淬火
2011-04-02 23:02:43
1、水：
优点：汽化热高，传热系数较高，化学稳定性好，很便宜，使用方便。
缺点：冷却速度随水温的变化而发生明显变化。650-550℃区间冷却速度小于300-200℃区间。因在奥氏体不稳定区域冷却速度低，故会出现淬不硬现象。淬火件在淬火时还会产生巨大的应力，造成开裂和变形。蒸汽膜阶段长，易生气泡。在淬火件的凹槽和孔内蒸汽不易逸出，造成冷却不均，因此易出现软点。
用途：只用于小截面、形状简单的碳素钢件错淬火，工作表面较光洁。
注意事项：使用时最好用搅拌或强制循环的方法，以提高冷却的均匀性，防止产生软点和变形。水中不应混入灰尘、油类等杂质。工作温度不应超过40℃。
2、无机水溶液：
1）氯化钠（食盐）水溶液：
介质组成：NaCl浓度可用5%或10%。
优点：NaCl能附着于灼热的淬火件表面，剧烈爆炸成雾状（崩膜），使蒸汽膜破坏，蒸汽膜阶段大为缩短，从而明显提高水的冷却速度，冷却也比较均匀。价格便宜，淬火件可达到较高硬度，而且硬度均匀。
缺点：冷却速度随溶液温度而变化，淬火后淬火件易生锈。
用途：用于淬透性低、不易开裂、对防止变形要求低的淬火件，例如碳素钢件（有效厚度30-100mm，采用盐水，油淬火），合金结构钢（40Cr,40CrMoV,有效厚度30-150mm；38CrMoAl有效厚度>80mm。）
注意事项：使用时溶液温度应控制在60℃以下，淬火后要清洗，并要进行防锈处理。
2）氢氧化钠水溶液：
优点：冷却曲线与氯化钠溶液基本相同，NaOH可与淬火件表面的氧化皮相互作用，产生氢气，使氧化皮迅速剥落，使淬火件表面呈现光亮的银白色。冷却能力大于氯化钠。
缺点：有腐蚀性，劳动条件较差，在使用中易吸收空气中的二氧化碳而使成分逐渐变化。与前两者一样，冷却速度也随溶液温度而明显变化。
用途：用于碳素钢。
注意事项：要定期更换溶液。
3）饱和氯化钙水溶液：
优点：在奥氏体不稳定区（650-550℃）时，有很高的冷却速度，在马氏体转变区，由于它的沸点比水高，对流的开始温度也较高，同时它的粘度比水大，传热性也较差，因此冷却速度较慢，从而减小淬火的应力，防止变形和开裂。它的配制方便，容易购买，价格低，使用寿命长。
缺点：温度太低时，会有氯化钙结晶析出，堵塞淬火槽管路。淬火件放置时易生锈。
注意事项：淬火件淬火后要及时清洗，进行防锈处理。
4）过饱和硝酸盐水溶液：
介质组成：（1）三硝溶液硝酸钠25%，亚硝酸钠20%，硝酸钾20%，水35%，
使用相对密度应控制在1.4-1.5之间；（2）二硝溶液硝酸钠31.2%，亚硝酸钠20.8%，使用相对密度应控制在0.36-1.41之间。
优点：在高温区（650-550℃），由于大量硝酸盐的存在会破坏蒸汽膜的形成和稳定性，使冷却速度接近水。在低温区（300-200℃），由于溶液浓度高，粘度大，流动性差，对流速度慢，使冷却速度又接近油。三硝溶液与饱和氯化钙溶液相似，淬火硬度高，淬硬层深，变形小，不易开裂。淬火件防锈性好，冷却特性介于水与油之间，高温下冷却速度比油快3倍，低温下为油的1倍，但仍比水慢。
缺点：价格比氯化钙高很多，亚硝酸钠有毒，易生致癌物质。
用途：用于中碳钢、高碳钢、低合金和球墨铸件的淬火，还可代替碳钢的水－油双液淬火。45钢有效厚度小于或等于40mm。有些形状简单的合金钢[40Cr,65Mn,20Cr(渗碳后),GCr15]
工件也可采用。
注意事项：要注意亚硝酸钠有毒，而且有致癌作用，应改用无毒防锈剂。使用温度为30-60℃。当温度升至100℃时，冷却能力就会下降，就会有软点出现。
5）氯化锌-氢氧化钠水溶液（光亮淬火剂）：
介质组成：氯化锌12.25%，氢氧化钠12.25%，肥皂0.5%，水75%。
性能：氯化锌与氢氧化钠反应，生成氢氧化锌，呈乳白色，高温区冷却速度比水快，低温区冷却速度比水慢。
优点：淬火件硬度高，变形小，不易开裂，表面光亮。
用途：用于碳钢和碳素工具钢等形状复杂的工模具的工件的淬火，可代替水-油双液淬火。
注意事项：要注意淬火前事先要先搅拌均匀，用压缩空气搅拌更好，工作温度应控制在20-60℃之间。
6）水玻璃（硅酸钠）水溶液：
介质组成：单一水玻璃溶液，模数M=SiO2/Na20=2.4,相对密度
1.091-1.125（12-16波美度(Bc)）（硅酸钠可用硅酸钾代替）。
性能：（1）60SiMn钢汽车钢板弹簧在840℃下淬火，然后在460℃下回火，介质工作温度60-70℃。用16波美度的溶液处理的钢板弹簧，疲劳寿命可比油淬火（寿命40万次）提高6.7-10倍（可达400万次）。
（2）114淬火剂：在密度为1.10-1.12g/cm3的水玻璃水溶液中，加NaOH 使相对密度调整到1.14，其优点是可减小变形，避免开裂。（3）351淬火剂：水玻璃（SiO2摩尔数/Na2O摩尔数=2.4，波美度56）19.1%，NaOH1.1%，氯化钠12.6%，氯化钾12.6%，有利于阻止溶液起化学变化。水玻璃冷却能力在水与油之间。在低温区（300－200℃）水玻璃能在工作周围形成一层韧性膜，所以冷却速度就明显降低。它的冷却速度可调节，可用作淬火油代用品。
缺点：工件表面会附着胶状硅酸钠，难以清洗。它的工件表面有腐蚀作用。
用途：（1）用于60SiMn钢汽车钢板弹簧的淬火。
（2）用于形状复杂、厚薄不均的碳钢工件的淬火
（3）用于轴承钢等的淬火。
（4）用于大批量需用油淬火的工件，可作为油的代用品使用。
7）碳酸钠水溶液：
介质组成：（1）低浓度碳酸钠水溶液；（2）15-20%碳酸钠水溶液。
性能：（1）性能和用途与氯化钠水溶液同，但其淬火有效厚度仅为其1/3；（2）适用于有效厚度大于25mm的轴承钢。
用途：工件表面较光洁。
注意事项：工作温度不应超过60℃。
3、有机水溶液：
1）聚乙烯醇（PVA）水溶液（简称73合成淬火剂）：
介质组成：最好能使用聚合度为1750，醇解度为88%的聚乙烯醇。水溶液浓度为10%，加有防锈剂、防腐剂、消泡剂等，它是我国用量最大的有机水溶液淬火介质，其组成为：聚乙烯醇10%，三乙醇胺1%，亚硝酸钠1%，苯甲酸钠0.4%，磺化蓖麻油0.02%，水87.58%。
性能：使用时可加水稀释，例如可稀释到含聚乙烯醇0.1-0.3%。冬季使用时浓度应比夏季稍高，用于合金钢时应比碳钢稍高。
优点：它属于成膜型淬火介质，在冷却第一阶段，淬火件表面蒸汽膜外面被由聚乙烯醇形成的粘性膜包围，因而延长蒸汽膜的持续时间，冷却速度缓慢。进入沸腾阶段后，粘性膜破裂，冷却速度应明显加快。当温度降至低温区时，聚乙烯醇粘性膜又会重新形成，使冷却速度下降，这有利于防止工件开裂和变形。因此，它在高温区冷却速度与水近似，但低温区则比水慢。
缺点：因为在使用过程中它的浓度难以检测和控制，所以它的冷却性能变化大。它易发霉发臭。溶液结冰后再融解时，粘度就会下降，冷却性能就会变差，感应淬火时，析出的聚乙烯醇会堵塞感应圈喷水孔。目前国外已停用。
用途：可用于中碳钢及中碳低合金钢的整体淬火，例如45钢，40Cr 钢，40MnB钢，42CrMn钢等工件的淬火。
注意事项：亚硝酸钠有毒，又会产生致癌物质，应改用其它无毒防锈剂。使用温度25-45℃。
2）聚乙二醇：
介质组成：感应淬火时最佳浓度为5-10%，整体淬火时为15-20%。
优点：它属于成膜型淬火介质，可防止淬火件开裂。所形成的薄膜易清洗掉。
缺点：性能上不如聚醚型淬火介质，故欧美一直没采用。
注意事项：使用中必须对介质浓度和温度进行控制。
3）聚酰胺聚乙二醇（PAM）水溶液：
介质组成：由酰胺与乙二醇共聚制得。
性能：稳定性比其它有机聚合物淬火介质都好，当使用浓度超过15%时，淬裂几率可明显减少。
用途：可用于直接淬火，锻造余热淬火和感应喷射淬火，特别用于大型工件的淬火。
4）聚醚（PAG）水溶液：
介质组成：由环氧乙烷与环氧丙烷的无规共聚物制得，常用的品种中主要成分的分子量约为13000，美国有UCON
A，B，C，HT，AQ251、252、364、365等，苏联有ZSP1、2、3。
优点：当温度升高时，聚醚溶解度反而会下降，乃至从水中析出（这叫做逆溶性）。聚醚水溶液在常温下均匀透明溶液，温度上升到浊点时，溶液就从透明变为混浊。当温度继续上升到逆熔点时，聚醚的线型大分子就会从水中析出，并与水完全分离。当溶液中聚醚浓度小于5%时，淬火时在高温区析出的聚醚，能在工件表面起浸润作用，促使蒸汽膜较快破坏，因此聚醚的冷却能力接近于NaCl或碱的水溶液。当聚醚浓度增大时，在淬火过程中能在工件表面形成沉积膜，起着隔热层的作用，使冷却速度下降。沉积膜的厚度取决于聚醚浓度。因此聚醚溶液的冷却速度是可以调节的。沉积膜的存在使散热比较均匀，从而可消除软点，并减小工件的内应力，防止工件变形。当淬火温度下降到逆熔点以下时，已析出的聚醚又会重新溶于水。聚醚的热稳定性良好，可长期使用。在美国可使用13-14年。聚醚无毒，公害小，淬火后工件易清洗。
缺点：价格太贵。
用途：在世界上聚醚是应用最广的一种有机淬火液，可用于各种汽车工件以及航空工业的铝合金和钛合金，合金钢锻模的淬火，大转矩柴油机曲轴感应加热淬火等。它通常用于高频表面淬火，其浓度为1-2%。如用5%的浓度，可使冷却更均匀，避免水淬时常常产生的软点。如用10-20%的浓度，可加快冷却速度，适用于低淬火性钢的淬火，如用20-30%的浓度，可适用于钢件的整体和表面淬火。
注意事项：工作温度一般为35-50℃。铝合金为25℃以下。但大截面高淬透性合金钢则需高浴温，高浓度，以避免工件产生不利的应力；某些钢（例如AISI5160）的工作温度为70℃。
5）聚丙烯酸钠（SPA）水溶液：
介质组成：（1）通常丙烯酸钠和聚丙烯-甲基丙烯酸钠按1：1比例混合而成，它是80年代出现的淬火介质；（2）我国的PAS-3水溶性淬火介质，以聚丙烯酸盐为主要成分；（3）我国TZQ有机水性淬火介质，主要成分为丙烯酸衍生物的聚合物，含量为27%（重），此外还含添加剂0.63%。
性能：（1）冷却曲线几乎是直线形，蒸汽膜阶段时间很长，冷却速度慢，散热均匀，这对于非马氏淬火以及高淬透性、淬火易裂的钢工件是有利的，可起到正火的效果，可避免淬火件表面脱碳和氧化。热处理件的机械性能与调质处理相同，同时还具有很好的加工性能。由于取消了回火工序，简化了工艺，可以节约能源，降低成本。它可代替油浴、盐浴或铅浴，用于易开裂工件的淬火。（2）用PAS-3进行淬火后，工件的表面硬度和心部硬度均能符合国家标准，金相组织与淬火油相同，均为4级。疲劳试验结果与用N15号全损耗系统用油淬火较接近。（3）TZQ的冷却性能与PAS-3不同，蒸汽膜阶段短，高温区域冷却速度较快，这对低淬透性钢材的淬火有利。
用途：可用于汽车锻件淬火、浓度5-10%的溶液可用于合金钢的淬火。10-20%的溶液可用于不锈钢的淬火。15-25%溶液可用于高速钢淬火。PAS-3可用于拖拉机活塞销20Cr钢渗碳后淬火和低温回火。
6）聚丙烯酰胺（PAM）水溶液：
介质组成：PAM分子量在150万以上，有两种水溶液：1号水溶液分子量为250万以上，2号水溶液分子量为150-250万，有效含量为7%，可完全溶于水中。此外还有固体的PAM产品，分子量各为300-500万和500-700万，水溶液中还要加入防锈防腐剂。
性能：水溶液中加有亚硝酸钠，除有防锈作用外，还有破坏膜的作用，从而提高淬火临界区域的冷却速度，改善淬火条件（但亚硝酸钠有毒）。前苏联
某汽车厂的载重汽车的曲轴（轴径100mm），过去采用油淬，后来为了提高淬透性和防止开裂，采用1-2%PAN+NaCL水溶液，淬火后轴径可以全部淬透，经高温回火后，心部和表面的机械性能基本一致，疲劳强度极限要比油淬高出25%，经济效益好。
注意事项：亚硝酸钠有毒，又会产生致癌物质，应改用其它无毒防锈剂。
7）木质素磺酸盐：
介质组成：它是造纸厂亚硫酸纸浆废液的提出物，通常使用浓度为
5-15%，溶液中可加入碳酸钠来调整。
性能：无毒，成本低（仅为淬火油的1/160-1/240），随着它的浓度增加，蒸汽膜阶段的时间就会延长，冷却速度就会降低。木素磺酸盐能被吸附于金属表面，形成胶体膜，使冷却速度明显降低。
缺点：容易发霉，从而导致变质分解，影响淬火质量。它还有难闻的气味。
8）XL-氯化锌水溶性淬火介质：
介质组成：XL主要是烷基苯的衍生物，有很高的抗氧化性和热稳定性，它是褐色粘稠液体，相对密度为1.5，溶于水中后为真溶液，可以与氯化锌等配合使用（加其它盐类效果不如氯化锌）。
性能：氯化锌可在工作表面起破坏蒸汽膜作用，提高介质的特性温度，缩短蒸汽膜阶段的时间，提高淬火临界区域的冷却速度，在沸腾阶段后期，由于
粘度的增加和不断在淬火工件表面产生的沉积物，减缓了热的传导，减低了冷却速度，因而可降低淬火件内应力，防止开裂，并减小变形量。
用途：可用于45钢，GCr15钢等的淬火。
9）511水溶性淬火介质：
介质组成：以高分子有机聚合物为主，加有淬火高温区域冷却速度调整剂，可以任意比例与水互溶，冷却速度可调整。
性能：无毒、无味、防锈性能好，泡沫少，防腐性好，淬火后，热处理件的硬度与金相组织都合格。
用途：可用于感应喷射淬火，碳钢，合金结构钢和轴承钢的整体浸淬。
10）聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）水溶液：
介质组成：由N-乙烯基与吡咯烷酮聚合而成，分子量5万-36万（最佳为10万-20万），根据分子量的不同分为4个牌号，通常还加入15%以下的防锈剂（亚硝酸钠，硼砂等和3%以下的防腐剂）。
性能：有很强的防止淬裂能力，可在较低浓度下使用，有一定的消泡、防锈性能。
缺点：在使用中，分子链容易断裂，使分子量降低，影响淬火质量，故未被广泛使用。
用途：可用于整体直接淬火，锻造余热淬火及感应淬火，使用温度较宽（30℃-沸点附近）。
注意事项：亚硝酸钠有毒，又会产生致癌物质，应改用其它无毒防锈剂。
11）三乙醇胺水溶液：
介质组成：水溶性好，可直接溶于水中。淬火浓度通常为5-8%。
性能：冷却能力介于水和油之间，在低温区域，冷却仍嫌过快；当浓度为12%时，冷却速度会显著减慢。淬火工件不易生锈，用于盐浴加热淬火时不会与无机盐起化学作用。
缺点：消耗能量较大，价格较高，淬火时会发生呛人气体。
用途：可用于中碳钢淬火。
注意事项：使用温度20-55℃。
12）乳化油淬火液：
介质组成：先用少量水（40℃左右）溶解乳化油，然后在室温下再加水稀释至所要求的浓度10-15%。69-1乳化淬火油可配成1-5%的水溶液使用。
性能：乳化油加入水中后，可使冷却速度下降，使蒸汽膜的稳定性提高，沸腾阶段向低温区域转移。69-1等质量较好的乳化淬火液不易变质发臭，使用寿命较长，防锈性好。
用途：可用于中碳钢感应加热淬火。
注意事项：使用温度为20-45℃。
高频淬火含义与原理 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 一、含义 高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理:工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。 二、原理 利用电流的集肤效应，在零件表面形成电流进而加热工件，实现心部和表面不同的热处理状态； 其中根据电流频率的不同分为工频、中频和高频。分别针对不同的淬硬深度和工件大小。高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。 高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热
零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。 产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个趋肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000℃，而心部温度升高很小。 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展.
实验名称：钢的普通热处理实验实验类型： 一、实验目的和要求（必填）二、实验原理（必填） 三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的 1.了解普通热处理的设备及操作方法。 2. 深入了解钢的成分、加热温度和冷却速度对淬火后钢性能的影响。 3.深入理解不同回火温度对钢的性能的影响。 二、实验基本原理 热处理是通过加热、保温、冷却的三个过程，是钢的内部组织发生变化，已获得所需要性能的一种加工工艺。由于加热温度、冷却速度和处理目的不同，钢的热处理种类很多，其中常见的热处理方法有淬火、回火、退火和正火等。 钢经热处理后的性能取决于处理后的组织，热处理后的组织又取决于钢的成分、加热温度和冷却速度。 钢的含碳量不同，其加热温度不同；不同的热处理方法，其加热温度也不同。经正常加热，并用不同的速度冷却后，钢的性能不同。因为冷却速度不同，所获得的组织不同。钢经正常淬火后，必须进行及时回火。因在淬火中急冷时长生较大的内应力，且淬火马氏体本身较脆，故不能直接使用。通过回火，一方面可以消除内应力而提高刚的人性，更重要的是通过不同温度回火，能使淬火组织发生改变从而获得不同的回火组织，已达到钢的预期性要求。 三、主要仪器设备与试样 1.加热炉与温度控制仪； 2.冷却水槽与油槽； 3.洛氏硬度计； 4.不同含碳量的碳钢和合金钢试样若干； 5.钳子、钩子、铁丝、砂皮纸等。 四、实验步骤 1.每人领取热处理试样一块。 2.在洛氏硬度计上测量式样的原始硬度值（根据硬度不同选用HRC和HRB）。 3.按照规定的加热温度和冷却方法进行热处理。步骤如下： 1)将试样放入预定温度的炉子中加热并保温。保温时间：碳钢按照1min/mm、合金钢按1.2min/mm 来计算； 2)当达到保温时间后，用钩子把试样从炉子中取出，并迅速放入规定的介质中冷却； 3)若是进行回火，则在规定温度的炉中保温20min后取出空冷； 4.测量经不同热处理后钢的硬度（测量前用砂皮纸清除试样表面的氧化层和脱碳层）； 5.把所有的实验数据记录于表中。 五、实验数据记录和处理
淬火.退火.正火工艺 ◆表面淬火 ? 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 ? 感应加热表面淬火 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。感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点： 1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高 2.工件因不是整体加热，变形小 3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少 4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命 5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好 6.便于机械化和自动化 7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。 ? 感应加热的基本原理 将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。 ? 感应表面淬火后的性能 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高2～3 个单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 ? 退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 1
线路设计： 设计要求：线路采用采用60kg/m 的标准轨更换线路原50kg/m 钢轨，标准轨的长度为25m ，钢轨的材质采用PD3全长淬火轨轨；轨枕采用J —2型混凝土枕，每公里铺设1840根；道床采用碎石道碴，设计道床厚度为350mm ；设计行驶速度为140km/h ，运行行驶速度为120km/h ；钢轨支座刚度D ：检算刚度 1D =30000N/mm ，检算轨下基础2D =70000N/mm ；运营条件：采用DF 4 型内燃机车。 4.3.1 钢轨强度计算 4.3.1.1 钢轨弯矩计算 1、轨道刚比系数K 值计算 10000005431840a ==mm 3000055.2543 D a μ===Mpa 52.110E =?Mpa 4287910J =?mm 4 0.00123K = = =mm -1 2、最不利轮位及 max P μ ∑计算 4DF 型机车前后有两个转向架，每个转向架为三个轴，前后转向架最近轴距 为8.4米，当kx>6时u,η都很小。计算表明，当轴距大于5m 以上时，相邻轮子影响很小，可以不计。因此，寻找引起最大弯矩的最不利轮位时，只要用一个转向架的三个轴分别做为计算轮来求最不利轮位。而且还应注意到转向架的三个轴轮重一样，轴距亦相同，所以1、3轮引起的弯矩应该相同，只要考虑其中一个即可。这样只要在1、2轮中找最不利轮了。所以分别以动1，动2为计算轮，计算其P μ ∑ (见表4-1) P μ∑计算表 表4-1
表中看出，Ⅰ(Ⅲ)轮为最不利轮位,P μ ∑=96455.28N 为最大.由此作为计算 弯矩和应力并进行强度检算. 3、计算钢轨静弯矩 M : 011 96455.2819604731440.00123 M P K μ= =?=?∑N ·mm 4、计算钢轨动弯矩d M 0.4V 0.4140= 0.56100100α?== 在R=600的曲线上允许超高△h =75mm,所以 0.0020.002750.15h β=??=?= 横向水平力系数f=1.45 (查表3-7) 1(1)(1) d o M M f αβα=+++ 19604731(10.560.15) 1.45(10.12)=?++??+ 54443122= N ·mm 4.3.1.2 计算钢轨截面动态应力 d σ 根据公式: d d M W σ= ,3291W cm =头,3 375W cm =底 所以在曲线地段: 9 6544431221029110d σ--?= ?头 187.09=Mpa(压) 9 6544431221037510d σ--?= ?底 145.18=Mpa(拉) 在直线地段 3 19604731(10.560.15)(10.12) 1.2510291d σ-?++?+?=?头 122.61=Mpa 95.15d σ=底Mpa 4.3.1.3 允许应力计算
淬火工艺 钢的淬火是将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或在一定范围内发生马氏体不稳定组织结构转变的热处理工艺。 一. 淬火工件的工艺流程 一般工件：淬火→清洗→回火→喷砂（或喷丸等）表面清理→检验。 轴类零件及易变形工件：淬火→清洗→回火→校直→去应力处理→喷砂→检验。 二. 淬火前的准备 （1）核对工件数量、材质及尺寸，并检查工件有无裂纹、碰伤、缺边、锐边、尖角及锈蚀等影响淬火质量的缺陷。 （2）根据图样及工艺文件，明确淬火的具体要求，如硬度、局部淬火范围等。（3）根据淬火要求，设计选用合适的工夹具，有的工件进行适当的绑扎，在易产生裂纹的部位，采取相应的防护措施，如用铁皮或石棉绳包扎及堵孔等。（4）表面不允许氧化、脱碳的工件，应在盐浴炉或预抽真空保护气氛炉中加热，或采取以下防护措施： a. 涂料防护 b. 将工件装入盛有木炭或已使用过的铸铁屑的铁箱中，加盖密封。 （5）大批工件必须作单件或小批量试淬，制订工艺后方可进行批量淬火，并在生产过程中经常抽检。 三. 装炉 （1）允许不同材质但具有相同加热工艺的工件装入同一炉中加热。 （2）装炉工件均应干燥、不得有油污及其他脏物。 （3）截面大小不同的工件装入同一炉时，大件应放在炉膛后部，大、小工件分别计算保温时间。（4）装炉时必须将工件有规律摆放在装炉架或炉底板上，用钩子、钳子或专用工具堆放，不得将工件直接抛入炉内，以免碰伤工件或损坏炉衬。 （5）细长工件必须在井式炉或盐炉中垂直吊挂加热，以减少变形。 （6）在箱式炉中装工件加热时，一般为单层排列，工件间隙10~30mm。小件允许适当堆放，但保温时间应适当增加。
2017热处理工艺复习题 一、 填空题 1.钢的热处理工艺由 加热 、 保温 、 冷却 三个阶段所组成。 2.热处理工艺基本参数： 加热温度、气氛、冷却方法、热源 。 3.钢完全退火的正常温度范围是 Ac3以上20~30℃ ，它只适应于亚共析 钢。 4.球化退火的主要目的是 ，它主要适用于 钢。 5.钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是 ，对过共析钢 是 。 6.当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则M S 点越 ，转变 后的残余奥氏体量就越 。 7.改变钢整体组织的热处理工艺有 、 、 、 四种。 8.淬火钢进行回火的目的是 ，回火温度越高，钢 的强度与硬度越 。 9.化学热处理的基本过程包括 、 、 等三个阶段。 10.欲消除过共析钢中大量的网状渗碳体应采用 ，欲消除铸件中枝晶 偏析应采用 。 11.低碳钢为了便于切削，常预先进行 处理；高碳钢为了便于 切削，常预先进行 处理； 12.感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为 、 、和 三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 。 13.钢的淬透性主要取决于————————————，马氏体的硬度主要取决于————————————，钢的 表层淬火，只能改变表层的————————————，而化学热处理既能改变表层的————————————，又能 改变表层的————————————。 14.钢在一定条件下淬火后，获得一定深度的淬透层的能力，称为钢的淬透性。淬透层通 常以 的深度来表示。 15. 中温回火主要用于处理__ ____零件，回火后得到 组织。
16.45钢正火后渗碳体呈状，调质处理后渗碳体 呈状。 17.形变热处理是将塑性变形的强化与热处理时 的强化结合，使成型工艺与获得最终性能统一起来的一种综合工艺。 二、单选题 1.电阻炉空载功率小，说明炉子热损失： A）小；B）大；C）厉害；D）可忽略不计。 2.检测氮碳共渗零件的硬度时应选用：A）洛式硬度计；B）维氏硬度计；C）布氏硬度计； D）肖氏硬度计。 3.可控气氛炉渗碳时排出的废气：A）必须燃烧后排放；B）不燃烧直接排放；C）通入水中排 放； D）通入碱水中排放。 4.在生产中，用来消除过共析钢中的网状渗碳体最常用的热处理工艺是：A）完全退火； B）正火；C）不完全退火；D）回火。 5.气体渗氮的主要缺点是：A）周期太长；B）劳动强度大；C）硬度低；D）渗层浅。 6.镗床主轴通常采用38CrMoA1钢进行：A）氮碳共渗；B）渗碳；C）渗氮；D）渗硫。 7.确定碳钢淬火加热温度的基本依据是：A）Fe-Fe C相图；B）“C”曲线；C）“CCT”曲线； 3 D）淬透性曲线图。 8.为获得良好的综合力学性能，38CrMoAl钢制造的氮化件预先热处理应采用：A）退火；B） 正火；C）调质；D）渗碳。 9.高速钢淬火冷却时，常常在580～600℃停留10～15分钟，然后在空气中冷却，这种操作 方法叫做：A）双介质淬火；B）等温淬火；C）分级淬火；D）亚温淬火。 10.某零件调质处理以后其硬度偏低，补救的措施是：A）重新淬火后，选用低一点的温度回火； B）再一次回火，回火温度降低一点；C）重新淬火后，选用高一点的温度回火；D）再一次回火，回火温度提高一点。 11.钢感应加热表面淬火的淬硬层深度，主要取决于：A）钢的含碳量；B）冷却介质的冷却能 力；C）感应电流频率；D）感应电流电压。 12.为增加T12钢的强韧性，希望控制淬火马氏体的含碳量，减少孪晶马氏体的相对量及获得
淬火裂纹 淬火裂纹是指在淬火过程中或在淬火后的室温放置过程中产生的裂纹。后者又叫时效裂纹。造成淬火开裂的原因很多，在分析淬火裂纹时，应根据裂纹特征加以区分。 淬火裂纹的特征 在淬火过程中，当淬火产生的巨大应力大于材料本身的强度并超过塑性变形极限时，便会导致裂纹产生。淬火裂纹往往是在马氏体转变开始进行后不久产生的，裂纹的分布则没有一定的规律，但一般容易在工件的尖角、截面突变处形成。 在显微镜下观察到的淬火开裂，可能是沿晶开裂，也可能是穿晶开裂；有的呈放射状，也有的呈单独线条状或呈网状。因在马氏体转变区的冷却过快而引起的淬火裂纹，往往是穿晶分布，而且裂纹较直，周围没有分枝的小裂纹。因淬火加热温度过高而引起的淬火裂纹，都是沿晶分布，裂纹尾端尖细，并呈现过热特征：结构钢中可观察到粗针状马氏体；工具钢中可观察到共晶或角状碳化物。表面脱碳的高碳钢工件，淬火后容易形成网状裂纹。这是因为，表面脱碳层在淬火冷却时的体积胀比未脱碳的心部小，表面材料受心部膨胀的作用而被拉裂呈网状。 非淬火裂纹的特征 淬火后发生的裂纹，不一定都是淬火所造成的，可根据下面特征来区分： 淬火后发现的裂纹，如果裂纹两侧有氧化脱碳现象，则可以肯定裂纹在淬火之前就已经存在。淬火冷却过程中，只有当马氏体转变量达到一定数量时，裂纹才有可能形成。与此相对应的温度，大约在250℃以下。在这样的低温下，即使产生了裂纹，裂纹两侧也不会发生脱碳和出现明显氧化。所以，有氧化脱碳现象的裂纹是非淬火裂纹。 如果裂纹在淬火前已经存在，又不与表面相通，这样的内部裂纹虽不会产生氧化脱碳，但裂纹的线条显得柔软，尾端圆秃，也容易与淬火裂纹的线条刚健有力，尾端尖细的特征区别开来。 实例探讨 1、轴，40Cr，经锻造、淬火后发现裂纹。裂纹两侧有氧化迹象，金相检验，裂纹两侧存在脱碳层，而且裂纹两侧的铁素体呈较大的柱状晶粒，其晶界与裂纹大致垂直。结论：裂纹是在锻造时形成的非淬火裂纹。 当工件在锻造过程中形成裂纹时，淬火加热即引起裂纹两侧氧化脱碳。随着脱碳过程的进行，裂纹两侧的碳含量降低，铁索体晶粒开始生核。当沿裂纹两侧生核的铁素体晶粒长大到彼此接触后，便向离裂纹两侧较远的基体方向生长。由于裂纹两侧在脱碳过程中碳浓度的下降，也是由裂纹的开口部位向内部发展，因而为铁素体晶粒的不断长大提供了条件，故最终长大为晶界与裂纹相垂直的柱状晶体。 2、半轴套座，40Cr，淬火后出现开裂。金相检验，裂纹两侧有全脱碳层，其中的铁素体呈粗大柱状晶粒，并与裂纹垂直。全脱碳层内侧的组织为板条马氏体加少量托氏体，这种组织是正常淬火组织。结论：在加工过程中未经锻造，因此属原材料带来的非淬火裂纹。
高频淬火原理及应用 线圈通以高频电流，产生高频磁场，在铁磁性材料中产生感生电流，由于趋肤效应，感生电流聚积于材料的表面产生热，达到相变温度。激冷达到淬火目的。 感应加热与其它加热炉传导、对流或辐射使工件到达加热温度相比，它具有完全不同的加热原理。其基本原理是：把加热材料（即工件）置于通有交流电流的线圈内，由于交变磁场的作用工件内部会产生感应电势，在感生电势的作用下工件内会产生涡流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。 通过热高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。感应加热设备，即对工件进行感应加热，以进行表面淬火的设备。感应加热的原理：工件放到感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电(1000-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800-1000ºC，而心部温度升高很小
词语解释 感应加热频率的选择：根据热处理及加热深度的要求选择频率，频率越高加热的深度越浅。 一、高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm, 一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。 二、中频(1~10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热。 三、工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件（直径300mm以上，如轧辊等）的表面淬火。 感应加热淬火表层淬硬层的深度，取决于交流电的频率，一般是频率高加热深度浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系，有如下经验公式：δ=20/√f(20°C)；δ=500/√f(800°C)。 式中：f为频率，单位为Hz；δ为加热深度，单位为毫米（mm）。 感应加热表面淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。 感应加热设备是产生特定频率感应电流，进行感应加热及表面淬火处理的设备。
判断题 1、从C曲线中分析可知，共析钢的过冷奥氏体在A1~550℃的范围内发生珠光体转变。（） 2、过共析钢中，网状渗碳体的存在使钢的硬度和塑性均上升。（） 3、正火是将钢件加热至完全奥氏体化后空冷的热处理工艺。（） 4、同种钢材在相同的加热条件下加热后保温、淬火，其中水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。（） 5、马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，当奥氏体向马氏体转变时，体积要收缩。（） 6、调质处理后得到的回火索氏体组织具有良好的综合机械性能。（） 7、当共析成分的奥氏体在冷却发生珠光体转变时，温度越低，其转变产物组织越粗。( ) 8、表面淬火不仅改变钢的表面组织还改变钢的表面成分。( ) 9、钢经加热奥氏体化后，在任何情况下，奥氏体中碳的含量均与钢中碳的含量相等。( ) 10、淬火钢的回火温度一般在A1线以下，所以回火后钢的组织和性能都不发生改变。（） 11、钢淬火后的硬度值主要决定于钢中碳的质量分数。（） 12、马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由奥氏体直接转变而来，因此，马氏体与转变前的奥氏体的含碳量相同。（） 13、钢中合金元素越多，则淬火后钢的硬度越高。（） 14、渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。( ) 15、除钴之外，其它合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线左移。( ) 16、马氏体转变的Ms和Mf温度线，随奥氏体含碳量增加而上升。（） 17、结构钢的淬透性，随钢中碳含量的增大而增大。（） 18、马氏体的晶体结构和铁素体的相同。（） 19、上贝氏体的韧性比下贝氏体好。（） 20、对过共析钢工件进行完全退火可消除渗碳体网。（） 21、对低碳低合金钢进行正火处理可提高其硬度。（） 22、淬火获得马氏体的必要条件之一是其淬火冷却速度必须小于Vc。（） 23、氮化件的变形远比渗碳件的小。（） 24、所谓临界冷却速度就是指钢能获得完全马氏体组织的最小冷却速度。（） 25、钢进行分级淬火的目的是为了得到下贝氏体组织。（） 26、凡间隙固溶体必是有限固溶体。（） 27、珠光体的片层间距越小，其强度越高，其塑性越差。（） 28、钢的临界冷却速度Vk越大，则其淬透性越好。（） 29、工件经渗碳处理后，随后应进行淬火及低温回火。（） 30、金属是多晶体，因而绝对不可以产生各向异性。（） 31、凡能使钢的C曲线右移的合金元素均能增加钢的淬透性。（） 32、感应加热表面淬火的淬硬深度与该钢的淬透性没有关系。（） 33、工件经氮化处理后不能再进行淬火。（） 34、过共析钢经正常淬火后，马氏体的含碳量小于钢的含碳量。（） 35、凡能使钢的临界冷却速度增大的合金元素均能减小钢的淬透性。（） 36、马氏体的硬度主要取决于淬火时的冷却速度。（） 37、等温淬火的目的是为了获得下贝氏体组织。（） 38、马氏体是碳溶入γ-Fe中形成的过饱和固溶体。（） 39、钢经热处理后，其组织和性能必然会改变。（） 40、马氏体转变是通过切变完成的，而不是通过形核和长大来完成的。（） 41、采用等温淬火可获得晶粒大小均匀的马氏体。（）
3.5 确定淬火工艺规范的原则 淬火工艺方法及其应用淬火工艺规范包括1)淬火加热方式、2)加热温度、3)保温时间、4)冷却介质及冷却方式等。确定工件淬火规范的依据是工件图纸及技术要求，所用材料牌号，相变点及过冷奥氏体等温或连续冷却转变曲线，端淬曲线，加工工艺路线及淬火前的原始组织等。只有充分掌握这些原始材料，才能正确地确定淬火工艺规范。 一、淬火加热方式及加热温度的确定原则 淬火一般是最终热处理工序。因此，应采用保护气氛加热或盐炉加热。只有一些毛坯或棒料的调质处理(淬火、高温回火)可以在普通空气介质中加热。因为调质处理后尚须机械切削加工，可以除去表面氧化、脱碳等加热缺陷。但是随着少、无切削加工的发展、调质处理后仅是一些切削加工量很小的精加工，因而也要求无氧化，脱碳加热。 淬火加热一般是热炉装料。但对工件尺寸较大，几何形状复杂的高合金钢制工件，应该根据生产批量的大小，采用预热炉(周期作业)预热，或分区(连续炉)加热等方式进行加热。1：淬火加热温度： 淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为Ac3+（30—50℃)，过共析钢则为Ac1+(30—50℃)。之所以这样确定，因为对亚共析钢来说，若加热温度低于Ac3，则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成，淬火冷却后铁素体保存下来，使得零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。比Ac3点高30—50℃的目的是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到Ac3点以上的温度，铁素体能完全溶解于奥氏体中，奥氏体成分比较均匀，而奥氏体晶粒又不致于粗大。对过共析钢来说，淬火加热温度在Ac1～Ac3之间时，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而且也有较好的韧性。如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火后得到片状马氏体(孪晶马氐体)，其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。高于Ac1点30—50℃的目的和亚共析钢类似，是为了保证工件内各部分温度均高于Ac1。 2：注意：确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却
铁路钢轨用钢与热处理分析 摘要：随着我国经济的高速发展，交通运输行业发挥着重要作用，铁路运输作为目前最主要的远程运输方式，其发展的先进性一定程度上决定了经济发展的速度和质量，而铁路钢轨的质量则决定了铁路事业发展的规模。我国铁路路线南北纵横，东西贯通，加之高速铁路的新发展、新技术，铁路行业的发展面临着更大的发展机遇与挑战。本文从铁路钢轨的种类分析入手，着重介绍了当前我国钢轨热处理技术以及对提升钢轨性能所起的作用，并简单介绍了贝式体钢的发展现状。 关键词：铁路运输;钢轨用钢;热处理 铁路运输作为当前我国远程运输中最重要的运输方式，在促进经济的迅猛发展上发挥了至关重要的作用，尤其在国家提出“西部大开发”战略以来，铁路交通的重要性和优越性愈加凸显。铁路轨道作为铁路运输的基础，轨道的质量、性能及其使用寿命都直接影响着铁路运输的效率和安全。随着我国高速铁路和货物重载列车的大规模发展，对于铁道运输的安全性和抗磨损性提出了更高的要求[1]。钢轨通过提升其含钢纯净度或者增加合金元素都可以在一定程度上提升钢轨的强度，提高其性能，但这种技术的要求较高且提升的性能有限，而热处理的方式则可以实现低加工、高效益。热处理是指将不同材质的钢材料熔化合成淬火而成新的钢轨，这种方式既可以减少加工费用又可以大幅度提高钢轨使用性能。 1.当前我国钢轨用钢的分类 不同钢轨化学成分相应不同，依据钢轨的化学成分分类，可大致分为：碳素轨钢、微合金轨钢和低合金轨钢。按照交货状态的不同钢轨可分为热轧钢轨和热处理钢轨两种。热轧钢轨是笼统的归类，不区分钢轨的强度高低，只依据钢轨是否以热轧状态交货，凡是以热压状态交货的钢轨均成为热轧钢轨。热处理钢轨依据工艺条件又可分为两种：离线热处理钢轨和在线热处理钢轨。按照钢轨的最低抗拉强度可分为：880MPa级钢轨、980MPa级钢轨、1080MPa级钢轨和1180MPa 级钢轨。目前，只有最低抗拉强度等级在1080MPa级以上的钢轨才被称为耐磨轨或高强轨[2]。 目前，钢轨的热处理主要是余热淬火技术，即利用钢轨轧制后的余热进行轨头淬火。余热淬火技术因其自身在生产效率、生产成本、产品性能等方面的优势，逐渐成为各个先进工业国家推广使用的一项技术，其发展有逐渐取代离线淬火的趋势，如日本已经全面使用在线热处理技术。国内的钢轨淬火技术经历了从喷雾冷却到喷压缩空气冷却的过程。 1.1 过共析珠光体钢轨 众所周知，通过增加合金元素或者经过热处理都可以提高钢轨强度，优化性能。对珠光体钢轨的研究表明，通过增加钢轨中珠光体片的渗碳体相的密度可以
热处理培训资料 常见热处理问题与解答 （1）淬火常见问题与解决技巧 ※Ms点随C%的增加而降低 淬火时，过冷沃斯田体开始变态为麻田散体的温度称之为Ms点，变态完成之温度称之为Mf点。%C含量愈高，Ms点温度愈降低。0.4%C碳钢的Ms温度约为350℃左右，而0.8%C碳钢就降低至约200℃左右。 ※淬火液可添加适当的添加剂 （1）水中加入食盐可使冷却速率加倍：盐水淬火之冷却速率快，且不会有淬裂及淬火不均匀之现象，可称是最理想之淬硬用冷却剂。食盐的添加比例以重量百分比10%为宜。 （2）水中有杂质比纯水更适合当淬火液：水中加入固体微粒，有助于工件表面之洗净作用，破坏蒸气膜作用，使得冷却速度增加，可防止淬火斑点的发生。因此淬火处理，不用纯水而用混合水之淬火技术是很重要的观念。 （3）聚合物可与水调配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度调配出由水到油之冷却速率之淬火液，甚为方便，且又无火灾、污染及其它公害之虞，颇具前瞻性。 （4）干冰加乙醇可用于深冷处理容液：将干冰加入乙醇中可产生-76℃之均匀温度，是很实用的低温冷却液。 ※硬度与淬火速度之关联性 只要改变钢材淬火冷却速率，就会获得不同的硬度值，主要原因是钢材内部生成的组织不同。当冷却速度较慢时而经过钢材的Ps曲线，此时沃斯田体变态温度较高，沃斯田体会生成波来体，变态开始点为Ps点，变态终结点为Pf点，波来体的硬度较小。若冷却速度加快，冷却曲线不会切过Ps曲线时，则沃斯田体会变态成硬度较高的麻田散体。麻田散体的硬度与固溶的碳含量有关，因此麻田散体的硬度会随着%C含量之增加而变大，但超过0.77%C后，麻田散体内的碳固溶量已无明显增加，其硬度变化亦趋于缓和。 ※淬火与回火冷却方法之区别 淬火常见的冷却方式有三种，分别是：（1）连续冷却；（2）恒温冷却及（3）阶段冷却。为求淬火过程降低淬裂的发生，临界区域温度以上，可使用高于临界冷却速率的急速冷却为宜；进入危险区域时，使用缓慢冷却是极为重要的关键技术。因此，此类冷却方式施行时，使用阶段冷却或恒温冷却（麻回火）是最适宜的。
CL0204-U75V重轨钢生产 案例简要说明:依据国家职业标准和金属材料及热处理技术、材料成型与控制技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。该案例是轧制生产工艺及质量控制案例，体现了重轨生产工艺及轧制规程、型钢轧制设备等知识点和岗位技能，与本专业《型钢生产》课程重轨生产的工艺流程单元的教学目标相对应。
1.背景介绍 我国是以铁路为主要运输手段的国家，铁路所担负的运输任务十分繁忙。铁路负载重，车行速度慢是中国与发达国家的主要差距。近年来铁道部曾经多次实施客车提速，但仍跟不上国家经济快速发展的需要。因此，提高行车速度、建设高速铁路是铁道部门近期的重点工作。近年来，铁路干线正向安全、高速、重载的方向发展。高速铁路有着快速、方便、舒适的特点和运力大、能耗低、污染轻、占地少、成本低、安全的优势。 随着我国铁路客运专线建设的迅猛发展，铁路对高速百米钢轨的需求量急剧上升。本案例主要概述了U75V重轨钢轧制的生产工艺流程。 2.主要内容
2.1.U75V重轨钢的用途 铁路是我国国民经济的大动脉，随着经济的高速发展，铁路运输也日趋繁忙。由于列车轴重、行车速度及密度大幅度提高，钢轨的服役条件越来越恶劣，使用寿命大大缩短。特别是在重载或小半径曲线，由于钢轨硬度偏低、强度不足，使钢轨产生严重磨耗和发生接触疲劳伤损，致使钢轨使用寿命降低，线路养护费用增加，严重影响行车安全。 U75V重轨钢是近几年发展起来的重轨钢，由于其耐磨性能和综合性能好，能够大大提高钢轨使用寿命，延长大修周期，减少运行维护成本，从一出现就得到铁路部门认可。 2.2.U75V重轨钢轧制的生产工艺路线 U75V重轨钢的生产工艺流程为（见图1）:连铸坯→步进梁式加热炉→高压水除磷→ BD1 粗轧→ BD2粗轧→U1、 E1 万能粗轧→U2、 E2 万能中轧→UF 万能精轧→热锯切头尾→钢轨预弯→步进式冷床冷却→复合矫直机矫直→检测中心检测(断面尺寸检测、平直度检测、超声波探伤及涡流探伤) →双向液压补矫→锯钻定尺→入库 图1 U75V重轨钢的生产工艺流程图
感应淬火与火焰淬火的区别 感应淬火的原理 感应加热表面淬火，是利用电磁感应、集肤效应、涡流和电阻热等电磁原理，使工件表层快速加热，并快速冷却的热处理工艺 感应加热表面淬火时，将工件放在铜管制成的感应器内，当一定频率的交流电通过感应器时，处于交变磁场中的工件产生感应电流，由于集肤效应和涡流的作用，工件表层的高密度交流电产生的电阻热，迅速加热工件表层，很快达到淬火温度，随即喷水冷却，工件表层被淬硬 感应加热时，工件截面上感应电流的分布状态与电流频率有关。电流频率愈高，集肤效应愈强，感应电流集中的表层就愈薄，这样加热层深度与淬硬层深度也就愈薄因此，可通过调节电流频率来获得不同的淬硬层深度。 感应淬火与火焰淬火的区别和优势 表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和塑性(即表面淬火)，或同时改变表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性,及表面硬度比前者更高(即化学热处理)的方法。 感应淬火：感应加热速度极快，只需几秒或十几秒。淬火层马氏体组织细小，机械性能好。工件表面不易氧化脱碳，变形也小，而且淬硬层深度易控制，质量稳定，操作简单，特别适合大批量生产。常用于中碳钢或中碳低合金钢工件，例如45、40Cr、40Mn B等。也可用于高碳工具钢或铸铁件，一般零件淬硬层深度约为半径的1／10时，即可得到强度、耐疲劳性和韧性的良好配合。感应加热表面淬火不宜用于形状复杂的工件，因感应器制作困难 表1-1 感应加热种类及应用范围 感应加热类型常用频率 一般淬硬层深 度／mm 应用范围 高频200～1000kHz 0.5～2.5 中小模数齿轮及中小尺寸的轴类零件
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某些特种钢材的的铁磁性、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
淬火加热温度的选择：对于亚共析钢采用Ac3+30~50°，对于共析钢和过共析钢采用Ac1+20~40°。 对于亚共析钢如果淬火温度过高，奥氏体晶粒就会粗大，淬火后严重影响和降低塑性和韧性，如果淬火温度过低，奥氏体化就会不完全，淬火后会有铁素体，导致淬火硬度不够，强度降低。 对于共析钢和过共析钢，淬火温度高了，同样奥氏体晶粒就会粗大，同时碳化物溶入奥氏体过多，淬火后容易变形开裂，同时严重降低硬度和强度，如果温度低了，碳化物溶入奥氏体过少，大部分碳化物保留下来，淬火后也容易变形开裂，奥氏体化后奥氏体含碳量过低，导致淬不上火，导致淬火后马氏体硬度不够，强度降低。 (1)低温回火 工件在150~250℃进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。 力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 (2)中温回火 工件在350～500 ℃之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火屈氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。 (3)高温回火 工件在500℃以上进行的回火。 目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。 力学性能：200～350HBS，较好的综合力学性能。 应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。
感应加热表面淬火基本原理 感应加热表面淬火的应用及基本原理分析。 一、应用 承受扭转、弯曲等交变负荷作用的工件，要求表面层承受比心部更高的应力或耐磨性，需对工件表面提出强化要求，适于含碳量We=0.40～0.50%钢材。 二、工艺方法 快速加热与立即淬火冷却相结合。 通过快速加热使待加工钢件表面达到淬火温度，不等热量传到中心即迅速冷却，仅使表层淬硬为马氏体，中心仍为未淬火的原来塑性、韧性较好的退火（或正火及调质）组织。 三、主要方法 感应加热表面淬火（高频、中频、工频）,火焰加热表面淬火，电接触加热表面淬火，电解液加热表面淬火，激光加热表面淬火，电子束加热表面淬火。 四、感应加热表面淬火 （一）基本原理： 将工件放在用空心铜管绕成的感应器内，通入中频或高频交流电后，在工件表面形成同频率的的感应电流，将零件表面迅速加热（几秒钟内即可升温800～1000度，心部仍接近室温）后立即喷水冷却（或浸油淬火），使工件表面层淬硬。（如下图所示） （二）加热频率的选用 室温时感应电流流入工件表层的深度δ（mm）与电流频率f（HZ）的关系为 频率升高，电流透入深度降低，淬透层降低。 常用的电流频率有： 1、高频加热：100～500KHZ，常用200～300KHZ，为电子管式高频加热，淬硬层深为0.5～2. 5mm，适于中小型零件。 2、中频加热：电流频率为500～10000HZ，常用2500～8000HZ，电源设备为机械式中频加热装置或可控硅中频发生器。淬硬层深度～10 mm。适于较大直径的轴类、中大齿轮等。 3、工频加热：电流频率为50HZ。采用机械式工频加热电源设备，淬硬层深可达10～20mm，适于大直径工件的表面淬火。
４５刚淬火和调质的温度是多少 45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。45号钢的淬火温度在820~840度左右，在实际操作中，一般是取上限的。水温要在30°左右。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。我们认为，如装炉量大于工艺文件的规定，加热保温时间需延长1/5。因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560~600℃，硬度要求为HRC22~34。因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插加工，硬度要求就低些。关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。
本科毕业论文（设计） 论文题目：基于ANSYS的重轨淬火温度场 和应力场仿 真分析
基于ANSYS的重轨淬火温度场和应力场仿真分析 摘要 本文以规格为50kgm的重轨为研究对象，通过综合考虑材料热物性参数随温度的非线性变化、热传导及高压气体冷却等动态边界条件，运用ANSYS软件，采用有限单元法，建立了淬火重轨的瞬态温度场和应力场的三维模型。通过ANSYA软件仿真淬火重轨各个时间段的温度场。根据重轨温度场的变化规律，选择合理的喷风压强，最终得到理想的索氏体组织。 在数值模拟计算的过程中，输入在不同的喷风压力下的对流换热系数，得到相应的温度场和应力场结果，并对结果进行了分析。计算了强制冷却、空气自然对流等淬火过程的温度场和应力场分布情况，分析淬火时间对温度场和应力场的影响。得到最佳的喷风冷却时压强，从而为实际生产制定合理的重轨淬火工艺提供了依据。 关键词：重轨，淬火，温度场，应力场，ANSYS Simulation of quenching temperature field and stress field for the ANSYS Abstract The specification of 50kgm— as investigated subject in this paper．In this model．the equivalent thermal capacity method was used to deal with the influence of latent temperature filed and the transformation stress which resulted from phase transformation was taken into account using the equivalent linear expansion coefficient method．The impact of material’s non-1inear parameter on temperature field was considered．The results show that the simulation result is identical with the measuring temperature．According to the distribution of temperature field，the time