第十章-淬火与回火要点.ppt
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1、1 第10章 淬火与回火热处理原理与工艺第10章 淬火与回火2 第10章 淬火与回火导读n通过学习本章,主要掌握掌握钢的淬透性和淬硬性及其影响因素,掌握常用淬火介质的特性;掌握常用淬火工艺方法。3 第10章 淬火与回火 第10章 钢的淬火及回火第一节 定义、目的、必要条件 淬火定义:把钢加热到临界点AC3或AC1以上,保温并随之以大于临界冷却速度VC冷却,以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的:提高零件的硬度,强度,耐磨性。结构钢通过淬火,回火获得良好的综合机械性能,改善钢的物理和化学性能。例如:提高磁钢的磁性,不锈钢淬火以消除第二相,从而改善其耐蚀性。n 4 第10章
2、淬火与回火65钢钢(0.60%C)淬火组织淬火组织45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织5 第10章 淬火与回火必要条件:1、临界点以上,获得奥氏体,2、大于临界冷速,得到 M、B下。n 6 第10章 淬火与回火第二节 淬火介质淬火介质:为实现淬火目的用的冷却介质。理想淬火介质:在过冷奥氏体最不稳定区域(珠光体转变区)具有较快的冷却速度,而在MS附近的温度区域冷速比较缓慢,它可以减少淬火内应力。避免淬火变形开裂;分类:固态、液态、气态。7 第10章 淬火与回火理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf8 第10章 淬火与回火一、淬火介质的冷却作用n淬火介质有固态、液态、气态。对
3、固态介质,或者是静止接触(热传导问题),如是沸腾床冷却,则主要与其冷却特性有关。气态,则是气体介质加热的逆过程。n最常用介质为液态介质,淬火时不仅发生传热作用,还会产生物态变化,因此过程较为复杂。9 第10章 淬火与回火n有物态变化的介质冷却过程可分为三个阶段:n1蒸气膜阶段:紧贴工件形成连续的蒸汽膜;冷却主要靠辐射传热,冷却速度较缓慢。n2.沸腾阶段:蒸汽膜厚度减薄并在越来越多的地方破裂,使工件与液体直接接触,冷却速度较快,取决于淬火介质的汽化热,汽化热越大,冷却速度也越快。n3.对流阶段:表面的温度降至介质的沸点或分解温度以下时,工件的冷却主要靠介质的对流进行,此时对流传热起主导作用 n
4、10 第10章 淬火与回火11 第10章 淬火与回火无物态变化的淬火介质:淬火冷却:主要靠对流散热。温度较高时辐射散热占有很大比例,也有传导传热。二、淬火介质冷却特性的测定 略 12 第10章 淬火与回火三、常用淬火介质及其冷却特性n1水:n 良好的物理化学性能,来源丰富良好的物理化学性能,来源丰富。n冷却特性:n1)水温对冷却特性影响很大,随水温提高水的冷却速度降低,特别是蒸汽膜阶段延长,特性温度降低。n2)水的冷却速度快,400100温度范围内的冷却速度特别快。n3)循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。特别是蒸汽膜阶段的冷却能力提高得更多。13 第10章 淬火与回火14 第10章 淬火与
5、回火 2碱或盐的水溶液 水中溶入盐碱等物质,减少了蒸汽膜的稳定性,使蒸汽膜阶段缩短,特性温度提高从而加速冷却速度,10%食盐水溶液的冷却能力650400范围内有最大冷却速度,食盐水溶液在食盐浓度较低时随食盐浓度的增加而提高,冷速均大于纯水的,20的碱溶液也具有很高的冷却能力,随温度提高冷却能力降低,表面银白色、好的外观,腐蚀严重。15 第10章 淬火与回火50NaOHNaCl溶液16 第10章 淬火与回火 3油 冷却能力比水差,但马氏体转变区冷速较慢。n油的冷却过程也具有三个阶段:n(1)油在沸腾时还伴随油的分解。因此,油中包围工件的蒸汽膜与水中冷却不同,它具有油的分解产物与油沸腾产生的混合气
6、体蒸汽膜。此外,油的特性温度(500以上)比水(300左右)高。17 第10章 淬火与回火n(2)油沸腾是在一个温度范围(250一400)内,比水沸腾温度(100)高得多;这就使油冷却过程中对流传热阶段开始温度比较高,对流阶段范围比较宽。这个温度范围正是所要求的缓慢冷却的马氏体转变区,工件正好在油中冷却曲低温阶段以饺小的对流热交换进行冷却,因此工件在油中冷却变形与开裂倾向较小。n 18 第10章 淬火与回火19 第10章 淬火与回火1.水;水;2.油;油;3.水与油水与油20 第10章 淬火与回火n保质措施:n控制油温,防止局部过热,最好有循环装置;避免水分带入;经常清除油渣和氧化皮,保持油的
7、纯洁,及时补充新油。21 第10章 淬火与回火光亮淬火油:n用于可控气氛热处理,它使工件淬火后,能达到表面光洁,不氧化(天氧化皮)。n要求:冷却性能好,耐老化;水分低,含硫最少;耐热稳定性好,氧化倾向小,还有还原作用,工件淬火时,气体发生量少。n种类:1.选用灰分、杂质少的如石蜡、凡士林、仪表油、变压器油,用于小型精密件;n2.选用粘度、杂质适量,加入有高抗氧化能力的添加剂如10号机油0.512,6二叔丁基对甲酚15植物油所组成光亮淬火油 22 第10章 淬火与回火23 第10章 淬火与回火 4有机物的水溶液及乳化液 水的冷却能力大,但冷却特性很不理想,油的冷却特性比较理想,但其能确能力有小一
8、些。因此需要寻找冷却能力介于两者之间,而冷却特性又比较理想的介质。有机物的水溶液是较理想 的淬火介质。常用的有聚乙二醇水溶液加入一定的防蚀剂。这类淬火介质正处在发展中。24 第10章 淬火与回火第三节 钢的淬透性1钢的淬透性:钢材被淬透的能力,淬火时获得马氏体的能力。说明:不同的钢种,淬透性不同,截面上淬成马氏体组织的厚度也不同,淬成马氏体组织的厚度越大,表示该钢中的淬透性愈高。这种马氏体组织厚度通常称为硬化层厚度或淬透深度、淬硬层深度等。25 第10章 淬火与回火2淬透性与淬硬性的区别 淬透性系指淬火时获得马氏体的难易程度,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,它
9、是钢材本身固有的一个属性;可硬性(淬硬性)是指淬成马氏体可得到的硬度,主要和钢中含碳量有关。淬硬性是钢淬火后获得马氏体的最高硬度。26 第10章 淬火与回火淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性27 第10章 淬火与回火一、影响钢的淬透性的因素n1钢的化学成分 碳:过共析钢:温度低于Acm点时,含C1%的钢,随含碳量的升高,临界冷速VC降低,淬透性提高,含C1%的钢,则相反;当加热温度高于AC3或Acm时,随含碳量的增加,VC单调下降.Me:除 Co、Ti、Zr 以外大多数合金元素,提高钢的淬透性。28 第10章 淬火与回火0.3%C29 第10章 淬火与回火n2奥氏体晶粒度的影响 n奥氏体晶粒尺寸增大
10、,淬透性提高,奥氏体晶粒尺寸对珠光体转变的延迟作用比贝氏体的大。30 第10章 淬火与回火n3奥氏体化温度 n不仅可以促进奥氏体晶粒增大,而且可以促使碳化物及其它非金属夹杂物溶入,并使奥氏体成分均匀化,这将提高过冷奥氏体的稳定性,从而提高淬透性。奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在,以及大小和分布,影响过冷奥氏体的稳定性,从而影响淬透性。n 31 第10章 淬火与回火n4钢的原始组织的影响 n钢的原始组织中,由于珠光体的类型(片状或粒状)及弥散度的不同,在奥氏体化时,将会影响到奥氏体的均匀性,从而影响到钢的淬透性,碳化物愈细小,溶入奥氏体愈迅速,从而有利于提高钢的淬透性。32 第10章 淬
11、火与回火二、淬透性的试验测定方法n1计算法:根据钢材的主要成分,与奥氏体晶粒度,通过一系列对钢的淬透性影响系数的连乘积而估算钢的理想临界直径D 。33 第10章 淬火与回火2实验法:断口检验法 GB227-63 碳素工具钢淬透性测定方法 退火钢棒中部截取23个试样方形试样的截面尺寸:2020mm0.2mm,圆 形 截 面 为:2223mm,长 度 为1005mm.试样中间一侧开一个深度为35mm的V形槽,试样分别在760、800、840温度下加热1520分钟,然后淬入1030水中,通过观查断口上淬硬层(脆断区)的深度h,对照相应的评级标准图来评定淬透性等级(GB227-63规定分成05级)。3
12、4 第10章 淬火与回火(二)、U曲线法(临界直径法):长度直径46倍 奥氏体化后,淬火介质中冷却,自表面向内每隔12mm距离测定一处硬度值,并将所测结果画成硬度分布曲线;用淬硬层(到半马氏体区处)厚度h 或比值来表示淬透性,其中DH为未淬硬心部的直径D为试样直径。反映钢材在一定条件下的淬透性。淬火临界直径:能淬透的最大直径。n 35 第10章 淬火与回火0.45C水淬后断面硬度水淬后断面硬度36 第10章 淬火与回火n上述临界直径是在一定淬火条件下测得的,因此用临界直径法表示钢的淬透性,需标明淬火介质的冷却能力及淬火烈度。n淬火烈度H:标明淬火介质的冷却能力的相对值。如规定静止水的淬火烈度H
13、=1,其它淬火介质的淬火烈度由与静止水的冷却能力比较而得。37 第10章 淬火与回火38 第10章 淬火与回火39 第10章 淬火与回火40 第10章 淬火与回火(三)顶端淬火试验法(端淬法)应用广泛、方法简便.试样:25100mm;温度:AC3+30;时间3040分钟;管口距试样顶端12.5mm,喷水柱自由高度为65mm 水温460,41 第10章 淬火与回火端淬法示意图端淬法示意图42 第10章 淬火与回火两边各磨去0.20.5mm的深度 距顶端1.5mm处沿轴线自下而上测定洛氏硬度值 硬度下降缓慢时,可以每隔3mm测一次硬度 测定结果画成硬度分布曲线.钢的淬透性以下式表示:d:至水冷端距
14、离,HRC为在该处测定的硬度值 n 43 第10章 淬火与回火四、淬透性在选材和制订工艺时的应用n据端淬曲线选择和设计钢材及制定热处理工艺。协助选择热处理工艺、和选材。n1、根据淬透性曲线合理选择钢材,以满足心部硬度要求。n2、预测材料的组织与硬度。n3、根据端淬试验曲线,确定热处理工艺。如在给定工件所用材料及淬火后硬度的要求情况下,选用淬火介质等。n 44 第10章 淬火与回火n例1,有一圆柱形工件,直径35mm,要求油淬(H=0.4)后心部硬度大于HRC45,试问能否采用40Cr钢?n例2,有40Cr钢,直径50mm圆柱,求油淬后沿截面硬度?n 45 第10章 淬火与回火46 第10章 淬
15、火与回火 第四节 淬火应力、变形及开裂一、淬火时工件的内应力 A热应力:工件在加热(或冷却)时,由于不同部位的温度差异,导致热胀(或冷却)的不一致所引起的应力称为热应力。B组织应力:由于工件不同部位组织转变不同时而引起的内应力。根据内应力的存在时间、特性分:瞬时应力:在冷却过程中某一时刻所发生的内应力。残余应力:冷却终了,残存于工件内部的应力。n 47 第10章 淬火与回火1热应力热应力是热处理过程普遍存在的一种内应力。由于表层与心部温差引起工件的体积胀缩不均匀所产生的内应力即为热应力。试样在快速冷却时,表层和心部冷却状态不同,出现温度差,冷却初期,表面温度较低,热收缩较大,但受到温度较高的心
16、部的阻碍,于是在试样表层产生拉应力,心部为压应力 此应力值随着温差增大而增加,一直到温差最大时应力达到最大值。n 48 第10章 淬火与回火1热应力:热应力是热处理过程普遍存在的一种内应力。例如,工件加热在A1以下温度进行快冷,冷却过程不发生相变,由于表层与心部温差引起工件的体积胀缩不均匀所产生的内应力即为热应力。热应力所造成的残余应力分布特点:表层为压应力,心部为拉应力。49 第10章 淬火与回火 第10章 淬火与回火50 第10章 淬火与回火 影响热应力的因素:1)冷却速度对热应力有显著影响,冷却速度越快则热应力越大。2)淬火加热温度高,工件截面尺寸大,钢的导热性差,均会增加截面上的温差,
17、增大热应力。3)钢材的高温强度高,在早期热应力的作用下不均匀塑性变形小,应力松驰程度减小。n 51 第10章 淬火与回火2、组织应力n组织应力又称相变应力,是由于 工件快速冷却时表层与心部相变不同时而产生的应力。n在心部完全淬透的情况下,组织应力导致工件最终的应力分布是,表层呈现拉应力,心部为压应力分布。n不完全淬透(只有表面形成马氏体)时残余应力则相反,与热应力相同。n 52 第10章 淬火与回火53 第10章 淬火与回火3.淬火应力及对其分布的影响因素n工件淬火时,一般热应力和组织应力同时发生,而这两种应力变化规律正好相反,因此如恰当利用他们,以减少变形、开裂。n1)含碳量的影响;随着碳含
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