第3章 钢的淬火与回火

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1、第3章钢的淬火与回火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。3.1钢的淬火与分类淬火是将钢加热至临界点（Ac1或Ac3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织

2、的工艺方法。图3-1是共析碳钢淬火冷却工艺曲线示意图。vc、vc'分别为上临界冷却速度（即淬火临界冷却速度）和下临界冷却速度。以v>vc的速度快速冷却（曲线1），可得到马氏体组织；以vc>v>vc'的速度冷却（曲线2），可得到马氏体＋珠光体混合组织；以曲线3冷却则得到下贝氏体组织。钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。wc≈0.5％的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。图3-1共析钢的淬火冷却工艺奥氏体高锰钢的水韧

3、处理，奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不是强化合金，而是抑制第二相析出。高锰钢的水韧处理是为了达到韧化的目的。奥氏体不锈钢固溶处理是为了提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处理，则是时效硬化前的预处理过程。本章讨论钢的一般淬火强化问题，其淬火工艺分类见表3-1。表3-1钢的淬火工艺分类序号分类原则淬火工艺方法I按加热温度完全淬火、不完全淬火II按加热速度普通淬火、

4、快速加热淬火、超快速加热淬火III按加热介质及热源条件光亮淬火、真空淬火、流态层加热淬火、火焰加热淬火、（高、中、工频）感应加热淬火、高频脉冲冲击加热淬火、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、锻热淬火IV按淬火部位整体淬火、局部淬火、表面淬火V按冷却方式直接淬火、预冷淬火（延迟淬火）、双重淬火、双液淬火、断续淬火、喷雾淬火、喷液淬火、分级淬火、冷处理、等温淬火（贝氏体等温淬火、马氏体等温淬火）、形变等温淬火（高温形变等温淬火、中温形变等温淬火）713.2钢的淬透性一、淬透性的

5、基本概念1．淬硬层与淬透性图3-2零件截面上各处的冷却速度与未淬透区示意图A1时间v中心MsVcV表面温度表面表面中心淬硬层未淬硬区冷却速度vcba由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图3-2a）。如果钢的淬火临界冷却速度vc较小，工件截面上各点的冷速都大于淬火临界冷却速度，工件从表层到心部就都能获得马氏体，称之为“淬透”。如果钢的淬火临界冷却速度较大，工件表层冷速大于淬火临界冷却速度，而从表层下某处开始冷速低于淬火临界冷却速度，则表层获得马氏体，心部不能得到

6、全马氏体或根本得不到马氏体，此时工件的硬度便较低，称之为“未淬透”。通常，我们将未淬透的工件上具有高硬度马氏体组织的这一层称为“淬硬层”（图3-2b）。可见，在工件尺寸和淬火规范一定时，因钢种不同，淬火临界冷却速度不同，就会得到不同的结果，有的淬硬层深，有的淬硬层浅，有的能淬透，有的不能淬透。所谓钢的淬透性，就是指钢在淬火时获得马氏体的难易程度，是钢本身的固有属性，它取决于钢的淬火临界冷却速度的大小，也就是钢的过冷奥氏体的稳定性，而与冷却速度、工件尺寸大小等外部因素无关。通常可以用标准试样在一定的条件

7、下淬火能够淬硬的深度或能够全部淬透的最大直径来表示。应当指出，钢的淬透性与工件的淬透深度之间虽有密切关系，但不能混为同一个概念。例如有两个尺寸不同的工件，分别选用不同的钢种来制造，在淬火后可能出现这样的情况：尺寸小的工件，虽然选用的是淬透性低的钢，但却淬硬层较深或完全淬透；而尺寸大的工件，即使选用的是淬透性高的钢，但却淬硬层较浅。可见工件的淬透深度除取决于钢的淬透性外，还与工件尺寸、所采用的冷却介质等外部因素有关。图3-3钢的淬火硬度与碳含量的关系7060504030200.10.20.30.40.5

8、0.60.70.8wc(%)硬度HRC马氏体量2．淬硬性与淬透性淬硬性表示钢淬火时的硬化能力，是指钢在淬成马氏体时所能够达到的最高硬度，它主要取决于钢的碳含量，确切地说，取决于淬火加热时奥氏体中的碳含量，与合金元素关系不大。奥氏体中固溶的碳含量越高，淬火后马氏体的硬度也越高，如图3-3所示。可见，淬硬性与淬透性是不同的，淬硬性高的钢，淬透性71第3章钢的淬火与回火不一定高，而淬硬性低的钢，淬透性不一定低。二、淬透性的意义及影响因素1．淬透性的实际意义图3