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标题: 金属的淬火工艺！ [打印本页]
作者: zhou792008    时间: 2010-2-11 00:31
标题: 金属的淬火工艺！
　　将钢从高温奥氏体区快速冷却，使过冷的奥氏体产生非扩散性转变产物──马氏体的金属热处理工艺（见马氏体相变，过冷奥氏体转变图）。
　　淬火是使钢强化的基本手段之一，将钢淬火成马氏体，随后回火以提高韧性，是使钢获得高综合机械性能的传统方法。为了充分发掘钢的强度，必须首先使钢完全转变成马氏体，即必须以足够快的速率冷却，避免奥氏体在淬火过程中分解成铁素体、珠光体或贝氏体一类组织，这一速率称为临界冷却速率，一般也称作临界冷却速度。有些高合金钢如沉淀硬化型不锈钢（17-7PH钢等），或有色金属如硬铝合金(Al-Cu-Mg系合金)等，也都进行类似淬火的快冷处理，但它们的目的是为了把高温相（分别为奥氏体和α固溶体）保持到室温，使其呈过饱和状态,以后需另通过时效处理才能使材料硬化,这类淬火称为固溶热处理。
　　从工艺的角度出发,淬火温度和淬火介质的选择,是影响淬火效果的重要因素，而这些都取决于钢和合金的性质。就钢的性质而言，钢在淬火中形成马氏体的能力取决于钢的临界冷却速度（钢的淬透性）。钢的淬透性则是由奥氏体的成分和其他一些因素，如奥氏体晶粒度、合金元素在奥氏体中分布的均匀程度等决定的。确定钢的淬透性至关重要，它是选择淬火工艺参数的重要依据。
　　淬火加热温度 简称淬火温度，选择标准应以能得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以便于冷却后获得细小的马氏体。碳钢的淬火加热温度范围如图1所示。一般亚共析钢的淬火温度为Ac3以上30～50℃，淬火后获得马氏体组织。如淬火温度选在Ac1～Ac3之间,一部分先共析铁素体依然存在；在淬火后的组织中，除马氏体外，将混有低硬度的铁素体，降低力学性能。如加热至Ac3以上的过高温度,奥氏体晶粒粗化，淬火后获得的马氏体组织也粗大，脆性增加；且淬火变形大，易造成淬火开裂。过共析钢的淬火温度为Ac1以上30～50℃;淬火后获得马氏体和未溶的粒状渗碳体组织，残留奥氏体也少。如加热至Acm以上,先共析渗碳体将全部溶入奥氏体，使奥氏体的碳量增加，奥氏体晶粒长大,马氏体转变起始点Ms和终了点Ms降低；淬火后不仅马氏体粗大，而且有大量残留奥氏体。对于低合金钢的淬火温度，可根据其临界温度Ac和Ac3及所含合金元素的性质，参照上述原则确定。若钢中含有强碳化物形成元素，淬火温度一般应偏高些，以加速碳化物的溶解，增大奥氏体中碳和合金元素含量，从而提高过冷奥氏体的稳定性；对于含碳、锰较高的钢，应采用较低的淬火温度，以避免奥氏体晶粒粗化。淬火加热过程中的氧化、脱碳直接影响淬火后工件的使用寿命，为此采用盐浴加热、可控气氛加热或真空加热等方法。
　　淬火冷却介质 淬火时钢制件中需要得到 100％马氏体的部位，其冷却速度(冷却速率)必须大于临界冷却速度，否则不能充分淬硬和达到要求的淬硬深度。但是冷却速度过大在奥氏体向马氏体转变过程中将产生巨大的组织应力和热应力，使工件变形并有开裂的危险。为了解决上述矛盾,钢的合理的淬火冷却过程应如图2所示。通常要求在珠光体转变区或贝氏体转变区等奥氏体最不稳定区域要快速冷却，以防止其分解，通过马氏体转变区域要较缓慢冷却，以减小奥氏体转变马氏体时出现的应力。常用淬火介质及其冷却速度如表所示。实际生产中可根据钢种的特性选择冷却介质，如碳钢的临界冷却速度大，应选用水、盐水等冷却能力较强的介质;合金钢的临界冷却速度小,可采用比较缓和的介质如油等。 　　由表内可以看到，水在550～650℃区域的冷却速度过大，易于使钢淬裂；油在200～300℃区间的冷速过小，不易使淬透性小的钢淬硬。近年来广泛研究采用冷却能力介于水和油之间的冷却介质，使高温区的冷却能力接近于水，低温区的冷却能力接近于油，如水玻璃、过饱和硝酸水溶液、聚乙烯醇溶液等。
　　钢的淬透性 淬透性是钢的基本性质之一。它不同于淬硬性，后者指马氏体的硬度值，主要决定于钢中含碳量。淬透性的大小是用理想临界直径DI作为指标来衡量的，它是钢棒在冷却烈度（见后文）为∞的介质中冷却时，心部形成50％马氏体时的直径。在其他淬火介质(如水、油等)中冷却时,所得到的临界直径Dc均较DI为小。其中50％马氏体转变量是为了便于测量而人为选定的,可通过金相检验和硬度测量确定。图3中的曲线表示硬化层中含有不同百分数的马氏体时的硬度值和含碳量的关系。一定尺寸的圆棒淬火时，表面和心部的冷却速度显然不同，工件中不同部位的冷却速度与钢的连续冷却转变图的关系见图4a；冷却速度超过临界冷却速度的部分转变成马氏体（影线部分），见图4b；小于临界冷却速度的心部则出现非马氏体组织（套色部分）。很明显，淬透层的深度取决于临界冷却速度的大小，因而可通过加入合金元素来降低钢的临界冷却速度，使钢的淬透层深度增加。最常用的确定钢的淬透性方法是顶端淬火试验。   　　顶端淬火试验  或称Jominy试验，是一种测定淬透性的简便方法，在许多国家已标准化。图5a是用标准试样经适当奥氏体化后进行顶端淬火的示意图。顶端淬火时冷却速度由淬火端沿试棒逐渐减小，组织和硬度随之相应地变化，由此得到的硬度变化曲线（图5b）称为淬透性曲线或Jominy曲线。严格地说，这种曲线只对某一炉次的钢有效；对于某一定钢种来说，由于化学成分的差异（成分波动及偏析）、预先热处理工艺的差异（显微组织上的差异），其淬透性曲线可在相当大的范围内波动，形成一个淬透性带(Jominy带)，如图6所示。工业用钢的淬透性曲线几乎都已测定，并汇集成册供查阅参考。根据Jominy试验结果，钢的淬透性大小可通过以下途径确定：   
       ①直接用试棒顶端至半马氏体区的距离J50。
　　②用临界直径Dc表示 临界直径指钢在一定冷却介质（如油或水）中淬火时能淬透(中心形成50％马氏体)的最大直径，生产中常用以表示淬透性的大小,图7为其示意图。Dc可以从不同直径的钢棒由试验得到，称格罗斯曼(Grossmann)法,也可在用顶端淬火试验得出J50后，利用图8查出的某种介质中淬火时的临界直径Dc。   　　③用理想临界直径DI表示 临界直径Dc虽然可以在规定介质条件下对钢的淬透性进行定量比较，但仍缺乏普遍意义，因为当淬火介质改变时，虽然钢的淬透性并不改变，但工件的淬透直径却发生变化。为了定量地表示冷却介质的冷却能力而引入了冷却烈度H,静止水的烈度规定为1，以作为和其他淬火介质比较的标准;理想淬火介质（淬火时使热的试棒表面立即冷到介质温度）的H值为无穷大；一些常用实际淬火介质的H值分别为0.02～5不等。这样,钢的淬透性可以简便地用理想临界直径DI加以表示和进行比较。对于某一定成分的钢, DI表示一个圆柱形棒在理想淬火条件下，中心形成50％马氏体时的直径。在用顶端淬火试验确定出J50后,利用图9即可确定出这个钢的DI。图9也可用于查出在不同烈度H下（各种淬火介质下）的Dc。 　　奥氏体晶粒度和化学成分对淬透性的影响  奥氏体晶粒度和化学成分是影响淬透性最重要的两个因素。钢的淬透性随奥氏体晶粒度增大和晶粒界面积减小而提高，这是因为可供铁素体和珠光体形核的位置减少，延缓了这些转变的速度。钢中合金元素一般延缓奥氏体分解，使转变曲线(TTT曲线或CCT曲线)右移，从而提高淬透性。为了定量估算它们的影响曾经提出一些计算方法，如格罗斯曼(M.A.Grossmann)和霍洛曼 (J.H.Holloman)所提出的公式，经莫泽尔(A.Moser)和莱格特(A.Legat)改进后得到的计算理想临界直径DI的经验公式为：
DI=D0×2.21％Mn×1.40％Si×2.13％Cr×3.275％Mo×1.47％Ni
其中D0为基本临界直径，主要决定于奥氏体的含碳量和晶粒度，可由图10查出；列于各元素前面的数字是该元素含量（重量）为1％时的淬透性系数，数值越大,表示对淬透性的贡献越大。这样的计算只能用作对淬透性的粗略估算。 　　近年来，利用工业上大量积累的Jominy曲线实验数据，运用数理统计方法建立了钢中所含元素与J曲线和硬度(HRC)分布的关系，归纳出如下公式：
式中J8～80是指距顶端8～80mm范围内各点的硬度(HRC)值；s 是距顶端距离(mm)；K 是奥氏体晶粒度级别数。这个公式只适用于下列成分范围的钢： C＜0.6％；Cr＜2％；Mn＜2％；Ni＜4％；Mo＜0.5％;V＜0.2％。除了主要合金元素以外，算式也考虑了钢中微量残留元素的作用。目前，这种由合金元素含量计算钢材淬透性曲线的较精确公式已逐步建立起来,并利用电子计算机对钢水实行J曲线的炉前调整。
　　淬透性和淬火工艺  为了保证工件淬火时得到完全马氏体组织，一般来说要求选用的钢有足够的淬透性。如图11所示，完全淬透的钢高温回火后，其力学性能沿截面是均匀的;如因钢的淬透性低而使心部未能淬透,则心部的力学性能特别是冲击韧性较低。对于给定成分的钢,选用烈度(H)高的淬火介质可以更快地降低钢件表面温度，增大临界直径Dc。但这将增大温度梯度，引起工件翘曲变形，甚至开裂。因此在实际淬火操作中往往需要采用较缓和的冷却介质，如油或空气流等。这就要求钢有高的淬透性。能在空气中冷却形成马氏体的钢称为空硬钢，如一些高合金模具钢。对中等淬透性的钢已发展出各种间断淬火方法。某些情况下并不要求工件完全淬透，如工具和有些机器部件往往希望高疲劳强度或耐磨的硬表面。表面层淬成马氏体而心部不淬透使表面层中产生压应力，有利于防止疲劳裂纹的形成和阻止在表面所形成的疲劳源的扩展。
作者: laolang330    时间: 2010-2-11 00:57
好资料，收藏了
作者: 金木水电    时间: 2010-2-11 01:07
有点深奥，不知道能不能用白话给翻译一下:em20:
作者: xuax2008    时间: 2010-2-11 01:55
白话就是烧红了丢水里让软的变硬:em15:
作者: 音石    时间: 2010-2-11 08:22
顶ls:em15:
作者: twtdcygah3721    时间: 2010-2-11 09:13
标题: 回复是一种美德
:em18: 扫描了一下
作者: tyxr    时间: 2010-2-11 22:51
:em26:
作者: wangming    时间: 2010-2-12 10:22
:em26:
作者: liumingsym    时间: 2010-2-12 10:41
原帖由 xuax2008 于 2010-2-11 01:55 发表
白话就是烧红了丢水里让软的变硬:em15:

也有烧红了丢水里变软的金属
作者: itanium    时间: 2010-2-12 11:27
请教，有关于铜的淬火资料吗？
作者: 老申劳神    时间: 2010-2-12 11:39
很专业，看得比较晕...
还是谢谢楼主分享。:em15:
作者: zhaogub    时间: 2010-2-18 18:51
学习资料，谢谢分享
作者: rosesongxin    时间: 2010-2-19 05:48
:em21: 回帖是一种美德
作者: lsn0001    时间: 2010-2-19 11:10
铜的淬火资料吗？
我头一次知道铜也能淬火  以前以为光铁能淬火呢
作者: dp123    时间: 2010-2-19 11:19
很专业
作者: samwang    时间: 2010-2-19 20:53
太专业了，看不懂:em15:
作者: 猫豆    时间: 2010-2-19 21:26
不懂，但是也要顶
作者: xy777    时间: 2012-3-3 17:38
很不错的文章，说得很权威啊
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作者: jjjc    时间: 2012-3-3 17:53
这个东西好像要学一段时间才能弄懂:em04:
作者: 刘氏刀友    时间: 2012-3-3 19:46
淬火剂,,,是不好配制..................:em19:
作者: ro0t    时间: 2012-3-3 19:55
原帖由 liumingsym 于 2010-2-12 10:41 发表

也有烧红了丢水里变软的金属


铜管不好弯就这么办！
作者: 最后的骑兵    时间: 2012-3-3 20:14
好资料:em26:
作者: 雅伦时光    时间: 2012-3-3 20:46
原帖由 laolang330 于 2010-2-11 00:57 发表
好资料，收藏了
作者: yxfhi    时间: 2012-3-3 23:15
烧红了泡油
作者: 文心雕虫    时间: 2012-3-3 23:56
不懂先装个懂
作者: $$$$$$$$    时间: 2012-3-4 00:22
这个确实比较迷糊，当年学习金属材料时，都打酱油了，模模糊糊的了解下，搞到现在钢铁淬火为什么硬度提高的实质的原因都说不清楚，。。蛋疼，啥时候 在去看看， 捡一点起来。

我觉的，了解下，常用钢铁材料的热处理的温度 比较实用，比如淬火要加热到多少的温度区间啊，保温啊，冷却啊，什么的，回火温度什么的，自己也可搞个电阻炉小弄一下，呵呵
作者: xiaoxiaoniao    时间: 2012-3-4 16:10
学习中。。。。。。。。。
作者: li01008008    时间: 2012-3-4 17:48
原帖由 lsn0001 于 2010-2-19 11:10 发表
铜的淬火资料吗？
我头一次知道铜也能淬火  以前以为光铁能淬火呢

铍青铜使用必须需要热处理的。
铍青铜热处理2007-03-14 20:17铍青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金。经固溶及时效处理后，强度可达1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。  
（1） 铍青铜的固溶处理  
一般固溶处理的加热温度在780-820℃之间，对用作弹性元件的材料，采用760-780℃，主要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在±5℃。保温时间一般可按1小时/25mm计算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会形成氧化膜。虽然对时效强化后的力学性能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的使用寿命。为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛（如氢气、一氧化碳等）中加热，从而获得光亮的热处理效果。此外，还要注意尽量缩短转移时间（此淬水时），否则会影响时效后的机械性能。薄形材料不得超过3秒,一般零件不超过5秒。淬火介质一般采用水（无加热的要求），当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。  
（2） 铍青铜的时效处理  
铍青铜的时效温度与Be的含量有关，含Be小于2.1%的合金均宜进行时效处理。对于Be大于1.7%的合金，最佳时效温度为300-330℃，保温时间1-3小时（根据零件形状及厚度）。Be低于0.5%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳时效温度为450-480℃，保温时间1-3小时。近年来还发展出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，而后在低温下长时间保温时效，这样做的优点是性能提高但变形量减小。为了提高铍青铜时效后的尺寸精度，可采用夹具夹持进行时效，有时还可采用两段分开时效处理。   
（3） 铍青铜的去应力处理  
铍青铜去应力退火温度为150-200℃，保温时间1-1.5小时，可用于消除因金属切削加工、校直处理、冷成形等产生的残余应力，稳定零件在长期使用时的形状及尺寸精度。

[ 本帖最后由 li01008008 于 2012-3-4 17:49 编辑 ]
作者: mwd503    时间: 2012-3-5 20:49
谢谢楼主分享。
作者: 今夜    时间: 2012-3-5 21:45
理论上淬火回火工艺太复杂了,按照教课书上的要求对于咱们业余爱好者来说不亚于制做一颗人造卫星了.
其实民间淬火看似那么简单,却也是十分深奥,工件的加温火候全靠当事者的经验.
十几岁的时候跟一个铁匠干了3天活,只干了3天,这3天里铁匠做过锤子,菜刀,螺丝刀,钢锉.
那时不懂什么铁烧红了是什么温度,只是看师傅把一段履带的销子烧红了截断,我去抡大锤把它礅粗了,然后再把一端砸扁.这过程中师傅一手用铁钳夹着工件,另一只手拿着小铁锤敲击工件的某一个部位,闪开小铁锤后我就用大锤使劲的砸那里.工件是一个铁锤的坯子,快成形后在中间镦出以后安装木把的扁孔,然后就是成年后才理解的淬火(我们读做zhan火)和回火.
那时不理解师傅为什么把铁(实际上是有标号的钢)烧成黄白色,然后只是把将来的锤子用来钉钉子的面放进水里,只 放进去大概4或者5毫米,刚看见红色的铁稍有发黑却又把它脱离水面等工件上边的热量重新把端面带成暗红,然后又再次的把这一端放进水里,另一端,扁的那头也是如此操作,印象中是先淬扁的那端.
还看见师傅用一根弹簧,烧了一会,敲成个改锥头的样子,然后也是用那种淬火的方法,放进油里再拿出来,然后又放进水里彻底冷却的.
做钢锉就是用一把扁錾子在钢板上剁出交叉的纹来,等淬火后就是板锉了.
至于做菜刀的方法,是用一片软铁皮(没有钢,低碳钢)烧红了敲成对折,中间夹上锯条,都一块烧红了夹在一起用4磅锤砸啊砸,敲成刀的形状后淬火回火,给别人开刃去就行了.
虽说只干了3天,等我后来正式参加工作看到别人使用气焊给一些小件烤红了扔水里权做淬火,拿出来不是一砸就裂, 要不就还是软铁一块,再回想起当初的经历,越发觉得那个师傅真正是个有技术的人.
慢慢体会到:一件事情当你看到了的时候不见得理解它,非得等你理解它之后再看到这件事情或者类似的过程,你才能够正确的解释它,掌握它和操作它...
作者: 夜行侠    时间: 2012-3-5 21:49
我烧红后打的罗纹钢打的凿子放油里没有变硬的感觉:em20:不是碳钢的东西热处理是没用的.
作者: 今夜    时间: 2012-3-5 22:02
原帖由 夜行侠 于 2012-3-5 21:49 发表
我烧红后打的罗纹钢打的凿子放油里没有变硬的感觉:em20:不是碳钢的东西热处理是没用的.

螺纹钢俗称16锰,低碳合金钢的一种,实际上是可以淬火的,并且不用担心淬硬部分受力崩裂.你说没有变硬是因为加温不够,烧红不行,要加温到黄白色.不过淬硬后也不会磨出锋利的刃来(使不住)...
作者: as4679412    时间: 2012-3-5 22:10
收藏漫漫看:em15:
作者: cat7406    时间: 2012-3-17 04:25
过于专业，看不懂。简单说钢材加热到多少度后迅速冷却可达到较好的效果呢？
作者: MQEE    时间: 2012-3-17 05:36
烧红了   放水里  就可以了  别的业余条件也控制不了
作者: 新雪138    时间: 2012-3-17 09:09
"经固溶及时效处理后，强度可达1250-1500MPa(1250-1500公斤)。"
这个怎么把压强的单位和力的单位搞一起了？再说换算也不对呀。
作者: cyriliii    时间: 2012-3-17 09:24
不错，收下了。
作者: 南风微微    时间: 2012-6-14 09:23
业余条件很难做好。
作者: iamapighhh    时间: 2012-6-14 11:02
可惜我看不懂……
作者: iamapighhh    时间: 2012-6-14 11:04
可惜我看不懂……
作者: 黑背    时间: 2012-6-14 14:00
标题: 淬火
好贴，学习了，谢谢。
作者: 胖飞飞    时间: 2012-6-14 15:00
学习了，谢谢楼主分享
作者: QWL    时间: 2012-6-14 15:17
学习了。
作者: ncyw    时间: 2012-6-14 23:46
:em26:
作者: sfj88713    时间: 2012-6-14 23:53
好资料
作者: lhz6974    时间: 2012-6-15 08:33
太专业了，看不懂
作者: wwym    时间: 2012-6-23 11:29
学习:em00:



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