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钢的淬火与回火

一、钢的淬火
淬火：将钢加热到AC3或AC1以上某一温度，保温然后快速冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体和下贝低体，然后通过适当的回火，获得所需的力学性能。
（一）淬火工艺
1、加热温度的确定：根据钢的化学成分来选择
碳钢则根据WC来选择
1）亚共析钢：AC3+（30—100）℃
冷却理由：加热时，得到全部A，冷却后，得到M（A→M）
若低于AC3，得到A+F，冷却后得到M+F（A+F→M+F）
2）共析钢和过共析钢：AC1+（30—70）℃
加热后组织为：A+Fe3CⅡ（一般为来溶解的小颗粒）
冷却后组织为：M+Fe3CⅡ（粒状）+AR
粒状Fe3C可提高淬火钢硬度和耐磨性
为什么不和热到ACm以上呢？
∵①渗碳体全部溶解，则A的WC↑，使MS↓，AR↑，硬度↓
②使淬火后的M体粗大，脆性↑
2、加热时间的确定：
保证零件内外温度一致（热透），提高生产率
采用经验公式τ=αKD
α—加热系数min/mm
K—装炉修正系数D—工件有效厚度mm
3、冷却介质
1）冷却速度对淬火质量的影响
冷却速度要大于VK，以便保证得到M
冷却速度过大→引起大的内应力→零件变形或开裂
2）理想的冷却速度
在C曲线鼻尖处（650-500℃）冷却要快→保证过冷A不转变
在Ms附近（200—300℃）冷速要慢→避免变形或开裂
3）常用冷却介质
水：650—500℃及200—300℃冷速均快
易引起变形或开裂。一般用于碳钢
盐水、碱水：提高600-500℃的冷却能力
一般用于等温淬火或分级淬火
矿物油：冷却较慢，可能使一部分过冷A转变为P
一般用合金钢（∵过冷A较稳定）
（二）淬火方法
1、单介质淬火
碳钢——水；合金钢——油
2、双介质淬火
优点：得到高硬度，又减少变形和开裂
应用：1）形状较复杂的碳钢件——先水后油
水冷到400℃左右（丝丝声）再油汽
2）尺寸较大的合金钢件——先油后空
3、分级淬火
先在Ms附近保温2-5分钟（盐浴或溶炉中），然后油汽或空汽
优点：减少变形和开裂、内应力小
缺点：会出现部分P。
应用：用于复杂的小型碳钢件和合金钢件。
4、等温淬火
在略高于Ms（260-400℃）的温度中保温较长时间（半小时）
进行组织转变，然后空汽
优点：得到BF，综合力学性能好，内应力小
应用：用于WC＞0.6%的碳钢和合金钢的小型复杂件
（三）钢的淬透性
1、何谓钢的淬透性？
1）定义：钢在规定条件下淬火时，获得淬硬层深度的能力
2）淬硬层：得到50%以上马氏体的金属层，成分相同的钢、淬火条件相同、质量越大、淬硬层越薄P61图4-21
3）临界直径DC：钢在某种介质中淬火后，心部得到50%以上，马氏体组织的最大直径。
同一成分的钢，采用不同淬大介质冷却，得的DC不同，水淬比油淬的DC大
钢的DC越大、淬透性越好，合金钢比碳钢的淬透性好
2、影响淬透性的因素
钢的过汽A越稳定，淬透性越好
1）化学部分
WC越接近0.77%，淬透性越好。→∴共析钢比亚共析、过共析钢好大多数合金元素能提高钢的淬透性。→合金钢比碳钢的淬透性好。
2）加热温度和保温时间
提高加热温度和延长保温时间，可提高淬透性
但A晶粒粗大，力学性能变差
3、淬硬性
钢在理想条件下进行淬火能达到的最高硬度的能力
淬硬性主要取决于钢的WCP54图4-12
二、钢的回火
1、回火及其目的
1）回火：将淬火后的钢和热到Ac1以下某一温度，保温到组织转变后，冷却到室温的热处理工艺。
2）回火的目的
①减少或消除内应力，防止变形和开裂
②稳定组织，保证工件在使用时不发生形状和尺寸变化
③调整力学性能，适应不同零件的需要
2、淬火件为什么要回火？
∵淬火后得到的组织为M+AR
①M和AR都是亚稳态组织在一定条件下会自发转变为稳定组织
若淬火件不回火，则过一段时间后，M和AR发生转变——工件形状、尺寸发生变化
②淬火时、冷却速度快、工件存在较大的内应力，必须及时回火消除，以免变形、开裂
3、钢在回火时组织和性能的变化：四个阶段P62图4-22
1）马氏体分解，得到回火马氏体≤200℃
M回=M（过饱和程度低）+极细的片状碳化物
过饱和的碳以极细的片状碳化物形式从A中析出
内应力减少，硬度变化不大力学性能与回大温度关系P63图4-23
2）残余A转变200—300℃
得到B下或M回硬度稍下降
3）碳化物转变为细小颗粒状Fe3C300-400℃
铁素体基本内分布细小的颗粒状Fe3C叫做回火托氏体
内应力基本消除，硬度下降，塑性和韧性提高
4）Fe3C聚集长大为细小球状渗碳体＞400℃
铁素体基本内分布细小的球状渗碳体叫做回火索氏体
内应力完全消除，具有良好的综合力学性能
钢的回火力学性能与温度的关系见P63图4-23
4、回火种类及应用
1）低温回火15