热处理工艺基本知识

　　当试样尺寸较大时，从表面向内冷却速度逐渐减小，当冷却速度 低于Vc，就不能得到全部马氏体，随着深度的加深，马氏体的数 量愈来愈少，到达一定的深度后，冷却速度低于Vc’，根本不能发 生马氏体相变。所以大尺寸试样想全部得到马氏体是不可能的， 随着马氏体数量的减少，对应的硬度也不断下降，通常把淬火钢 从表面到马氏体组织占50％处的距离成为淬透层深度。实际淬透 层的深度除了与材料本身有关外，还与试样的大小、冷却方式有 密切的关系。

　　30~50℃，保温2-4h，时间，冷 却到Ar1温度附近时要足够慢 的冷却(保温冷却，比随炉冷却 还要缓慢)。

　　击应力场合下的结构零件，如各种轴、连杆、齿轮等， 对具有第二类回火脆性的钢注意回火后应在水或油中 冷却。

　　机械零件在服役时，常常要求表面与心部具有不同的力学性 能，能更好的发挥材料的潜力作用。例如在机械中常用的齿 轮，表面承受巨大的接触应力，希望有高的硬度来提高其耐 磨性和接触疲劳抗力，同时又要传递动力，齿部经受弯曲疲 劳，要求材料有高的韧性，但一般材料当硬度高时韧性就差， 然而若材料表面具有高硬度，心部有高的韧性就可以兼顾二 者的需求，内燃机的曲轴也是同样的情况，传递动力且轴颈 处耐磨。达到材料表面和心部具有不同性能的方法可能多种： 一种是相同的材料，表面和心部经过不同方式的热处理；另 一种方法是通过改变材料表面成分的方法来达到具有不同的 性能。

　　速加热的方法，只将工件的部分表层奥氏体化，然后淬火。 表面淬火不改变材料的化学成分，只表面获得马氏体组织，

　　2. 淬火组织： 加热时，从表面到心部的温度不同，淬火后组 织也不同，最表层加热温度到 Ac3以上，为细小的马氏体，

　　4. 等温淬火 直接淬入硝盐浴中保温，发生贝氏体转变。 5. 局部淬火 局部加热法或局部冷却法 6. 冷处理 冷却到室温以下的过程称为“冷处理”。

　　1. 加热缺陷 过热、过烧、氧化脱碳、奥氏体晶粒过大等。 2. 硬度不足或出现软点 前者是整体硬度低于要求，后者是个 别部位硬度低于要求。产生原因有加热不足，冷却介质的 冷却能力不够，工件表面不干净，局部散热不良等。 3. 变形与开裂 零件淬火后发生变形是热应力和组织应力综合 作用的结构，完全不变形是困难的，但超量的变形甚至开 裂则是要防止的。减小变形的途径有：零件结构设计合理， 结构对称，避免过大的尺寸突变；淬火前组织要均匀，必 要时经过退火或正火；加热温度适当，不要过热；冷却介 质和方法适当，包括入水的角度；及时回火，防止当时未 裂在放置时开裂。

　　的热应力，拉、拔、挤压的加工硬化等都会存在残余内应，利用去应 力退火可以消除变形或其它原因产生的内应力。

　　将钢加热到Ac3和Accm以上30~50℃，保温得到均匀的奥氏体后，从炉 中取出自然空冷，发生珠光体型转变的热处理工艺称为“正火”。

　　回火温度为150－250℃，得到的组织为回火马氏体， 保留淬火时的高硬度，消除淬火的残余应力。这时钢

　　由于冷速大于退火，得到的珠光体组织较细，材料硬度和强度均比 退火要高。合金钢在空气中冷却可能发生珠光体型、贝氏体型甚至 马氏体型相变，但正火一般是指空冷时珠光体转变的这一部分。

　　1) 中低碳钢用正火代替退火进行预先热处理，改善加工性能。 2) 普通结构钢(中碳钢)正火尽管未达到最佳性能，但可达到希望的

　　加热组织为铁素体加奥氏体，淬火组织为铁素体加马氏体 或铁素体加屈氏体；里层温度在 Ac1以下，未奥氏体化，不

　　工件置于中频或高频(500-500kHz)的交 变磁场中，在工件上有感应电流，由于 电流的集肤效应，电流集中于表层，大 的电流产生的热量将工件表面迅速达到 800－1000℃，然后迅速置于水中或喷 水冷却，达到表层淬硬的结果。由于加

　　钢的淬透性不同，淬火后表层和心部的组织、性能也有 一定的差别，在机械设计和施工工艺主要注意以下问题：

　　证心部的性能需要淬透，选用淬透性较高的钢；对焊接件 为减小热影响区内出现淬火组织，造成变形开裂，应用淬

　　2) 根据钢的淬透性不同，在淬火时选用合适的淬火冷却介质。 3) 对于大尺寸、低淬透性的钢，反正淬不透，进行淬火后回

　　将f25×100的试样加热奥氏体化后，迅速 放在专门的设备中喷水冷却。喷水条件： 喷水管孔直径f12.5，水温23-30℃，自由 水柱高度65±5mm，喷水口到端面距离 12.5mm。测量出到端面不同距离的硬度， 作出硬度－距离曲线，即淬透性曲线。 淬透性的表示方法：JHRC-d，其中J表示端淬法，HRC为硬度，d 到端面的距离。J40-6表示在淬透性带上距末端6mm处的硬度为 40HRC。显然J40-6比J35-6淬透性好。

　　将淬火后的工件，加热到A1以下的某一温度，保温一段 时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺操作叫“回 火”。  消除内应力 钢在淬火后，存在较大的内应力，加上淬

　　火马氏体性能较脆时，容易出现开裂，有的零件淬火 当时未裂，在大的内应力作用下，放置或稍有受力就

　　回火温度为350－500℃，得到的组织是 回火屈氏体，在具有一定韧性的同时，

　　Kaiyun客户常见的问题有哪些？

　　的综合力学性能，尤其是冲击韧性高，且可以直接进 行机械加工。淬火后进行高温回火的工艺通常称为

　　奥氏体的含碳量。淬火后的实际硬度决定于钢的淬硬性和实际 获得的马氏体比例。

　　钢的淬透性好坏取决于钢的过冷奥氏体的稳定性，即C曲线上 的临界冷却速度。总的来说有： 1) 钢的含碳量，共析钢的淬透性最高； 2) 合金元素中除Co外，绝大部分都使C曲线右移，提高淬透 性；钢的成分组织不均匀，或因含有某些微量杂质，组成 第二相质点存在，可促使奥氏体分解，降低钢的淬透性； 3) 奥氏体化的温度、时间参数影响奥氏体的均匀性和稳定性， 影响淬透程度，但这不全部为材料特征。

　　Kaiyun客户常见的问题有哪些？

　　高硬度，保证高的耐磨性和承受高的接触应力。 虽然马氏体不是热处理所要得到的最终组织，但 马氏体再经过适当的回火，可以得到需要的组织 和使用性能，最终达到理想的性能。

　　淬火加热温度的确定应以获得晶粒 细小、成分均匀的奥氏体为原则， 以便得到细小的马氏体组织。 亚共析钢：Ac3以上30~50℃，铁素 体可以全部溶解得到得到单一的奥 氏体，从而消除未溶铁素体而带来 的软相。也不宜过高，防止奥氏体 晶粒粗大带来马氏体粗大，并且温 度高带来的热变形也将严重。 过共析钢：含碳量在0.8以上时， Ac1以上30~50℃。这时得到的马氏体 有了足够的硬度同时保持未溶解的颗粒状碳化物也可以提高材料的硬度 和耐磨性。如果加热温度过高，淬火开裂的倾向加大，淬火后残余奥氏 体量增加反而降低硬度； 合金钢：合金元素大多可以阻止奥氏体晶粒长大，为了合金元素的均匀， 加热温度和保温时间都要比碳钢稍微提高一些。

　　马氏体，冷却速度应该大于临界冷却速度 Vc；为防止零件变形、开裂，冷却应慢一 些。所以理想的冷却速度如图，开始冷却 慢一些，在快要发生组织转变时快冷，以 躲开鼻子尖，随后又慢冷让马氏体转变慢 慢的进行。

　　 盐水、碱水 10－15％的NaCl水溶液是最强的冷却介质。  清水 直接冷却和沸腾的蒸汽冷却，冷却能力也很强。  碱浴、硝盐浴 熔融的氢氧化钠、硝酸盐、亚硝酸盐导热能力很强， 在120－180℃以上的高温下有好的冷却能力。  矿物油 冷却能力约为水的1/4－1/8，用于奥氏体较稳定钢，如大多数 合金钢，可以有效防止零件的变形开裂。

　　同样形状和尺寸的工件，在同样加热和冷却条件下 淬火，由于钢种类不同，淬透层的深度将不同，把 钢在淬火后能获得淬透层深度的一种性质或获得马 氏体的能力叫淬透性。它是一种材料特性，与零件 的尺寸和淬火工艺无关，并不直接表明钢淬火能得

　　却转变基本接近相图描述转变过程， 得到接近平衡组织，降低硬度，便于 加工，消除内应力。

　　件，先在水或盐水中快速冷却，躲开鼻 子温度，估计温度低于500℃时立即转 入油中，放慢冷却速度继续冷却到室温。

　　3) 过共析钢正火时，可抑制二次渗碳体网状析出，对已经存在网状 碳化物的工具钢，利用正火先溶化后抑制，用来消除网状碳化物， 为下一部的球化处理作组织准备。

　　奥氏体化，然后快速冷却到Ms点以下，发生马氏 体转变的热处理工艺，叫作“淬火”。