热处理工艺

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1、淬火-正文    将钢从高温奥氏体区快速冷却，使过冷的奥氏体产生非扩散性转变产物──马氏体的金属热处理工艺（见马氏体相变，过冷奥氏体转变图）。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。为了充分发掘钢的强度，必须首先使钢完全转变成马氏体，即必须以足够快的速率冷却，避免奥氏体在淬火过程中分解成铁素体、珠光体或贝氏体一类组织，这一速率称为临界冷却速率，一般也称作临界冷却速度。有些高合金钢如沉淀硬化型不锈钢（17-7PH钢等），或有色金属如硬铝合金(Al-Cu-Mg系合金)等，也都进行类似淬火的快冷处理，但它们的目的是为了把高温相（分别为

2、奥氏体和α固溶体）保持到室温，使其呈过饱和状态,以后需另通过时效处理才能使材料硬化,这类淬火称为固溶热处理。从工艺的角度出发,淬火温度和淬火介质的选择,是影响淬火效果的重要因素，而这些都取决于钢和合金的性质。就钢的性质而言，钢在淬火中形成马氏体的能力取决于钢的临界冷却速度（钢的淬透性）。钢的淬透性则是由奥氏体的成分和其他一些因素，如奥氏体晶粒度、合金元素在奥氏体中分布的均匀程度等决定的。确定钢的淬透性至关重要，它是选择淬火工艺参数的重要依据。淬火加热温度 简称淬火温度，选择标准应以能得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以便于冷却后获得细小的马氏体。碳钢的淬火加热温度范围如图1所示。一般亚共析钢的

3、淬火温度为Ac3以上30～50℃，淬火后获得马氏体组织。如淬火温度选在Ac1～Ac3之间,一部分先共析铁素体依然存在；在淬火后的组织中，除马氏体外，将混有低硬度的铁素体，降低力学性能。如加热至Ac3以上的过高温度,奥氏体晶粒粗化，淬火后获得的马氏体组织也粗大，脆性增加；且淬火变形大，易造成淬火开裂。过共析钢的淬火温度为Ac1以上30～50℃;淬火后获得马氏体和未溶的粒状渗碳体组织，残留奥氏体也少。如加热至Acm以上,先共析渗碳体将全部溶入奥氏体，使奥氏体的碳量增加，奥氏体晶粒长大,马氏体转变起始点Ms和终了点Ms降低；淬火后不仅马氏体粗大，而且有大量残留奥氏体。对于低合金钢的淬火温度，可根据

4、其临界温度Ac和Ac3及所含合金元素的性质，参照上述原则确定。若钢中含有强碳化物形成元素，淬火温度一般应偏高些，以加速碳化物的溶解，增大奥氏体中碳和合金元素含量，从而提高过冷奥氏体的稳定性；对于含碳、锰较高的钢，应采用较低的淬火温度，以避免奥氏体晶粒粗化。淬火加热过程中的氧化、脱碳直接影响淬火后工件的使用寿命，为此采用盐浴加热、可控气氛加热或真空加热等方法。淬火冷却介质 淬火时钢制件中需要得到100％马氏体的部位，其冷却速度(冷却速率)必须大于临界冷却速度，否则不能充分淬硬和达到要求的淬硬深度。但是冷却速度过大在奥氏体向马氏体转变过程中将产生巨大的组织应力和热应力，使工件变形并有开裂的危险。

5、为了解决上述矛盾,钢的合理的淬火冷却过程应如图2所示。通常要求在珠光体转变区或贝氏体转变区等奥氏体最不稳定区域要快速冷却，以防止其分解，通过马氏体转变区域要较缓慢冷却，以减小奥氏体转变马氏体时出现的应力。常用淬火介质及其冷却速度如表所示。实际生产中可根据钢种的特性选择冷却介质，如碳钢的临界冷却速度大，应选用水、盐水等冷却能力较强的介质;合金钢的临界冷却速度小,可采用比较缓和的介质如油等。淬火由表内可以看到，水在550～650℃区域的冷却速度过大，易于使钢淬裂；油在200～300℃区间的冷速过小，不易使淬透性小的钢淬硬。近年来广泛研究采用冷却能力介于水和油之间的冷却介质，使高温区的冷却能力接近

6、于水，低温区的冷却能力接近于油，如水玻璃、过饱和硝酸水溶液、聚乙烯醇溶液等。淬火钢的淬透性 淬透性是钢的基本性质之一。它不同于淬硬性，后者指马氏体的硬度值，主要决定于钢中含碳量。淬透性的大小是用理想临界直径DI作为指标来衡量的，它是钢棒在冷却烈度（见后文）为∞的介质中冷却时，心部形成50％马氏体时的直径。在其他淬火介质(如水、油等)中冷却时,所得到的临界直径Dc均较DI为小。其中50％马氏体转变量是为了便于测量而人为选定的,可通过金相检验和硬度测量确定。图3中的曲线表示硬化层中含有不同百分数的马氏体时的硬度值和含碳量的关系。一定尺寸的圆棒淬火时，表面和心部的冷却速度显然不同，工件中不同部位的

7、冷却速度与钢的连续冷却转变图的关系见图4a；冷却速度超过临界冷却速度的部分转变成马氏体（影线部分），见图4b；小于临界冷却速度的心部则出现非马氏体组织（套色部分）。很明显，淬透层的深度取决于临界冷却速度的大小，因而可通过加入合金元素来降低钢的临界冷却速度，使钢的淬透层深度增加。最常用的确定钢的淬透性方法是顶端淬火试验。淬火 淬火顶端淬火试验 或称Jominy试验，是一种测定淬透性的简便方法，在许多国家已标准化