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1、工程材料及其热处理-3,1,第3章金属的热处理,工程材料及其热处理-3,2,教学基本要求：1.了解强化金属基本途径。2.具有分析和应用C曲线的初步能力，熟悉金属热处理基本概念。3.熟练掌握热处理工艺知识,熟知整体热处理方法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。4.掌握热处理在零件加工工艺流程中的位置和作用等基本知识。5.了解热处理工件的结构工艺性及热处理新工艺知识。,工程材料及其热处理-3,3,1 概 述,金属热处理是将固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温和冷却，获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理用于消除上一工艺过程所产生的金属材料内部组织结构上的某些缺陷，改善切削性能，还可进一步提
2、高金属材料的性能，充分发挥材料性能的潜力。因此，大部分机器零件都要进行热处理。,工程材料及其热处理-3,4,金属热处理可分为:整体处理、表面热处理和化学热处理。整体处理包括：退火、正火、淬火和回火等；,本表要熟记！,工程材料及其热处理-3,5,一、钢在加热时的组织转变 由Fe-Fe3C相图知,A1、A3和Acm是碳钢在极缓慢地加热或冷却时的转变温度,因此,A1、A3和Acm点都是平衡临界点。在实际中,加热和冷却并不是极缓慢的,钢不可能在平衡点进行组织转变。实际加热时各临界点的位置分别为图中的Ac1、Ac3、Accm线,实际冷却时各临界点的位置分别为Arl、Ar3、Arcm。,工程材料及其热处理
3、-3,6,钢热处理时先要加热,任何成分的碳钢加热到A1(PSK线)点以上时,其组织都要发生P向A的转变,这种转变称为奥氏体化A化。转变过程是通过铁原子和碳原子的扩散进行的,因此P向A的转变是一种扩散型相变。加热是热处理的重要阶段,下面以共析钢为例,研究钢在加热时的组织转变规律。,工程材料及其热处理-3,7,1.奥氏体的形成过程 将共析钢加热至Ac1时,会发生P向A的转变,过程也是形核和和长大的过程,分四个阶段 A晶核形成 A晶核优先在F和Fe3C的两相界面上形成,因为相界面处成分不均匀,原子排列不规则,晶格畸变大,能为产生A晶核提供成分和结构两方面的有利条件。A晶核的长大,工程材料及其热处理-
4、3,8,A晶核形成后,依靠F的晶格改组和Fe3C的不断溶解,A晶核不断向F和Fe3C二个方向长大。与此同时,新的A晶核也不断形成并随之长大,直至F全部转变为A为止。残余Fe3C的溶解 在A的形成过程中，当F全部转变为A后,仍有部分Fe3C尚未溶解（称为Fe3C残）,随着保温时间的延长,Fe3C残将不断溶入A中，直至完全消失。,工程材料及其热处理-3,9,A均匀化 当Fe3C残溶解后,A中的C成分是不均匀的,在原Fe3C处的碳浓度比原F处的要高。只有经过一定时间的保温,碳原子的不断扩散,才能使A中的C均匀一致。亚共析钢和过共析钢的A形成过程与共析钢基本相同,不同的是亚共析钢的平衡组织中除了P外还
5、有先析出的F。过共析钢中除了P外还有先析出的Fe3C。,工程材料及其热处理-3,10,若加热至Ac1温度,只能使P转变为A，得到A+F或A+二次Fe3C残组织,称为不完全A化。只有继续加热至Ac3或Accm温度以上,才能得到单相A组织,即完全A化。2.影响奥氏体转变的因素 1)加热温度 加热温度高,C原子扩散快,A化加快。2)加热速度 加热快,过热度大,发生转变的快!,工程材料及其热处理-3,11,3)化学成分 C浓度大,则Fe3C数量多,F与Fe3C的相界面增大,使A的核心增多,促进A化.常见合元能明显影响A化的速度,以钴和镍等有加快转变过程的效果；铬、钼、钒等有降低转变速度的作用；硅、锰、
6、铝等对转变过程基本没有影响。4)原始组织 在成分相同的钢材中,P越细,相界面越大,形核机会越多,使得A形成速度变快；,工程材料及其热处理-3,12,A晶粒中碳浓度梯度大了长大速度变快。3.奥氏体晶粒长大及其控制措施 钢加热时P向A转变刚结束时,A晶粒是细小的。如继续加热或保温,A晶粒会变粗大。加热温度越高,保温时间越长,A晶粒越粗大。粗大A晶粒冷却后仍是粗大晶粒产物,使钢的强度、塑性、韧性显著下降。要控制A晶粒长大,制定合理的热处理工艺,即合理选择加热温度、保温时间和加热速度等。,工程材料及其热处理-3,13,一般将钢加热到临界点以上某一适当温度,保温时间的确定除考虑相变需要外,还考虑工件内外
7、温度一致。当加热温度相同时,加热速度越快,保温时间越短,晶粒越细,所以生产中常采用快速加热、短时保温的方法来细化晶粒。此外,加入一定量的合金元素（除Mn、P外），都会阻碍A晶粒长大,而达到细化晶粒的目的。,工程材料及其热处理-3,14,二、钢在冷却时的组织转变 钢A化后,采用不同方式冷却,获得所需要的组织和性能。冷却是钢热处理的关键工序,实际生产中,不同加热速度、冷却方式、冷却速度会得不同产物,对钢的组织和性能有很大影响。在热处理工艺中,A化后的冷却方式通常有等温冷却和连续冷却两种。,工程材料及其热处理-3,15,等温冷却是将已A化的钢迅速冷却到临界点以下的给定温度进行保温,使其在该等温温度下
8、发生组织转变；连续冷却是将已A化的钢以某种冷却速度连续冷却,使其在临界点以下的不同温度进行组织转变。1.过冷奥氏体的转变产物的组织与性能 A在相变点A1以上是稳定相，冷却至A1以下就成了不稳定相，必然要发生转变。,工程材料及其热处理-3,16,不是冷却至A1以下就立即转变,而是在转变前需要停留一段时间,此称为孕育期。在A1温度以下暂时存在的不稳定的A称为过冷A。在不同的过冷度下，过冷A将发生P型转变、B型转变、M型转变等三种组织转变。珠光体型转变 过冷A在A1550温度范围等温时,发生P型转变。因转变温度高,原子扩散能力强,转变产物为F薄层和Fe3C薄层交替重叠的层状组织,即P型组织。,工程材
9、料及其热处理-3,17,等温温度越低,F层和Fe3C层越薄,层间距越小,硬度越高。为区别,对层间距不同的P型组织分别称为珠光体(P)、索氏体(S)和托氏体(T),它们并无本质区别,也无严格界限,只是形态上不同。贝氏体型转变 过冷A在550Ms温度范围等温时，将发生贝氏体型(B)转变。,工程材料及其热处理-3,18,因转变温度较低,原子扩散差,Fe3C已经很难聚集长大呈层状。此时,转变产物为F及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织,称为贝氏体,用美国冶金学家名字命名,符号B来表示。等温温度不同,贝氏体的形态也不同,分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。(B上)组织形态呈羽毛状,强度较低,塑性
10、和韧性较差；,工程材料及其热处理-3,19,(B下)组织形态呈黑色针状,强度较高,塑性和韧性也较好,综合力学性能好。马氏体型转变 1)马氏体(M)型转变的特点 过冷A转变为M是非扩散型转变,因转变温度很低,铁和碳原子都不能进行扩散。铁原子沿A一定晶面,集中的(不改变相互位置关系)作一定距离的移动(不超过一个原子间距),工程材料及其热处理-3,20,使面心立方晶格转变为体心正方晶格,碳原子原地不动,过饱和地留在新组成的晶胞中；增大了其正方度c/a。M就是碳在-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使-Fe的晶格发生很大畸变,形成很强的固溶强化。M高速长大,连续转变过程 A冷却到Ms点以下后,无孕育期,瞬
11、时转变为M。随着温度下降,过冷A是不断连续转变为M。,工程材料及其热处理-3,21,M转变留有A M转变有不完全性,即使冷至Mf也要残留少量奥氏体(A)。A的含量与Ms(M转变开始线)、Mf(M转变终了线)的位置有关。奥氏体A中的碳含量越高,Ms,Mf就越低,A含量就越高。通常在碳含量高于0.6%时，在转变产物中应标上A,碳含量少于0.6%时,A可忽略.,工程材料及其热处理-3,22,M形成时体积要膨胀 膨胀要产生内应力,淬火冷却又快,使工件表面和心部产生温差而引起热应力。两者“一起叫劲”是造成工件淬火变形和开裂的主因。3)马氏体的形态与特点 过冷A在Ms温度以下将产生M型转变。M是碳和合金元
12、素在-Fe中溶解而形成的过饱和固溶体,用符号M表示。,工程材料及其热处理-3,23,M是单相的亚稳组织,是以德国冶金学家A.Martens的名字命名的。M具有体心正方晶格,当发生M型转变时,过冷A中的碳全部保留在M中,形成过饱和的固溶体,产生严重的晶格畸变。M的组织形态因其成分和形成条件而异，通常分为板条M和片状M两种基本类型。板条M在光学显微镜下所看到的只是边缘不规则的块状,故亦称为块状M。,工程材料及其热处理-3,24,板条M主要产生于低碳钢的淬火组织中,在高倍透射电镜下可看到板条M内有大量位错缠结的亚结构,所以低碳M也称位错M。片状M其单个晶体的立体形态呈双凸透镜状，因每个M的厚度与径向
13、尺寸相比很小,所以粗略地说是片状,故我国通常称为片状M。因在金相磨面上观察到的通常都是与M片成一定角度的截面,呈针状,故亦称为针状M。,工程材料及其热处理-3,25,针状M主要产生于高碳钢的淬火组织中,高倍透射电镜分析表明,针状M内有大量孪晶,因此针状M又称孪晶M。M具有高的硬度和强度,是M主要特点。M硬度取决于含碳量,塑性和韧性取决于组织。板条M具有较高硬度、较高强度与较好塑性和韧性相配合的良好的综合力学性能。针片状M具有比板条M更硬,脆性大,塑性和韧性较差。,工程材料及其热处理-3,26,2.过冷奥氏体的转变曲线 过冷A的转变产物决定于过冷A的转变温度,而转变温度又与冷却方式和冷却速度有关
14、。要了解过冷A的转变量与转变时间的关系,必须了解过冷A的等温转变曲线和连续冷却曲线。奥氏体的等温转变 1)奥氏体的等温转变曲线 过冷A等温转变曲线是表示过冷A在不同过冷度下的等温过程中,转变温度、转变时间与转变,工程材料及其热处理-3,27,产物量之间的关系曲线。因其形状与字母“C”的形状相似,所以又称为“C曲线”,也称为“TTT”曲线。图中,A1为A向P转变的相变点,A1以上区域为稳定A区。两条C形曲线中,左边的曲线为转变开始线，该线以左区域为过冷A区；右边的曲线为转变终了线,该线以右区域为转变产物区；,工程材料及其热处理-3,28,两条C形曲线之间的区域为过冷A与转变产物共存区。水平线Ms
15、和Mf为M转变开始线和终了线。影响等温转变曲线的因素 共析钢过冷A的等温转变曲线 加热温度高,保温时间长,A成分越均匀,晶粒大,晶界减少,使过冷A的形核率降低,增大了其稳定性,使C曲线右移,反之左移。过冷A转变所需孕育期的长短不同,即过冷A的稳定性不同。,工程材料及其热处理-3,29,在约550处的孕育期最短,表明在此温度下的过冷A最不稳定,转变速度也最快。含碳量的影响 亚共析钢和过共析钢的过冷A在转变为P之前,分别有先析出F和先析出Fe3C的结晶过程。与共析钢相比,亚共析钢和过共析钢的过冷A等温转变曲线图多了一条先析相的析出线。同时C曲线的位置也相对左移,说明亚共析钢和过共析钢过冷A的稳定性
16、比共析钢要差。,工程材料及其热处理-3,30,正常加热条件下,亚共析钢的C曲线随含碳量的增加而右移,过共析钢的C曲线随含碳量的增加而左移,因此,共析钢的A最为稳定。由于过冷A的转变是一个形核与长大的过程,形核的作用更关键,亚共析钢与过共析钢先共析相的析出促进了向P转变的形核,而且由于亚共析钢含碳量越高,先共析F析出变慢；过共析钢含碳量越高,先共析渗碳体越容易析出,使得共析钢的过冷奥氏体最为稳定。,工程材料及其热处理-3,31,合金元素的影响 除Co、Al以外,其余所有合金元素溶入A后,都使过冷A稳定,即都使C曲线右移。当过冷A中溶有较多的Cr、Mo、W、V、Ti等碳化物形成元素时,还会改变C曲
17、线的形状。要指出的是,如果碳化物形成元素含量较多,形成了较为稳定的碳化物,且在A化时未能全部溶解,则会降低过冷A的稳定性,使C曲线左移。,工程材料及其热处理-3,32,C曲线在生产上有重要用途:制定等温转变工艺及分析等温转变过程；分析连续冷却转变过程及其热处理工艺的制定；利用C曲线判定钢的淬透性,以方便选材,等等。各钢种的C曲线都已测出,需要时可查阅有关手册。2)过冷A的连续转变曲线,工程材料及其热处理-3,33,过冷A的连续转变曲线表示钢经A化后,在不同冷却速度的连续冷却条件下,过冷A的转变开始及转变终了时间与转变温度之间关系的曲线。共析钢的过冷A连续转变曲线图中Ps、Pf线为P转变开始和转
18、变终了线,Pk为P转变中止线。当冷却曲线碰到Pk线时,A向P的转变将被中止,剩余A将一直过冷至Ms以下转变为M组织。,工程材料及其热处理-3,34,与等温转变图相比,共析钢的连续转变曲线图中P转变开始线,共析钢过冷奥氏体的连续转变曲线和转变终了线的位置均相对右下移，而且只有C形曲线的上半部分，没有中温的贝氏体型转变区。,工程材料及其热处理-3,35,2金属的整体热处理,一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度保温一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺 按金属成分和性能要求的不同,退火可分为:1.完全退火 将铁碳合金完全A化,随之缓慢冷却,获得接近平衡状态组织的退火工艺。,工程材料及其热处理-3,
19、36,其目的是通过完全重结晶细化晶粒,降低硬度,改善切削性能。多用于亚共析钢的铸、锻件。过共析钢不适用完全退火,因为过共析钢加热到Accm线以上缓慢冷却时,溶解在A内的Fe3C又重新沿A晶界析出,形成沿晶界分布的网状Fe3C组织,降低钢材的力学性能。2.等温退火 等温退火是指钢件或毛坯加热到高于Ac3(或,工程材料及其热处理-3,37,Ac1)温度,适当保温后,较快冷却到P转变温度区间的某一温度并等温保持使A转变为P型组织,然后在空气中冷却的退火工艺。等温退火用时短,效率高,工件内外处于同一温度下发生组织转变,可得均匀的组织与性能。3.球化退火 使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。用于过共析
20、钢,目的使网状Fe3C球化,降低硬度、提高韧性,改善切削性能,为淬火作组织准备。,工程材料及其热处理-3,38,4.去应力退火 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除用于消除铸件、锻件、焊接件和切削件的残余应力。对体积庞大的焊接结构件,无法装炉退火时,用火焰加热或感应加热等局部加热方法,对焊缝及热影响区局部去应力退火。5.均匀化退火,工程材料及其热处理-3,39,均匀化退火是将钢加热到Ac3以上150200(常为10001200),保温1015小时,然后再随炉缓冷到350,再出炉冷却。又:扩散退火。均匀化退火时间长,工件烧损严重,耗能大,是高成
21、本工艺,多用于优质高合金钢铸锭和铸件。目的为减少铸锭、铸件、锻坯成分偏析和组织的不均匀而采用的退火工艺。6.再结晶退火 经冷变形后的金属加热到再结晶再结晶温度,工程材料及其热处理-3,40,以上,保持适当时间,使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒,以消除形变强化和残余应力的退火工艺。二、正火 正火是将钢材或钢件加热到或Accm以上3050，保温适当的时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。与退火类似,冷却速度比退火快。钢件正火后的强度和硬度比退火稍高,但消除残余应力不彻底。又操作简便、生产率高,所以,正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。,工程材料及其热处理-3,41,三、淬火 淬火是将钢件加热到A
22、c3 或Ac1以上某一温度,保持一定时间,然后以适当的速度冷却获得马氏体(M)和(或)贝氏体(B)组织的热处理工艺。目的:提高钢件的硬度和耐磨性,淬火不同回火,获得各种需要的性能,是强化钢的主要方法。1.淬火加热温度 加热温度是淬火主要参数。选择原则以得到均匀细小的A晶粒,使淬火后获得细小的M组织。,工程材料及其热处理-3,42,为防止A晶粒粗化,加热温度一般限制在临界点以上3050范围。碳钢淬火加热温度范围.亚共析钢加热温度为A c3(3050)。可得均匀细小的M组织。若温度过高,易出现粗大M组织,还导致淬火钢严重变形。加热温度过低,淬火组织会中出现F,造成淬火钢硬度不足,甚至出现“软点”现
23、象。共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1(3050).淬火后,共析钢组织为均匀细小的M和,工程材料及其热处理-3,43,少量残余A；过共析钢则可获得均匀细小的M加粒状Fe3C和少量残余A的混合组织。这种淬火组织对过共析钢是正常的,使其有最佳硬度和耐磨性。过共析钢的加热温度过高,可得较粗大的M和较多的残余A。不仅降低淬火钢硬度和耐磨度性,还增大淬火变形和开裂倾向。2.淬火加热时间 指达到加热温度和获得A均匀化的时间。,工程材料及其热处理-3,44,淬火加热时间包括升温和保温时间。加热时间不能过长,也不能过短。在热处理生产中具体要考虑钢种、加热介质、加热速度、装炉方式、装炉量以及工件的形状、尺寸
24、等诸多因素。3.淬火介质 淬火冷却时所用的介质。钢的种类不同,淬火介质不同,常用介质：水、盐水和油。,工程材料及其热处理-3,45,水便宜,冷却能力较强。其不足之处是在650550范围内冷却能力差,而在300200范围内冷却能力又偏强,性能不理想,理想方式：快-慢-快。盐水冷却能力比清水更强,尤其在650550内有很强的冷却能力,这对尺寸较大的非合金钢件的淬火是非常有利的。盐水在300200以下温度时,冷却能力仍像清水那样相当强,能使工件变形重,甚至发生开裂。,工程材料及其热处理-3,46,盐水对工件有锈蚀作用,淬火后工件必须清洗 盐水和水差不多,适用形状简单、硬度要求高,而均匀、变形要求不严
25、格的非合金钢零件的淬火。油是冷却能力较弱的淬火冷却介质。淬火用油主要为各种矿物油,如锭子油、机油、柴油、变压器油等。油在高温区冷却速度不够,不利于非合金钢的淬硬,但有利于减少工件的变形。,工程材料及其热处理-3,47,因此,在生产中,油主要用作过冷A稳定性好的合金钢和尺寸小的非合金钢零件冷却介质。油冷却能力较水低、成本高,对防止工件产生裂纹等缺陷效果好,多用于合金钢淬火的场合。冷却介质还有熔融状态的碱浴和硝盐浴。碱浴在高温区的冷却能力比油强而比水弱,而硝盐在高温区的冷却能力比油略弱。在低温区域,碱和硝盐的冷却能力都比油弱。,工程材料及其热处理-3,48,碱浴和硝盐浴适宜截面不大、形状复杂、限制
26、变形的工具钢分级淬火或等温淬火的冷却介质。4.淬火冷却方法 淬火介质不能完全满足淬火质量的要求,要以适当的淬火方法配合,以求所需要淬火组织和性能,还要尽量减小淬火缺陷。单液淬火 单液淬火是将A化后的钢件淬入一种介质中连续冷却获得M组织的一种淬火方法。,工程材料及其热处理-3,49,单液淬火操作简单,易控制热处理;仅适用于形状简单的非合金钢和合金钢零件的淬火。双液淬火 双液淬火是将钢件A化后先浸入冷却能力较强的介质,在钢件还未到达该淬火介质温度之前即取出,马上浸入另一种冷却能力较弱的介质中冷却,如先水后油、先水后空气。双液淬火利用了两种介质的优点,获得了较为理想的冷却条件;在保证工件获得M组织的
27、同时,工程材料及其热处理-3,50,减小了淬火应力,能有效防止工件的变形或开裂。分级淬火 钢材A化后,随之浸入温度稍高于或稍低于Ms点液态介质（盐浴或碱浴）中,适当保持时间,待钢件内外都达到介质温度后取出空冷,以获得M组织的淬火工艺。此法显著降低了淬火应力,有效地减小或防止了淬火工件的变形和开裂。因受熔盐冷却能力的限制,适用尺寸较小工件。,工程材料及其热处理-3,51,贝氏体等温淬火 钢材或钢件加热A化,随之快冷到贝氏体转变温度区间(260400)等温保持,使A转变为B的淬火工艺。这种淬火方法处理的工件强度高、韧性好；同时因淬火应力很小,工件淬火变形极小。多用于处理形状复杂、尺寸较小的零件。冷
28、处理 冷处理是把淬火冷却到室温的钢继续冷却到零度以下(-70-80)的处理工艺。,工程材料及其热处理-3,52,冷处理适用于Ms温度位于0以下的高碳钢和合金钢。使过冷A向M的转变更完全,缩减少残余A量,提高钢的硬度和耐磨性,稳定尺寸。冷处理的实质是淬火钢在零度以下的淬火。冷处理后必须进行低温回火,以消除所形成的应力及稳定新生成的M组织。精密量具、滚动轴承等都应进行冷处理。冷处理的办法是采用干冰(固态CO2)和酒精的混合剂或冷冻机冷却。,工程材料及其热处理-3,53,四、回火 1.回火时组织和性能的变化 回火是钢件淬硬后,再加热至Ac1以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的HT工艺。钢淬
29、火后硬度高,脆性大,属存在很大内应力的M和残余A都处于非平衡状态,是不稳定的组织.经过一定的时间和条件,会向平衡组织转变,导致工件的尺寸形状改变,性能发生变化,为克服淬火组织的这些弱点而采取回火处理。,工程材料及其热处理-3,54,目的:稳定组织,减少内应力,降低脆性,获得所需性能。钢在回火中,随着温度提高,原子活动能力增大,组织相应发生四个阶段性的转变：阶段(80200)：M开始分解。阶段(200300)：残余A分解 阶段(300400)：M分解完成和Fe3C形成。阶段(400以上)：固溶体的再结晶与Fe3C的聚集长大。,工程材料及其热处理-3,55,2.回火种类及应用,工程材料及其热处理-
30、3,56,3.回火脆性 淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间脆化现象称为回火脆性。钢淬火后在300左右回火时所产生的回火脆性称为第一类回火脆性,也:低温回火脆性或不可逆回火脆性.几乎所有的淬火钢在该温度范围内回火时,都产生不同程度的回火脆性。第一类回火脆性一旦产生就无法消除,因此生产中一般不在此温度范围内回火。,工程材料及其热处理-3,57,含有Cr、Mn、Cr-Ni等元素的合金钢淬火后，在脆化温度(400500)区回火,或经更高温度回火后缓慢冷却通过脆化温度区所产生的回火脆性称为第二类回火脆性。又称为高温回火脆性或可逆回火脆性。但回火后采取快冷时,这种回火脆性的发生就会
31、受到抑制或消失。,工程材料及其热处理-3,58,3钢的淬透性,一、钢的淬透性 1.淬透性的概念 淬透性是指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。淬火时,工件截面上各处冷却速度是不同的。若以圆棒试样为例,淬火冷却时,其表面冷却速度最大,愈到中心冷却速度愈小.表层部分冷却,工程材料及其热处理-3,59,速度大于该钢的M临界冷却速度,淬火后获得M组织,在距表面某一深处的冷却速度开始小于该钢的M临界冷却速度,则淬火后将有非M组织出现,工件未被淬透。用不同钢种制成的相同形状和尺寸的工件,在同样条件下淬火,淬透性好的钢,其淬硬深度较深;淬透性差的钢,其淬硬深度较浅。淬硬深度理论上讲,应该是全淬成
32、M的深度,实际上M中混入少量非M组织时,无论从显微组织,工程材料及其热处理-3,60,或硬度测量上都难以辨别出来。规定,将由工件表面测量至半M区(50%M和50非M)的表面测量至半M区(50%M和50%非M)的垂直距离作为淬硬深度(也称有效淬硬深度)。要强调:钢的淬透性和钢的淬硬性是两种完全不同的概念,切勿混淆。钢的淬硬性也叫可硬性,是指钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到最高硬度的能力,它主要取决于马氏体的含碳量。,工程材料及其热处理-3,61,淬透性好的钢,它的淬硬性不一定高。如低碳合金钢的淬透性好,但淬硬性却不高;如高碳工具钢的淬透性较差,但淬硬性很高。2.淬透性对热处理后力学性能的影响
33、淬透性对钢的力学性能影响很大。用淬透性不同的两种钢材制成直径相同的轴,进行淬火加高温回火(调质处理),其一淬透性好,整轴截面都淬透,另一种钢材的轴淬透性较差。,工程材料及其热处理-3,62,两根轴经调质处理后,其力学性能比较,由图可见,二者硬度相同,但力学性能却有明显差别。淬透性好的钢,其力学性能沿截面基本相同的;而淬透性差的钢,其力学性能沿截面是不同的,靠近心部,性能愈低,特别是韧性更为明显。其原因是淬透的轴在调质后,整个截面都获得均匀的回火S组织,其中Fe3C呈粒状分布。而未淬透的轴靠近心部的组织中,Fe3C仍为层片状,故性能较低。,工程材料及其热处理-3,63,但在选材时,不能因此而都选
34、用淬透性好的钢材，而是应该根据具体工件的受力情况,工作条件及其失效原因,来确定其对钢材淬透性的要求,然后再进行合理选材。二、影晌淬透性及淬硬深度的因素 1.影响淬透性的因素 凡能增加过冷A稳定性的因素,或者说凡使C曲线位置右移,减小M临界冷却速度的,都提高钢的淬透性。,工程材料及其热处理-3,64,影响淬透性主要因素是A的化学成分和A化条件。A化学成分 除钴外的合元,当溶入A后,都增加过冷A的稳定性,降低M临界冷却速度,使钢的淬透性增高。A化条件 A化温度越高,保温时间越长,则A晶粒愈粗大,成分愈均匀,残余Fe3C或碳化物的溶解也越彻底,使过冷A越稳定,C曲线越右移,M临界冷却速度越小,故钢的
35、淬透性越好。,工程材料及其热处理-3,65,2.影响淬硬深度的因素 钢的淬硬深度与淬透性有密切关系，但两者并不完全相同。因为影响淬硬深度的主要因素除了钢的淬透性以外,还和工件的形状、尺寸和冷却介质的冷却能力等外部因素有关。在相同的A化条件下，同一钢种的淬透性是相同的。但它的淬硬深度却随工件的形状、尺寸和冷却介质的冷却能力不同而变化。,工程材料及其热处理-3,66,如同一钢种在相同的A化条件下,水淬要比油淬的淬硬深度深;小件要比大件的淬硬深度深。不能说成是同一种钢水淬比油淬的淬透性好,小件比大件的淬透性好。所以,只是在其他条件都相同的情况下,才可按淬硬深度来判定钢的淬透性高低。三、淬透性的测定与
36、表示方法 1.端淬试验 淬透性的测定方法很多,结构钢端淬试验法是最常用的方法。,工程材料及其热处理-3,67,将试样加热至规定淬火温度后,置于支架上,然后从试样末端喷水冷却。由于试样末段冷却最快,越往上冷却得越慢,因此,沿试样长度方向便能测出各种冷却速度下的不同组织和硬度。若从喷水冷却的末端起,每隔一定距离测一硬度点,则最后绘成如图所示的被测试钢种的淬透性曲线。可见,45钢比40Cr钢硬度下降得快,故40Cr钢比45钢的淬透性好。,工程材料及其热处理-3,68,2.临界直径 钢材在某种介质中淬冷后,心部得到全部M或50%M组织时的最大直径称为临界直径.用Dc表示 临界直径(Dc)是直观衡量淬透
37、性的方法。显然,同一钢种在冷却能力大的介质中,比冷却能力小的介质中所得的临界直径要大。但在同一冷却介质中,钢的临界直径Dc越大,则其淬透性越好。表3-1(P46)为几种常用钢的临界直径。,工程材料及其热处理-3,69,4 表面热处理和化学热处理,一、表面淬火 表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。目的：为了获得高硬度的表面层和有利的残余应力分布，提高工件的硬度和耐磨性。表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热等。,工程材料及其热处理-3,70,二、化学热处理 化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织
38、和性能的热处理工艺。常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。5其他热处理工艺简介(p51)6热处理工件的结构工艺性(p53),工程材料及其热处理-3,71,工程材料及其热处理-3,72,工程材料及其热处理-3,73,工程材料及其热处理-3,74,工程材料及其热处理-3,75,工程材料及其热处理-3,76,工程材料及其热处理-3,77,工程材料及其热处理-3,78,工程材料及其热处理-3,79,工程材料及其热处理-3,80,工程材料及其热处理-3,81,工程材料及其热处理-3,82,工程材料及其热处理-3,83,工程材料及其热处理-3,84,快-慢-快,工程材料及其热处理-3,85,49,50,51,工程材料及其热处理-3,86,工程材料及其热处理-3,87,工程材料及其热处理-3,88,工程材料及其热处理-3,89,
