钢的热处理（5）在线视频

下面我们学习

第三种热处理工艺 淬火

在这一部分我们要介绍四个内容

第一个是淬火工艺

将钢加热到奥氏体相变温度以上

保温一段时间以后快速冷却

获得马氏体的热处理工艺称为淬火

冷却的介质常常是水或者是油

或者专用的淬火介质

为了减少零件淬火时的变形

可以用盐浴作为冷却介质

对于钢来说不同的成分

其加热温度是不一样的

我们看这个图

对于亚共析钢我们要加热到

A_c3以上50℃左右

对于共析和过共析钢

我们要加热到A_c1以上50℃左右

对于淬火工艺来说

我们有以下四种

一种是单液淬火

另外一种是双液淬火

也就是说淬火到一定介质以后

然后换一种介质

改变冷却速率

冷却到室温

也可以分级淬火

淬火到一个温度

保温一段时间以后

然后再淬火到室温

也可以等温淬火

也就是说不发生马氏体转变

然后再冷却到室温

不同的钢种 它淬火前后的组织

是不一样的

对亚共析钢 它淬火前

是单相的奥氏体

淬火以后为马氏体

对共析钢 它淬火以前

是单相的奥氏体

淬火以后为马氏体

加残余奥氏体

对过共析钢 它淬火以前

是奥氏体加粒状的渗碳体

淬火以后为马氏体

加粒状的渗碳体加残余奥氏体

第二 钢的淬透性

这是一个重点内容

钢淬火时形成马氏体的能力

叫做钢的淬透性

用专门的方法来测试它的淬透性

我们看这个图

将试样加热以后

然后放到专用的支架上

从一端用水进行喷水冷却

完全冷却以后

我们把它取下来

然后磨出一个平面进行打硬度

并将硬度随离端部的距离做图

我们看这个图

这样我们就可以测出

硬度离端点的距离的变化规律

我们发现在端部的时候硬度最高

然后逐渐的降低

这样一条曲线

我们就把它叫做淬透性曲线

也就是试样末端淬火后

测得的试样沿长度方向的

硬度变化曲线

钢的淬透性用JXX-d来表示

J 表示末端淬火的淬透性

d表示离水冷端的距离

XX表示硬度值

一般用洛氏硬度或者维氏硬度

例如J42-15

表示距水冷端15毫米处的硬度

为42个HRC

也可以为维氏硬度来表示

在工程中常常用更简单的办法

来测试淬火工件的淬透层深度

也就是说将一个柱形的棒

加热以后淬入溶液中

冷却后把它拿出来

然后沿剖面切开

然后从表向里打硬度

测定硬度以后

然后做硬度随表面的距离的

一个变化曲线

我们看硬度的分布是这样的

那么硬度的分布

与马氏体的体积分数相对应

我们看这条曲线

是马氏体的体积分数的分布曲线

这样我们就可以测得

淬火试样断面上的马氏体的量

和硬度的变化趋势

在同样淬火条件下

淬透层深度越大

反映钢的淬透性越好

那有哪些因素

会影响钢的淬透性呢

主要有以下四个因素

（1）碳含量 对碳钢

亚共析钢中随着碳含量的增加

它的C曲线会往右移

淬透性提高

对于过共析钢随着碳含量增加

它C曲线会往左移

淬透性降低

共析钢的临界冷却速度最小

也就是说淬透性是最好的

（2） 合金元素的影响

除钴以外 其余所有合金元素

溶入奥氏体中后

都会降低临界冷却速度

会使C曲线向右移

也就是说使淬透性提高

合金钢往往比碳钢的淬透性

要更好

（3） 奥氏体化温度的影响

提高奥氏体化的温度

使奥氏体晶粒长大 成分均匀

减少珠光体的形核率

降低钢的临界冷却速率

会增加钢的淬透性

（4）钢中未溶第二相的影响

钢中未溶入奥氏体的碳化物

氮化物及其他非金属夹杂物

会成为奥氏体分解的

非自发核心

使临界冷却速率增大

降低淬透性

我们需要注意的是钢的淬透性

主要取决于钢中

合金元素的种类和含量

3 钢的淬透性曲线的应用

第一个是可以比较

不同钢种的淬透性

淬透性是钢材选择的

一个重要依据之一

一般用半马氏体硬度曲线

和淬透性曲线找出

钢的半马氏体区所对应的

离水冷端的距离

该距离越大淬透性就越好

我们来对比分析一下45号钢

和40Cr它的淬透性

我们先看45号钢

从这个图中我们看出找到碳钢

然后对应过来到这边

从中可以找出硬度随

距水冷端距离的变化曲线

这里我们可以看出

在离水冷端3毫米的时候

它的硬度为 约40个HRC

我们再看看40Cr

同样我们在硬度

距水冷端距离的变化曲线上

可以找到它对应的位置

这个时候你会发现

在距水冷端约11毫米的地方

它的硬度为45个HRC左右

所以从这里可以看出

两个钢中

40Cr它的淬透性要大得多

（2）钢材截面性能分析

调质处理以后淬透性好的钢棒

整个截面都是回火索氏体

力学性能均匀 强度高 韧性好

淬透性差的钢

表层为回火索氏体

心部为片状索氏体加铁素体

心部强韧性较差

我们看这个图

例如直径为30毫米的

40CrNiMo钢棒整个截面

性能均匀 强度高 韧性好

而直径为30毫米的40钢

它的心部强韧性较差

性能分布不均匀

（3）可以用于帮助我们做选材

截面较大形状复杂

以及受力条件苛刻的

螺栓 拉杆 锻模 锤杆等等工件

要求截面机械性能均匀

应选用淬透性好的钢材

承受弯曲或者扭转载荷的轴类零件

外层受力较大

心部受力较小

可以选用淬透性较低的钢种

下面我们介绍第4部分内容

钢的淬硬性

钢的淬硬性是指钢淬火以后

能够达到的最高硬度

淬硬性主要取决于马氏体中的

碳的质量分数

例如T12钢淬火后

硬度为62到65个HRC

而45号钢淬火后

硬度为55到58个HRC

这两个钢的碳含量不一样

它的淬硬性完全不同

刃具 冷作模具

要求有很高的淬硬性

因此要求碳含量高的钢种

下面我们做个练习

我们比较一下T10 20CrMnTi

40Cr三种钢

它的淬硬性和淬透性的高低

我们看对于T10钢

它的淬透性是最高 还是较高

还是最低呢

那我们选择一下

选最低试试

然后我们看看20CrMnTi

最高

然后我们看看40Cr 较高

好 我们再看看下面

对于淬硬性

T10钢它的淬硬性应该是最高

对不对

然后20CrMnTi它的淬硬性呢

最低 是吧

然后40Cr较高

因为这就与碳含量有关

好 我们检验一下看看结果怎么样

恭喜你做对了

说明这个是对的

下面我们学习这一节的第四部分

第四种热处理工艺 回火

钢件淬火以后

为了消除内应力

并获得所需要的组织和性能

要将其加热到A_c1以下某一个温度

保温一段时间

然后冷却到室温

这样一种热处理工艺叫做回火

回火分为三种类型

第一种低温回火

回火温度为150℃到250℃

亚共析钢淬火

低温回火后的组织为

回火马氏体

过共析钢淬火

低温回火后的组织为

回火马氏体加粒状的渗碳体

加残余奥氏体

回火的目的是降低淬火应力

提高工件的韧性

保证淬火后的高硬度

例如58到64个HRC的高硬度

和高的耐磨性能

主要用来做锉刀 锯条等工具

2 中温回火

回火温度为350℃到500℃范围

组织为回火屈氏体

它是铁素体基体与弥散分布的

细粒状的渗碳体的混合组织

铁素体仍保留马氏体的形态

碳化物比回火马氏体中的碳化物

要粗一些

回火屈氏体具有高的弹性极限

和屈服强度

一定的韧性

硬度一般为35到45个HRC

可以用来做弹簧的热处理工艺

3 高温回火

回火温度为500℃到650℃的温度范围

组织为回火索氏体

其组织为粒状的渗碳体

和铁素体基体的混合组织

这个时候要注意的是

铁素体已经没有马氏体的形态

回火索氏体综合力学性能最好

强度 塑性 韧性都比较好

硬度一般为25到35个HRC

淬火加高温回火

通常称为调质处理

一般应用于螺栓 连杆等重要件的

热处理工艺

这张图为马氏体碳质量分数

残余奥氏体量 内应力

碳化物粒子尺寸

随回火温度的增加的变化规律

我们先看马氏体中碳的质量分数

会随着回火温度的增加

而逐渐的降低

残余奥氏体的量

也会随着回火温度的增加逐渐降低

内应力也是同样的规律

而碳化物的尺寸会随着

回火温度的增加逐渐的增加

我们再看看40钢它的力学性能

与回火温度的关系

我们先看一下它的硬度

随着回火温度的增加

硬度是逐渐的降低

它的强度随着回火温度的增加

也是逐渐降低

而塑性则随着回火温度的增加

大幅度的增加

但当回火温度超过600℃以后

断面收缩率会逐渐下降

我们再看40钢的冲击韧度

与回火温度的关系

从这个图中我们可以看出

在250到350℃

以及500到600℃

这两个温度区间回火后

钢的冲击韧度明显下降

我们把这样一种现象

叫做回火脆性