工艺第3章 淬火与回火

热处理工艺

第三章 钢的淬火及回火

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第一节

淬火的定义、目的、淬火的必要条件

1、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Vk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。

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2、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。 少数工件可以改善钢的物理和化学性能。 例如：提高高磁钢的磁性；

不锈钢淬火以消除第二相， 从而改善其耐蚀性。3、淬火必要条件：

临界点以上，获得奥氏体； 大于临界冷速，得到马氏体 或下贝氏体。

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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A1~650℃缓慢冷却， 以减少热应力； 在过冷奥氏体最不稳定区 域(650~400℃ ),快速 冷却； 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。

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一、淬火介质的冷却作用1、分类(1)按聚集状态分类： 淬火介质有固态、液态、气态。 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。 (2)按液态淬火介质是否具有物态变化： 分为有物态变化的和无物态变化的。 2、有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段： (1)蒸气膜阶段： 工件表面产生大量过热蒸汽，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。

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(2)沸腾阶段：进一步冷却时，工件放出的热量减少，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，并 形成大量气泡逸出。冷却速度较快，取决于淬火介质的汽化热， 汽化热越大，从工件带走的热量越多，冷却速度也越快。(3)对流阶段：当工件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，随工件和介质间的 温差减小，冷速也逐渐降低，此时对流传热起主导作用

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3、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淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度H。 1、概念： 规定静止水的淬火烈度H=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。 2、实质： 反映钢内部的热传导系数以及钢与介质间的给热系数的关系， 即淬火介质的冷却能力。 注意：不同淬火介质，在工件淬火过程中其冷却能力是变化 的。几种常见淬火介质的淬火烈度H,如下表所示。

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三、常用淬火介质及其冷却特性1.水

: 具有良好的物理化学性能，而且来源丰富，价格便宜。 冷却特性： (1)水的冷却速度 在650~400℃温度范围内的冷却速度较小； 在马氏体转变温度区的冷却速度特别快。

不同温度纯水 的冷却特性

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(2)水温对冷却特性影响很大 随水温提高，水的冷却速度降低。 (3)循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。

不同温度纯水 的冷却特性

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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。 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。 碱溶液也具有很高的冷却能力，随温度提高冷却能 力降低，工件表面银白色、好的外观，但腐蚀严重。

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3.油

冷却能力比水差，油的冷却过程也具有三个阶段。 (1)在高温区冷却速度低；

(2)油在500℃~350℃间 冷却速度最快。(3)油在低温区(350℃ 下)冷速较慢。 (4)油在20℃~80℃使用， 对工件冷速影响不大。

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4.有机物的水溶液及乳化液。

水的冷却能力很大，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，即在水中加 入有机物或矿物盐，改变(降低)水的冷却性能。 常用的有聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂。

工业生产中常用乳化液，是矿物油与水经强烈搅拌 及振动而成。冷却能力可通过调配浓度来调节。常用 于表面淬火。