热处理工艺－淬火工艺、淬火介质及冷却方法、高频淬火、淬火设备

沙驼

最近狂研淬火技术


淬火工艺是将钢加热到AC3或AC1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。
     淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。

（1） 淬火加热温度
     淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3+（30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1+（30～50℃）。
     亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒回显著粗大，而破坏淬火后的性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。
     过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1+（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性号，并且脆性相对较少。
     过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变承奥氏体，并又少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高与共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1太多是不合适的，加热到完全奥氏体化的ACm或以上温度就更不合适。
     在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。
     强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3－（5～10℃）。
     采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火，5CrMnMo钢在890℃淬火，20CrMnMo钢在920℃淬火，效果较好。
     高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。

（2） 保温时间
     为了使工件内外各部分均完成组织转变、碳化物溶解及奥氏体的成分均匀化，就必须在淬火加热温度保温一定时间，既保温时间。

（3） 淬火介质
     工件进行淬火冷却所使用的介质称为淬火冷却介质（或淬火介质）。理想的淬火介质应具备的条件是使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减小急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷却速度要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别使Ms点一下温度时，冷却速度应尽量小，以减小组织转变的应力。

常用的淬火介质有水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。
●   水
     水是冷却能力较强的淬火介质。来源广、价格低、成分稳定不易变质。缺点是在C曲线的“鼻子”区（500～600℃左右），水处于蒸汽膜阶段，冷却不够快，会形成“软点”；而在马氏体转变温度区（300～100℃），水处于沸腾阶段，冷却太快，易使马氏体转变速度过快而产生很大的内应力，致使工件变形甚至开裂。当水温升高，水中含有较多气体或水中混入不溶杂质（如油、肥皂、泥浆等），均会显著降低其冷却能力。因此水适用于截面尺寸不大、形状简单的碳素钢工件的淬火冷却。

●   盐水和碱水
     在水中加入适量的食盐和碱，使高温工件浸入该冷却介质后，在蒸汽膜阶段析出盐和碱的晶体并立即爆裂，将蒸汽膜破坏，工件表面的氧化皮也被炸碎，这样可以提高介质在高温区的冷却能力。其缺点是介质的腐蚀性大。一般情况下，盐水的浓度为10％，苛性钠水溶液的浓度为10％～15％。可用作碳钢及低合金结构钢工件的淬火介质，使用温度不应超过60℃，淬火后应及时清洗并进行防锈处理。

●   油
     冷却介质一般采用矿物质油（矿物油）。如机油、变压器油和柴油等。机油一般采用10号、20号、30号机油，油的号越大，黏度越大，闪点越高，冷却能力越低，使用温度相应提高。
     目前使用的新型淬火油主要有高速淬火油、光亮淬火油和真空淬火油三种。
    高速淬火油是在高温区冷却速度得到提高的淬火油。获得高速淬火油的基本途径有两种，一种是选取不同类型和不同黏度的矿物油，以适当的配比相互混合，通过提高特性温度来提高高温区冷却能力；另一种是在普通淬火油中加入添加剂，在油中形成粉灰状浮游物。添加剂游磺酸的钡盐、钠盐、钙盐以及磷酸盐、硬脂酸盐等。生产实践表明，高速淬火油在过冷奥氏体不稳定区冷却速度明显高于普通淬火油，而在低温马氏体转变区冷速与普通淬火油相接近。这样既可得到较高的淬透性和淬硬性，又大大减少了变形，适用于形状复杂的合金钢工件的淬火。
     光亮淬火油能使工件在淬火后保持光亮表面。在矿物油中加入不同性质的高分子添加物，可获得不同冷却速度的光亮淬火油。这些添加物的主要成分是光亮剂，其作用是将不溶解于油的老化产物悬浮起来，防止在工件上积聚和沉淀。另外，光亮淬火油添加剂中还含有抗氧化剂、表面活性剂和催冷剂等。
     真空淬火油是用于真空热处理淬火的冷却介质。真空淬火油必须具备低的饱和蒸汽压，较高而稳定的冷却能力以及良好的光亮性和热稳定性，否则会影响真空热处理的效果。
     盐浴和碱浴淬火介质一般用在分级淬火和等温淬火中。

● 新型淬火剂
     有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。
     聚乙烯醇常用质量分数为0.1％～0.3％之间的水溶液，共冷却能力介于水和油之间。当工件淬入该溶液时，工件表面形成一层蒸汽膜和一层凝胶薄膜，两层膜使加热工件冷却。进入沸腾阶段后，薄膜破裂，工件冷却加快，当达到低温时，聚乙烯醇凝胶膜复又形成，工件冷却速度又下降，所以这种溶液在高、低温区冷却能力低，在中温区冷却能力高，有良好的冷却特性。
     三硝水溶液由25％硝酸钠+20％亚硝酸钠+20％硝酸钾+35％水组成。在高温（650～500℃）时由于盐晶体析出，破还蒸汽膜形成，冷却能力接近于水。在低温（300～200℃）时由于浓度极高，流动性差，冷却能力接近于油，故其可代替水－油双介质淬火。

（4） 冷却方法
     生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的。主要有单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。

●   单液淬火
     是将奥氏体化工件浸入某一种淬火介质种，一直冷却到室温的淬火操作方法。单液淬火介质有水、盐水、碱水、油及专门配制的淬火剂等。一般情况下碳素钢淬火，合金钢淬油。
     单液淬火操作简单，有利于实现机械化和自动化。其缺点是冷速受介质冷却特性的限制而影响淬火质量。单液淬火对碳素钢而言只适用于形状较简单的工件。

●   双液淬火
     是将奥氏体化工件先浸入一种冷却能力强的介质，在钢件还未达到该淬火介质温度之间即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等。双液淬火减少变形和开裂倾向，操作不好掌握，在应用方面有一定的局限性。

●   马氏体分级淬火
     是将奥氏体化工件先浸入温度稍高或稍低于钢的马氏体点的液态介质（盐浴或碱浴）中，保持适当的时间，待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。
     分级淬火由于在分级温度停留到工件内外温度一致后空冷，所以能有效地减少相变应力和热应力，减少淬火变形和开裂倾向。分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。

●   贝氏体等温淬火
     是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。一般保温时间为30～60min。

●   复合淬火
     将工件急冷至Ms以下获得10％～20％马氏体，然后在下贝氏体温度区等温。这种冷却方法可使较大截面地工件获得组织M+B组织。预淬时形成的马氏体可促进贝氏体转变，在等温时又使马氏体回火。复合淬火用于合金工具钢工件，可避免第一类回火脆性，减少残余奥氏体量即变形开裂倾向。
     特殊工件也采用压缩空气淬火、喷雾淬火、喷流淬火。

沙驼

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拿过来大家一同学习

沙驼

钢的淬火工艺包括淬火加热工艺及冷却工艺。
　　1、淬火加热工艺
　　<1> 淬火加热温度：计算淬火加热温度的经验公式为：
　　共析、过共析钢：　　t=Ac1+(30~70)℃
　　亚共析钢：　　t=Ac3+(30~70)℃
　　共析、过共析钢必须在Ac1~Acm之间加热，进行不完全淬火，并使淬火组织中保留一定数量的细小弥散碳化物颗粒，以提高其耐磨性。在实际生产中，不允许过共析钢加热到Acm以上进行完全淬火，其原因在于：若碳化物完全熔入奥氏体中，马氏体中将出现过多的残余奥氏体，从而会造成多方面的害处，例如：碳含量过高，淬火后全部形成片状马氏体，脆性增加，且奥氏体增加，硬度下降;组织中会失去硬而耐磨的碳化物颗粒，令耐磨性降低等;而且淬火后会得到粗针状马氏体，显微裂纹增多，令钢的脆性增大;同时会令淬火应力增大，加大工件变形开裂倾向。
　　<2> 淬火加热时间：最常用的方法是根据工件有效厚度来计算加热时间，其公式为：
　　t=k×D 式中D-工件有效厚度，mm;k-加热系数，若是在800-900℃的箱式炉中加热，k=1min/mm。需要注意的是：加热温度越高，加热时间越短;工件尺寸越小，k值要越大;工件若有尖角、细刃，k值要取小些;对大型工件，特别是大型碳素钢工件，难以淬透，要计算加热时间，只要能使淬透的外层加热好就行了。
　　2、淬火冷却工艺
　　需淬火的工件加热后要放到冷却介质中激冷淬火。冷却是淬火的关键工序，它关系到淬火质量的好坏。同时，冷却也是淬火中最易出现问题的工序。淬火技术的高低，主要以冷却操作的优劣来体现。一般的钢淬火都需要快速冷却。
　　<1> 冷却介质：常用的淬火冷却介质是：水、盐水、碱水、油、热盐浴及热碱浴。
　　① 水：优点是在650~550℃范围内有很大的冷却能力，且安全、价廉、对环境污染较小且易控制，易实现自动化;其缺点是在300~200℃范围内冷却仍很快，易引起钢的淬裂。
　　② 食盐水溶液：常用5%~15%的Nacl溶液，优点是可增加650~550℃范围内的冷却，且基本上不改变300~200℃时的冷却能力，可避免淬火软点，使硬度均匀，是工厂中最常用之淬火介质。
　　③ 碱水溶液：常用5%~15%的NaoH水溶液，优点是可增加650~550℃范围内的冷速，基本不改变300~200℃的冷却能力，缺点是腐蚀性大，化学稳定性差，易变质。
　　④ 油：优点是无论在高温650~550℃，还是在低温300~200℃，冷却中都很缓慢且油淬火工件一般不易开裂。缺点是易燃，使用性质会逐渐改变，价格高。
　　一般而言，碳素钢淬火用水冷，合金钢淬火用油冷。
　　<2> 冷却方法：即制定淬火冷却工艺，主要是选择冷却介质及确定冷却方式，在保证淬硬的前提下，尽量选择较缓和的淬火介质，以减少工件淬火变形及开裂。淬硬的要求是：① 达到要求的淬火硬度;② 达到要求的淬火深度;③ 淬火变形不超过公差范围;④ 不出现淬火组织缺陷;⑤ 不开裂。其关键是选择合适介质、正确的冷却方式及正确的冷却操作。常用的冷却方式有：
　　① 预冷淬火。工件从加热炉中取出，先预冷到一定温度再进行淬火。预冷的方法有两种，一种是在空气中预冷，另一种是在另一个预冷炉中等温预冷一段时间，然后淬火。预冷温度不能过低，以防析出游离铁素体和网状碳化物，更不能发生珠光体转变。
　　② 单液淬火。工件在一种淬火介质中一直冷却到底，易变形开裂。
　　③ 工件先在一种快速冷却介质中冷却，当冷却到300℃左右时，立即转入另一种缓和的介质中冷却，以降低马氏体区的冷速，从而减小淬火应力，防止变形开裂。转换过早易淬不硬，转换过迟又易开裂。
　　④ 分级淬火。工件先在低温盐浴槽或碱浴槽中淬火，令其表面与心部温度均匀后取出空冷，可获得马氏体组织。优点是：工件内外温度均匀，同时进行马氏体转变，可大大减小淬火应力，防止变形和开裂。但分级时间不应过长（一般2~5min），工件内外温度达到一致即可。
　　⑤ 等温淬火。把工件放入盐浴或碱浴中淬火，保温足够长的时间令其发生下贝氏体转变后出炉空冷。等温温度要选在转变最快、转变量最大的温度，等温时间要适中。
　　（摘自《热加工手册》）

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学习了，慢慢实践。

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宝贝狐

貌似我们工厂里的技术资料

zouhuanyu2008

好资料，慢慢学{:3_44:}