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淬火 (金属热处理工艺)
添加时间:2020/5/23 8:55:49

钢的淬火strong>是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时刻,使之悉数或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)改变的热处理工艺通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等资料的固溶理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
简介
淬火是把钢加热到临界温度以上,保温必定时刻,然后以大于临界冷却速度进行冷却,从而取得以马氏体为主的不平衡安排(也有根据需求取得贝氏体或坚持单相奥氏体)的一种热处理工艺办法。淬火是钢热处理工艺中运用最为广泛的工种工艺办法。 [1] 
钢铁热处理大致有退火正火淬火和回火根本工艺。
退火
将工件加热到恰当温度,根据资料和工件尺度选用不同的保温时刻,然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢)意图是使金属内部安排到达或接近平衡状况,取得杰出的工艺功能和运用功能,或者为进一步淬火作安排准备。
正火
将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却,正火的作用同退火类似,只是得到的安排更细,常用于改善资料的切削功能,也有时用于对一些要求不高的零件作为终究热处理。
回火
为了下降钢件的脆性,将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一恰当温度进行长时刻的保温,再进行冷却,这种工艺称为回火。
淬火
工件加热奥氏体化后以恰当办法冷却取得马氏体或贝氏体安排的热处理工艺。最常见的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。
退火、正火、淬火 [2]  、回火是整体热处理中的“四把火”,其间的淬火与回火关系密切,常常合作运用,缺一不可。
意图修改
淬火的意图是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体改变,得到马氏体或贝氏体安排,然后合作以不同温度的回火,以大幅进步钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及耐性等,从而满足各种机械零件和东西的不同运用要求。也能够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、化学功能。
将金属工件加热到某一恰当温度并坚持一段时刻,随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火能够进步金属工件的硬度及耐磨性
HR-150型电动洛氏硬度计
HR-150型电动洛氏硬度计
,因而广泛用于各种工、模、量具及要求外表耐磨的零件(如齿轮、轧辊、渗碳零件等)。通过淬火与不同温度的回火合作,能够大幅度进步金属的强度、耐性下降及疲劳强度,并可取得这些功能之间的合作(归纳机械功能)以满足不同的运用要求。另外淬火还可使一些特殊功能的钢取得必定的物理化学功能,如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢进步其耐蚀性等。淬火工艺首要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时,原有在室温下的安排将悉数或大部改变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却,奥氏体即改变为马氏体。与钢中其他安排相比,马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部发作内应力,当其大到必定程度时工件便会发作扭曲变形乃至开裂。为此有必要挑选合适的冷却办法。根据冷却办法,淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。
工艺修改
包括加热、保温、冷却3个阶段。下面以钢的淬火为例,介绍上述三个阶段工艺参数挑选的原则。
淬火加热温度
以钢的相变临界点为根据,加热淬火时要构成细微、均匀奥氏体晶粒,淬火后取得细微马氏体安排。碳素钢的淬火加热温度规模如图1所示。由本
火温度挑选原则也适用于大多数合金钢,特别低合金钢。亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30~50℃。从图上看,高温下钢的状况处在单相奥氏体(A)区内,故称为彻底淬火。如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度,则高温下部分先共析铁素体未彻底改变成奥氏体,即为不彻底(或亚临界)淬火。过共析钢淬火温度为Ac1温度以上30~50℃,这温度规模处于奥氏体与渗碳体(A+C)双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍属不彻底淬火,淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的安排。这-安排状况具有高硬度和高耐磨性。关于过共析钢,若加热温度过高,先共析渗碳体溶解过多,乃至彻底溶解,则奥氏体晶粒将发作长大,奥氏体碳含量也添加。淬火后,粗大马氏体安排使钢件淬火态微区内应力添加,微裂纹增多,零件的变形和开裂倾向添加;因为奥氏体碳浓度高,马氏体点下降,残留奥氏体量添加,使工件的硬度和耐磨性下降。常用钢种淬火的温度拜见上图册中的表,表为常用钢种淬火的加热温度。
实际生产中,加热温度的挑选要根据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限,当装炉量较多,欲添加零件淬硬层深度等时可选用温度上限;若工件形状复杂,变形要求严厉等要选用温度下限。
淬火保温
淬火保温时刻 由设备加热办法、零件尺度、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确认。对整体淬火而言,保温的意图是使工件内部温度均匀趋于共同。对各类淬火,其保温时刻终究取决于在要求淬火的区域取得杰出的淬火加热安排。加热与保温是影响淬火质量的重要环节,奥氏体化取得的安排状况直接影响淬火后的功能。一般钢件奥氏体晶粒控制在5~8级。
淬火冷却
要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中改变成低温亚稳相——马氏体,冷却速度有必要大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中,外表与心部的冷却速度有-定差异,如果这种差异足够大,则或许构成大于临界冷却速度部分改变成马氏体,而小于临界冷却速度的心部不能改变成马氏体的情况。为确保整个截面上都改变为马氏体需求选用冷却才能足够强的淬火介质,以确保工件心部有足够高的冷却速度。但是冷却速度大,工件内部因为热胀冷缩不均匀构成内应力,或许使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素,合理挑选淬火介质和冷却办法。
冷却阶段不仅零件取得合理的安排,到达所需求的功能,而且要坚持零件的尺度和形状精度,是淬火工艺过程的关键环节。
工件硬度
淬火工件的硬度影响了淬火的作用。淬火工件一般选用洛氏硬度计测定其HRC值。淬火的薄硬钢板和外表淬火工件可测定HRA值,而厚度小于0.8mm的淬火钢板、浅层外表淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒,可改用外表洛氏硬度计测定其HRC值。
  在焊接中碳钢和某些合金钢时,热影响区中或许发作淬火现象而变硬,易构成冷裂纹,这是在焊接过程中要设法防止的。
因为淬火后金属硬而脆,发作的外表残余应力会构成冷裂纹,回火可作为在不影响硬度的基础上,消除冷裂纹的手法之一。
淬火对厚度、直径较小的零件运用比较合适,关于过大的零件,淬火深度不够,渗碳也存在相同问题,此刻应考虑在钢材中参加铬等合金来添加强度。
淬火是钢铁资料强化的根本手法之一。钢中马氏体是铁基固溶体安排中最硬的相,故钢件淬火能够取得高硬度、高强度。但是,马氏体的脆性很大,加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力,因而不宜直接运用,有必要进行回火。
办法修改
单介质淬火
工件在一种介质中冷却,如水淬、油淬。优点是操作简单,易于完成机械化,运用广泛。缺陷是在水中淬火应力大,工件简单变形开裂;在油中淬火,冷却速度小,淬透直径小,大型工件不易淬透。
双介质淬火
工件先在较强冷却才能介质中冷却到300℃左右,再在一种冷却才能较弱的介质中冷却,如:先水淬后油淬,可有效削减马氏体改变的内应力,减小工件变形开裂的倾向,可用于形状复杂、截面不均匀的工件淬火。双液淬火的缺陷是难以掌握双液转换的时刻,转换过早简单淬不硬,转换过迟又简单淬裂。为了战胜这一缺陷,开展了分级淬火法。
分级淬火
工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火,盐浴或碱浴的温度在Ms点附近,工件在这一温度逗留2min~5min,然后取出空冷,这种冷却办法叫分级淬火。分级冷却的意图,是为了使工件表里温度较为均匀,一起进行马氏体改变,能够大大减小淬火应力,防止变形开裂。分级温度以前都定在略高于Ms点,工件表里温度均匀今后进入马氏体区。改进为在略低于Ms点的温度分级。实践表明,在Ms点以下分级的作用更好。例如,高碳钢模具在160℃的碱浴中分级淬火,既能淬硬,变形又小,所以运用很广泛。
等温淬火
工件在等温盐浴中淬火,盐浴温度在贝氏体区的下部(稍高于Ms),工件等温逗留较长时刻,直到贝氏体改变结束,取出空冷。等温淬火用于中碳以上的钢,意图是为了取得下贝氏体,以进步强度、硬度、耐性和耐磨性。低碳钢一般不选用等温淬火。
外表淬火
外表淬火是将钢件的外表层淬透到必定的深度,而心部分仍坚持未淬火状况的一种部分淬火的办法。外表淬火时通过快速加热,使刚件外表很快到淬火的温度,在热量来不及穿到工件心部就当即冷却,完成部分淬火。
感应淬火
感应加热便是利用电磁感应在工件内发作涡流而将工件进行加热。
寒粹
以浸入冷却才能强的寒冰水溶液,作为冷却介质的淬火冷却。
部分淬火
仅对工件需求硬化的部分进行的淬火。
气冷淬火
专指在真空中加热和在高速循环的负压、常压或高压的中性和惰性气体中进行的淬火冷却。
外表淬火
仅对工件表层进行的淬火,其间包括感应淬火、接触电阻加热淬火、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等。
风冷淬火
以强迫流动的空气或压缩空气作为冷却介质的淬火冷却。
盐水淬火
以盐类的水溶液作为冷却介质的淬火冷却。
有机溶液淬火
以有机高分子聚合物的水溶液作为冷却介质的淬火冷却。
喷液淬火
用喷发液流作为冷却介质的淬火冷却。
喷雾冷却
工件在水和空气混合喷发的雾中进行的淬火冷却。
热浴冷却
工件在熔盐、熔碱、熔融金属或高温油等热浴中进行的淬火冷却,如盐浴淬火、铅浴淬火、碱浴淬火等。
双液淬火
工件加热奥氏体化后先浸入冷却才能强的介质,在安排行将发作马氏体改变时当即转入冷却才能弱的介质中冷却。
加压淬火
工件加热奥氏体化后再特定夹具夹持下进行的淬火冷却,其意图在于削减淬火冷却畸变。
透淬
工件从外表至心部悉数硬化的淬火。
等温淬火
工件加热奥氏体化后快冷却到贝氏体改变温度区间等温坚持,使奥氏体变成贝氏体的淬火。
分级淬火
工件加热奥氏体化后浸入温度稍高或稍低于M1点的碱浴或盐浴中坚持恰当时刻、在工件整体到达介质温度后取出空冷以取得马氏体的淬火。
亚温淬火
亚共析钢制工件在Ac1-Ac3温度区间奥氏体化后淬火冷却,取得马氏体及铁素体安排的淬火。
直接淬火
工件渗入碳后直接淬火冷却的工艺。
两次淬火
工件渗碳冷却后,先高于Ac3的温度奥氏体化并淬冷以细化心部安排,随即在略髙于Ac3的温度奥氏体化以细化渗层安排的淬火。
自冷淬火
工件部分或表层快速加热奥氏体化后,加热区的热量自行向未加热区传到,从而使奥氏体化区敏捷冷却的淬火。
运用修改
淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的运用。机械中重要零件,特别在轿车、飞机、火箭中运用的钢件简直都通过淬火处理。为满足各种零件千差万别的技术要求,开展了各种淬火工艺。如,按接受处理的部位,有整体、部分淬火和外表淬火;按加热时相变是否彻底,有彻底淬火和不彻底淬火(关于亚共析钢,该法又称亚临界淬火);按冷却时相变的内容,有分级淬火,等温淬火和欠速淬火等。
此外,因为次货办法各有其特色及局限性,故均在必定条件下取得运用,其间运用最遍及的是感应加热外表淬火及火焰淬火。激光束加热和电子束加热是目前敏捷开展着的高能密度加热淬火办法,因为其有一些其它加热办法所没有的特色,因而正为人们所瞩目。
外表淬火广泛运用于中碳调质球墨铸铁制的机器零件。因为中碳调质钢通过预先处理(调质或正火)今后,再进行外表淬火,既能够坚持心部有较高的归纳机械功能,又可使外表具有较高的硬度(>HRC 50)和耐磨性。例如机床主轴、齿轮、柴油机曲轴、凸轮轴等。基体相当于中碳钢成分的珠光体铁素体基的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等原则上均可进行外表淬火,而以球墨铸铁的工艺功能为最好,且又有较高的归纳机械功能,所以运用最广。
高碳钢外表淬火后,尽管外表硬度和耐磨性进步了,但心部的塑性及耐性较低,因而高碳钢的外表淬火首要用于接受较小冲击和交变载荷下作业的东西、量具及高冷硬轧辊。
因为低碳钢外表淬火后强化作用不明显,故很少运用。 [3]

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