分级淬火和等温淬火的异同

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。

圆板牙选材及工艺制订

题目：圆板牙是用来加工外螺纹的（图略），其特点是刃部比较薄且在内部，切削工作温度不高，并不要求高的红硬性，但是其螺距及内孔要求变形小，刃部不得脱C。此外，工作时受扭矩较大。某圆板牙的技术要求为60-63HRC。螺孔中径尺寸要控制在规定的范围内。

1、根据圆板牙服役条件，分析其性能要求；

2、试在下列材料中选用合适的钢号：T12、CrWMn、W18Cr4V、9SiCr、GCr15；

3、制订热处理工艺规程，并分析。

1、圆板牙的服役条件及技术要求

作为刃具，硬度要求60-63HRC，则必须具有较高的淬透性，并保证圆板牙内部刃口部位淬硬；

螺孔中径、螺距及内孔的精度涉及到加工后螺纹的精度，因此材料在热处理过程中要保证变形很小；

由于刃口较薄且在内部，所以要求该材料组织中碳化物细小均匀，以保证在工作时刃口不崩刃、耐磨性好，寿命长；

圆板牙在工作时受扭矩较大，则须保证材料有良好的强韧性配合。

2、圆板牙选材分析

T12是碳素工具钢，含1.15-1.24%C。这样的高C能保证淬火后有高的硬度和较多的碳化物，以满足耐磨性和淬硬性的要求。根据圆板牙的性能要求知，T12钢不能满足热处理变形小（由于其淬透性差，需急冷而变形大）和韧度较好的要求。因此，T12钢不符合要求。

W18Cr4V是高速钢。最主要的特点是红硬性高，适用于在600℃工作温度下仍能保持其切削性能的高速切削场合。该钢的碳化物比较多，并且相对来说比较粗大，均匀性也难以达到最佳状态。对圆板牙这样薄刃的工具，刃口部位容易崩刃，并且该钢的加工工艺性比较复杂，成本高。所以选用该钢也是不合适的。 余下的CrWMn、9SiCr、GCr15都可以作为工具钢使用。但对于制造圆板牙这样的薄刃工具，还需要进行综合全面的分析。这三种材料由于合金化元素的不同，各有其特点：

CrWMn ：由于Cr、W、Mn的复合加入，使其有较高的淬透性；Cr、W、Mn都是碳化物形成元素，使钢中有较多的碳化物，淬火后硬度高，可达到64-66HRC，因此有较高的耐磨性；W能细化碳化物，改善了韧度；由于Mn的存在大为降低了MS点，该钢淬火后的残余奥氏体比较多，淬火变形也较小；但该钢的碳化物多且易形成网状，如果碳化物粗大且不均匀，则制造薄刃后，刃部有崩刃的危险。CrWMn钢主要用于制造断面尺寸较大、淬火变形要求小、耐磨性要求较高的工具。所以，如果采取有效工艺，使碳化物细小均匀，该钢是能满足要求的。

热处理之淬火

淬火是使钢强化的基本手段之一，将钢淬火成马氏体，随后回火以提高韧性，是使钢获得高综合机械性能的传统方法。

1基本介绍

“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，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。

2主要方式

2.1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。

2.2双介质淬火

工件先在较强冷却能力介质中冷却到 300℃左右，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。

2.3分级淬火

工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在 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

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。

2.4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。

3主要目的 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铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

常用热处理的基本知识

一. 退火目的及工艺

退火是钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺。其主要目的是减轻钢的化学成分及组织的不均匀性，细化晶粒，降低硬度，消除内应力，以及为淬火作好组织准备。

退火工艺种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火及再结晶退火等。不同退火工艺的加热温度范围如图5.25所示，它们有的加热到临界点以上，有的加热到临界点以下。对于加热温度在临界点以上的退火工艺，其质量主要取决于加热温度、保温时间、冷却速度及等温温度等。对于加热温度在临界点以下的退火工艺，其质量主要取决于加热温度的均匀性。

1. 完全退火

完全退火是将亚共析钢加热到AC3以上20～30℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至500℃左右出炉空冷，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。它主要用于亚共析钢，其主要目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能。

低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢完全退火，加热温度在Acm以上，会有网状二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，造成钢的脆化。

2. 等温退火

完全退火所需时间很长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要几十小时，为了缩短退火时间，可采用等温退火。

等温退火的加热温度与完全退火时基本相同，钢件在加热温度保温一定时间后，快冷至Ar1以下某一温度等温，使奥氏体转变成珠光体，然后出炉空冷。图5.26为高速钢的完全退火与等温退火的比较，可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。

A r1以下的等温温度，根据要求的组织和性能而定；等温温度越高，则珠光体组织越粗大，钢的硬度越低。

3. 球化退火

球化退火是使钢中渗碳体球化，获得球状（或粒状）珠光体的一种热处理工艺。主要用于共析和过共析钢，其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性能；同时为后续淬火作好组织准备。 球化退火是将钢件加热到A c1以上20～30℃，充分保温使未溶二次渗碳体球化，然后随炉缓慢冷却，或在A r1以下20℃左右进行较长时间保温，使珠光体中的渗碳体球化，随后出炉空冷。上述两种工艺如图5.27所示。（1分钟）