热处理基础知识总结.doc

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1、热处理基础知识总结热处理基础知识总结热处理工艺有哪些1.退火操作方法：将钢件加热到Ac3+3050度或Ac1+3050度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。2.正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm以上3050度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加

2、工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。3.淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之

3、零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。4.回火操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230280度、不锈钢在

4、400450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。5.调质操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高1020度的温度，保温后进行淬火，然后在400720度的温度下进行回火。目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；2.减小淬火时的变形和开裂；3.获得良好的综合力学性能。应用要点：1.适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；2.不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件，如丝杠等的预先热处理，以减小变形。6.时效操作方法：将钢件加热到80200度，保温520小时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。目的：1.稳定钢件淬火后的组织，减小存

5、放或使用期间的变形；2.减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。应用要点：1.适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。7.冷处理操作方法：将淬火后的钢件，在低温介质（如干冰、液氮）中冷却到6080度或更低，温度均匀一致后取出均温到室温。目的：1使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体，从而提高钢件的硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；2稳定钢的组织，以稳定钢件的形状和尺寸。应用要点：1钢件淬火后应立即进行冷处理，然后再经低温回火，以消除低温冷却时的内应力；2冷处理主要适用于合金钢制的紧密刀具、量具和紧密零件。8火焰加热表面淬火

6、操作方法：用氧乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到钢件表面上，快速加热，当达到淬火温度后立即喷水冷却。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持韧性状态。应用要点：1多用于中碳钢制件，一般淬透层深度为26mm；2适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。9感应加热表面淬火操作方法：将钢件放入感应器中，使钢件表层产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部保持韧性状态。应用要点：1多用于中碳钢和中堂合金结构钢制件；2由于肌肤效应，高频感应淬火淬透层一般为12mm，中频淬火一般为35mm，高频淬火一般大于10mm10渗碳操

7、作方法：将钢件放入渗碳介质中，加热至900950度并保温，使钢件便面获得一定浓度和深度的渗碳层。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍然保持韧性状态。应用要点：1用于含碳量为015025的低碳钢和低合金钢制件，一般渗碳层深度为0525mm；2渗碳后必须进行淬火，使表面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。11氮化操作方法：利用在5600度时氨气分解出来的活性氮原子，使钢件表面被氮饱和，形成氮化层。目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。应用要点：多用于含有铝、铬、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁，一般氮化层深度为002508mm12氮碳共渗操作方法：向钢件表面同

8、时渗碳和渗氮。目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。应用要点：(1)多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢制件，一般氮化层深0023mm；(2)氮化后还要淬火和低温回火。金属材料及热处理培训资料（技师）1.金属材料的力学性能包括哪些？答：力学性能包括：强度、刚度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度。2.什么是疲劳现象？如何提高疲劳极限？答：疲劳现象：机械零件在交变应力作用下，虽然所承受的应力低于材料的屈服点，但经过长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象。提高疲劳极限的方法：1）.在零件结构设计中尽量避免尖角、缺口和截面突变。2）.提高零件表面加工质量。3）.对材料表面进行强

9、化处理。3.什么是加工硬化？它有哪些利弊？答：加工硬化：随着塑性变形程度的增加，金属材料的强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。优点：是强化金属材料的手段；是工件能够成型的重要因素。缺点：给再次成型造成困难；耐蚀性下降。4.掌握碳钢及合金钢的分类和牌号含义。5.合金元素在钢中的主要作用有哪些？答：（1）强化铁素体；（2）形成合金碳化物；（3）细化晶粒；（4）提高钢的淬透性；（5）提高钢的回火稳定性。6.高速钢的主要特性是什么？答：高速钢具有高硬度、高耐磨性和高红硬性。当其切削刃的温度在600以下时，仍能保持其高硬度和高耐磨性。7.铸铁有哪些性能特点？答：1.优良的切削加工性；2.铸造性能好；

10、3.减磨性及耐磨性很高；4.优异的消振性；5.低的缺口敏感性。8.掌握铸铁的分类和牌号含义。9.常规热处理方法有哪四种？它们的目的是什么？答：10.什么是调质处理？目的是什么？哪类钢适合进行调制处理？答：淬火+高温回火的热处理工艺称为调质处理。目的：为了获得材料良好的综合力学性能。调质处理适合用于中碳钢。11.工厂常用的防锈方法有哪些？答：浸防锈油油封；吹砂；惰性气体封存；喷漆；氧化处理。12.淬火易产生哪些缺陷？答：过热和过烧；氧化和脱碳；变形和开裂；硬度不足；软点。13.为什么铝合金广泛用于航空工业生产？答：因为纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72)，熔点低(660.4),导电、导热性

11、能优良。耐大气腐蚀，易于加工成形。具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。而铝合金既具有高强度又保持纯铝的优良特性。14.钛及其钛合金有哪些性能特点？答：纯钛密度小，熔点高,比强度高，塑性、低温韧性和耐蚀性好。纯钛加入合金元素形成钛合金。钛合金几乎都含有铝。铝能提高钛合金的强度、比强度和再结晶温度.扩展阅读：热处理基础知识最后总结热处理基础知识一、热处理钢的热处理是根据钢在固态下组织转变的规律，通过不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，达到改善钢材性能的一种热加工工艺。二、热处理的作用正确的热处理工艺不仅仅可以改善钢材的工艺性能和使用性能，还可以消除钢材经铸造、锻造、焊接等热加工工艺

12、造成的各种缺陷，细化颗粒，消除偏析，降低内应力，使组织和性能更加均匀。三、钢的临界温度由FeFe3C相图可知，共析钢在加热和冷却过程中经过PSK线（A1）时，发生珠光体（P）与奥氏体（A）之间的转变；亚共析钢经过GS线（A3）时，发生铁素体（F）与奥氏体（A)之间的相互转变；过共析钢经过ES线（Acm）时，发生渗碳体（Fe3C）与奥氏体（A）之间的相互转变。A1、A3、Acm称为碳素钢加热和冷却过程中组织转变的临界温度。四、钢在加热时的组织转变为了使钢在热处理后获得所需要的组织和性能，大多数热处理工艺都必须先将钢加热到临界温度以上，获得奥氏体组织，然后在以适当的方式（或速度）冷却，以获得所要的

13、组织和性能。通常把钢加热获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。五、奥氏体的形成过程（一）共析钢的奥氏体形成过程共析钢在室温的平衡组织是单一的珠光体，珠光体是铁素体和渗碳体的两相混合物。若共析钢的原始组织为片状的珠光体，当加热至Ac1以上温度保温，将全部转变为奥氏体。奥氏体的形成过程包括碳的扩散重新分布和铁原子扩散使铁素体向奥氏体的晶格重组。(1)共析钢由珠光体到奥氏体的转变包括四个阶段：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解和奥氏体均匀化。（2）奥氏体晶核通常优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成。这是因为在相界面上碳浓度分布不均匀，位错密度较高、原子排列不规则，处于能量较高的状态，所以容易达到奥

14、氏体形核时所需要的密度起伏、结构起伏和能量起伏（二）亚（过）共析钢的奥氏体形成过程亚（过）共析钢中，除了珠光体外，还有先共析铁素体（或渗碳体），当加热到AC1温度时，珠光体先转变为奥氏体，然后随着加热温度的升高，先共析铁素体（或渗碳体）逐渐向奥氏体转变，当温度超过AC3（或ACCM），并保温足够的时间。才能获得均匀的单相奥氏体。六、影响奥氏体形成速度的因素奥氏体的形成是通过形核和长大过程进行的，整个过程受原子扩散控制。因此，一切影响原子扩散、奥氏体形核与长大的因素都影响奥氏体的转变速度。外因主要有加热温度和速度。内因主要有钢的化学成分和原始组织影响。七、奥氏体的晶粒大小及其影响因素（1）奥氏体

15、晶粒度将钢加热到相变点（亚共析钢为AC3，过共析钢为AC1或ACCM)以上某一温度并保温给定时间所得到的奥氏体晶粒大小称为奥氏体晶粒度。奥氏体晶粒度一般分为八个标准等级，1-4级为粗晶粒，5-8为细晶粒，超过8级为超细晶粒。根据奥氏体的形成过程和晶粒长大情况，奥氏体晶粒度可分为：起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度。（2）影响奥氏体晶粒长大的因素奥氏体实际晶粒的大小主要取决于升温或保温过程中奥氏体晶粒长大的倾向。奥氏体晶粒长大基本上是一个奥氏体晶界迁移的过程，其实质是原子在晶界附近的扩散过程。所以一切影响原子扩散迁移的因素都能影响奥氏体晶粒长大。加热温度和保温时间加热速度含碳量合金元素八、钢在冷

16、却时的组织转变(1)过冷奥氏体等转变图在临界温度A1以下处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。奥氏体冷至临界温度A1以下的转变称为钢额冷却转变。通过热分析、膨胀分析、磁性分析和金相分析等方法，测出在不同温度下过冷奥氏体发生相变的开始时刻和终了时刻，并把它们标在温度-时间坐标上，然后把所有转变开始和终了点分别连接起来，就可得到该钢种的过冷奥氏体等温转变图，也称TTT（或C）曲线。上图所示的是共析钢的C曲线，A1线是奥氏体向珠光体转变的临界温度；左边一条C形曲线为过冷奥氏体转变开始线；右边一条C形曲线为过冷奥氏体转变终了线。Ms和Mf线分别是过冷氏体向马氏体转变的始线和终了线。等温条件下不能获得马

17、氏体，只有在连续冷却条件下才可能获得马氏体。A1线以上是奥氏体稳定区；A1线以下、Ms线以上、过冷奥氏体转变始线以左.是过冷氏体区：过冷奥氏体转变始线和终了线之间是过冷奥氏体和转变产物的共存区；过冷奥氏体转变终了线以右是转变产物区；Ms线以下是马氏体区（或者叫马氏体与残余氏体共存区）。共析钢的过冷奥氏体在三个不同的温度区间.可以发生三种不同的转变：在A1点至C曲线鼻尖区间发生高温转变.其转变产物是珠光体（P），故又称为珠光体型转变；在C曲线箅尖至Ms线区间发生中温转变，其转变产物是贝氏(B),故又称为贝氏体型转变（包括上贝氏体B上和下贝氏体B下);在Ms至Mf线之间的转变，称为低温转变，其转变

18、产物是马氏体（M),故又称为马氏体型转变。（2）过冷奥氏体等转变产物的织与性能A、珠光体型转变以共析钢为例，过冷奥氏体在A1550C温度范围内等温转变.将形成珠光体型的组织，其组织特征为层片状，并且随着转变温度的降低，珠光体中的铁素体和渗碳体的层片越来越薄，组织越细密。一般把A1650C温度范围形成的层片组织称为珠光体,用符号P表示，它的硬度较低，小于25HRC;在650600C温度范围形成的细片状珠光体，称为索氏体.用符号S表示.它的硬度较高，达2535HRC；在600550C温度范围形成的更细的层片状珠光体.称为托氏体，只有在电子显微镜下才能分辨出其层片状.用符号T表示，它的硬度更高，达3

19、540HRC。由此可见，片状珠光体的性能主要取决于层片间距离。层片间距离越小，珠光体的塑性变形抗力越大，强度和硬度越高.同时塑性和韧性也有所改善。需要说明.在一般情况下，过冷氏体分解成珠光体类组织时，其渗碳体呈片状.但片状组织在A1附近的温度范围内保温足够长的时间时.片状的渗碳体将会球化.这时转变产物为粒状珠光体。对于相同成分的钢，粒状珠光体比片状珠光体具有较少的界面.因而其硬度、强度较低，但塑性、韧度较高。粒状珠光体常常是高碳钢切削加工前所要求的组织状态。B、贝氏体型转变共析钢上贝氏体约在550350C温度范围形成。在光学显微镜可明显看到成束的自晶界内部生成的铁索体条.它的分布具有羽毛状特征

20、。共析钢下贝氏体约作350CMs温度范围形成，由于下贝氏体易受浸蚀.在光学显微镜下，呈黑色针状特征。贝氏体的转变特点是：当转变温度稍高时，先形成过饱和的铁索体，铁素体呈密集而平行排列的条状生长，随后铁素体中的部分C原子扩散迁移到条间的奥氏体中，使奥氏体析出不连续的短杆状的碳化物，这种组织称为上贝氏体。当转变温度较低时，先形成过饱和铁素体，呈针片状。由于转变温度低，C原子扩散很困难，只能在过饱和的铁索体内作短程迁移、聚集，结果形成与铁索体片长轴呈5565度的夹角的碳化物小片，这种组织称为下贝氏体。C、马氏体型转变马氏体的组织型态钢中马氏体组织形态主要有两种类型，一类是板条状马氏体，另一类是针片状

21、马氏体。板条状马氏体的立体形态呈细长板条状。显微组织呈一束束的细条状组织，每束内条与条之间大致平行排列，束与束之间有较大的晶格位向差，在一个奥氏体晶粒内可以形成几个位向不同的马氏体束。在透射电镜下，马氏体板条内的亚结构是高密度的位错，因而也称为位错马氏体。针状马氏体的立体形态呈双凸透镜状，显微组织为针片状，是立体形态的截面。片与片之间有较大的位相差。在一个奥氏体晶粒内，先形成的马氏体片横贯奥氏体晶粒，但不能穿越晶界，后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片也就越小。显然，奥氏体晶粒越细，马氏体片的尺寸也就越小。在透射电镜下，针片状马氏体的亚结构主要是孪晶，因而这种马氏

22、体又称孪晶马氏体。马氏体的形态主要取决于碳的质量分数。当碳的质量分数小于0.2时，马氏体转变后的组织全部是板条马氏体；当碳的质量分数高于1时.则几乎全部是针片状马氏体；碳的质量分数介于0.21之间时是板条马氏体和针状马氏体的混合组织。马氏体的塑性和韧性主要取决于碳的饱和度与亚结构。板条马氏体塑形和韧性相当好，其主要原因是：碳在马氏体中过饱和程度小，晶格畸变小，残余应力小；板条马氏体亚结构为错位。高碳片状马氏体的塑形和韧性都很差，其主要原因是：碳在马氏体中过饱和程度大，晶格畸变严重，残余应力大；片状马氏体的亚结构主要是孪晶。马氏体的转变特点马氏体转变是在较低的温度下进行的，因而具有一系列的特点，

23、主要如下：无扩散性变温形成速长大马氏体转变的不完全性(2）过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体连续冷却转变图的分析由图2.23可见，当冷却速度很小时，转变的过冷度很小，转变始和结束所需的时间很长。冷却速度加大，则转变温度降低，过冷度加大，转变开始和结束的时间缩短。而且冷却速度越大，转变所经历的温度区间也越宽。图中的KK线为转变的中止线，表示冷却曲线与此线相交时，转变并未最后完成，但过冷奥氏体已停止分解，剩余部分将冷却到更低温度下发生马氏体转变。但当冷却速度大于通过K点的冷却速度Vk时，过冷奥氏体将不发生珠光体转变。冷却速度小于通过K点的冷却速度Vk时，过冷奥氏体全部转变成为珠光体，而不发生马氏体

24、转变。当冷却速度大于Vk而小于Vk时，过冷奥氏体将部分发生珠光体转变，其余部分发生马氏体转变。九、钢的加热（1）加热的目的和要求评定加热质量好坏一般有以下几方面的指标：奥氏体的碳浓度与合金浓度；奥氏体的成分均匀性；奥氏体的晶粒度；第二相的数量、大小和分布；表面氧化、脱碳或增碳的程度；变形开裂的程度。不同钢种、不同工件、不同的热处理工艺，对上述指标的要求是不同的。例如，淬火加热时.要求奥氏体的碳浓度要适当，合金浓度尽可能.成分越均匀越好，晶粒越细小越好。亚共析钢中通常不允许有未溶铁素体存在，共析钢、过共析钢中未溶碳化物数量要适当.越细小、均匀分布越好。不允许有表面化、脱碳或增碳现象.不允许发生裂

25、，要严防变形。（2）加热速度的选择塑性高的钢材加热速度可大一些，反之，脆性大的钢材加热速度应相对减小。导热性差的钢（如铬钢、高速钢等）应采用较小的加热速度。对大尺寸工件应采用较小的加热速度。形状复杂、截面相差悬殊的工件加热速度宜小一些。若加热前工件存有较大的残余应力，当加热产生的热应力与内应力方向一致时，易导致工件变形开裂，故加热速度应小一些。（3）钢加热时常见的缺陷在实际热处理生产中，由于钢的加热不当，容易引起许多热处理的质量问题，因此必须研究钢在加热过程中产生的缺陷及其防止措施。钢加热时常见的缺陷有欠热、过热、过烧、氧化、脱碳以及变形开裂等几种。欠热、过热和过烧都是加热时的组织缺陷，它们都

26、因加热不当形成非正常组织，导致材料的性能下降，甚至报废。欠热钢在加热时，由于加热温度过低或者加热时间过短，造成未充分奥氏体化而引起的组织缺陷，称为欠热，也叫加热不足。亚共析钢淬火时，由于欠热，织中残存一些铁素体，钢淬火后出现软点或硬度不均匀现象。过共析钢淬火时，由于欠热，组织中出现较多未溶碳化物，使得基体的碳浓度不够，造成钢淬火后硬度不足，并且由于奥氏体中合金浓度不够而淬进层深度不够。过热钢在加热时，由于加热温度过高或者加热时间过长，引起奥氏体晶粒粗大而产生的组织缺陷，称为过热。过热使钢的力学性能显著降低，严重影响钢的冲击韧度，而且还易引起淬火变形和开裂。另外，有时还易于促使工件在冷却过程中形

27、成魏氏组织，这种组织的力学性能比一般的粗大晶粒还要差。过烧钢在加热时，由于加热温度过高，造成晶界氧化或局部熔化的组织缺陷，称为过烧。过烧不仅奥氏体晶粒剧烈粗化，而且晶界也被严重氧化甚至局部熔化，造成工件报废。氧化和脱碳钢的氧化分为两种，一种是表面氧化，在钢的表面生成氧化膜；另一种是内氧化，在一定深度的表面层中发生晶界氧化。表面氧化影响工件的尺寸，内氧化影响工件的性能。变形与开裂热处理在加热过程中有变形和开裂的倾向，其主要原因是：工件在加热过程中，由于不同部位存在温差，从而产生热应力而致使工件变形与开裂。同时也与工件的装炉方式有一定关系。工件的加热速度较大，而工件材料的导热性又差，则会造成工件的

28、表面与心部温差较大，导致产生较大的热应力；工件形状复杂，厚薄相差悬殊时，若加热工艺不合理，容易导致热应力集中。当工件中的热应力超过工件材料的屈服强度时，将导致工件开裂。防止工件变形、开裂的常用措施为：对形状复杂、截面厚薄相差悬殊及导热性差的材料，应尽可能减缓加热速度；对大截面、存在较大残余内应力的铸、锻件，一般采用分段预热式加热；另外还应采用合理的装炉方式，例如，螺旋圆柱弹簧不宜竖立放置加热，长轴最好悬挂状态加热，薄壁零件不宜堆放加热等。十、钢的淬火（1）淬火的定义与目的将钢加热到临界点Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界淬火

29、速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。（2）钢件在有物态变化的淬火介质中冷却时，其冷却过出一般分为以下三个阶段：蒸汽膜阶段沸腾阶段对流阶段（3）钢的淬透性淬硬性和淬透性是表征钢材接受淬火能力大小的两项性能指标，它们也是选材、用材的重要依据。（一）淬硬性与淬透性的概念淬硬性淬硬性是钢在理想条件下进

30、行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。决定钢淬硬性高低的主要因索是钢的含碳量，更确切地说是淬火加热时固溶在奥氏体中的含碳量，含碳量越离，钢的淬硬性也就越高。而钢中合金元素对淬硬性的影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。淬透性淬透性是指在定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它是钢材固有的一种属性。淬透性实际上反映了钢在淬火时，奥氏体转变为马氏体的容易程度。它主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关，或者说与钢的临界淬火冷却速度有关。还应指出：必须把钢的淬透性和钢件在具体淬火条件下的有效淬硬深度区分开来。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素

31、，而与外部因素无关；而钢的有效淬硬深度除取决于钢材的淬透性外，还与所采用的冷却介质、工件尺寸等外部因索有关，例如在同样奥氏体化的条件下，同一种钢的淬透性是相同的，但是水淬比油淬的有效淬硬深度大，小件比大件的有效淬硬深度大，这决不能说水淬比油淬的淬透性。也不能说小件比大件的淬透性高。可见评价钢的淬透性，必须排除工件形状、尺寸大小、冷却介质等外部因素的影响。另外，由于淬透性和淬硬性也是两个概念，因此淬火后硬度的钢，不一定淬透性就；而硬度低的钢也可能具有很的淬透性。（二）影响淬透性的因素钢的淬透性取决于奥氏体的稳定性。凡是能提高过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移,从而降低临界冷却速度的因素，都能提钢的

32、淬透性。奥氏体的稳定性主要取决于它的化学成分、晶粒大小和成分均匀性，这些与钢的化学成分和加热条件有关。（三）淬透性的定方法钢的淬透性的测定方法很多，常用的有临界直径测定法和端淬试验法。(1)临界直径定法钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以Dc表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上沿直径分布的硬度U曲线，从中找出中心恰为半马氏体组织的画棒，该圆棒直径即为临界直径。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。(2)端淬试验法端淬试验法是用标准尺寸的端淬试样（25mm100mm)，经奥氏体化后，在专用设备上对其一端面喷水冷

33、却，冷却后沿轴线方向测出硬度-距水冷端距离的关系曲线的试验方法。端淬试验法是猁定钢的淬透性的方法之一，其优点是操作简便，适用范围广。（四）淬火应力、变形及开裂1、淬火时工件的内应力工件在淬火介质中迅速冷却时，由于工件具有一定尺寸，热传导系数也为一定值，因此在冷却过程中工件内沿截面将产生一定温度梯度，表面温度低，心部温度高，表面和心部存在着温度差。在工件冷却过程中还伴随着两种物理现象：一是热膨胀，随着温度下降，工件线长度将收缩；另一个是当温度下降到马氏体转变点时发生奥氏体向马氏体转变，这将使比体积增大。由于冷却过程中存在着温差，因而沿工件截面不同部位热膨胀量将不同，工件不同部位将产生内应力；由于

34、工件内温差的存在，还可能出现温度下降快的部位低于点，发生马氏体转变，体积胀大，而温度的部位尚高于点，仍处于奥氏体状态，这不同部位由于比体积变化的差别，也将产生内应力。因此，在淬火冷却过程中可能产生两种内应力：一种是热应力；另一种是组织应力。根据内应力的存在时间特性还可分为瞬时应力和残余应力。工件在冷却过程中某一时刻所产生的内应力叫瞬时应力；工件冷却终了，残存于工件内部的应力称为残余应力。（1）热应力热应力是指工件在加热（或冷却）时，由于不同部位的温度差异，而导致热胀（或冷缩）的不一致所引起的应力。现以一实心圆柱体为例，说明其冷却过程中内应力的形成及变化规律。这里仅讨论其轴向应力。冷却刚开始时，

35、由于表面冷却快，温度低，收缩多，而心部则冷却悝，温度，收缩小，表里相互牵制的结果，就在表层产生了拉应力，心部则承受着压应力。随着冷却的进行，表里温差增大，其内应力也相应增大，当应力增大到超过该温度下的屈服强度时，便产生了塑性变形。由于心部的渥度于表层，因而总是心部先行沿轴向收缩。塑性变形的结果，使其内应力不再增大。冷却到一定时间后，表层温度的降低将逐渐减慢，则其收缩量也逐渐减小。而此时心部则仍在不断收缩，于是表层的拉应力及心部压应力将逐渐减小，直至消失。但是随着冷却的继续进行，表层湿度越来越低，收缩量也越来越少，甚至停止收缩。而心部由于温度尚高，还要不断地收缩，最后在工件表层形成压应力，而心部

36、则为拉应力，但由于温度已低，不易产生塑性变形，所以这应力将随冷却的进行而不断增大，并最后保留于工件内部，成为残余应力。由此可见，冷却过程中的热应力开始是使表层受拉，心部受压，而最后留下的残余应力则是表层受压，心部受拉。综上所述，淬火冷却时产生的热应力是由于冷却过程中截面温度差所造成的，冷却速度越大，截面温差越大，则产生的热应力越大。在相同冷却介质条件下.工件加热温度越高、尺寸越大、钢材热传导系数越小，工件内温差越大，热应力越大。工件若在高温时冷却不均匀，将会发生扭曲变形。工件若在冷却过程中产生的瞬时拉应力大于材料的抗拉强度时，将会产生淬火裂纹。（2）相变应力相变应力是指热处理过程中由于工件各部

37、位相转变的不同时性所引起的应力，又称组织应力。淬火快冷时，当表层冷至Ms点，即产生马氏体转变，并引起体积膨胀。但由于受到还没进行转变的心部的阻碍，使表层产生压应力，而心部则为拉应力，应力足够大时，即会引起变形。当心部冷至Ms点时，也要进行马氏体转变，并体积膨胀，但由于受到已经转变的塑性低、强度高的表层的牵制，因此其最后的残余应力将呈表面受拉，心部受压。由此可见，相变应力的变化情况及最后状态，恰巧与热应力相反。而且由于相变应力产生于塑性较低的低温下，此时变形困难，所以相变应力更易于导致工件的开裂。影响相变应力大小的因素很多，钢在马氏体转变温度范围的冷却速度越快、钢件的尺寸越大、钢的导热性越差、马

38、氏体的比体积越大，其相变应力就越大。另外，相变应力还与钢的成分、钢的淬透性有关，例如，高碳合金钢由于含碳量高而增大马氏体的比体积，这本应增加钢的相变应力，但随着含碳量升高而使Ms点下降，又使淬火后存在着大量残余奥氏体，其体积膨胀量减小，残余应力就低。2、淬火时工件的变形淬火时，工件发生的变形主要有两类：一类是工件几何形状的变化，它表现为尺寸及外形的变化，常称为翘曲变形，是淬火应力所引起的；另一类是体积变形，它表现为工件体积按比例胀大或缩小，是相变时的比体积变化所引起的。翘曲变形又包括形状变形和扭曲变形。扭曲变形主要是加热时工件在炉内放置不当，或者淬火前经变形校正后没有定型处理，或者是由于工件冷

39、却时工件各部位冷却不均匀所造成的。这种变形可以针对具体情况分析解决。下面主要讨论体积变形和形状变形。(1)淬火变形的原因及其变化规律组织转变引起的体积变形工件在淬火前的组织状态一般为珠光体型，即铁素体和渗碳体的混合组织，而淬火后为马氏体型组织。这些组织的比体积不同，将引起淬火前后体积变化，从而产生变形。但这种变形只按比例使工件胀缩，因而不改变工件形状。另外，热处理后组织中的马氏体量越多，或者马氏体中含碳量越高，则其体积膨胀就越多，而如残余奥氏体量越多，则体积膨胀就越少。因此热处理时可以通过控制马氏体和残余氏体的相对含量来控制其体积变化，如控制得当，可使其体积不膨胀，也不缩小。热应力引起的形状变

40、形热应力引起的变形发生在钢件屈强度较低、塑性较高、而表面冷却快、工件内外温差最大的温区。此时瞬时热应力为表面张应力和心部压应力，由于这时心部温度高，屈服强度比表面低得多，因此表现为在多向压应力作用下的变形，即立方体向呈球形方向变化。其结果是尺寸较大的一方缩小，而尺寸较小的一方则胀大。例如长圆柱体长度方向缩短，直径方向胀大。组织应力引起的形状变形组织应力引起的变形也产生在早期组织应力最大的时刻。此时截面温差较大，心部温度较，仍处于奥氏体状态，塑性较好，屈服强度较低。瞬时组织应力是表面压应力和心部拉应力。因此变形表现为心部在多向拉应力作用下的拉长，其结果是在组织应力作用下，工件中尺寸较大的一方伸长

41、，而尺寸较小的一方缩短。例如长圆柱体组织应力引起的变形是长度伸长，直径缩小。表5.3为各种典型钢件的淬火变形规律。（2）影响淬火变形的因素影响悴火变形的因素主要为钢的化学成分、原始组织、零件的几何形状及热处理工艺等。3、淬火裂纹零件产生裂纹主要发生在淬火冷却的后期，即马氏体相变基本结束或完全冷却后，因零件中存在的拉应力超过钢的断裂强度而引起脆性破坏。裂纹通常垂直于最大拉伸变形方向，因此零件产生不同形式的裂纹主要取决于所受的应力分布状态。常见的淬火裂纹的类型：纵向（轴向）裂纹主要在切向的拉伸应力超过该材料的断裂强度时产生；当在零件内表面形成的大的轴向拉应力超过材料断裂强度时形成横向裂纹；网状裂纹

42、是在表面二向拉伸应力作用下形成的；剥离裂纹产生在很薄的淬硬层内，当应力发生急剧改变并在径向作用着过大拉应力时将可能产生这种裂纹。纵向裂纹纵向裂纹又称轴向裂纹，如图5.9所示。裂纹产生于零件表层附近最大拉应力处，并裂向心部有一定深度，裂纹走向一般平行轴向，但零件存在应力集中时或存在内部组织缺陷时也可改变走向。工件完全淬透后，容易产生纵向裂纹，这与淬透工件表层存在较大切向拉应力有关，并随钢的含碳量提，形成纵向裂纹的倾向增大。低碳钢因马氏体比体积小，而且热应力作用强，表面存在着很大的残余压应力，故不易淬裂，随着含碳量提高，表层压应力减小，组织应力作用增强，同时拉应力峰值移向表面层，因此，高碳钢在过热

43、情况下易形成纵向淬裂。零件尺寸直接影响残余应力大小及分布，其淬裂倾向也不同。在危险截面尺寸范围内淬火也很容易形成纵向裂纹。此外，钢的原材料块陷也往往造成纵向裂纹。由于大多数钢件是由轧制成材的，钢中非金屑夹杂物、碳化物等沿着变形方向分布，致使钢材各向异性。如工具钢存在带状组织，淬火后其横向的断裂强度比纵向小3050外，如果钢中存在非金屑夹杂物等导致应力集中的因索，即使在切向应力比轴向应力小的情况下也容易形成纵向裂纹。为此，严格控制钢中非金属夹杂物、化糖级别是防止淬火裂纹的重要因素。(2)横向裂纹和弧形裂纹横向裂纹和弧形裂纹的内应力分布特征是：表面受压应力，离开表面一定的距离后，压应力变为很大的拉

44、应力，裂纹产生在拉应力的蜂值区域内，然后当内应力重新分布或钢的脆性进一步增加时才蔓延到零件表面。横向裂纹常发生在大型的轴类零件上，如轧辊，汽轮机转子或其他轴类零件。其裂纹特点是垂直于轴线方向，由内往外断裂，往往在未淬透情况下形成，属于热应力所引起。大锻件往往存在着气孔、夹杂物、锻造裂缝和白点等冶金缺陷，这些缺陷作为断裂的起点，在轴向拉应力作用下断裂。弧形裂缝诅是由热应力引起的，通常在零件形状突变的部位以弧形分布。主要产生于工件内部或尖锐棱角、凹槽及孔洞附近，呈弧形分布，如图5.10所示，当直径或厚度为80100mm以上的高碳钢制件淬火没有淬透时，表面呈压应力，心部呈拉应力，在淬硬层至非淬硬层的

45、过渡区，出现最大拉应力，弧形裂纹就发生在这些区域。另外在尖锐棱角处的冷却速度快，全部淬透，在向平缓部位过渡时，也就是向未淬硬区过渡，此处出现最大拉应力区，因而容易产生弧形裂纹。工件的销孔、凹槽或中心孔附近的冷却速度较慢，相应的淬硬层较薄，在淬硬过渡区附近拉应力也易引起弧形裂纹。网状裂纹网状裂纹又称表面龟裂，是一种表面裂纹，如图5.11所示。裂纹的深度较浅，一般在0.011.5mm左右。这种裂纹的主要特征是：裂纹具有的任意方向与零件的外形无关。许多裂纹相互连接构成网状，且分布较广。当裂纹深度较大时，如达到1mm以上，网状特征消失，变成任意取向或纵向分布的裂纹。网状裂纹与表面受两向拉应力状态有关。

46、表面具有脱碳层的碳或渗碳钢零件，淬火时容易形成网状裂纹。这是由于表层比内层的马氏体含碳低，比体积小，淬火时使联碳的表层受到拉应力作用。在机械加工中未完全除去脱磷层的零件在高或火焰表面淬火时也会形成网状裂纹，为避免此类裂纹应严格控制零件表面质量，热处理时应尽量防止氧化雎接现象。另外，锻模使用一定时间后，型腔中出现的成条排列或网状的热疲劳龟裂以及淬火零件在磨削过程中的裂纹均属于这种形式。(4)剥离裂纹剥离裂纹产生在表层很窄的区域内，其轴向和切向作用着压应力，径向为拉应力状态，裂纹平行于零件表面，图5.12为剥离裂纹的应力状态示意图，表面淬火和渗碳零件冷却后发生硬化层的剥落均属于此类裂纹。它的产生与

47、硬化层内组织不均匀有关，例如合金渗碳钢以一定速度冷却后，其渗碳层内的组织为：外层极细珠光体碳化物，次层为马氏体残余奥氏体，内层为细珠光体或极细珠光体组织。由于次层马氏体的形成比体积最大，体积膨胀的结果使表层的轴向、切向作用着压应力,径向为拉应力，并向内部发生应力突变，过渡为压应力状态，剥离裂纹产生在应力急剧过渡的极薄区域内。一般情况下，裂纹潜伏在平行于表面的内部，严重时造成表面剥落。若加快或减馒渗碳件的冷速，使渗碳层内获得均匀一致的马氏体组织或极细珠光体组织，可防止这类裂纹的产生。此外，频或火焰表面淬火时，常因表面过热，沿硬化层的组织不均匀性也容易形成这类表面裂纹。(5)显微裂纹显微裂纹与前述

48、四种裂纹不同，它是由显微应力造成的。高碳工具钢或渗碳工件淬火过热再经磨削后出现的沿晶裂纹，以及淬火零件不及时回火引起的裂纹都与钢中存在显微裂纹并随之扩张有关。显微裂纹须在显微镜下检查，其通常在原奥氏体晶界处或马氏体片的交界处产生，有的裂纹穿过马氏体片。研究表明，显微裂纹多见于片状孪晶马氏体中，原因是片状马氏体在速长大时相互撞击产生很高的应力，而孪晶马氏体本身性脆，不能产生塑性变形使应力松弛，因而易产生显微裂纹。奥氏体晶粒粗大，产生显微裂纹的敏感性增大，钢中存在显微裂纹会显著降低淬火零件的强度和塑性，从而导致零件早期破坏（断裂。避免高碳钢零件的显微裂纹，可采取较低的淬火加热温度、获得细小马氏体组

49、织，并降低马氏体中含碳量等措施。此外，淬火后及时回火是减少内应力的有效方法。试验证明，经200以上充分回火，在显傲裂纹处析出的碳化物有“焊合”裂纹作用，这可显著降低显微裂纹的危害。以上为依照裂纹分布形态讨论裂纹成因和防止办法。实际生产中因钢材质量、零件形状以及冷热加工工艺等因索影响，使裂纹的分布不尽相同。有时热处理前已存在裂纹，在淬火过程中裂纹进一步扩大；有时也可能同一零件几种形式的裂纹同时出现。对此种种情况则应根据裂纹的形态特征、断口的宏观分析、金相检，在必要时配合化学分析等方法,从材料质量、组织结构到产生热处理应力的原因来综合分析,寻找产生裂纹的主要原因，然后确定有效的防止措施。裂纹的断口分析是分析产生裂纹原因的重要方法。任何断口都有一个发生裂纹的起点。淬火裂纹通常以放射状裂痕的收敛点为裂纹的起点。若裂纹的起点存在于枣件表面,说明裂纹是在表面承受过大拉应力造成的。倘若表面不存在夹杂物等组织缺陷，而有严重刀痕、氧化皮、钢件的尖角或结构突变部位等应力集中因素，均可促使裂纹的产生。如若裂纹的起点在零件内部，则与材料的缺陷或内部残余拉应力过大有关。正常淬火的断口呈灰色细瓷状，