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鋼的淬火

1. 基本概念

 

將亞共析鋼加熱到Ac3以上，共析鋼與過(guò)共析鋼加熱到Ac1以上（低于Accm）的溫度，保溫后以大于Vk的速度快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝叫淬火。馬氏體強(qiáng)化是鋼的主要強(qiáng)化手段，因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機(jī)械性能。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱處理中應(yīng)用最廣的工藝之一。

2. 淬火加熱溫度

 

淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以便淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織?亞共析鋼的淬火溫度一般為Ac3以上30℃～50℃，淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體組織。如果溫度過(guò)高，會(huì)因?yàn)閵W氏體晶粒粗大而得到粗大的馬氏體組織，使鋼的機(jī)械性能惡化，特別是使塑性和韌性降低；如果淬火溫度低于Ac3，淬火組織中會(huì)保留未溶鐵素體，使鋼的強(qiáng)度硬度下降。

 

淬火溫度主要根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)確定:

 

亞共析鋼:Ac3 以上 30~50℃;

 

共析鋼?過(guò)共析鋼:Ac1 以上 30~50℃;

 

 

對(duì)于低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼和高合金工具鋼，考慮到合金元素的作用，為了加速奧氏體化，其淬火加熱溫度可偏高一些?

 

3. 加熱時(shí)間的確定

 

加熱時(shí)間由升溫時(shí)間和保溫時(shí)間組成。由零件入爐溫度升至淬火溫度所需的時(shí)間為升溫時(shí)間，并以此作為保溫時(shí)間的開(kāi)始。保溫時(shí)間是指零件燒透及完成奧氏體化過(guò)程所需要的時(shí)間。加熱時(shí)間通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。生產(chǎn)中往往要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合理的加熱及保溫時(shí)間，以保證工件質(zhì)量。

 

4. 淬火介質(zhì)

 

鋼從奧氏體狀態(tài)冷卻至 Ms點(diǎn)以下溫度所用的冷卻介質(zhì)稱為淬火介質(zhì)。理想淬火介質(zhì)的冷卻特性應(yīng)該是:650℃以上應(yīng)當(dāng)緩慢冷卻。以盡量降低淬火熱應(yīng)力;650~400℃之間應(yīng)當(dāng)快速冷卻，以避免發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變或貝氏體轉(zhuǎn)變;400℃以下 Ms點(diǎn)附近的溫度區(qū)域，應(yīng)當(dāng)緩慢冷卻以盡量減小馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力? 常用的冷卻介質(zhì)有水?鹽水或堿水溶液及各種礦物油等? 水的冷卻特性不理想，在需要快冷的 650~400℃區(qū)間，其冷卻能力較小?而在需要慢冷的 400℃~Ms點(diǎn)溫度區(qū)，其冷卻能力又較大?此外，水溫對(duì)水的冷卻能力影響較大?水主要用于尺寸不大?形狀簡(jiǎn)單的碳鋼工件淬火? 鹽水或堿水溶液可使高溫區(qū)的冷卻能力顯著增強(qiáng)，但在 200~300℃低溫區(qū)的冷卻能力也很快? 礦物油的優(yōu)點(diǎn)是低溫區(qū)的冷卻能力比水小很多，缺點(diǎn)是高溫區(qū)的冷卻能力也較低?

 

5. 淬火方法

為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開(kāi)裂，必須采用已有的淬火介質(zhì)再配以各種冷卻方法才能解決?包括單液淬火?雙液淬火?分級(jí)淬火和等溫淬火等?

 

 

a.單液淬火法:它是將奧氏體化的工件淬入某一種介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法?適用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼和合金鋼工件.尺寸大的工件用水，尺寸小的工件用油?

 

b.雙液淬火法：它是將奧氏體化的工件先淬入較強(qiáng)的冷卻介質(zhì)中，冷卻至接近 Ms點(diǎn)溫度時(shí)，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體相變?適用于尺寸較大的碳鋼工件?一般用水作為快冷介質(zhì)，用油作為慢冷介質(zhì)?

 

c.分級(jí)淬火法：它是將奧氏體化的工件首先淬入溫度略高于鋼的 Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中保溫，當(dāng)工件內(nèi)外溫度均勻后，再?gòu)脑t中取出空冷至室溫，完成馬氏體相變?只適用于尺寸較小的工件，否則難以淬透?

 

d.等溫淬火法：它是將奧氏體化的工件淬入 Ms點(diǎn)以上溫度鹽浴中，等溫保持足夠時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后取出取出空冷至室溫的淬火方法?適用于形狀復(fù)雜?尺寸要求精密和重要的小型零件?

 

6. 鋼的淬透性與淬硬性

 

（1）淬透性

 

 

鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火后獲得馬氏體的能力，其大小以鋼在規(guī)定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來(lái)表示? 生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性.所謂臨界淬火直徑，用D0表示?在相同冷卻條件下，D0越大，鋼的淬透性越好?

 

 

（2）影響淬透性的因素

 

影響淬透性的主要因素是化學(xué)成分，除Co以外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性。另外，奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會(huì)影響淬透性。

 

 

（3）淬透性的測(cè)定及其表示方法

 

淬透性的測(cè)定方法很多，目前應(yīng)用得最廣泛的是“末端淬火法”，簡(jiǎn)稱端淬試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，先將標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至奧氏體化溫度，停留30～40min，然后迅速放在端淬試驗(yàn)臺(tái)上噴水冷卻。

 

 

（4）淬透性的應(yīng)用

 

淬透性大的工件易淬透，組織和性能均勻一致;

 

淬火性大的工件在淬火時(shí)，可選用冷卻能力較小的淬火介質(zhì)以減小淬火應(yīng)力;

 

對(duì)受力大而復(fù)雜的工件，為確保組織性能均勻一致，可選用淬透性大的鋼;

 

當(dāng)要求工件表面硬度高，而心部韌性好時(shí)，可選用低淬透性鋼?

 

（5）鋼的淬硬性：表示鋼淬火時(shí)的硬化能力，用淬成的馬氏體可能得到的最高硬度表示。它主要取決于馬氏體中的含碳量。含碳量越高，淬硬性越高。