淬火介绍.wps

淬火介绍（1）钢的淬火淬火时将钢加热到Ac3或 Ac1以上，保温一定时间使其奥氏体化，再以大于临界冷却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火钢得到的组织主要是马氏体（或下贝氏体），此外，还有少量残余奥氏体及未溶的第二相。 淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。1、 淬火加热温度碳钢的淬火加热温度可利用 Fe-Fe3C 相图来选择。对于亚共析碳钢，适宜的淬火温度为 Ac3+3050，使碳钢完全奥氏体化，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。 对于过共析碳钢，适宜的淬火温度为 Ac1+3050。 淬火前先进行球化退火，使之得到粒状珠光体组织，淬火加热时组织为细小奥氏体晶粒和未溶的细粒状渗碳体，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布在马氏体基体上的细小粒状渗碳体组织。 对于低合金钢，淬火加热温度也根据临界点Ac1或Ac3来确定，一般为 Ac1或 Ac3以上 50100。 高合金工具钢中含有较多的强碳化物形成元素，奥氏体晶粒粗化温度高，故淬火温度亦高。2、淬火加热时间为了使工件各部分完成组织转变，需要在淬火加热时保温一定的时间，通常将工件升温和保温所需的时间计算在一起，统称为加热时间。影响淬火加热时间的因素较多，如钢的成分、 原始组织、 工件形状和尺寸、 加热介质、 炉温、装炉方式及装炉量等。钢在淬火加热过程中，如果操作不当，会产生过热、过烧或表面氧化、脱碳等缺陷。过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的现象。过热不仅使淬火后得到的马氏体组织粗大，使工件的强度和韧性降低，易于产生脆断，而且容易引起淬火裂纹。 对于过热工件，进行一次细化晶粒的退火或正火，然后再按工艺规程进行淬火，便可以纠正过热组织。过烧是指工件在淬火加热时，温度过高，使奥氏体晶界发生氧化或出现局部熔化的现象，过烧的工件无法补救，只得报废。（2）钢的表面淬火表面淬火是对工件表层进行淬火的工艺。 它是将工件表面进行快速加热，使其奥氏体化并快速冷却获得马氏体组织，而心部仍保持原来塑性、 韧性较好的退火、 正火或调质状态的组织。表面淬火后需进行低温回火，以减少淬火应力和降低脆性。 表面淬火可有效提高工件表面层的硬度和耐磨性，达到外硬内韧的效果，并可造成表面层压应力状态，提高疲劳强度，延长工件的使用寿命。1.感应加热表面淬火感应加热表面淬火法的原理如图 1-66（a）所示。把工件放入由空心铜管绕成的感应线圈中，当感应线圈通以交流电时，便会在工件内部感应产生频率相同、 方向相反的感应电流。感应电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。 涡流在工件截面上的分布是不均匀的，如图1-66（b）所示，表面电流密度最大，心部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。由于钢本身具有电阻，因而集中于工件表面的涡流，几秒种可使工件表面温度升至 8001000，而心部温度仍接近室温，在随即喷水（合金钢浸油）快速冷却后，就达到了表面淬火的目的。感应加热时，工件截面上感应电流密度的分布与通入感应线圈中的电流频率有关。 电流频率愈高，感应电流集中的表面层愈薄，淬硬层深度愈小。 因此可通过调节通入感应线圈中的电流频率来获得工件不同的淬硬层深度，一般零件淬硬层深度为半径的 110左右。 对于小直径（1020mm）的零件，适宜用较深的淬硬层深度，可达半径的 15，对于大截面零件可取较浅的淬硬层深度，即小于半径 110以下。2.火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火法是用乙炔一氧火焰（最高温度3200）或煤气一氧火焰（最高温度2000），对工件表面进行快速加热，并随即喷水冷却。淬硬层深度一般为 26mm。适用于单件小批量生产以及大型零件（如大型轴类、 模数齿轮等）的表面淬火。 火焰加热表面淬火的优点是设备简单，成本低，灵活性大。 缺点是加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定。3.激光加热表面淬火激光加热表面淬火是以高能量激光束扫描工件表面，使工件表面快速加热到钢的临界点以上，利用工件基体的热传导实现自冷淬火，实现表面相变硬化。激光加热表面淬火加热速度极度快（105106s），因此过热度大，相变驱动力大，奥氏体形核数目剧增，扩散均匀化来不及进行，奥氏体内碳及合金浓度不均匀性增大，奥氏体中碳含量相似的微观区域变小，随后的快冷（104s）中不同微观区域内马氏体形成温度有很大差异，产生细小马氏体组织。 由于快速加热，珠光体组织通过无扩散转化为奥氏体组织；由于快速冷却，奥氏体组织通过无扩散转化为马氏体组织，同时残余奥氏体量增加，碳来不及扩散，使过冷奥氏体碳含量增加，马氏体中碳含量增加，硬度提高。激光加热表面淬火后，工件表层获得极细小的板条马氏体和孪晶马氏体的混合组织，且位错密度极高，表层硬度比淬火低温回火提高 20，即使是低碳钢也能提高一定的硬度。激光淬火硬化层深度一般为 0.31mm，硬化层硬度值一致。随零件正常相对接触摩擦运动，表面虽然被磨去，但新的相对运动接触面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而不会发生常规表面淬火层由于接触磨损，磨损随之加剧的现象，耐磨性提高了 50，工件使用寿命提高了几倍甚至十几倍。激光加热表面淬火最佳的原始组织是调质组织，淬火后零件变形极小，表面质量很高，特别适用于拐角、 沟槽、 盲孔底部及深孔内壁的热处理，而这些部位是其它表面淬火方法极难做到的。（3）淬火处理的常见问题Ms 点随C%的增加而降低,淬火时，过冷奥氏体开始转变为马氏体的温度称之為 Ms 点，转变完成之温度称之为Mf 点。C%含量愈高，Ms 点温度愈降低。0.4%C 碳钢的 Ms 温度约為350左右，而0.8%C 碳钢就降低至约200左右。 淬火液可添加适当的添加剂 1、水中加入食盐可使冷却速率加倍：盐水淬火之冷却速率快，且不会有淬裂及淬火不均匀之现象，可称是最理想之淬硬用冷却剂。食盐的添加比例以重量百分比 10%为宜。 2、水中有杂质比纯水更适合当淬火液：水中加入固体微粒，有助於工件表面之洗净作用，破坏蒸气膜作用，使得冷却速度增加，可防止淬火斑点的发生。 因此淬火处理，不用纯水而用混合水之淬火技术是很重要的观念。 3、聚合物可与水调配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度调配出由水到油之冷却速率之淬火液，甚为方便，且又无火灾、污染及其他公害之虑，颇具前瞻性。 4、 干冰加乙醇可用於深冷处理溶液：将干冰加入乙醇中可产生-76之均匀温度，是很实用的低温冷却液。 （4）钢淬火冷却介质淬火冷却时，既要快速冷却以保证淬火工件获得马氏体组织，又要减少变形，防止裂纹产生。因此，冷却是关系到淬火质量高低的关键操作。1、理想淬火冷却速度 由共析钢过冷奥氏体等温转变曲线得知，要得到马氏体，淬火的冷却速度就必须大于临界冷却速度。 但是淬火钢在整个冷却过程中并不需要都进行快速冷却。 关键是在过冷奥氏体最不稳定的C 曲线鼻尖附近，即在650400的温度范围内要快速冷却。而从淬火温度到650之间以及400以下，特别是300200以下并不希望快冷。因为淬火冷却中工件截面的内外温度差会引起热应力。 另外，由于钢中的比容（单位质量物质的体积）不同，其中马氏体的比容最大，奥氏体的比容最小，因此，马氏体的转变将使工件的体积胀大，如冷却速度较大，工件截面上的内外温度差将增大，使马氏体转变不能同时进行而造成相变应力。 冷却速度越大，热应力和相变应力越大，钢在马氏体转变过程中便容易引起变形与裂纹。2、常用淬火介质 工件淬火冷却时，要使其得到合理的淬火冷却速度，必须选择适当的淬火介质。 目前生产中应用的冷却介质是水和油。当冷却介质为 20的自来水，工件温度在 200300时，平均冷却速度为450/s ；工件温度在 340时，平均冷却速度为775/s ；工件温度在 500650时，平均冷却速度为135/s 。因此，水的冷却特性并不理想，在需要快冷的 500650温度范围内，它的冷却速度很小，而在 200300需要慢冷时，它的冷却速度反而很大。水水是应用最早、 最广泛、 最经济的淬火介质，它价廉易得、 无毒、 不燃烧、 物理化学性能稳定、 冷却能力强。 通过控制水的温度、 提高压力、 增大流速、 采用循环水、 利用磁场作用等，均可以改善水的冷却特性，减少变形和开裂，获得比较理想的淬火效果。 但由于这些方法需增加专门设备，且工件淬火后性能不是很稳定，所以没有能得到广泛推广应用。 所以说。 纯水只适合于少数含碳量不高、淬透性低且形状简单的钢件淬火之用。 淬火油用于淬火的矿物油通常以精制程度较高的中性石蜡基油为基础油，它具有闪点高、 粘度低、 油烟少，抗氧化性与热稳定性较好，使用寿命长等优点，适合于作淬火油使用。 淬火油只使用于淬透性好、 工件壁厚不大、 形状复杂、 要求淬火变形小的工件。 淬火油对周围环境的污染大，淬火时容易引起火灾。影响淬火油冷却能力的主要因素是其粘度值，在常温下低粘度油比高粘度油冷却能力大，温度升高，油的流动性增加，冷却能力有所提高。 适当提高淬火油的使用温度，也能使油的冷却能力提高。 熔盐，熔碱这类淬火介质的特点是在冷却过程中不发生物态变化，工件淬火主要靠对流冷却，通常在高温区域冷却速度快，在低温区域冷却速度慢，淬火性能优良，淬透力强，淬火边形小，基本无裂纹产生，但是对环境污染大，劳动条件差，耗能多，成本高，常用于形状复杂，截面尺寸变化悬殊的工件和工模具的淬火。 熔盐有氯化钠，硝酸盐，亚硝酸盐等，工件在盐浴中淬火可以获得较高的硬度，而变形极小，不易开裂，通常用作等温淬火或分级淬火。 其缺点是熔盐易老化，对工件有氧化及腐蚀的作用。 熔碱有氢氧化钠，氢氧化钾等，它具有较大的冷却能力，工件加热时若未氧化，淬火后可获得银灰色的洁净表面，也有一定的应用。 但熔碱蒸气具有腐蚀性，对皮肤有刺激作用，使用时要注意通风和采取防护措施。 新型淬火介质及其应用有机聚合物淬火剂近年来，新型淬火介质最引人注目的 进展是有机聚合物淬火剂的研究和应用。 这类淬火介质是将有机聚合物溶解于水中，并根据需要调整溶液的浓度和温度，配制成冷却性能能满足要求的水溶液，它在高温阶段冷却速度接近于水，在低温阶段冷却速度接近于油。 其优点是无毒，无烟无臭，无腐蚀，不燃烧，抗老化，使用安全可靠，且冷却性能好，冷却速度可以调节，适用范围广，工件淬硬均匀，可明显减少变形和开裂倾向，因此，能提高工件的质量，改善工作环境和劳动条件，给工厂带来节能、 环保、 技术和经济效益。 目前有机聚合物淬火剂更在大批量、 单一品种的热处理上用得较多，尤其对于水淬开裂，变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂比淬火油更经济、 高效、 节能。 从提高工件质量、 改善劳动条件、 避免火灾和节能得角度考虑，有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向。有机聚合物淬火剂的冷却速度受浓度，使用温度和搅拌程度 3 个基本参数的影响。 一般来说，浓度越高，冷却速度越慢；使用温度越高，冷却速度越慢；搅拌程度越激烈，冷却速度越快。搅拌的作用很重要；1 使溶液浓度均匀；2加强溶液的导热能力从而保证淬火后工件硬度高且分布均匀，减少产生淬火软点和变形，开裂的倾向。 通过控制上述这些因素，可以调整有机聚合物淬火剂的冷却速度，从而达到理想的淬火效果。 一般来说，夏季使用的浓度可低些，冬季使用的浓度可高些，而且要有充分的搅拌。 有机聚合物淬火剂大多制成含水的溶液，在使用时可根据工件的特点和技术要求，加水稀释成不同的浓度，便可以得到具有多种淬火烈度的淬火液，以适应不同的淬火需要。 不同种类的有机聚合物淬火剂具有显著不同的冷却特性和稳定性，能适合不同淬火工艺需要。 目前世界上使用最稳定，应用面最广的有机聚合物淬火剂是聚烷二醇（PAG）类淬火剂。 这类淬火剂具有逆溶性，可以配成比盐水慢而比较接近矿物油的不同淬火烈度的淬火液，其浓度易测易控，可减少工件的变形和开裂，避免淬火软点的产生，使用寿命长，适合于各类感应加热淬火和整体淬火。