材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件淬火与回火

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1. 概念
淬透性——钢在淬火时能够获得马氏体的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。
a
b
工件淬硬层与冷却速度的关系示意图
（a）零件截面的不同冷却速度;
（b）未淬透区的示意图
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淬硬层深度—— 由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。
织的深度
以磨损为主的工具、淬火后硬度量具、模具
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3.淬透性测量方法
(1)断口法：适用碳素工具钢。
将上述试样加热到760、800、840℃等温度加热 15—20分钟，淬入10--30 ℃ 水中，打断观察淬硬层，即淬硬层（马氏体）和韧软层（珠光体或贝氏体），对照相应标准0----5级。
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注意区别：
淬透性和淬硬性淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能达到的最高硬度。影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
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布曲线。
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静水中淬火
静油中淬火沿末端淬火试样的长度、圆棒直径、圆棒内不同位置与冷却速度之间的关系
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φ50
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H值
理想临界直径 Di
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(4)端淬法：此方法是世界上通用方法。
2. 淬火工艺
②保温时间 •保温时间=升温时间 + 心表温度一致时间 + 组织转变时间
加热介质对保温时间影响较大。
τ=α K D
工件有效厚度 (最快传热方向上的厚度)
装炉量有关系数一般 K = 1～1.5
加热系数,与钢种及加热介质有关
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温
度
A1
Ms
单液淬火
双液淬火
分级淬火
时间等温淬火
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二、淬火介质
理想淬火介质具备：
高温慢冷；
温度
奥氏体鼻子温度快冷； (℃)
马氏体转变慢冷。
800 700
600
500
理想淬火冷却介质
A1
400 300 Ms 200 100
双液淬火
分级淬火
时间等温Байду номын сангаас火
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影响因素
应用范围
表示方法
淬透性
淬透层深度淬硬性
合金元素
合金元素冷却介质工件尺寸 M中含碳量
形状复杂、尺寸精度规定条件下，
高，大截面并要求淬 50％马氏体组
透的零件
织的深度
实际条件下， 50％马氏体组
二、淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质介质冷却特性的测试
——试样温度与冷却时间（速度）之间的关系）
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二、淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质冷却机理
第一阶段（AB段）：蒸汽膜阶段。冷却速度慢第二阶段（BC段）：沸腾阶段。冷却速度快第三阶段（CD段）：对流阶段。冷却速度慢常用的冷却介质水、盐水、碱水、油、合成淬火液等
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(2)U型曲线法：用于结构钢
将一组长度是直径4—6倍的圆柱形试样
经完全奥氏体化后，在一定介质中冷却
后，从试样中部切开，磨平后自表面向
心部测量试样硬度，其硬度分布如右。
h ----淬硬区
DH ----未淬硬区
h h
淬透性表示：
注意区别：
钢的淬透性 —— 钢材本身的固有属性，与外部因素无关工件的淬透深度 —— 取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、
工件尺寸等外部因素有关。
同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。
淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较。是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深度来进行比较的。
淬硬性与淬透性: （两个完全不同的概念）
钢种
淬硬性
碳素结构钢 ( 20 )
低
碳素工具钢( T12A )
高
低碳合金结构钢
低
( 20Cr2Ni4A )
淬透性差差
好
高碳高合金工具钢
( W18Cr4V )
高
好
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温
度
A1
Ms
单液淬火
淬硬层深度与工件尺寸有关，设计时应注意尺寸效应。
柴油机连杆
高强螺栓
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齿轮
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淬透性曲线应用 ——求不同直径棒状工件截面上的硬度分布例：采用45Mn2制造Φ50mm的轴，试求水淬后其截面上硬度分
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二、淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质冷却机理：
辐射、传导和对流将工件的热量带走，使工件冷却汽化沸腾，使工件强烈散热冷却能力强
水基，油基
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预备组织为P球）
Ac1 +30～50℃ ，而不是Accm +30～50℃？）
1）细化晶粒 2）保留渗碳体，提高耐磨性 3）减少A含碳量，以降低M转变时变形和开裂的倾向，
并减少AR量
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有效厚度D：板件和薄壁件以板厚或壁厚做D 球体以球直径的0.75倍作D 形状复杂工件以工作部分的截面厚度作D
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2. 淬火工艺
③冷却方式冷却方式最大限度减少工件应力集中和变形，使工件均匀冷却。冷却介质
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3 淬火介质的新发展环保、优效（高温快速、低温慢速）、安全、经济为
发展方向。植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶
段冷速）聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）固—气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）
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第八章淬火与回火
8.1 淬火 8.2 回火
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8.1 淬火
钢的淬火——将钢加热到临界温度（A1 或A3）以上，保温一定时间使其奥氏体化，以大于临界冷却速度进行冷却的工艺。
淬火目的：提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件提高硬磁性：用高碳钢、磁钢制的永久磁铁（马氏体磁性）提高弹性：各类弹簧提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢获得M组织
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2. 淬火工艺
①淬火加热温度
亚共析钢：Ac3 +30～50℃;
共析和过共析钢： Ac1 +30～50℃（必须消除网状渗碳体
为什么过共析钢淬火加热温度在
5、淬透性的实际意义
1、对于截面承载均匀的重要件，要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。 ——选用高淬透性钢
2、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透（淬硬层深度一般为半径的1/2~1/3），如轴、凸轮。——低淬透性钢
高精密零件，复杂零件，如复杂冷冲模。——选用高淬透性2.8.10.wmv 钢。
体的最大直径，用D0表示。 D0与介质有关，如45钢D0水=16mm，D0油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如45钢
D0油=8mm，40Cr D0油=20mm。
马氏体马氏体索氏体
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一、淬火方法及工艺 1.淬火方法淬火分类
按加热温度：完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火按加热速度：普通淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火按加热介质及热源条件：光亮淬火、真空淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火焰加热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、接触电加热淬火、电解液加热淬火、电子束加热淬火、激光加热淬火按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火按冷却方式：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火等
2、影响淬透性的因素
决定因素:临界冷却速度; 取决于材料化学成分。
C曲线越靠右,淬火临界冷却速度越小,钢的淬透性越好因此使C曲线右移的元素均使淬透性提高; 一般而言，碳钢的淬透性差，
合金钢的淬透性好，且合金元素含量越高，淬透性越好（除Co）
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4、淬透性的表示方法 ⑴ 用淬透性曲线表示
即用J HRC 表示， d
J 表示末端淬透性， d ——至水冷端距离 HRC——该处硬度值。
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⑵ 用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏
视频（真空淬火）
视频（激光淬火）
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三、钢的淬透性
淬透性是钢的主要热处理性能。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。
网带式淬火炉
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三、钢的淬透性
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常用的淬火冷却介质
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温
度
A1
Ms
单液淬火
双液淬火
分级淬火
时间等温淬火
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淬硬层深度h，或DH /D。
DH
直观，准确，但繁琐
D
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(3)临界直径法：
D0 ：钢在某种介质中能够完全淬透
临界
的最大直径。
直径
D0
大小取决于成分及淬火条件
Di：理想临界直径，理想条件试样能够淬透的最大直径。
反映了钢的固有淬透性
M度量的和变硬化度随深
如果工件中心在淬火后获得了50％以上的M，则认为工件已经被淬透。
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淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响
淬透
未淬透
HRC
HRC
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0 Mf
-100 0
1
10 102 103 104 时间(s)
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二、淬火介质
1.无物态变化的淬火介质冷却机理：辐射、传导和对流将工件的热量带走，使工件冷却常用的淬火介质：硝酸盐和碱，使用温度在150～550℃之间。
淬透性曲线应用——根据性能要求选择材料及工艺例：有一40号钢直径45mm的轴，要求淬火后在距表面3/4R处有
80%马氏体，在1/2R处的硬度不低于HRC40，请问采用淬火介质为油还是水？解：①确定40钢淬火后80%马氏体组织的硬度（HRC45）；

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