教案八
教学重点与难点
1．重点 淬火、回火 2．难点
淬透性和淬硬性
教学方法与手段
1．利用挂图等教具。
2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。
教学组织
1.复习提问10分钟 2.讲解75分钟 3.小结5分钟
教学内容
第四节 淬火
♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。
♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。
♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。
马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。
一、淬火
(一)淬火的目的
淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。 (二)淬火工艺
1．淬火加热温度的确定
亚共析钢淬火加热温度为Ac3以上30℃～50℃。
共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac1以上30℃～50℃。 2．淬火介质
常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。 3．淬火方法
(1)单液淬火。
♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。
单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。 (2)双液淬火。
♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。
双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。
(3)马氏体分级淬火
♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。
马氏体分级淬火适用于尺寸比较小、形状复杂的工件的淬火。 (4)贝氏体等温淬火
♦工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火。贝氏体等温淬火的特点是工件在淬火后，工件的淬火应力与变形较小，工件具有较高的韧性、塑性、硬度和耐磨性。
贝氏体等温淬火可用来处理各种中碳钢、高碳钢和合金钢制造的小型复杂工件。
4．冷处理
♦冷处理是指钢件淬火冷却到室温后，继续在一般致冷设备或低温介质中冷却的工艺。
主要目的是消除和减少残余奥氏体，稳定钢件尺寸，获得更多的马氏体，如量具、精密轴承、精密丝杠、精密刀具、枪杆等，均应在淬火之后进行冷处理，以消除残余奥氏体，稳定钢件尺寸。
二、钢的淬透性与淬硬性
♦淬透性是指以规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。换句话说，淬透性是钢材的一种属性，是指钢淬火时获得马氏体的能力。 钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特性称为淬硬性。淬硬性主要与钢中碳的质量分数有关，与合金元素含量没有多达关系。奥氏体中碳的质量分数越高，钢的淬硬性越高，淬火后硬度值也越高。
♦淬硬性和淬透性是两个不同的概念：淬火后硬度高的钢，不一定淬透性就高，淬火后硬度低的钢，不一定淬透性就低。
三、淬火缺陷 1．过热与过烧
♦工件加热温度偏高，而使晶粒过度长大，以致力学性能显著降低的现象称为过热。钢件过热后，形成的粗大奥氏体晶粒可以通过正火和退火来消除。
♦工件加热温度过高，致使晶界氧化和部分熔化的现象称为过烧。过烧钢件淬火后强度低，脆性很大，并且无法补救，只能报废。 2．氧化与脱碳
♦工件加热时，介质中的氧、二氧化碳、水蒸汽等与之反应生成氧化物的过程称为氧化。
♦工件加热时介质与工件中的碳发生反应，使表层碳的质量分数降低的现象称为脱碳。
氧化使钢件表面烧损，增大表面粗糙度值，减小钢件尺寸，甚至使钢件报废。脱碳使钢件表面碳的质量分数降低，使其力学性能下降，容易引起钢件早期失效。
3.硬度不足和软点
♦钢件淬火后较大区域内硬度达不到技术要求，称为硬度不足。 ♦钢件淬火硬化后，其表面局部区域存在硬度偏低的现象称为软点。 4．变形和开裂
♦变形是淬火时钢件产生形状或尺寸偏差的现象。开裂是淬火时钢件表层或内部产生裂纹的现象。钢件产生变形与开裂的主要原因是由于钢件在热处理过程中其内部产生了较大的内应力。
♦热应力是指钢件加热和(或)冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和(或)冷缩不均所产生的内应力。
♦相变应力是热处理过程中，因钢件不同部位组织转变不同步而产生的内应力。
钢件在淬火时，热应力和相变应力同时存在，这两种应力总称为淬火应力。当淬火应力大于钢的屈服点时，钢件就发生变形；当淬火应力大于钢件的抗拉强度时，钢件就产生开裂。
第五节 回火
♦回火是指工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的是消除和减小内应力，稳定组织，调整性能以获得较好的强度和韧性配合。
一、钢在回火时组织和性能的变化
随着回火温度的升高，淬火组织将发生一系列变化，根据组织转变情况，回火与一般分为四个阶段：马氏体分解、残余奥氏体分解、碳化物转变、碳化物的聚集长大与铁素体的再结晶。
1．回火第一阶段(≤200℃)──马氏体分解
在这一阶段中，由于回火温度较低，马氏体中仅析出了一部分过饱和的碳原子，它仍是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。析出的极细微碳化物，均匀分布在马氏体基体上。这种过饱和度较低的马氏体和极细微碳化物的混合组织称为回火马氏体。
2．回火第二阶段(200℃～300℃)──残余奥氏体分解
当温度升至200℃～300℃范围时，马氏体分解继续进行，但占主导地位的转变已是残余奥氏体分解过程了。残余奥氏体分解是通过碳原子的扩散先形成偏聚区，进而分解为α相和碳化物的混合组织，即形成下贝氏体。此阶段钢的硬度没有明显降低。
3.回火第三阶段(250℃～400℃)──碳化物转变
在此温度范围，由于温度较高，碳原子的扩散能力较强，铁原子也恢复了扩散能力，马氏体分解和残余奥氏体分解析出的过渡碳化物将转变为较稳定的渗碳体。得到铁素体基体内分布着细小粒状(或片状)渗碳体组织，该组织称为回火托氏体。此阶段淬火应力基本消除，硬度有所下降，塑性、韧性得到提高。 4.回火第四阶段(>400℃)──碳化物的聚集长大与铁素体的再结晶
由于回火温度已经很高，碳原子和铁原子均具有较强的扩散能力，第三阶段形成的渗碳体薄片，将不断球化并长大,该组织称为回火索氏体，回火索氏体具有良好的综合力学性能。此阶段内应力和晶格畸变完全消除。
二、回火方法及其应用
回火是最终热处理，根据钢在回火后组织和性能的不同，按回火温度范围可将回火分为三种：低温回火、中温回火和高温回火。 1.低温回火 低温回火温度范围是250℃以下。经低温回火后组织为回火马氏体，保持了淬火组织的高硬度和耐磨性，降低了淬火应力，减小了钢的脆性。低温回火后硬度一般为58～62HRC。
主要用于高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳件、表面淬火件等。 2.中温回火
中温回火温度范围是250℃～450℃。淬火钢经中温回火后组织为回火托氏体，降低了淬火应力，使工件获得高的弹性极限和屈服强度，并具有一定的韧性。中温回火后硬度一般为35～50HRC。
主要用于处理弹性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝等。有些受小能量多次冲击载荷的结构件，为了提高强度，增加小能量多冲抗力，也采用中温回火。
3.高温回火
高温回火温度范围是500℃以上。淬火钢经高温回火后组织为回火索氏体，淬火应力可完全消除，强度较高，有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性能。回火后硬度一般为200～330HBW。另外，钢件淬火加高温回火的复合热处理工艺又称为调质处理
主要用于处理轴类、连杆、螺栓、齿轮等工件。同时，钢件经过调质处理后，不仅具有较高的强度和硬度，而且塑性和韧性也显著比经正火处理后高。
小结与作业
