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钢的热处理及金属的表面处理
第三章钢的热处理及金属的表面处理
1.热处理及其主要参数
热处理就是在固态下,将金属以一定的加热速度加热到预定的温度,保温一定的时间,再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法,如图3-1所示。
图3-1热处理工艺曲线示意图
热处理过程中,金属形状没有明显变化,但是在加热和冷却过程中,其内部发生了组织或相的转变,性能相应也发生变化。
加热温度、保温时间、冷却速度是热处理过程中的三个主要工艺参数。
改变工艺参数就可以得到不同的性能,其原因是不同工艺参数下的热处理得到不同的组织,从而获得不同的性能。
2.热处理的主要作用
热处理的主要作用有以下几个方面:
⑴改变工件的内部组织
例如,钢退火可以得到硬度较低的珠光体组织,而淬火可以得到高硬度的马氏体组织。
⑵改变工件的性能,便于切削加工,或者满足工件使用性能的要求
例如,低碳钢太软不利于切削,切削过程中容易粘刀,可以进行正火处理以提高其硬度,改善切削加工性能。
又例如,调质钢经过调质处理后可以得到强度、硬度较高,塑性、韧性也较好,也就是较好的综合机械性能,满足一般工件的使用要求。
⑶改变工件表层的成分、组织、性能
例如,汽车汽缸的激光表面淬火可以提高其工作表面的硬度和耐磨性,延长其使用寿命。
又例如低碳钢经过渗碳处理后表层含碳量可以达到1%左右,提高工件表面硬度和耐磨性。
⑷.热处理可以消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造成的多种缺陷
例如,细化晶粒、消除偏析、降低内应力,使钢的组织、性能更加均匀等。
总之,热处理工艺不仅可以强化材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构质量、节约材料和能源,而且可以提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。
但是,并非每种热处理工艺都可以完成以上所有作用,只能完成其中一种或多种作用。
3.热处理的分类
随着工业生产的发展和科技的进步,热处理工艺方法日益增多。
本章中主要介绍了钢的热处理,其分类如下表所示。
4.表面处理
表面处理是指通过化学或电化学的方法使金属表面或表层生成新的物质,这些物质具有不同于工件基体的性能,从而提高工件表层的耐腐蚀性、硬度,或者起到装饰作用。
例如,铝合金型材的氧化着色处理,可以提高工件表面的抗腐蚀性和起装饰作用。
表面处理工艺方法有很多,除了以上介绍的表面热处理工艺方法以外,还有喷丸处理、高密度太阳能表面处理、离子注入表面处理、发黑处理、发蓝处理等。
第一节钢的热处理基本原理
第二章中介绍了纯铁的同素异构转变,钢之所以能够进行热处理就在于此,通过热处理改变钢的晶体结构,进而改变其组织和性能。
为了正确理解和应用热处理工艺方法,掌握钢在加热和冷却过程中组织与性能的变化规律是十分必要的。
一、钢在加热时的组织转变
(一)相变温度
铁碳合金平衡状态图上钢的组织转变临界温度A1、A3、Acm是在平衡条件下得到的,而实际热处理生产中加热或冷却都比较快,所以热处理时的实际相变温度总要稍高或稍低于平衡相变温度,即存在一定的“过热度”或“过冷度”。
通常把实际加热时的相变温度标以字母“c”,Ac1、Ac3、Accm;而把实际冷却时相变温度标以字母“r”,Ar1、Ar3、Arcm。
如图3-2所示。
(二)奥氏体的形成和晶粒长大
1.奥氏体的形成
钢在加热到相变温度Ac1以上时,其内部组织发生变化,如共析钢在室温时的平衡组织为100%的珠光体,当加热到Ac1以上温度时,珠光体将转变为含碳量0.77%的奥氏体。
奥氏体的形成过程如图3-3所示,当温度升至Ac1时,首先在铁素体与渗碳体的相界面上形成奥氏体晶核,这些晶核周围的铁素体逐渐转变为奥氏体,渗碳体不断溶入奥氏体中,因此刚刚
转变成的奥氏体,其碳浓度是不均匀的,通过一段时间的保温,才能获得含碳均匀的奥氏体图3-2碳钢实际加热与冷却时的相变温度
组织。
对于亚共析钢,加热至Ac1以上,原室温组织中的珠光体转变成奥氏体,而铁素体只有加热至Ac3以上时,才会全部转变成为奥氏体。
对于过共析钢,加热至Ac1以上,原室温组织中的珠光体发生奥氏体转变,随着温度的升高,Fe3CⅡ逐渐溶入奥氏体,但只有加热到Accm温度以上时,Fe3CⅡ才会完全溶入奥氏体,形成单一均匀的奥氏体组织,因此钢的加热过程实质上是奥氏体化过程。
图3-3共析钢的奥氏体形成过程图3-4加热温度对晶粒度的影响
2.奥氏体晶粒长大
奥氏体化后,随着加热温度升高,或保温时间延长,会引起奥氏体晶粒长大粗化。
粗大的奥氏体晶粒,冷却时转变生成的其它组织也是粗大的,如图3-4所示。
细晶粒钢的室温机械性能要优于粗晶粒钢。
奥氏体晶粒的大小直接影响钢冷却后的组织和性能,因此热处理过程中需要严格控制加热温度和保温时间。
二、钢在冷却时的组织转变
钢经过加热、保温,发生了组织的转变,为随后冷却时的组织转变做组织准备。
为获得所需性能,还需以一定的冷却方式和冷却速度冷至室温,以得到所需的组图3-5奥氏体化钢的冷却方式示意图
织和性能,因此冷却过程是热处理的关键,它决定着热(a)等温冷却(b)连续冷却
处理的质量。
钢的热处理冷却通常有两种方式,即等温冷却与连续冷却。
等温冷却是将奥氏体化的钢件迅速冷至A1以下某一温度并保温,待钢件内外温度一致后或使其在该温度下发生组织转变后,再继续冷却,如图3-5(a)所示。
连续冷却是将奥氏体化的钢件以某一冷却速度连续冷却,并可能在连续冷却过程中发生组织转变,如图3-5(b)所示。
钢组织中的铁素体和渗碳体在从A1以上温度冷却到A1以下温度的过程中不会发生组织转变,因此,钢在冷却时的组织转变实质上是奥氏体的组织转变。
冷却到A1以下温度尚未发生组织转变的奥氏体称为过冷奥氏体,钢在冷却时的组织转变又可以说是过冷奥氏体的组织转变。
(一)
(一) 共析钢的等温冷却组织转变
对共析钢进行一系列不同过冷度的等温冷却实验,分别测出过冷奥氏体在A1以下不同温度保温时的组织转变开始时间和转变终了时间;在温度-时间坐标图中,标出转变开始与转变终了的坐标点;分别将开始转变点与终了转变点连成两条曲线,即得到共析钢的过冷奥氏体等温冷却组织转变曲线,如图3-6所示,通常形象地称之为“C”曲线。
从“C”曲线上可以看出,在不同过冷度下,过冷奥氏体等温冷却组织转变的开始时间是不同的,转变开始前的这一段时间称为“孕育期”。
“孕育期”越短,说明此温度下的过冷奥氏体越不稳定,越容易发生其它组织转变。
其中,以“C”曲线最突出处温度下的孕育期最短,此温度称为“鼻温”(共析钢大约为550℃)。
在不同过冷度下,过冷奥氏体等温转变的组织形态和性能有明显差别,大致可分为以下三种类型:
图3-6共析钢的等温转变曲线
1.高温组织转变
过冷奥氏体在A1至鼻温温度范围内的转变称为高温组织转变。
高温组织转变产物是铁素体与渗碳体相间分布的片层状组织,称为珠光体型组织,因此,高温组织转变又称为珠光体型转变。
当转变温度为A1~650℃时得到较粗的片状珠光体,形态接近平衡状态下的珠光体,仍称为珠光体(P);转变温度在650~600℃之间得到的较细的片状珠光体,称之为索氏体(S);转变温度在600~550℃之间得到极细的片状珠光体,称为屈氏体(T)。
过冷度越大,珠光体的片层越细,其强度和硬度越高。
2.中温组织转变
当过冷奥氏体的转变温度在“C”曲线的鼻温至Ms温度(过冷奥氏体开始发生马氏体相变的温度)时,所发生的组织转变称为中温组织转变。
中温组织转变产物为贝氏体(B),是铁素体与极细渗碳体的机械混合物。
当转变温度较高(550~350℃)时,得到极细渗碳体分布于铁素体针之间的羽毛状组织,称为上贝氏体(B上);当转变温度较低(350~Ms)时,得到铁素体针内保留有极细渗碳体的竹叶状组织,称为下贝氏体(B下)。
下贝氏体除了具有较高的强度和硬度外,还具有较大的塑性和韧性,而上贝氏体却具有较大的脆性,因此,在生产中常采用等温淬火得到下贝氏体组织。
3.低温组织转变
若将过冷奥氏体激冷至Ms以下,由于冷却温度过快,很难实现等温组织转变,其相变实际上是在Ms~Mf这一温度范围内连续进行的。
此相变称为低温组织转变,转变产物为马氏体(M),因而又称之为马氏体相变。
马氏体相变必须具备以下两个条件:
⑴过冷奥氏体必须以大于临界淬火冷却速度冷却,以避免过冷奥氏体发生珠光体和贝氏体转变。
⑵过冷奥氏体必须过冷到Ms温度以下才能发生马氏体转变。
奥氏体为面心立方晶体结构,当过冷至Ms温度以下时,其晶体结构将由面心立方转变为体心立方。
由于转变温度很低、转变速度很大,原奥氏体中溶解的过多的碳原子没有能力进行扩散,致使所有溶解在原奥氏体中的碳原子来不及析出而保留下来,并使晶格发生畸变,致使原来的立方晶格转变成正方晶格,接近于α-Fe的晶体结构,因此,将马氏体定义为:
碳溶入α-Fe中所形成的一种过饱和间隙式固溶体。
马氏体机械性能的显著特点是高硬度和高强度。
马氏体的性能主要取决于马氏体中碳的过饱和程度。
当碳的过饱和程度低于0.2%时,得到如图3-7所示的、呈一束尺寸大体相同的平行条状马氏体,称为板条状马氏体,又叫低碳马氏体,具有较高的硬度(50HRC左右)和强度,同时又具有较好的塑性和韧性。
当马氏体中碳的过饱和程度大于0.6%时得到片状马氏体,在金相磨面上马氏体被截面呈针状,又称针状马氏体或高碳马氏体,如图3-8所示,具有很高的硬度(60~65HRC),但其塑性和韧性很差,脆性大。
当钢的含碳量在0.2~0.6%之间时,低温冷却组织转变得到板条马氏体和片状马氏体的混合组织,并随含碳量增加,板条马氏体的相对含量减少而片状马氏体的相对含量增加。
这种将钢奥氏体化后急速冷却至较低的温度使其发生马氏体相变的热处理,在热处理工艺上称为淬火。
图3-7板条马氏体图3-8片状马氏体
马氏体的硬度的高低主要取决于碳的过饱和程度,而其他合金元素对马氏体的硬度影
响不大,但这些其他合金元素可以改善马氏体的强度、塑性和韧性。
马氏体相变是在Ms~Mf温度范围内进行的(如共析钢为230~-50℃),而钢的淬火冷却一般只进行到室温(20℃左右),即钢在淬火时马氏体相变不彻底,淬火后钢中还会有少量的过冷奥氏体未发生马氏体相变而保留下来,这种保留下来的奥氏体称为残余奥氏体。
因此,钢进行淬火后得到的组织不是100%的马氏体,而是马氏体与残余奥氏体的混合组织。
奥氏体转变成为马氏体时要发生体积膨胀,最后尚未转变的奥氏体受到周围马氏体的附加压力,失去长大的条件而保留下来。
残余奥氏体的数量与奥氏体中的含碳量有关,奥氏体中的含碳量愈高,Ms和Mf愈低,则残余奥氏体的量越多。
钢的淬火组织中存在残余奥氏体不仅会降低钢件的强度、硬度和耐磨性,而且,残余奥氏体是一种不稳定的组织,在钢件使用过程中容易发生组织转变而产生内应力,引起工件变形、降低工件精度。
在生产中,对于一些硬度和精度要求高的工件进行冷处理,即将淬火后的工件迅速置于接近或低于Mf的温度下,促使残余奥氏体转变成马氏体。
(二)共析钢的连续冷却组织转变
在实际生产中,热处理通常采用连续冷却的冷却方式。
由于研究过冷奥氏体在连续冷却过程中的组织转变非常困难,生产中常借用等温组织转变曲线大致判断连续冷却组织转变后的组织和性能。
图3-9示意共析钢以不同冷却速度进行连续冷却的冷却曲线。
如何利用共析钢的等温冷却组织转变曲线即“C”曲线来判断连续冷却后共析钢的组织和性能是个非常重要的问题。
如果冷却曲线穿进组织开始转变曲线,又穿出终了转变曲线,那么冷却曲线与两条“C”曲线就各有一个交点,这两个交点之间的温度范围就可看作是连续冷却时的大致相变温度范围。
这一温度范围内发生等温转变得到何种组织,连续冷却也得到相应的组织。
但应注意的是:
连续冷却至贝氏体相变温度范围时,由于温度低、冷却快,原子扩散困难而不可能得到贝氏体。
若连续冷却曲线只穿进开始转变“C”曲线而未穿出终了转变“C”曲线,一部分过冷奥氏体发生组织转变而转变成该区域中的组织,当继续冷却至Ms以下温度时,剩余过冷奥氏图3-9共析钢以不同冷却速度冷却的
体开始发生马氏体转变,最终得到马氏体、少量残余奥冷却曲线
氏体和在Ms温度以上组织转变得到的索氏体、屈氏体V1-炉冷V2-空冷V3-风冷V4-油冷
的混合组织。
若以更快的速度冷却,冷却曲线未进入V5-水冷Vc-临界淬火冷却速度
“C”曲线,则以该冷却速度连续冷却不会发生高温及中温组织转变,而只发生马氏体相变,得到马氏体和残余奥氏体。
常把只发生马氏体相变的最低冷却速度称为临界淬火冷却速度,以Vc表示。
通过以上分析可以得出以下结论:
同一种钢奥氏体化后,使其在不同的温度下发生等温组织转变,或以不同的冷却速度连续冷却,可得到不同的转变组织,因而可以获得不同的性能。
以上介绍了共析钢的“C”曲线以及共析钢在冷却过程中的组织转变,其它钢的“C”曲线以及在冷却过程中的组织转变与共析钢相似,只是“C”曲线的形状和位置存在一些差别。
第二节钢的普通热处理
钢的普通热处理方法有退火、正火、淬火和回火四类。
一、退火
将钢加热到一定温度,保温一定时间,然后随炉冷或将工件埋入石灰等冷却能力弱的介质中缓慢冷却到600℃以下,再空冷至室温的热处理工艺称为退火。
根据退火加热温度的不同,退火工艺方法主要有完全退火、不完全退火、扩散退火、再结晶退火以及去应力退火五种,其加热温度及工艺规范见图3-10和图3-11。
以下具体介绍退火工艺方法及其主要作用。
图3-10退火与正火的加热温度范围图3-11退火与正火的工艺规范
1.完全退火
完全退火是将钢件加热至Ac3以上20~30℃,经过完全奥氏体化后进行缓慢冷却,以获得近于平衡组织的热处理工艺,其主要作用和目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性。
完全退火主要用于亚共析钢(Wc=0.3~0.6%),低碳钢和过共析钢不宜采用。
低碳钢完全退火后硬度偏低,不利于切削加工。
过共析钢完全退火,缓慢冷却,渗碳体有充分的时间析出,大量的渗碳体在晶界上连成网状,使钢的硬度不均匀、塑性和韧性显著降低。
2.不完全退火
不完全退火是将钢加热至Ac1+(20~40℃)之间,经过保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。
其主要作用和目的如下:
图3-12球状珠光体显微组织
由于不完全退火加热至两相区温度,仅使奥氏体发生重结晶,故基本上不改变先共析铁素体或渗碳体的形态和分布。
如果亚共析钢原始组织中的铁素体已经均匀细小,只是珠光体片间距小,硬度偏高,内应力较大,那么只要在Ac1+(20~40℃)温度之间进行不完全退火即可达到降低硬度、消除内应力的目的。
由于不完全退火的加热温度低,工艺过程时间短,因此对于亚共析钢的锻件来说,若其锻造工艺正常,钢的原始组织分布合适,则可以采用不完全退火代替完全退火。
不完全退火主要用于共析钢和过共析钢,在加热和保温过程中,通过渗碳体的不完全溶解而使片状珠光体和网状渗碳体转变为球状珠光体,如图3-12所示,以消除内应力、降低硬度、改善切削加工性,故不完全退火又称为球化退火。
球化退火实质上是不完全退火的一种,在球化退火之前必须进行正火处理以使网状渗碳体断开,为球化退火作组织准备。
3.扩散退火
扩散退火又称均匀化退火,是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温,然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。
其主要作用和目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的成分偏析,使成分和组织均匀化。
扩散退火加热温度高、保温时间长,所以加工效率低、成本高,也容易产生粗晶、氧化、脱碳等缺陷。
因此,扩散退火只是用于一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭,并且扩散退火后可以进行一次完全退火或正火,以细化晶粒、消除缺陷。
4.再结晶退火
再结晶退火是把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保温适当的时间,使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒而消除加工硬化的热处理工艺。
钢经过冷冲、冷轧或冷拉后会产生加工硬化现象,使钢的强度、硬度升高,塑性、韧性下降,切削加工性能和成形性能变差。
再结晶退火就是应用于冷变形工件,主要作用和目的就是要消除加工硬化,降低强度和硬度,使钢的机械性能恢复到冷变形前的状态。
冷变形钢的再结晶温度与化学成分、变形程度有关,根据经验公式T再≈0.4T熔(其中T再、T熔分别是以绝对温度表示的再结晶温度和熔点),钢的再结晶温度大约为450℃,铝合金的再结晶温度大约为100℃。
再结晶温度还与变形程度有关,一般来说,形变量越大,再结晶温度越低。
5.去应力退火
主要作用和目的是减少和消除工件在铸造、锻造、焊接、切削、热处理等加工过程中产生的残余内应力,稳定工件的尺寸,防止工件的变形。
其主要的工艺特点是退火加热温度低、保温时间长,因而又称之为低温退火。
二、正火
正火是将钢加热到Ac1或Ac3以上适当温度,保温以后在空气中冷却得到珠光体型组织(珠光体、索氏体或屈氏体)的热处理工艺。
与完全退火相比,二者的加热温度相同,但正火冷却速度较快,转变温度较低。
因此,钢材正火组织较退火组织细小,强度、硬度较高。
正火的主要作用和目的如下:
1.改善钢的切削加工性能
含碳量低于0.25%的低碳钢,退火后硬度较低,切削加工过程中容易“粘刀”,通过正火处理,可以提高硬度至140~190HB,改善钢的切削加工性能,提高刀具的使用寿命和加工工件的表面质量。
2.消除工件的热加工缺陷
钢件在铸造、锻造、热轧、焊接等热加工过程中容易产生粗大晶粒、内应力等缺陷,通过正火处理可以消除这些缺陷,达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。
3.消除过共析钢的网状渗碳体,便于球化退火
过共析钢在淬火之前要进行球化退火,以便于机械加工并为淬火做好组织准备。
当过共析钢中存在严重网状渗碳体时,直接球化退火将达不到良好的球化效果。
正火加热时使渗碳体全部溶入奥氏体中,再采用较快的冷却速度冷却下来,以抑制渗碳体的析出,相当于使网状渗碳体断开,为球化退火做组织准备。
4.代替调质处理作为最终热处理,提高加工效率
一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件采用正火处理,达到一定的综合机械性能,可以代替调质处理,作为最终热处理。
三、淬火
在机械制造中,多数零件都需要通过淬火与回火来获得所要求的组织、性能,因此,常把淬火+回火称为最终热处理。
淬火后钢的组织通常是马氏体与残余奥氏体的混合组织,马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织,在使用过程中会发生组织转变,性能也会随之发生转变。
因此,淬火后必须及时回火(表面淬火可以例外),以消除内应力、稳定组织,获得所需要的性能。
淬火就是把钢件加热到Ac3或Ac1以上温度,经过保温后迅速冷却至室温的热处理工艺。
淬火工艺涉及的问题比较复杂,应根据材料的化学成分、零件的形状和尺寸等,并参照该材料的“C”曲线来制定合理的淬火工艺方案。
1.淬火的目的
钢的淬火包括两种,一种是等温淬火,目的是获得下贝氏体;另一种是普通淬火,目的是获得马氏体。
通常所提到的淬火是指普通淬火,淬火的目的是为了获得马氏体组织。
有了这种组织之后,就可以利用回火来调整它的强度、硬度、塑性、韧性之间的关系,获得所需要的性能。
2.淬火工艺
淬火质量取决于淬火的三个要素,即加热温度、保温时间和冷却速度。
⑴淬火加热温度淬火加热温度主要取决于钢的化学成分。
碳素钢的淬火加热温度如图3-13所示。
亚共析钢的淬火加热温度范围为Ac3+30~50℃。
若加热温度低于Ac3,则加热组织不能完全奥氏体化,没有奥氏体化的铁素体淬火时将保留下来,降低钢的硬度;若加热温度过高,则奥氏体晶粒会过分长大,淬火得到粗大的马氏体组织,使脆性增大,且淬火时工件易变形甚至产生淬火裂纹或开裂。
共析钢和过共析钢适宜的淬火加热温度为Ac1+30~50℃。
由于加热温度较低,加热组织为含碳量稍低的奥氏体和未溶入奥氏体的少量渗碳体,渗碳体的存在对于3-13碳素钢的淬火加热温度范围
提高钢的硬度和耐磨性没有坏处,而且可以阻碍马氏体的长大,细化晶粒,降低脆性并可减小淬火产生的组织应力。
若加热温度高于Accm温度,奥氏体化后组织粗大,淬火会得到粗大的马氏体和过量的残余奥氏体,反而会使硬度和耐磨性降低,并且会增大淬火应力,使工件易变形甚至开裂。
对于含有阻碍奥氏体长大的强碳化物形成元素(如Ti、Zr、Nb、W等)的合金钢,淬火加热温度应偏高些,以加速碳化物的溶解,获得较好的淬火效果。
对于含有促进奥氏体长大的元素(如Mn等)的合金钢,淬火加热温度应偏低些,以免产生过热现象。
⑵淬火加热保温时间保温的目的是使工件烧透,组织转变充分。
保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确定。
钢的含碳量越高,含合金元素越多,导热性就越差,因而保温时间就越长。
在箱式电阻炉中加热,加热介质是热空气,加热速度慢,保温时间较长;而在盐浴炉中加热,加热介质是熔盐,加热速度快,保温时间较短。
零件的尺寸(厚度或直径)越大,保温时间越长。
生产上通常根据经验公式来确定具体保温时间。
⑶淬火冷却速度为了获得马氏体组织,工件在淬火冷却介质中的冷却必须有足够快的冷却速度。
实际冷却速度V必须大于该钢的临界淬火冷却速度Vc。
但冷却速度过大会导致工件淬火内应力增大,容易导致工件的变形甚至开裂。
淬火介质的冷却能力决定了工件淬火时的冷却速度。
为减小淬火内应力,防止工件淬火变形甚至开裂,在保证材料淬火中过冷奥氏体在鼻温以上不发生其它组织转变迅速冷却至Ms温度以下发生马氏体转变的前提下,应选用冷却能力弱的冷却介质。
理想的淬火冷却介质是在“C”曲线鼻温以上冷却能力强,而在鼻温以下冷却能力弱,这样即可保证得到马氏体组织,又可减小淬火应力。
水是常用的淬火介质,在“C”曲线鼻温以上和以下都具有很强的冷却能力,工件容易获得马氏体组织,但会产生较大的淬火应力,易引起工件变形和开裂。
常用水作为临界淬火冷却速度较大的碳素钢和某些低合金钢工件的淬火介质。
油类淬火介质有矿物油(如10#、20#机油)和植物油(如菜油、豆油)两类,也是常用的淬火冷却介质。
油类淬火介质的冷却能力比水差,特别是在300~200℃范围内冷却速度比水低的多,因而能减小工件的淬火应力,防止工件变形和开裂。
常用油类淬火介质作为临界淬火冷却速度较低的合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火介质。
此外,还有一些效果好的新型淬火介质,如水玻璃-苛性碱淬火介质、氯化锌-苛性碱淬火介质及过饱和硝酸盐水溶液淬火介质等。
3.常用的淬火方法
为了保证工件淬透,同时防止变形和开裂,应根据材料的种类、工件的形状、尺寸和技术要求,选择正确的淬火冷却方法。
常用的淬火冷却方法有四种,如图3-14所示。
⑴单液淬火法(普通淬火法)工件加热后在一种介质中连续冷却至室温的淬火方法称为单液淬火法,操作简单,应用较广泛。
其缺点是水淬淬火应力大,工件变形开裂倾向大;油淬淬透深度小。
⑵双液淬火法工件先后在两种介质中冷却至室温的淬火方法称为双液淬火法。
一般是先在冷却能力强的介质(常用水)中冷却至Ms以上温度,然后再放入冷却能力弱的介质(常用油)中冷却至室温。
此方法操作复杂,对工人技术水平要求高,但既可保证得到马氏体组织,又可减少淬火应力及产生变形、开裂的倾向。
⑶分级淬火法将加热好的钢件先放入温度稍高于Ms温度的液体介质(熔盐或熔碱)中冷却并保温一段时间(不可使冷却曲线进入“C”曲线),待工件表面与心部温度均匀一致后,再取出置于空气中冷却至室温得到马氏体组织,此淬火工艺方法叫分级淬火法。
此方法可大大减小淬火应力,避免工件变形开裂,但由于盐浴或碱浴冷却能力差,故多用于淬透性大的合金钢,形状复杂、尺寸小的工件。
⑷等温淬火法等温淬火法操作与分级淬火相似,只是工件在盐浴炉或碱浴炉内保温时间长,使冷却曲线穿过“C”曲线,使过冷奥氏体转变为
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