù)定溫度，在此溫度下保溫一定時間。然后一定的冷卻速度冷卻下來，達到熱處理所預(yù)定的對鋼材及鋼制件的組織與性能的要求。1鋼的加熱1.1制定鋼的加熱制度加熱溫度、加熱速度、保溫時間。1.1.1加熱溫度的選擇加熱溫度取決于熱處理的目的。熱處理分為：淬火、退火、正火、和回火等。淬火的目的是為了得到細小的馬氏體組織，使鋼具有高的硬度；退火及正火的目的是獲得均勻的珠光體組織，因此其加熱溫度不同。在具體制定加熱溫度時應(yīng)按以下原則：熱處理工藝種類及目的要求；被加熱鋼材及鋼制件的化學(xué)成分和原始狀態(tài)；鋼材及鋼制件的尺寸和形狀以及加熱條件來制定。對于碳鋼及低合金鋼的加熱溫度：亞共析鋼淬火溫度：AC3以上3050；過共析鋼淬火溫度：AC3以上3050；亞共析鋼完全退火：AC3以上2030；過共析鋼不完全退火：AC3以上2030；正火 AC3或ACM以上3050；1.1.2加熱速度的選擇必須根據(jù)鋼的化學(xué)成分及導(dǎo)熱性能；鋼的原始狀態(tài)及應(yīng)力狀態(tài)；鋼的尺寸及形狀來確定加熱速度。如鋼的原始狀態(tài)存在著鑄造應(yīng)力或軋煅熱變形殘余應(yīng)力時，在加熱是應(yīng)特別注意。對這類鋼要特別控制低溫階段的加熱速度。鋼的變形與熱裂傾向是以鋼的化學(xué)成分及原始狀態(tài)不同而不同，主要有以下幾點：a) 低碳鋼比高碳鋼熱烈傾向??；b) 碳鋼比合金鋼變形開裂傾向??；c) 鋼坯和成品件比鋼錠變形和開裂傾向??；d) 小截面比大截面的鋼變形和開裂傾向小。1.1.3鋼在加熱時的缺陷a) 過熱：過熱就是由于加熱溫度過高，加熱時間過長使奧氏體晶粒過分長大。粗大的奧氏體晶粒在冷卻時產(chǎn)生粗大的組織，并往往出現(xiàn)魏氏組織，結(jié)果是鋼的沖擊韌性、塑性明顯下降。已過火的鋼可以在次正火或退火加以糾正。b) 強烈過熱：加熱溫度過高或加熱保溫時間過長，使氧或硫沿晶界滲入鋼中或者鋼中的硫與氧在高溫下溶解于奧氏體中，在冷卻過程中硫或氧以化合物形態(tài)沿粗大的奧氏體晶界析出。故降低鋼的沖擊韌性。此問題出現(xiàn)后只能用重新鍛造或軋制來消除且鍛、軋的溫度不易過高。c) 過燒：當(dāng)加熱溫度接近固相線時（指熱加工的加熱溫度），此時晶粒不僅劇烈長大，而且在晶界上的低熔點夾雜物地方發(fā)生局部熔化狀態(tài)，當(dāng)爐氣中的硫、氧滲入后，更加速晶界物的軟化，這種現(xiàn)象叫鋼的過燒。失去了鋼的塑性和韌性，鍛軋時破碎，不能用熱處理的方法糾正，只能報廢。d) 鋼的氧化與脫碳：1）氧化2）脫碳防止加熱時鋼的氧化及脫碳的措施：（1）控制爐氣成分：就是控制爐氣中的CO2/CO，H2O/H2，CH4/H2 比例。（2）向爐內(nèi)通入試制的保護氣：氫氣、氮氣、石油裂化氣及煤氣2鋼的退火與正火退火：就是把鋼加熱到臨界點AC3以上或AC1以上（AC1AC3、ACMAC3）經(jīng)過保溫，然后緩慢冷卻（爐冷）的一種操作。加熱到臨界點以上是為使原始組織發(fā)生重結(jié)晶，得到全部（或大部分）奧氏體狀態(tài)，繼之以緩慢得到U-曲線上部的組織珠光體。所以退火組織具有低的強度和硬度，較高的塑性和韌性。正火：是把鋼加熱到AC3或ACM以上，保溫后在空氣中冷卻。正火所得到的組織也是珠光體型組織，但其組織較退火組織為細，強度、硬度較高，塑性韌性也較好。常用的退火與正火加熱溫度及工藝曲線如圖1和圖2所示。擴散退火 1100 擴散退火 溫度 1000 A 900 完全退火AC3 正火或ACM 800 P+CM1AC1 A + F 700 球化退火 低溫退火 P + CM3 600 時間 0.8 圖1 正火與退火工藝 圖2 退火與正火加熱溫度范圍退火和正火，一般是一種預(yù)先熱處理。目的在于消除熱加工、鑄造、焊接等工序帶來的某些缺陷。改善組織性能。以利于冷加工（切削、冷軋及冷拔）和進一步熱處理做好組織準備。對某些碳鋼或低合金鋼的正火（或正火加高溫回火）常是為了提高性能，作為最終熱處理。2.1退火的方法及應(yīng)用2.1.1完全退火完全退火是將鋼加熱到AC1以上2030，保溫一定時間，緩慢冷卻下來的熱處理操作。完全退火適用于亞共析鋼的鋼錠、鍛軋坯或材以及鑄焊工件。其目的是：1）消除因鑄、鍛軋和焊等引起的晶粒粗大。魏氏組織和帶狀組織等缺陷，細化晶粒，改善鋼的組織及性能。為了防止鋼液凝固時形成的奧氏體粗大晶粒以及冷卻時出現(xiàn)的魏氏組織，使鋼的強度降低、韌性變差；有些鋼由于終軋溫度過低（在AC1AC3之間），在軋制中共先析出鐵素體，經(jīng)軋制變形、鋼中出現(xiàn)帶狀組織（顯微帶狀組織），它損害了鋼的橫向性能。為消除這種缺陷，采用完全退火，利用加熱及冷卻中的兩次相變（F + P粗加熱A細冷卻 F + P 細）細化或改正組織來改善性能。2）降低硬度利于切削加工。對于空冷得到的馬氏體類鋼可以采用完全退火也可以采用高溫回火（低溫退火）處理。3）消除應(yīng)力防止變形及裂紋：鋼錠或鑄件在冷速過快會產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力及組織應(yīng)力；鋼的終軋溫度過低及冷速過快，鋼產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象也存在著很大的應(yīng)力。這些應(yīng)力不消除在隨后的加工中可引起變形或開裂。因此通過完全退火可以消除應(yīng)力，但一般情況下有的采用不完全退火或低溫退火來消除應(yīng)力。2.1.2亞共析鋼的不完全退火不完全退火是把鋼加熱到AC1以上3050，保溫后緩慢冷卻（爐冷）的操作。當(dāng)亞共析鋼存在上述各種缺陷為改善組織時可采用完全退火，而僅為消除應(yīng)力和降低硬度可以采用不完全退火。冶金廠對于1060鋼、15Cr40Cr、20CrMn35CrMn、40B50B、20CrMnSi35CrMnSi、30CrMnTi40CrMnTi等鋼材均采用不完全退火。2.1.3過共析鋼的不完全退火球化退火過共析鋼和共析鋼在軋鍛后必須進行退火，以利于切削加工和為最終熱處理做好組織準備。過共析鋼因含碳量較高，鍛軋后空冷所得組織為片狀珠光體，硬度高（HB270以上），經(jīng)退火硬度可將為HB170250,使片狀珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙钪楣怏w。但過共析鋼不能采用完全退火，只能采用不完全退火，并且溫度不宜過高（稍過AC1以上）。主要是因為：（1）退火溫度高于ACM時鋼如為全部奧氏體，在冷卻時先析出的滲碳體將沿奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀分布的滲碳體。如圖3所示。這種網(wǎng)狀滲碳體使鋼變脆，嚴重降低鋼的性能，因此應(yīng)注意退火加熱溫度。 A Cm P 圖3 過共析鋼二次滲碳體呈網(wǎng)狀組織 圖4 過共析鋼的碳化物呈球狀組織（2）為得到球狀珠光體（即滲碳體呈顆粒狀）如圖4所示。要得到粒狀珠光體必須采用加熱溫度稍高于AC1，否則不能球化或不完全球化。獲得粒狀珠光體的退火稱為“球化退火”。是共析鋼及過共析鋼廣泛采用的預(yù)先熱處理工藝。冶金廠生產(chǎn)的碳工鋼，合金工具鋼和軸承鋼一般出廠前均進行球化退火，以球化退火狀態(tài)交貨。球化退火鋼具有以下優(yōu)點： 有較低的硬度。切削性能好； 為最終熱處理做好組織準備，球狀珠光體組織在以后淬火時變形及開裂傾向小，有利于提高淬火質(zhì)量。 能改善淬火后的綜合機械性能，主要是沖擊韌性和耐磨性。球化退火溫度一般采用AC1以上1030。因在此溫度下過共析鋼組織是不均勻奧氏體和未溶的滲碳體，未溶的滲碳體以細小的顆粒分布于奧氏體中。在隨后的冷卻過程中，奧氏體析出滲碳體時，就以這些未溶滲碳體為核心長大成為球狀滲碳體。如果溫度高，未溶滲碳體質(zhì)點減少，甚至完全溶于奧氏體中，則球化將不完全，而且可能出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體。球化退火工藝常用的有以下兩類： 一段保溫工藝如圖-5所示。即加熱到稍高于AC1或AC1ACM之間保溫后以非常緩慢的速度冷去下來，獲得細顆粒狀珠光體。 770 10 9Mn2V,Cr13等 760 10 T10,T12等 740 10 T7,T8等 二段保溫工藝如圖-6所示。此工藝主要用于軸承鋼如GCr6,GCr9,GCr12,GCr15SiMn,GSiMnV,GsiMnVRe,GsiMnMoV,GsiMnMoVRe,GsiMoV,GsiMoRe等要求球化質(zhì)量高的和難于球化的鋼。除了在AC1以上保溫外，在緩冷到AC1以下（700）進行第二階段保溫，這樣可以充分球化。 溫 度 AC1 43/小時 均 650度 熱 24 出爐 4 時間 圖-5 球化退火工藝曲線 78010 30/小時溫度 70010 均 25 熱 12 24 5 650出爐 時間 圖6 軸承鋼球化退火曲線2.1.4擴散退火（均勻化退火）擴散退火是把剛加熱到AC3以上200250度（一般加熱溫度為11001200度）經(jīng)長時間保溫，然后緩慢冷卻下來的熱處理操作。它主要目的是為了消除鑄錠及鑄件的枝晶偏析，通過原子在高溫狀態(tài)下的擴散移動使化學(xué)成分趨于均勻化。避免鋼材中的成分偏析及組織分層以及由此帶來的不良性能，提高鋼的機械性能及熱加工性能。擴散退火有以下缺點：（1）加熱溫度高保溫時間長（達1020小時）。因而成本高。鋼的燒損大。因此，除某些特別重要的合金鋼錠外，一般鋼種不采用擴散退火，有些鋼種為達到擴散退火化學(xué)成分均勻的目的，在熱加工前的加熱時適當(dāng)提高加熱溫度和延長保溫時間就可以了。（2）對于成型的鑄件，在經(jīng)擴散退火后奧氏體晶粒粗大，降低性能。因此擴散退火后要加一次完全退火或正火來細化組織，改善性能。2.1.5等溫退火 對亞共析鋼，等溫退火是將鋼加熱到AC3以上2030度，然后快速冷卻到AC1以下某一溫度（此溫度按硬度要求而定）進行保溫，保溫后出爐空冷，等溫保溫目的是使奧氏體等溫分解所要求的組織，獲得預(yù)期的性能。 完 AC3全 AC1 退火 等 溫 溫 度 退 火 時 間 圖-7 完全退火與等溫退火曲線等溫退火的優(yōu)點是：（1）通過控制等溫分解的溫度來控制退火后的組織及性能。（2）可以比完全退火節(jié)省時間。等溫退火是完全退火的另一種形式。其工藝曲線如圖7所示。前面講得第二類球化退火即是鋼的等溫退火的實例。此外，對某些易產(chǎn)生白點的鋼種（CrNi、CrMn鋼），采用等溫退火（等溫冷卻）來防止白點產(chǎn)生。鋼中白點是指鋼中存在的微細裂紋，在鋼材縱斷面上此微細裂紋呈白色球狀，故稱白點。鋼中的白點形成是因鋼中所含氫氣未能充分溢出而造成的。生產(chǎn)實踐中已知，易產(chǎn)生白點的鋼種經(jīng)熱壓力加工鍛或軋后，必須采取等溫緩冷或等溫退火，使鋼中的氫充分溢出，防止和減少白點的出現(xiàn)。生產(chǎn)經(jīng)驗證明：這類鋼在C曲線上的鼻子處，如在250300度及600640度的溫度范圍進行等溫，氫的擴散容易，有利于氫的溢出。其最簡單的等溫曲線如圖-8所示：AC3AC1620660 空冷 （a） （b）AC3AC1660670250300 （c） （d） 圖-8 等溫退火工藝曲線應(yīng)該說明，鋼種不同及等溫退火工藝不同，在生產(chǎn)中應(yīng)具體分析生產(chǎn)實際情況確定。2.1.6低溫退火低溫退火是把鋼加熱到AC1以下某一溫度，保溫一定時間后爐冷或空冷的熱處理。因加熱溫度低于AC1，不發(fā)生相變重結(jié)晶，因此這類退火只能達到以下目的。（1）消除鋼中的殘余應(yīng)力；（2）對某些高合金空淬馬氏體類鋼起到回火作用，降低硬度，消除應(yīng)力；（3）對某些經(jīng)冷變形并具有加工硬化的鋼，可以消除加工硬化，通過再結(jié)晶改善組織性能。低溫退火廣泛應(yīng)用于冶金廠的鋼材熱處理?，F(xiàn)分別簡介如下：（1）高溫回火：某些中合金及高合金鋼，如18CrNiWA、25CrNiWA、30CrNiMi等等。這類鋼過冷奧氏體非常穩(wěn)定，在緩冷或空冷條件下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變或為貝茵體及少量珠光體組織。這類組織用一般退火達不到軟化目的，但是，采用高溫回火使馬氏體發(fā)生分為鐵素體與粒狀碳化物的回火索氏體組織，可以降低硬度達到軟化目的。高溫回火工藝如圖-9所示。某鋼廠按此高溫回火工藝處理如下鋼材：12CrNi2A、20CrNiA、12Cr2Ni14A、18CrNiWA、30CrNiWA、PcrNiMo、37SiMnMoV、37SiMnMoWV等等鋼材。 AC12010610 空 70010冷空溫 均 冷度 熱 2 413 時間 時間 圖9 高溫回火工藝曲線 圖10 低溫退火工藝曲線 （2）消除應(yīng)力退火：亞共析的低合金及中合金鋼，在鍛軋過程中由于變形不均產(chǎn)生形變應(yīng)力，這種應(yīng)力不消除，將給以后的冷加工及熱處理造成危害。故必須消除。采用低溫退火可以達到消除應(yīng)力的目的。一般其加熱溫度為600700，溫度高保溫時間可適當(dāng)縮短，加熱溫度低可用較長的時間保溫。具體決定可根據(jù)生產(chǎn)實際確定。低溫退火工藝如圖-10所示。某鋼廠采用此工藝的鋼種有：5570、15CrA55CrA、12CrMo42CrMo、15CrMoA35CrMoA、16Ni2VA50CrVA、18CrMnTi40CrMnTi、12CrMoV35CrMoV、PCrPcrMo等等。 （3）冷加工硬化鋼的再結(jié)晶退火：冷加工（冷軋、拔或拉）鋼材，由于冷塑性變形產(chǎn)生加工硬化，使鋼的硬度強度增高、給進一步冷變形加工造成困難。因此在兩次冷加工之間或冷加工后進行在結(jié)晶退火，主要目的是消除加工硬化現(xiàn)象，恢復(fù)鋼的塑性和韌性。在結(jié)晶退火溫度一般在600700，在此溫度下使變形的晶粒發(fā)生再結(jié)晶成為細小等軸晶組織。這種組織有較好的塑性，加熱溫度高，晶粒粗大對性能不利，在生產(chǎn)實際中根據(jù)鋼的成分及冷變形條件來具體確定。某廠深沖板08AI冷軋后再結(jié)晶退火工藝如圖-11所示。 另外，熱軋薄板，因終軋溫度低于再結(jié)晶溫度，如0.080.25%C的低碳鋼，在熱軋時開軋溫度為800900而終軋溫度在600500，整個軋制過程中再結(jié)晶速度低于冷加工硬化速度，軋制后鋼處于加工硬化狀態(tài)，因此采用再結(jié)晶退火，改善組織調(diào)整性能。一般工廠采用600700退火。其退火工藝如圖-12所示。AC1 680700 640 B2、B3普通板600640 818/小時 630 B2、B3鍍鋅板去外罩 溫 度 3 時間 時間 圖-11 08AI退火工藝曲線 圖-12 熱軋板退火工藝曲線2.2鋼的正火及其用用2.2.1正火及其目的正火（常化）就是把鋼加熱到AC3或ACM以上3050度保溫后在空氣中冷卻下來的熱處理操作。正火工藝曲線如圖-13所示。正火的目的： （1）提高低碳鋼的硬度，以利于切削加工。（2）消除晶粒粗大魏氏組織及網(wǎng)狀滲碳體等缺陷，改善鋼的組織，（3）細化晶粒提高鋼的機械性能。2.2.2正火與完全退火比較 正火與完全退火均是將鋼加熱到AC3以上， AC3 + 3050 使其發(fā)生相變重結(jié)晶，冷卻所得組織均為珠光 AC3（ACM） 體組織，都能改善組織，只是由于冷卻速度不 同其珠光體組織粗細程度不同。 （1）正火與退火加熱溫度幾乎相同，但正火溫度稍高?？绽?（2）正火冷卻速度（空冷）較退火冷卻（爐冷）快，因而正火組織較細，退火組織較粗。正火性能高于退火性能。（3）正火生產(chǎn)周期短，成本低。而退火生 圖-13 正火工藝曲線產(chǎn)周期長成本高。（4）退火冷速慢，對消除應(yīng)力及某些鋼的魏氏組織有利。但不能消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體。但對消除魏氏組織不如退火。兩者均可消除鋼的鐵素體帶狀組織。2.2.3正火的應(yīng)用低碳（小于0.25%）鋼及低合金鋼采用退火時，硬度只有HB120105，切削加工時粘刀及表面光潔度不好，為改善這些鋼的切削加工性能必須采用正火提高硬度HB140170左右，同時強度和韌性較高。這主要是因為正火處理冷卻速度快，所得到的組織為較細片狀珠光體。因此某些低合金鋼和低碳鋼采用正火作改善加工性能的熱處理手段。對于含碳（0.250.50%）之間的中碳鋼，正火及退火均可以使用，但正火性能較好。其中含碳>0.35%鋼，雖然正火后硬度稍高。切削有些困難，但正火周期短，生產(chǎn)率高。所以一般也采用正火。有時為軟化也采用退火。其它一些合金鋼和含碳較高的鋼采用正火硬度可超過HB200以上。因此，須要切削加工時必須采用退火。正火工藝曲線如圖-14所示。某鋼廠的正火工藝如圖，鋼號是：1050，1550Mn,18CrMnTi等鋼。對于過共析鋼（工具量具用鋼）一般采用球化退火。但如果有網(wǎng)狀滲碳體存在時，則必須首先采用正火消除網(wǎng)狀。在正火冷卻時，如果冷速過快，使?jié)B碳體來不及析出，則共析的奧氏體能直接冷卻形成珠光體組織這種珠光體稱為“偽共析”。如將奧氏體過冷到如圖-15的SEG以下區(qū)域內(nèi)時，先共析滲碳體（鐵素體）都是過飽和的。所以先共析滲碳體來不及析出，使奧氏體直接全部析出珠光體組織。GE 溫 溫AC1 度 度EG 時間 時間 圖-14 鋼材正火工藝曲線 圖-15 發(fā)生偽共析鋼轉(zhuǎn)變示意圖3鋼的淬火3.1淬火的意義及目的 淬火是把鋼加熱到AC1或AC3以上保溫一定時間，然后急冷（快速）下來使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織。但在實際生產(chǎn)中特大型零件淬火往往不一定全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，甚至得不到馬氏體，因此又有一個廣義的淬火定義：淬火就是將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，保溫后急速冷卻下來，得到不平衡的組織（屈氏體、貝茵體、馬氏體及殘余奧氏體）的熱處理。淬火是賦予鋼材最終性能的關(guān)鍵工序，其主要目的是：（1）對工具和易磨損的零件主要是提高抗磨性能增加使用壽命，淬火的主要作用是提高鋼的硬度和強度。因此淬火是工具及易損零件的主要熱處理工序。（2）對于結(jié)構(gòu)材料淬火然后回火的目的時提高綜合機械性能，使鋼的強度及韌性很好配合。一般均是在淬火后給予適當(dāng)溫度的回火，即所謂“調(diào)質(zhì)”處理。這種調(diào)質(zhì)處理可使鋼件達到高的綜合機械性能，是結(jié)構(gòu)材料常用的熱處理工藝。（3）對某些特殊鋼，通過淬火可以使其達到滿意的物理、化學(xué)性能。如永磁材料經(jīng)淬火后可能獲得最大的矯頑力。3.2淬火溫度的選擇：淬火加熱溫度取決于鋼的臨界點AC1和AC3,各種碳鋼和低合金鋼的淬火加熱溫度選擇可參考圖-16所示的溫度范圍。亞共析鋼AC3以上3050過共析鋼AC1以上3050 溫A3ACm度A1時間 圖-16 淬火加熱溫度示意圖 為什么亞共析鋼必須加熱到AC3以上呢? 因為亞共析鋼在淬火前一般為珠光體加先共析鐵素體，如果加熱溫度低于AC3即在AC1AC3之間，組織中有殘存的鐵素體未能溶解。此組織經(jīng)淬火后得到組織為馬氏體加非常軟的鐵素體。即F + P AC3 + 3050 A細 + F 淬火 M細 + F因不能全部獲得馬氏體，所以硬度低，綜合性能也較差。因此，對于亞共析鋼的淬火必須在AC3以上3050。從生產(chǎn)實踐已知，加熱溫度過高，將使奧氏體晶粒粗大，淬火所得馬氏體也粗大使性能下降。當(dāng)然，對于某些合金鋼為使其中難溶的碳化物全部都溶于奧氏體中，加熱溫度可以超過上述所限溫度。對于過共析鋼，如工磨具鋼，因其要求有較高的硬度和耐磨性，必須采用不完全淬火，其加熱溫度在AC1ACM之間。這樣的加熱溫度可以使鋼保留部分碳化物未溶于奧氏體中，淬火后所得組織是淬火馬氏體和碳化物。碳化物具有高的硬度及抗磨性，因此不完全淬火組織也具有高的硬度及抗磨性。其組織轉(zhuǎn)變是：CMN.AC1 + 3050 CMN 淬火 P + A + 細 M細 + CMN如果加熱溫度高于ACM以上，碳化物全部溶于奧氏體中，使奧氏體碳含量增加，增長了晶粒長大傾向，淬火后所得馬氏體粗大。另外奧氏體碳含量增加，使奧氏體穩(wěn)定性增大。淬火后殘余奧氏體增多。因此這種加熱溫度，使鋼硬度降低，淬火開裂傾向增加。如果加熱溫度低于AC1,則不能發(fā)生奧氏體淬火轉(zhuǎn)變成馬氏體所以是不能改變組織及性能，達不到淬火目的。 常用鋼的淬火加熱溫度及其臨界點鋼號AC1（）AC3（）淬火溫度鋼號AC1（）AC3（）淬火溫度3072582084086035CrMn27257808603572580584086035CrMnSi7258408904072579083085065Mn7207458304572577583084060Si2Mn7607808705072576582084055SiMn7607808207072574580082060Si2CrA7657808507572574580082060Si2CrVA770780850T8A7257808009CrSi770870830860T9A730780800Cr740900830860T10A730800760780CrMn740980800830T13A730830760780CrW576080082035SiMn7408108408608CrV74090080082040B730790840Cr2MnSi74590083086040Cr735780830850Cr0673095079081035Mn2718780800820GCr1574590084086045Mn2718765830850GW15SiMn75590083084040CrMnMo735786850W9Cr4V8101200240T12A730820760780W18Cr4V820126012803.3淬火冷卻速度及淬火劑正確及合理的加熱溫度，只能是淬火得到馬氏體的必要條件，不是充分條件。要達到淬火所預(yù)期的結(jié)果還必須選擇好正確的冷卻速度，否則淬火操作將達不到預(yù)期的目的。從大量的科學(xué)實驗及生產(chǎn)實踐已知，對任一種剛來說為了獲得馬氏體組織都要有一個冷卻速度。即常用的臨界淬火冷卻速度（V臨界表示）。在實際淬火操作中必須使冷卻速度大于該鋼的臨界冷卻速度，即V實際V臨界。所謂臨界冷卻速度等的因素，從生產(chǎn)實踐已知V臨界是決定于“C”曲線的位置，“C”曲線靠左邊，V臨界愈大，“C”曲線愈靠右，V臨界愈小。鋼中碳含量愈低，“C”曲線靠左，V臨界愈大。所以低碳鋼需要在堿溶液才能淬成馬氏體，鋼中加入合金元素，一般是使“C”曲線右移，使V臨界降低。延緩奧氏體分解速度，所以合金鋼可以在油中淬成馬氏體，而某些合金鋼甚至空冷得到馬氏體。從提高硬度的觀點來看，淬火冷卻速度愈大愈好，因冷速大能保證馬氏體組織。但是從應(yīng)力（也就是變形與開裂）的觀點來看，冷去速度愈小愈好。根據(jù)鋼的“C”曲線如圖-17所示的情況可知，只要在650500快冷，越過“C”曲線的“鼻子”區(qū)就可以躲開奧氏體分解。隨后就是緩慢冷卻也會達到馬氏體轉(zhuǎn)變。這樣可以免除淬火開裂危險。在MS點以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時，體積膨脹14%，這樣就會產(chǎn)生巨大應(yīng)力，并且馬氏體塑性很差，所以在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)冷卻太快容易產(chǎn)生變形和開裂。A C1 溫 度 時間因此，淬火冷去介質(zhì)（淬火劑）最好在高溫區(qū)650500冷去速度快，而在低溫區(qū)300200冷卻速度慢。但是這種理想的淬火介質(zhì)，還有待于我們?nèi)パ芯堪l(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)在生產(chǎn)中常用的淬火介質(zhì)都有缺點，這有待我們?nèi)ソ鉀Q。目前常用的淬火介質(zhì)的冷卻能力如表所示。淬火介質(zhì)冷卻速度（“0”/ 秒 ）550650區(qū)間200300區(qū)間水（18）600270水（26）500270水（50）100270水（74）3020010%性鋼水溶液（18）120030010%NaCL水溶液1100300礦物曲15030從表中可以看出，水的冷卻能力是很強的。它是應(yīng)用最廣泛的淬火介質(zhì)。主要用于碳鋼及低淬透性鋼的淬火。水的優(yōu)點是經(jīng)濟安全好用，來源豐富。在高溫區(qū)冷卻速度快，可抑制馬氏體分解，保證得到淬火馬氏體。但水的最大缺點是在低溫區(qū)300200冷卻快，易使淬火件發(fā)生變形與開裂。改變水的溫度可以適當(dāng)?shù)慕档透邷貐^(qū)冷卻能力，同時對低溫區(qū)影響也小。所以根據(jù)淬火鋼件的材質(zhì)不同，可適當(dāng)調(diào)節(jié)水的溫度。水中加入鹽或堿（如510%NaCL或NaOH）的水溶液。能夠加速蒸汽膜的破裂、降低表面張力，增加冷卻能力并使冷卻均勻。油（植物油和礦物油）也是用的比較廣泛的淬火介質(zhì)，它的優(yōu)點是在低溫區(qū)冷卻緩慢，不易引起變形開裂。但在高溫區(qū)冷卻比較慢，不易保證得到馬氏體，所以油多用于淬透性較好的合金鋼。還有一些其它淬火介質(zhì)，可根據(jù)具體情況來選定。3.4淬透性3.4.1淬透性的意義在一定加熱和冷卻條件下，鋼能否被淬透，這取決于鋼接受淬火的能力淬透性。鋼的淬透性一般用淬成馬氏體層的深度來表示。淬火時，鋼表面冷卻快，愈向心部冷卻速度愈慢，如果鋼中心部分冷卻速度達到或超過該鋼的臨界淬火速度，鋼件就全部淬成馬氏體。如果距鋼件表面某一深度的冷卻速度小于臨界淬火速度時，鋼件就不能全部淬成馬氏體。鋼件表面為馬氏體，內(nèi)部則根據(jù)冷卻速度的不同可能是貝茵體、珠光體及鐵素體。在一定的淬火劑中各種鋼的淬透深度是不同的，淬硬層深的就叫淬透性好。淬透性小的就叫淬透性差。各種鋼的淬透性大小取決于鋼的臨界淬火速度。假如圖18中的U型曲線表示在某冷卻介質(zhì)中淬火鋼試棒截面上各點冷卻速度的分布，而Va、Vb、Vc分別代表鋼a、b、c的臨界淬火速度，顯然，對鋼a來說，由于截面上各點冷卻速度都大于其臨界淬火速度Va，故鋼棒a全部淬成馬氏體，對鋼b則只表面淬成馬氏體，對c鋼則未淬成馬氏體?？梢姡摰呐R界淬火速度愈小表明該鋼的淬透性愈好，淬透層愈深。因此影響“C”曲線左右移動的因素均影響鋼的淬透性能。 Vc Vb Va3.4.2淬透性的測定（略）3.5淬火方法及應(yīng)用3.5.1單液淬火法 把加熱鋼件放在一種冷卻介質(zhì)中冷卻至室溫、這種方法稱為單液淬火。一般介質(zhì)為水或油，多用于尺寸較小和形狀簡單的鋼件。對于碳鋼由于其臨界淬火速度較大，一般用水好或鹽、堿水溶液做淬火介質(zhì)，保證淬成馬氏體組織。但是這種淬火介質(zhì)低溫段冷卻能力較強，易引起鋼件的變形及開裂，故使用時應(yīng)特別注意。對于的尺寸較大碳鋼（直徑大于10）淬入水中也難淬透。對于合金鋼一般可以油淬，因合金鋼臨界淬火速度小，在冷卻能力小的介質(zhì)中也可以淬透，同時可以防止變形與開裂。3.5.2雙液淬火法常用的是水淬油冷。先把加熱工件淬入水中，使鋼件快速冷卻通過奧氏體穩(wěn)定區(qū)，然后再轉(zhuǎn)入冷卻能力較緩慢的油中，使其緩慢冷卻至室溫。其優(yōu)點是避免在馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)產(chǎn)生太大的應(yīng)力，以減少淬火變形與開裂。如圖19所示。 圖18 三種鋼淬硬情況 示意圖Ac3Ac3Ac1Ac1 水淬 MsMs 油冷圖19 雙液淬火示意圖圖20 分級淬火示意圖雙液淬火操作中關(guān)鍵問題是掌握好在各種介質(zhì)中的淬火停留時間，如在第一介質(zhì)中停留時間短，鋼件溫度未降到“C”曲線鼻子下部就淬入第二介質(zhì)中，沒有達到雙液淬火目的，等于用第二介質(zhì)單液淬火。反之，如在第一介質(zhì)中停留時間過長，鋼件在第一介質(zhì)中即冷卻到Ms點以下，產(chǎn)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，這就等于在第一介質(zhì)中進行單液淬火了，易發(fā)生變形與開裂。故必須控制好在第一介質(zhì)中的停留時間。3.5.3分級淬火 是將加熱鋼件放在溫度略高于Ms點的淬火介質(zhì)中保溫一定時間，但在保溫時間內(nèi)不許發(fā)生奧氏體向貝茵體轉(zhuǎn)變，使其內(nèi)外溫度均勻后再冷卻到Ms點以下，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。其冷卻特點如圖20所示。其實是雙液淬火的變種，第一介質(zhì)一般是在熔鹽（硝酸鹽及苛性鈉）內(nèi)冷卻保溫。然后進行空冷到室溫。其優(yōu)點是，在第一介質(zhì)中等溫停留時鋼件內(nèi)外溫度均勻，從而減少馬氏體轉(zhuǎn)變時的組織應(yīng)力，避免淬火變形及開裂產(chǎn)生。但其只用于尺寸較?。ㄖ睆叫∮?012）的碳鋼及（直徑小于2030）的合金鋼件。尺寸大時，第一介質(zhì)淬火能力不足，可出現(xiàn)中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。3.5.4等溫淬火 是將加熱鋼件淬入到溫度高于Ms點的熔鹽介質(zhì)中，在此介質(zhì)中產(chǎn)生等溫奧氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)轉(zhuǎn)變完成后取出冷卻至室溫。其所得組織不是馬氏體組織，而是下貝茵體組織，因為在等溫時發(fā)生奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變成下貝茵體。下貝茵體硬度稍低于馬氏體，但韌性較高。淬火變形及開裂危險性小，故生產(chǎn)中常采用此法。等溫淬火如圖21所示。Ac3Ac1 Ms 圖21 等溫淬火示意圖3.5.5冷處理 是將淬火到室溫的鋼件繼續(xù)深冷至零度依稀的操作。其目的是使鋼中的殘留奧氏體進一步向馬氏體轉(zhuǎn)變。常用介質(zhì)為液態(tài)空氣（180）或干冰（78）.用于對殘留奧氏體量要求嚴格的合金鋼鋼件。3.5.6淬火缺陷及防止方法1）硬度不足2）軟點3）變形與開裂4鋼的回火 鋼件淬火后，還必須經(jīng)過回火才能使用。就是將淬火鋼件加熱到A1以下某一溫度，保溫后冷卻到室溫。目的是消除淬火時的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定鋼件的組織，提高鋼的韌性，并獲得各種機械性能的良好配合。4.1回火時的組織轉(zhuǎn)變4.1.1馬氏體的分解（由室溫到200 ）4.1.2殘留奧氏體的分解（200300）4.1.3固溶體的進一步分解，碳化物（FeXC）的形成及內(nèi)應(yīng)力的消除（300400）4.1.4在400以上，碳化物進一步聚集長大。4.1.5鋼在350500回火時得到的極細的鐵素體與滲碳體的混合物稱為回火屈氏體。4.2回火后鋼的性能變化 總的變化規(guī)律是：隨回火溫度的升高，硬度、強度下降而塑性、韌性提高。4.3回火工藝4.3.1回火溫度1）低溫回火（150230）2）中溫回火（400480）3）高溫回火（500650）4.3.2回火時間4.3.3冷卻通常空冷，對于具有第二類回火脆性的鋼，在高溫回火后必須油冷或水冷。18