03第三章金属热处理.docx
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03第三章金属热处理
第三章金属热处理
第一节金属及合金的构造
由于热处理是通过改变金属内部组织内部组织构造而引起性能改变的,所以首先应该了解金属及合金的组织和构造。
一、纯金属的构造
一切固态物质按其内部微粒(原子、离子或分子)的构成,可分为晶体与非晶体两类。
晶体的特点是,构成晶体的基本微粒,在空间是作有规则排列的,反之,非晶体的微粒在空间是做无规则排列的,紊乱的。
而所有的金属在固态下都是晶体。
金属晶体中原子或离子按一定规则排列而成的空间几何图形,称为空间格子,简称晶格。
不同的金属,具有不同的晶格。
常见金属的晶格种类很多,最主要的有体心立方晶格和面心立方晶格两种,如图3—1所示。
图3-1晶体的晶格示意图a)晶格b)面心立方晶格c)体心立方晶格
金属的晶格类型并非一呈不变。
某些金属,例如铁、锰、锡、钛等凝固后随温度的变化,还会发生晶格类型的改变。
这种因温度变化而发生晶格改变的现象,称为同素异晶转变。
如纯铁液体在冷却到1538℃时,凝固成具有体心立方晶格的固体。
这种具有体心立方晶格的固体称为δ-Fe。
当冷却到1394℃时,即发生晶格的转变,由体心立方晶格转变为面心立方晶格。
这种具有面心立方晶格的固体称γ-Fe。
当继续冷却到912℃时,又将发生由面心立方晶格转变成体心立方晶格,这种具有体心立方晶格的固体称α-F。
以上两次晶格转变过程都称为同素异晶转变。
同素异晶转变是可逆的,它是材料能否进行热处理的重要依据之一。
纯铁的同素异晶转变过程,可用下列转变式表示:
1394℃912℃
δ-Feγ-Feα-Fe纯铁的同素异晶转变过程,也可以用其冷却曲线表示,如图3-2所示。
图3-2纯铁的冷却曲线
二、合金的构造合金是由两种或两种以上的金属元素或由金属与非金属元素构成的具有金属特性的物质。
例如钢和生铁就是铁和碳的合金,黄铜就是铜和锌的合金。
合金的结构比纯金属复杂得多,由于构成合金的元素相互作用不同,合金的构造常可分为固溶体、金属化合物和机械混合物三种。
1.固溶体固溶体是以一种金属元素的晶格为溶剂,其他元素的原子为溶质,溶质原子溶入溶剂晶格而形成的均匀固体,如钢中的铁素体就是碳原子溶入铁的晶格而构成的固溶体,固溶体保持了溶剂的晶格。
2.金属化合物金属化合物是构成合金的元素相互化合而生成的新物质。
它的晶格类型和性能完全不同于组成它的任一元素的晶格和性能,它具有一定的化学成分及新的晶格。
如钢中的渗碳体就是铁和碳的金属化合物。
金属化合物一般具有硬而脆的性能。
3.机械混合物机械混合物是两种或两种以上的金属晶体相互混合而成的组织。
它可以由纯金属、固溶体、金属化合物等晶体相互任意混合而成。
如钢中珠光体就是由固溶体和金属化合物组成的机械混合物。
机械混合物的性能取决于构成物本身的性能,以及它们的相对数量和分布状态。
第二节钢平衡状态下的组织和性能
钢是铁和碳的合金。
当钢液以极其缓慢的速度冷却时,在温室下生成的组织,称为平衡状态组织。
热处理正在是通过改变这些平衡组织而改变其性能的。
因此,要了解钢在热处理过程中的组织变化,以及对性能的影响,还必须讨论钢在热处理以前内部的组织、构造和性能。
一、钢的基本组织和性能
钢在平衡状态下的基本组织,主要有铁素体、渗碳体和珠光体三种。
1.铁素体铁素体是碳溶解于α-Fe中的固溶体,如图3-3所示,常用符号F或α-Fe(C)表示。
因碳在α-Fe中的溶解量很少(含C量﹤0.0218%),所以碳的强化作用很小(固溶强体),其机械性能近似纯铁,即强度、硬度低,塑性、韧性好。
碳钢基本组织的机械性能见表3-1。
图3-3铁素体的晶格示意图
白色为铁原子黑色为碳原子
表3-1碳钢基本组织的机械性能
2.渗碳体渗碳体是铁和碳组成的金属化合物。
常用符号白色为铁原子黑色为碳原子
Fe3C表示,含碳量为6.69%,渗碳体具有比较复杂的晶格,其机械性能、强度、硬度高(≥800HBS),塑性、韧性差,近似为零。
见表3—l。
渗碳体在钢中,主要起强化作用。
3.珠光体珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物。
常用符号P表示,其含碳量为平均含碳量,近似0.77%。
珠光体组织的形态一般为层片状,由铁素体和渗碳体互相交替排列而成。
珠光体的机械性能,主要取决于渗碳体的数量、形态和分布的情况。
珠光体具有比铁素体高的强度和硬度,见表5—1。
但塑性和韧性比铁素体差。
二、钢的组织对性能的影响随着含碳量的变化,钢内部的组织是变化的,其中铁素体、珠光体和渗碳体的相对数量也是变化的,组织相对数量的变化,会影响钢的性能。
例如,含碳量小于0.77%的碳钢,随含碳量的增加,由原来全部是铁素体的组织,转变为铁素体加珠光体的组织,并随含碳量的不断增加,珠光体数量增多,铁素体数量减少,其强度、硬度不断升高,而塑性、韧性不断降低。
当含碳量达到0.77%时,钢全部由珠光体组成,其机械性能、强度、硬度较高,而塑性、韧性较差。
当含碳量大于0.77%以后,在珠光体晶粒的晶界上,出现了硬而脆的渗碳体。
随钢中含碳量的增加,渗碳体的数量将增多,而珠光体的数量将减少,并且随含碳量的增加,渗碳体将形成网络,称网状渗碳体(如图3—4所示)。
钢中存在网状渗碳体,削弱了晶粒间的结合力,使钢的硬度有所提高,而强度、韧性明显降低,如图3—4所示
图3-4钢中含碳量与组织的关系
由上述可知,碳钢随含碳量的增加,其内部组织将发生变化,而变化的结果会引起钢的机械性能的改变,所以,钢的含碳量不同,就具有不同的机械性能,而不同性能的钢,就有不同的用途。
例如:
对于强度要求不高的普通零件,象螺钉、螺栓、螺帽和普通小轴、销子等,常可用低碳钢来制造,因为低碳钢含碳量低,强度硬度低,切削加工容易。
对于要求具有一定综合机械性能的零件,如机床主轴、传动轴、齿轮、柴油机曲轴、凸轮轴等,则可用中碳钢来制造,因为中碳钢含碳量适中,具有一定的强度和硬度,又有较好的塑性和韧性,加工性能也较好。
对于各种刃具、量具、模具等工具,如锉刀、钻头、板牙,样板等,又需要用高碳钢来制造,以便获得高的硬度和耐磨性。
但是,上述钢中,除用于制造螺钉、螺栓、小轴、销子的低碳钢外,中碳钢特别是高碳钢所制造的零件或工具,使用时,机械性能往往不能满足使用要求,材料的性能潜力未得到充分的发挥,常温下又不能改变钢的组织和性能。
然而,铁具有同素异晶转变的特性,随加热温度升高会发生晶格的改变,使碳在铁晶格中的溶解度产生变化,从而为冷却时的转变创造了条件。
冷却时,因冷却速度不同将发生不同的转变,并具有不同的组织和性能,热处理正是根据上述转变来改变钢的性能的。
第三节钢的加热和冷却
对钢进行热处理,从而改变其组织和性能,是通过加热、保温、冷却等工艺手段来实现的。
一、钢加热的目的
对钢进行加热,其目的是改变钢的原始组织,获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体组织,并为冷却时的转变作好准备,使钢具有所需的组织和性能。
以T8钢为例分析如下:
T8钢平衡状态下的组织是珠光体,其中铁素体与渗碳体的比例为88%:
12%。
钢中的碳,几乎全部聚集在渗碳体中,约为6.69%,而铁素体中只含极少量的碳,即小于0.0218%。
所以T8钢在平衡状态下的组织和性能不能满足使用要求,为了改变其组织,提高机械性能,首先必须进行加热,促使铁的晶格发生改变,使钢中的碳,溶入改变后的新晶格中,从而为冷却时改变组织,改变性能创造条件。
这种由α-Fe转变成的新的晶格,称奥氏体。
1.奥氏体奥氏休是碳溶解时γ—Fe中的固溶体,如图3—5所示,常用符号A或γ-Fe(C)表示。
图3-5奥氏体的晶格示意图
黑色为碳原子白色为铁原子
由于碳在γ—Fe中的溶解度较大(含C量≤2.11%),以强化作用明显增大,强度硬度比铁素体高。
碳钢中奥氏体存在于高温,塑性较好,见表3—1。
2.碳钢加热后的组织钢加热后的组织随含碳不同而有所差别,合碳量为0.77%的T8钢,常加热到727℃以上就转变成奥氏体,含碳量小于0.77%的钢,在727℃以上,珠光体转变成奥氏体后,尚有未转变的铁素体,要获得全部奥氏体组织,必须继续加热到更高的温度,该温度随钢中含碳量的降低而升高。
含碳量大于0.77%的钢,珠光体转变成奥氏体后,尚有未转变的渗碳体,要得到全部奥氏体,也必须继续加热到更高的温度,该温度随钢中含碳量的增加而升高。
所以,珠光体转变为奥氏体或铁素体和渗碳体完全溶入奥氏体的温度,称“临界温度”它是热处理加热温度选择的依据。
3.奥氏体晶粒度所谓奥氏体晶粒度,就是奥氏体晶粒的大小。
常指某温度下奥氏体晶粒的大小,因为奥氏体晶粒的大小,决定了冷却后组织的晶粒大小,而钢的晶粒愈细,其机械性能愈好,所以常希望钢加热后获得晶粒细小而均匀的奥氏体组织。
由于钢加热到奥氏体状态后,开始获得的晶粒总是细小的,称为起始晶粒,但随加热温度升高和保温时间延长,晶粒容易长粗,所以,为了不使奥氏体晶粒过分粗大,必须严格控制加热温度和保温时间。
奥氏体晶粒的大小,可以按冶金部部颁标准评定。
图3—6所示为钢的标准晶粒度等级(×100)。
其中1—4级为粗晶粒,5—8级为细晶粒。
4.保温的目的钢在加热到奥氏体以后,需保持一段时间,称保温,其目的是为了使工件内外温度一致,并获得成分均匀的奥氏体组织,从而保证冷却后的钢,具有所需的组织和性能。
图3—6钢的标准晶粒度等级(×100)
一般碳钢的保温时间比较短,合金钢的保温时间比较长,其原因是合金元素充分溶解需要时间。
二、钢冷却时的组织和性能冷却是在钢热处理过程中,继加热、保温后的重要工序,它往往决定钢热处理后的组织和性能。
1.冷却的目的冷却是将加热到高温奥氏体状态的钢,冷却到低温,使钢中奥氏体发生转变的过程,目的是使奥氏体转变成人们预期的组织和性能,以满足加工和使用的要求。
如工具钢退火时,需缓慢冷却,其目的是降低硬度,便于切削加工,当加工成零件或工具后淬火时,又需急烈冷却,目的是提高硬度和耐磨性,延长使用寿命。
2.常用的冷却方式钢热处理的冷却方式有两种,即等温冷却和连续冷却,冷却的过程,如图3—7所示。
等温冷却,是将钢加热到奥氏体状态后,以较快的速度冷却到723℃以下的某一温度,保持一段时间,促使奥氏体转变,然后再冷却到室温的冷却方式,如图3—7虚线a所示。
连续冷却,是将钢加热到奥氏体状态后,以一定的速度,连续地冷却到室温的冷却方式。
其转变是在一个温度范围内连续进行的,如图3—7实线b所示。
生产中,因采用连续冷却方式比采用等温冷却方式操作简单,所以使用较广泛。
图3-7钢的冷却方式示意图
a-等温冷却b-连续冷却
3.钢冷却时的组织转变钢冷却时所发生的转变,以及转变后的组织和性能,主要取于钢的冷却速度和转变温度。
以T8钢为例:
(1)珠光体类型转变:
当钢从奥氏体状态冷却下来时,由于冷却速度和转变温度的不同,获得的组织和性能也存在很大差异。
在727~550℃温度范围内,将获得层片状的铁素体和渗碳体组织,称珠光体类组织。
按其中层片的厚薄又分为三种。
1)珠光体转变:
当钢从高温奥氏体状态,以极缓慢的速度(随炉缓慢冷却)冷却时,在
727—650℃之间,奥氏体分解成铁素体与渗碳体的机械混合物。
由于分解温度高,所以得到的组织片层粗,强化作用小;强度、硬度低(HRC≈15),而塑性、韧性好,珠光体组织的形态,如图3—8a所示。
2)索氏体转变(又称细珠光体转变):
当钢从高温奥氏体状态,以较快的速度(从空气中冷却)冷却时,在650—600℃之间,奥氏体分解成层片较细的铁素体与渗碳体的机械混合物,称细珠光体或索氏体,用符号“S”表示,由于分解温度降低,故层片变细,其强化作用增大,强度、硬度比粗层片的珠光体高(HRC≈30),而塑性、韧性比粗层片的珠光体差。
组织示意图,如图3-8b所示。
3)屈氏体转变(又称极细珠光体转变):
当钢从高温奥氏体状态,以更快的速度(如出炉鼓风冷却)冷却时,在600—550℃之间,奥氏体分解成层片极细的铁素体与渗碳体的机械混合物,称极细珠光体或屈氏体,用符号“T”表示。
由于分解温度更低,故层片极细极密,其强化作用更大,强度、硬度更高(HRC≈40),而塑性、韧性更低,如图3-8c所示。
图3-8珠光体组织示意图
a-珠光体b-索氏体c-屈氏体
从以上分析可以清楚地看出,上述三种组织都由铁素体和渗碳体组成,均是层片状组织,其本质没有区别,都属于珠光体类型。
但是,由于铁素体和渗碳体的层片厚薄不同,所以也影响到钢的性能。
珠光体的层片越细密,其强度和硬度越高。
T8钢冷却后的组织与性能,见表3-2。
表3-2T8钢冷却后的组织与性能
除T8钢外,含碳量低于0.77%的钢,从奥氏体状态冷却时,在生成珠光体以前,首先从奥氏体中分解出铁素体。
转变后的组织,常由珠光体和铁素体组成。
随含碳量的增加和冷却速度的增大,铁素体逐渐减少。
含碳量高于0.77%的钢,从奥氏体状态冷却时,在生成珠光体以前,首先从奥氏体中分解出渗碳体。
含碳量越高,冷却速度越慢,分解出的渗碳体也越多。
缓慢冷却时渗碳体容易形成网状,称网状渗碳体。
(2)马氏体转变当T8钢从高温奥氏体状态,以极快的速度冷却到230℃(Ms)以下时,奥氏体转变成马氏体的过程,称马氏体转变。
1)马氏体马氏体是碳溶解于α-Fe中的过饱和固溶体。
转变过程中只发生γ-Fe向α-Fe的晶格转变,所以其晶格为体心正方晶格,如图3-9a所示。
其含碳量与转变前奥氏体的含碳量相同,转变前奥氏体的含碳量越多,转变后马氏体的含碳量也越多,由于马氏体的含碳量决定马氏体的组织形态,所以在低碳钢中,马氏体呈板条状,硬度较低,但有较高的强度和韧性,故常称强韧马氏体,在高碳钢中,马氏体呈竹叶状或称针状,如图3—9b所示,具有高的硬度和较大的脆性,又称硬脆马氏体,马氏体常用符号“M”表示,T8钢的马氏体,其硬度约为HRC55—62。
图3-9马氏体的晶格和组织形态示意图
2)临界冷却速度:
临界冷却速度,是指能使奥氏体冷却到低温,再向马氏体转变的最小冷却速度。
常用符号V临来表示。
如果冷却速度小于临界冷却速度,则奥氏体将在未转变成马氏体之前,就会分解成珠光体类型的组织,所以要获得马氏体,冷却速度就必须大于临界冷却速度。
3)马氏体转变温度范围:
奥氏体向马氏体转变,是在一定温度范围内进行的,奥氏体向马氏体转变的开始温度,常用Ms表示,马氏体转变终止温度用Mf表示声如T8钢的Ms温度约为230℃,Mf温度约为-80℃。
Ms和Mf的温度,取决于冷却前奥氏体的化学成分。
一般均匀化后的奥氏体的化学成分,就相当于钢的化学成分。
4)马氏体转变的不完全性:
任何钢冷却时,即使冷却到Mf以下,也不可能使全部奥氏体转变为马氏体,总会残留一定数量的奥氏体组织,这种残留在钢中的奥氏体组织,称为残余奥氏体,钢中残余奥氏体数量的多少,会影响钢的硬度,残余奥氏体数量越多,硬度越低,为了减少残余奥氏体的数量,常可以将钢进行深冷处理。
第四节钢的热处理及分类
制造机器常要经过各种冷热加工的工序,其间往往还要穿插多次热处理,以改善工艺性能和机械性能等。
所谓钢的热处理,就是将钢在固态下,按预定的工艺规范进行加热、保温和冷却,以改变其组织构造,从而获得所需性能的一种工艺方法。
热处理的基本过程就是加热、保温和冷却。
这三个阶段,可以用温度――时间坐标图形来表示,称为热处理工艺曲线,如图3—10所示。
图3-10热处理工艺曲线图
目前实际生产中常用的热处理种类很多,要求的性能也各不相同。
因此,可按热处理的目的和要求,分为普通热处理和表面热处理两大类。
其中常用的普通热处理方法有退火、正火、淬火、回火等。
表面热处理方法主要有表面淬火及化学热处理。
此外还有防止金属腐蚀、增加零件美观的表面处理。
热处理在机械制造中应用极其广泛。
许多机械零件和工模具,不仅要选用适当的材料,而且要经过适当的热处理,才能具有工作时所要求的性能,例如,钳工用的錾子,若选用T8钢制造,未经淬火时其组织为珠光体,硬度不高(为180HBS左右),不能錾削金属,如果把錾子进行淬火处理(即转变成马氏体),其硬度虽有提高,但韧性很差,錾削时容易崩刃,因此,还需把錾子再进行适当的回火处理,从而获得既有高硬度,又有较好韧性的优良性能的錾子,实现有效的錾削。
此外,热处理还可以改善钢件的加工工艺性能,如切削加工性能、冲压性能等,为提高劳动生产率和产品质量创造条件。
第五节退火与正火
在机器制造中,用于制造零件的毛坯,多数为铸件、锻件或轧材。
毛坯在制造过程中会产生许多缺陷,如硬度偏高或偏低,残余内应力过大等,这些缺陷给零件的切削加工,带来一定的困难。
为了改善切削加工性能,并为最终热处理作好组织准备,常采用退火或正火等方法来改善毛坯的组织和性能。
一、退火
退火是将钢加热到工艺预定的某一温度,经保温后缓慢冷却下来的热处理方法。
退火按其目的不同,可以分为一般退火、再结晶退火、除应力退火等。
一般退火中,按其方法不同又分为完全退火、不完全退火、球化退火、等温退火等。
1.完全退火完全退火又称为重结晶退火。
其工艺过程是将钢加热到工艺预定的某一温度,使钢中组织完全转变成奥氏体,经保温后,以极缓慢(一般随炉缓冷)的速度冷却到500~600℃以下出炉,在空气中冷却下来,完全退火以获得粗片层的珠光体为主。
(1)目的:
完全退火的目的有如下几点:
1)改善铸件和锻件的不良组织,如晶粒粗大,化学成分及组织的不均匀等;
2)降低硬度,改善切削加工性能。
如弹簧及弹性零件切削加工前的退火;
3)消除铸钢件和锻件等生产过程中所造成的内应力及焊接件的焊接应力。
(2)适用范围:
完全退火主要适用于碳素结构钢。
大部分合金结构钢和工程用铸钢等。
如:
许多轧机和压机的机体,常用工程用铸钢来制造。
在铸造毛坯的过程中,常因冷却过快而造成硬度偏高和内应力过大的现象,在毛坯切削加工前,就需要进行完全退火,以改善其切削加工性能。
又如车床上的专用夹具—弹簧夹头,常用65Mn钢制造。
如果坯料硬度高于230HBS,切削加工就比较困难,刀具也容易磨损,为了改善其切削性能,也需进行完全退火,以降低硬度。
常用结构钢的完全退火工艺规范,见表3-3。
表3-3常用结构钢的完全退火工艺规程
2.球化退火球化退火是将钢加热到工艺预定的温度,经长时间保温,使钢中片状渗碳体自发地转变为颗粒状(或称球状)渗碳体,然后以缓慢的速度冷却到室温的工艺方法。
(1)目的:
球化退火的目的有如下几点:
.1)使钢中渗碳体呈颗粒状分布,改善切削加工性能;
2)为最终热处理——淬火作好组织准备;
3)消除内应力,防止淬火加热时的变形和开裂。
(2)适用范围:
球化退火主要适用于碳素工具钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和合金工具钢等。
如用T10钢制造锯条、刨刀、锯片、绞刀、丝锥等工具时,常要把原材料进行球化退火,以改善切削加工性能。
因为高碳钢中渗碳体多,如果以片状存在,则切削加工时,不仅硬度高、加工困难,而且容易磨损刀具,所以必须进行球化退火,使渗碳体呈粒状分布在铁素体基体上,以改善切削加工性能。
常用工具钢的球化退火工艺规范,见表3-4。
表3-4常用工具钢的球化退火工艺规范
3.除应力退火除应力退火又称低温退火,它是将钢加热到600~650℃左右,保温一段时间,然后缓慢冷却到室温的工艺方法。
其目的是为了消除铸件、锻件和焊接件等加工中所造成的内应力。
因除应力退火温度低,不改变其原来的组织,故应用广泛。
如经切削加工的细长轴类,焊接后的机架等,为了防止变形,常用除应力退火消除内应力。
二、正火
正火是将钢加热到工艺规定的某一温度,使钢的组织完全转变为奥氏体,经保温一段时间后,在空气中或在强制流动的空气中冷却到室温的工艺方法。
1.正火的目的正火可改善钢的切削加工性能;消除含碳量大于0.77%的碳钢或合金工具钢中存在的网状渗碳体;对强度要求不高的零件,可以作为最终热处理。
2.正火的应用由于正火比退火冷却速度快,所以同种结构钢,正火比退火硬度高。
实际生产中,常用正火来替代低碳钢的退火,从而改善低碳钢的切削性能。
因为低碳钢含碳量低,退火后不仅存在大量铁素体,而且珠光体的层片粗,所以硬度更低,切削加工时容易发生“粘刀”现象。
正火能使铁素体略有减少,更重要的是使珠光体层片减薄,硬度提高。
目前工厂中,凡含碳量低于0.45%的碳钢,都用正火替代退火。
常用结构钢退火与正火后的硬度对照表了见表3-5
表3—5结构钢退火与正火后的硬度
结构钢正火后的组织,主要是获得索氏体或屈氏体组织。
工具钢正火后的组织,主要是获得索氏体和断续的短杆状渗碳体组织。
由于正火的生产周期短,设备利用率高,生产效率也高,因此成本低。
所以在生产中广泛使用。
如普通机床的传动轴,常用45钢制造。
由于要求不高,故常用正火作为最终热处理。
第六节淬火与回火
一、淬火
淬火是将钢加热到工艺规定的某一温度,经保温后,以极快的速度(即大于临界冷却速度)进行冷却,而获得马氏体组织的工艺方法。
1.淬火的目的提高钢的硬度和耐磨性,使结构零件获得良好的综合机械性能,获得一定的物理性能和化学性能。
2.淬火的工艺过程淬火是热处理工艺过程中最重要,也是较复杂的一种方法,常常是决定零件和工具最终性能和质量的关键,其影响因素也很多。
(1)淬火的加热:
加热是淬火的首要工序,不同成分的钢,应选择不同的加热温度,其目的主要是获得奥氏体组织。
结构钢须加热到完全奥氏体状态,而工具钢则需加热到绝大部分为奥氏体、极少量为渗碳体的状态。
常用碳钢及部分合金钢的淬火加热温度,见表3—6。
表3-6常用碳钢及部分合金钢的淬火加热温度
(2)淬火加热后保温的目的:
加热到淬火温度后保温的目的是为了热透工件,使组织转变一致,化学成分均匀。
(3)淬火冷却:
冷却是淬火的关键,冷却的好坏直接决定了钢淬火后的组织和性能。
1)淬火冷却介质:
淬火是使钢获得马氏体的过程。
其冷却速度必须大于临界冷却速度,获得该速度的方法,常是把工件放在冷却介质中冷却,因为不同的淬火冷却介质,具有不同的冷却能力。
目前工厂中常用的淬火冷却介质,主要是水、盐水和油类。
水是属于冷却能力较强的冷却介质,适用于碳素结构钢的单液淬火,以及低合金工具钢和碳素工具钢的双液淬火(水淬油冷)。
盐水和碱水是食盐和碱类的水溶液,其冷却能力比清水更强,冷却能力更大,因此适用于低碳钢或中碳钢的淬火。
油类属于冷却能力较弱的淬火介质,适用于合金钢,以及小截面或形状复杂的碳钢工件的淬火。
2)淬火方法:
淬火方法的选择,主要以获得马氏体和减小内应力为依据,常用的方法有:
①单液淬火,即在一种介质内冷却;
②双液淬火,即在二种介质内冷却,如先在水中冷却,冷却到一定温后,将工件转入油中冷却,称为“水淬油冷”。
③等温淬火,将加热后的工件淬入具有一定温度的溶液中,保持一定时间.待工件内组织转变后,再取出冷却到室温的方法。
④分级淬火,将加热后的工件淬入具有一定温度的溶液中,保持很短的时间,使温差缩小,但不使组织转变就取出冷却到室温的方法。
3.钢的淬硬性和淬透性钢的淬硬性是指钢经过淬火后所能达到的最高硬度值。
由于淬火钢的硬度,主要取决于马氏体的硬度,而马氏体的硬度又在一定程度上取决于钢的含碳量,含碳量越高,马氏体中过饱和的碳就越多,其硬度也越高。
钢的含碳量与马氏体硬度的关系如图3—11所示。
图3—11钢的含碳量与马氏体硬度的关系
其次,钢的硬度还与钢中马氏体和残余奥氏体的相对数量有关,残余奥氏体的数量越多,马氏体的数量就越少,钢的硬度也就越低,反之,残余奥氏体的数量越少,
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