第三章_钢的淬火及回火.

3钢的淬火及回火教学思路课程学时数为12学时，以讲解为主，结合课堂提问，课堂讨论等，同时观看相关视频及图片，重点结合生产实际讲解淬火及回火相关的理论知识，对淬火及回火的定义、目的及工艺制定有清晰的认识和了解。教学内容淬火的定义、目的，淬火的必要条件淬火介质钢的淬透性淬火应力、变形及开裂确定淬火工艺规范的原则、淬火工艺方法及其应用钢的回火淬火新工艺的发展与应用淬火、回火缺陷及其预防、补救学生学习情况通过本章的学习，对淬火及回火的定义及目的清晰的认识，能确定淬火工艺规范的原则、掌握淬火工艺方法及其应用学会，制定淬火和回火的工艺。教学目标掌握淬火及回火的定义、目的及工艺的制定，了解淬火介质，淬透性及淬火应力等相关知识，并了解淬火、回火缺陷及其预防、补救教学重点与难点重点：淬火、回火缺陷及其预防、补救。难点：淬火工艺的发展与应用，淬火、回火缺陷及其预防、补救。教学过程如下：第三章钢的淬火及回火主要内容3.1淬火的定义、目的，淬火的必要条件3.2淬火介质3.3钢的淬透性3.4淬火应力、变形及开裂3.5确定淬火工艺规范的原则、淬火方法及其应用3.6钢的回火3.7淬火新工艺的发展与应用3.8淬火、回火缺陷及其预防、补救把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却，以得到介稳状态的马氏体（M）或下贝氏体(B下)组织的热处理工艺。3.1淬火的定义、目的，淬火的必要条件一、定义3.1淬火的定义、目的，淬火的必要条件二、目的提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。例如：如提高磁钢的磁性；不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性等。三、必要条件加热温度必须高于临界点以上(亚共析钢Ac3,过共析钢Ac1)，以获得奥氏体组织。冷却速度必须大于临界冷却速度，而淬火得到的组织是马氏体或下贝氏体。关于临界冷却速度允许得到贝氏体，指在连续冷却转变图中能抑制珠光体（包括共析组织）转变的最低冷却速度；全部得到马氏体，指能抑制所有非马氏体转变的最小冷却速度。关于正火和淬火：低碳钢水冷往往只得到珠光体组织，此时就不能称作淬火，只能说是水冷正火。高速钢空冷可得到马氏体组织，则此时就应称为淬火，而不是正火。判断淬火的标准，根据所得组织是否为马氏体或贝氏体，而非冷却速度。3.1淬火的定义、目的，淬火的必要条件20钢板条马氏体45钢板条+针片状马氏体T8钢针片状马氏体T12钢碳化物+隐晶马氏体+残余奥氏体3.1淬火的定义、目的，淬火的必要条件四、马氏体强化（高硬度和高强度的本质）2、固溶强化马氏体是碳固溶于α-Fe形成的过饱和固溶体，面心立方的奥氏体转变成体心立方的马氏体，形成了大量的过饱和的碳原子，同时C原子溶入M点阵中，使扁八面体想正八面体转变，从而使体心立方变成了体心正方点阵，形成点阵畸变，产生强烈的应力场，而使M的强度提高。1、相变强化马氏体通过切变形成，在晶体内产生大量微观缺陷（位错、孪晶及层错等），使使马氏体强化3、时效强化理论计算得出，在室温下只要几分钟甚至几秒钟即可通过C原子扩散而产生时效强化，在-60℃以上，时效就能进行发生碳原子偏聚现象，是M自回火的一种表现，C原子含量越高时效强化效果越大。3.2淬火介质一、淬火介质的冷却作用1、定义为实现淬火目的用的冷却介质2、理想的冷却介质高温T＞650℃,慢冷,可以减少热应力。中温650℃～400℃,快冷,避开C曲线的鼻尖,抑制珠光体的转变，保证全部获得M或下贝氏体。低温400℃以下，特别是300～200℃发生M转变时要求慢冷，减缓马氏体转变速度，降低M转变时的组织应力3、淬火介质的分类及变化过程分类：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。有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段：（1）蒸汽膜阶段产生大量过热蒸汽，形成连续的蒸汽膜，使工件和液体分开。冷却主要靠辐射传热，冷却速度较慢。（2）沸腾阶段T工件↓，Q放↓→蒸汽膜厚度减薄并破裂，以致使液体工件直接接触，形成大量气泡溢出液体，带走大量热量。冷却速度较快。（3）对流阶段当工件表面的温度降低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形成，随着工件与介质的温度降低，冷却速度也逐渐降低。3.2淬火介质二、淬火介质冷却特性的测定淬火介质冷却能力的表示方法——淬火烈度H。1、淬火烈度H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传热系数的关系，即淬火介质的冷却能力。3.2淬火介质几种常见淬火介质的淬火烈度H：淬火介质工件运动情况不同淬火介质的H值空气油水盐水不运动0.020.25-0.300.90-1.0-轻微-0.30-0.351.0-1.1-适当-0.35-0.401.2-1.3-较大-0.40-0.501.4-1.5-强烈0.050.50-0.81.6-2-极强烈00.80-1.0453.2淬火介质3测试方法1）银球探头法银球直径：20mm银球温度：800℃介质液量：2升流动速度：25cm/s2）测试条件3.2淬火介质特性曲线特性温度：B点对应的温度A-B：蒸汽膜阶段B-C：沸腾阶段C-D：对流阶段3.2淬火介质蒸气膜开始破裂3.2淬火介质二、常用的冷却介质及其冷却特性①水：P37页图3.5水在400-600度之间中温段蒸汽膜形成阶段冷却较慢，而450ºC以下冷却速度迅速增加，冷却特性不好。Vmax:500~780ºC/s,300~400ºC鼻温：150ºC/s；Ms：450ºC/s优点：冷却能力强，成本低缺点：M转变温区冷速过大，变形大应用：小尺寸、形状简单碳钢件冷却特性3.2淬火介质水1冷却特性水温对冷却速度影响大，温度升高冷却速度降低，蒸气膜阶段延长，特性温度降低；冷却速度快，特别是在400—100度范围内的冷却速度特别快；循环水的冷却能力大于静止水，蒸气膜阶段提高比较快；3.4常用淬火介质及其冷却特性水1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。3.4常用淬火介质及其冷却特性水不同温度纯水的冷却特性缺点：冷却能力在650℃~550℃范围内不够强，而在300~200℃范围内偏强，不符合理想淬火冷却介质的要求。主要用于形状简单，截面尺寸较大的碳钢件。优点：具有良好的物理化学性能、经济且冷却能力较强的淬火介质3.4常用淬火介质及其冷却特性水盐水及碱水水中溶入盐、碱等物质降低蒸汽膜的稳定性，使蒸汽膜阶段变短，特性温度提高，从而加快了冷却速度。1特点3.4常用淬火介质及其冷却特性3.2淬火介质二、常用的冷却介质及其冷却特性①水：P37页图3.5水在400-600度之间中温段蒸汽膜形成阶段冷却较慢，而450ºC以下冷却速度迅速增加，冷却特性不好。Vmax:500~780ºC/s,300~400ºC鼻温：150ºC/s；Ms：450ºC/s优点：冷却能力强，成本低缺点：M转变温区冷速过大，变形大应用：小尺寸、形状简单碳钢件②油：P38页图3.8油在350~500ºC中温阶段属于沸腾阶段，具有较快的冷却速度，而在低温处于对流阶段，冷却速度较慢，冷却特性很好。Vmax:100~250ºC/s,350~500ºC鼻温：60～70ºC/s；Ms：50ºC/s优点：M转变温区冷速小，不易变形缺点：鼻温区冷速小，淬不透应用：合金钢件③盐水与碱水P38页图3.6蒸汽膜提前破裂，在中温段具有较快的冷却速度10％NaCl水溶液；15％NaOH水溶；5％NaCO3水溶液作用：使蒸汽膜提前破碎，但具有腐蚀性④有机物水溶液及乳化液水冷却能力很大，但冷却特性很不理想，油冷却特性虽然理想，但冷却能力又有所欠缺。有机物水溶液及乳化液兼具水和油的特点，但价格较高。盐水1冷却特性①浓度较低时，随着浓度增加冷却速度加快；②在650—400度有最大的冷却速度；③冷却能力比水强；3.4常用淬火介质及其冷却特性几乎没有蒸气膜阶段淬火冷却能力比清水更强，尤其在650～550℃范围内具有很强的冷却能力，这对尺寸较大的碳钢件的淬火是非常有利的。优点3.4常用淬火介质及其冷却特性缺点盐晶体的析出和爆裂→氧化铁皮剥落→高硬度和光洁的表面，避免软点出现。300～200℃范围内，冷却能力仍相当强→工件变形加重，甚至发生开裂。对工件有锈蚀作用，淬火后的工件必须进行清洗。主要适用于形状简单、硬度要求高而均匀、变形要求不严格的碳钢零件的淬火。能和已氧化的工件表面发生反应，淬火后工件表面呈银白色，具有良好的外观。对工件和设备有腐蚀性，对人有害。碱水1）冷却特性①、②、③3.4常用淬火介质及其冷却特性从石油中提炼出来的矿物油。油1特点油的特性温度较水高，在500-350℃左右处于沸腾阶段，其下就处于对流阶段。即油的冷却速度在500-350℃最快，其下就比较慢，这种冷却特性是比较理想的。3.4常用淬火介质及其冷却特性粘度及闪点较低的油，使用温度在80℃以下。这种油在20℃到80℃温度范围内变化时，工件表面的冷却速度实际不变，即油温对冷却速度没有影响。粘度较高的油，闪点也较高，其使用温度为使用60-250℃左右。这种油粘度对冷却速度起主导作用，因此随着油温的升高冷却能力提高。2影响油的冷却能力及其使用温度范围的因素油的粘度和闪点闪点是指石油产品在规定条件下，加热到它的蒸汽与火焰接触发生瞬间闪火时的最低温度。3.4常用淬火介质及其冷却特性3老化现象淬火油经长期使用后，其粘度和闪点升高，产生油渣，油的冷却能力下降。这种现象称为油的老化。矿物油在灼热的工件作用下，与空气中的氧或工件带入的氧化物发生作用，以及通过聚合、凝聚和异构化作用产生油不能溶解的产物所致。在操作中油内水分增加也会促进油的老化。为了防止油的老化，应控制油温，并防止油温局部过热，避免水分带入油中，经常清除油渣等。产生原因及预防措施3.4常用淬火介质及其冷却特性高速淬火油：在油中加入添加剂，以提高特性温度，或增加油对金厩表面的湿润作用，以提高其蒸汽膜阶段的热传导作用。4改善措施光亮淬火油有灰分和杂质等较少的白石蜡、凡土林、仪表油、变压器油和能提高抗氧化能力的添加剂等。油的冷却能力仍比较低，特别是在高温区域。3.4常用淬火介质及其冷却特性油虽然在低温区有比较理想的冷却能力，在高温区冷却速度不够，不利于碳钢的淬硬，但有利于减少工件的变形。主要用作过冷奥氏体稳定性好的合金钢和尺寸小的碳钢零件的淬火冷却介质。5应用3.4常用淬火介质及其冷却特性有机物质的水溶液及乳化液在水中加入不溶于水而构成混合物的物质，如悬浮液（固态物质）或乳化液（未溶液滴）；水中含有气体；增加蒸气膜核心，提高蒸气膜的稳定性，降低特性温度，从而使冷却能力降低。对液体再施以一定程度的搅拌，则可控制各阶段的温度范围及冷却速度。3.4常用淬火介质及其冷却特性聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂，以防在淬火后清理前停放的有限时间内发生腐蚀。优点（与多数乳化液相比）容易控制，可用普通水(不必软化处理)调节到一定浓度，可不经处理直接从下水道排走等。1有机物质的水溶液3.4常用淬火介质及其冷却特性矿物油与水经强烈搅拌及振动而成；即一种液体以细小的小滴形式分布在另一种液体中呈牛奶状溶液。2乳化液机械振动乳化剂分布状态稳定富集在界面上，降低界面张力，使乳化稳定。形成乳化剂作用3.4常用淬火介质及其冷却特性介于水油之间，通过调配浓度可进行调节火焰淬火和感应淬火时的喷水淬火应用范围冷却能力3.4常用淬火介质及其冷却特性熔盐（硝熔盐）熔融状态的盐也常用作淬火介质，称盐浴，它的冷却能力介于油和水之间。高温区，它的冷却能力比油高，但比水低，低温区比油还低，可见熔盐是最接近理想的，但它的工作条件差，使用温度高，只能用于分级淬火和