1、第3章 鋼的淬火及回火3.1 淬火的定義、目的和必要條件定義: 將鋼加熱到Ac3或Ac1，保溫并以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。目的：提高硬度、強度和耐磨性； 經淬火、回火獲得良好的綜合機械性能； 改善鋼的物理化學性能必要條件：冷速大于臨界冷速（抑制所有非馬氏體轉變的最小冷速）。第1頁，共22頁。3.2 淬火介質冷卻速度曲線在馬氏體轉變區需慢冷才能減少組織應力, 降低淬火變形和開裂傾向。應當具有在中溫（500600）時冷卻快、低溫時冷卻慢的特性。500600理想的冷卻介質：圖 鋼的合理淬火過程示意圖第2頁，共22頁。3.2.1 淬火介質的冷卻作用 淬火介質的分類

2、淬火時發生物態變化的淬火介質 , 包括水質淬火劑、油質淬火劑和水溶液等。（沸點大都低于工件的淬火加熱溫度）根據物理特性(2類)淬火時不發生物態變化的淬火介質 , 包括各種熔鹽、熔堿、融熔金屬等。（沸點大都高于工件的淬火加熱溫度）。散熱方式汽化沸騰輻射傳導對流 輻射傳導對流散熱方式第3頁，共22頁。淬火介質一般的要求：無毒、無味、經濟、安全可靠;不易腐蝕工件,淬火后易清洗;成分穩定,使用過程中不易變質;在過冷奧氏體的不穩定區域應有足夠的冷卻速度,在低溫馬氏體區域應具有較緩慢的冷卻速度,以保證淬火質量;在使用時,介質粘度應較小, 以增加對流傳熱能力和減少損耗。第4頁，共22頁。有物態變化的淬火介質

3、冷卻過程大致可分為三個階段1)汽膜階段2)沸騰階段3)對流階段第5頁，共22頁。當工件進入介質的一瞬間,周圍介質立即被加熱而汽化,在工件表面形成一層蒸汽膜, 將工件與液體介質隔絕。由于蒸汽膜的導熱性較差,故使工件的冷卻速度較慢,如圖中AB段;冷卻開始時,由于工件放出的熱量大于介質從蒸氣膜中帶走的熱量,故膜的厚度不斷增加,隨著冷卻的進行,工件溫度不斷降低,膜的厚度及其穩定性也逐漸變小，直至破裂而消失。-冷卻的第一階段。冷卻過程大致可分為汽膜階段沸騰階段對流階段（1）汽膜階段 有物態變化的淬火介質冷卻機理：第6頁，共22頁。（2）沸騰階段當蒸汽膜破裂后,工件即與介質直接接觸,介質在工件表面激烈沸騰

4、, 通過介質的汽化并不斷逸出氣泡而帶走了大量熱量,使冷卻速度變快.如圖中BC段,沸騰階段前期冷速很大,隨工件溫度下降,其冷速逐漸減慢,此階段一直要持續到工件冷至介質的沸點時為止,這是冷卻的第二階段。 有物態變化的淬火介質冷卻機理：冷卻過程大致可分為汽膜階段沸騰階段對流階段第7頁，共22頁。（3）對流階段當工件冷至低于介質的沸點時,則主要依靠對流傳熱方式進行冷卻,這時工件的冷速甚至比蒸汽膜階段還要緩慢,如圖CD段,隨著工件表面與介質的溫差不斷減小,冷卻速度愈來愈小,這是冷卻的第三階段。 有物態變化的淬火介質冷卻機理：冷卻過程大致可分為汽膜階段沸騰階段對流階段第8頁，共22頁。3.2.2 淬火介質

5、冷卻特性的測定 淬火介質冷卻能力最常用的表示方法是所謂的淬火烈度H.規定18靜止水的淬火烈度H1，其它淬火介質的淬火烈度由與靜止水的冷卻能力比較而得。 淬火烈度H測量-銀球探頭法第9頁，共22頁。3.2.2 淬火介質冷卻特性的測定 試樣溫度與冷卻時間的關系冷卻速度與試樣溫度的關系圖3-4 具有物態變化的淬火介質冷卻特性曲線示意圖AB氣膜階段，BC沸騰階段， CD對流階段淬火特性溫度是指蒸汽膜破裂即沸騰階段開始的溫度 第10頁，共22頁。幾種常用淬火介質的淬火烈度H 第11頁，共22頁。幾種常用淬火介質的淬火烈度H第12頁，共22頁。不同程度攪拌時幾種常用淬火介質的淬火烈度H第13頁，共22頁。

6、3.2.3 常用淬火介質及其冷卻特性1.水右圖是水在靜止與流動狀態下的冷卻特性,可見靜止水的蒸汽膜階段溫度較高,在800380溫度范圍,此階段的冷速緩慢,約180/s.溫度低于380 以下才進入沸騰階段,使冷卻速度急劇上升,280 左右冷速達最大值,約770/s.不同溫度的水的冷卻特性. (a) 靜止水， (b)循環水第14頁，共22頁。水作為淬火介質的主要缺點冷卻能力對水溫的變化很敏感,水溫升高,冷卻能力便急劇下降,并使對應于最大冷速的溫度移向低溫,放使用溫度一般為2040,最高不許超過60； 在馬氏體轉變區的冷速太大, 易使工件嚴重變形甚至開裂； 不溶或微溶雜質(如油、肥皂等)會顯著降低其

7、冷卻能力,因為這些外來質點作為形成蒸汽的核心,將加速蒸汽膜的形成并增加膜的穩定性 , 所以當水中混入這些雜質時,工件猝火后易于產生軟點.3.2.3 常用淬火介質及其冷卻特性第15頁，共22頁。2.鹽水與堿水 為了提高水的冷卻能力, 往往在水中添加-定量(一般為510%)的鹽或堿,目前比較普遍采用的是食鹽水溶液 , 其優點是蒸汽膜階段縮短，特性溫度提高，從而加快冷卻速度.食鹽水溶液的冷卻能力在食鹽濃度較低時隨食鹽濃度的增加而提高，隨溫度提高，冷卻能力降低。鹽水的缺點是在低溫（200 300）區間冷速仍很大。 食鹽水溶液圖3-6 不同成分食鹽水溶液的冷卻特性3.2.3 常用淬火介質及其冷卻特性第1

8、6頁，共22頁。堿水作為淬火介質,常用的是5%l5%NaOH水溶液.它在高溫區間的冷卻能力比鹽水還大,而在低溫區間的冷卻能力則與之相近.此外它能與已氧化的工件表面作用而析出氫氣,使氧化皮易于脫落,淬火后工件呈銀灰色,表面較潔凈,一般不需清理,故又稱其為光亮淬火. 但堿水的應用不如鹽水廣泛,其原因是 NaOH 對工件及設備的腐蝕較嚴重,淬火時有剌激性氣體產生,對皮膚有腐蝕性,以及工件易于老化變質等.因此未能廣泛應用 。堿水圖3-7 不同溫度的50%NaOH水溶液的冷卻特性3.2.3 常用淬火介質及其冷卻特性第17頁，共22頁。3.油植物油礦物油淬火油主要優點是: 油的沸點一般比水高150300,

9、其對流階段的開始溫度比水高得多,由于一般在鋼的Ms點附近已進入對流階段 , 故低溫區間的冷速遠小于水,將有利于減少工件的變形與開裂傾向.主要缺點是 : 高溫區間的冷卻能力很小 , 僅為水的 l/51/6. 只能用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬火 .此外 ,油經長期使用還會發生老化 , 故需定期過濾或更換新油等。提高油溫可降低粘度, 增加流動性 , 因而可提高其冷卻能力 .油溫一般應控制在 60 80 , 最高不超過 100120 即油的工作溫度應保持在閃點由以下 100 左右 , 以免著火 . 閃點( flash point of fuel oil): 全稱燃油閃火點，在燃油加熱過程中，當點火源

10、接近燃油蒸汽和周圍空氣所形成的混合氣時，可產生瞬間即來的閃火現象的最低溫度。是有關安全防火的一個重要指標。 3.2.3 常用淬火介質及其冷卻特性第18頁，共22頁。1)高速淬火油淬火油的發展第19頁，共22頁。2)光亮淬火油第20頁，共22頁。4 有機物質的水溶液及乳化液a 有機物水溶液作為淬火介質目前各國都在發展有機物水溶液作為淬火介質。一些國家均有以水基添加有機物和礦物鹽的淬火介質專利。例如美國應用15聚乙烯醇，04抗粘附劑，04防泡劑的淬火介質。其他國家也應用類似的淬火介質。優點：目前最常用的有機物質的水溶液為聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蝕劑，以防在淬火后清理前停放的有限時間內發生腐蝕。這種水溶液與多數乳化液相比，有容易控制，可用普通水(不必軟化處理)調節到一定濃度，可不經處理直接從下水道排走等優點。第21頁，共22頁。(4) 有機物質的水溶液及乳化液b 乳化液作為淬火介質 最常用的乳化液是礦物油與水經強烈攪拌及振動而成。即一種液體以細小的小滴形式分布在另一種液體中呈牛奶狀溶液，故稱乳化液。如果水形成外相，油滴在水中則稱油水乳化液。要使這種分布狀態穩定，除了上述機械振動外，還應加入乳化劑。這種乳化劑作為表面活性物質富集在界面上，通過降低界面張力，使乳化穩定。 乳化液一般