钢的热处理工艺[共18页]

钢的热处理第一章 钢的热处理热处理工艺包括：将钢材或钢制件加热到预定温度，在此温度下保温一定时间。然后一定的冷却速度冷却下来，达到热处理所预定的对钢材及钢制件的组织与性能的要求。1钢的加热1.1制定钢的加热制度加热温度、加热速度、保温时间。1.1.1加热温度的选择加热温度取决于热处理的目的。热处理分为：淬火、退火、正火、和回火等。淬火的目的是为了得到细小的马氏体组织，使钢具有高的硬度；退火及正火的目的是获得均匀的珠光体组织，因此其加热温度不同。在具体制定加热温度时应按以下原则：热处理工艺种类及目的要求；被加热钢材及钢制件的化学成分和原始状态；钢材及钢制件的尺寸和形状以及加热条件来制定。对于碳钢及低合金钢的加热温度：亚共析钢淬火温度：AC3以上3050；过共析钢淬火温度：AC3以上3050；亚共析钢完全退火：AC3以上2030；过共析钢不完全退火：AC3以上2030；正火 AC3或ACM以上3050；1.1.2加热速度的选择必须根据钢的化学成分及导热性能；钢的原始状态及应力状态；钢的尺寸及形状来确定加热速度。如钢的原始状态存在着铸造应力或轧煅热变形残余应力时，在加热是应特别注意。对这类钢要特别控制低温阶段的加热速度。钢的变形与热裂倾向是以钢的化学成分及原始状态不同而不同，主要有以下几点：a) 低碳钢比高碳钢热烈倾向小；b) 碳钢比合金钢变形开裂倾向小；c) 钢坯和成品件比钢锭变形和开裂倾向小；d) 小截面比大截面的钢变形和开裂倾向小。1.1.3钢在加热时的缺陷a) 过热：过热就是由于加热温度过高，加热时间过长使奥氏体晶粒过分长大。粗大的奥氏体晶粒在冷却时产生粗大的组织，并往往出现魏氏组织，结果是钢的冲击韧性、塑性明显下降。已过火的钢可以在次正火或退火加以纠正。b) 强烈过热：加热温度过高或加热保温时间过长，使氧或硫沿晶界渗入钢中或者钢中的硫与氧在高温下溶解于奥氏体中，在冷却过程中硫或氧以化合物形态沿粗大的奥氏体晶界析出。故降低钢的冲击韧性。此问题出现后只能用重新锻造或轧制来消除且锻、轧的温度不易过高。c) 过烧：当加热温度接近固相线时（指热加工的加热温度），此时晶粒不仅剧烈长大，而且在晶界上的低熔点夹杂物地方发生局部熔化状态，当炉气中的硫、氧渗入后，更加速晶界物的软化，这种现象叫钢的过烧。失去了钢的塑性和韧性，锻轧时破碎，不能用热处理的方法纠正，只能报废。d) 钢的氧化与脱碳：1）氧化2）脱碳防止加热时钢的氧化及脱碳的措施：（1）控制炉气成分：就是控制炉气中的CO2/CO，H2O/H2，CH4/H2 比例。（2）向炉内通入试制的保护气：氢气、氮气、石油裂化气及煤气2钢的退火与正火退火：就是把钢加热到临界点AC3以上或AC1以上（AC1AC3、ACMAC3）经过保温，然后缓慢冷却（炉冷）的一种操作。加热到临界点以上是为使原始组织发生重结晶，得到全部（或大部分）奥氏体状态，继之以缓慢得到U-曲线上部的组织珠光体。所以退火组织具有低的强度和硬度，较高的塑性和韧性。正火：是把钢加热到AC3或ACM以上，保温后在空气中冷却。正火所得到的组织也是珠光体型组织，但其组织较退火组织为细，强度、硬度较高，塑性韧性也较好。常用的退火与正火加热温度及工艺曲线如图1和图2所示。扩散退火 1100 扩散退火 温度 1000 A 900 完全退火AC3 正火或ACM 800 P+CM1AC1 A + F 700 球化退火 低温退火 P + CM3 600 时间 0.8 图1 正火与退火工艺 图2 退火与正火加热温度范围退火和正火，一般是一种预先热处理。目的在于消除热加工、铸造、焊接等工序带来的某些缺陷。改善组织性能。以利于冷加工（切削、冷轧及冷拔）和进一步热处理做好组织准备。对某些碳钢或低合金钢的正火（或正火加高温回火）常是为了提高性能，作为最终热处理。2.1退火的方法及应用2.1.1完全退火完全退火是将钢加热到AC1以上2030，保温一定时间，缓慢冷却下来的热处理操作。完全退火适用于亚共析钢的钢锭、锻轧坯或材以及铸焊工件。其目的是：1）消除因铸、锻轧和焊等引起的晶粒粗大。魏氏组织和带状组织等缺陷，细化晶粒，改善钢的组织及性能。为了防止钢液凝固时形成的奥氏体粗大晶粒以及冷却时出现的魏氏组织，使钢的强度降低、韧性变差；有些钢由于终轧温度过低（在AC1AC3之间），在轧制中共先析出铁素体，经轧制变形、钢中出现带状组织（显微带状组织），它损害了钢的横向性能。为消除这种缺陷，采用完全退火，利用加热及冷却中的两次相变（F + P粗加热A细冷却 F + P 细）细化或改正组织来改善性能。2）降低硬度利于切削加工。对于空冷得到的马氏体类钢可以采用完全退火也可以采用高温回火（低温退火）处理。3）消除应力防止变形及裂纹：钢锭或铸件在冷速过快会产生很大的热应力及组织应力；钢的终轧温度过低及冷速过快，钢产生加工硬化现象也存在着很大的应力。这些应力不消除在随后的加工中可引起变形或开裂。因此通过完全退火可以消除应力，但一般情况下有的采用不完全退火或低温退火来消除应力。2.1.2亚共析钢的不完全退火不完全退火是把钢加热到AC1以上3050，保温后缓慢冷却（炉冷）的操作。当亚共析钢存在上述各种缺陷为改善组织时可采用完全退火，而仅为消除应力和降低硬度可以采用不完全退火。冶金厂对于1060钢、15Cr40Cr、20CrMn35CrMn、40B50B、20CrMnSi35CrMnSi、30CrMnTi40CrMnTi等钢材均采用不完全退火。2.1.3过共析钢的不完全退火球化退火过共析钢和共析钢在轧锻后必须进行退火，以利于切削加工和为最终热处理做好组织准备。过共析钢因含碳量较高，锻轧后空冷所得组织为片状珠光体，硬度高（HB270以上），经退火硬度可将为HB170250,使片状珠光体转变为球状珠光体。但过共析钢不能采用完全退火，只能采用不完全退火，并且温度不宜过高（稍过AC1以上）。主要是因为：（1）退火温度高于ACM时钢如为全部奥氏体，在冷却时先析出的渗碳体将沿奥氏体晶界析出，呈网状分布的渗碳体。如图3所示。这种网状渗碳体使钢变脆，严重降低钢的性能，因此应注意退火加热温度。 A Cm P 图3 过共析钢二次渗碳体呈网状组织 图4 过共析钢的碳化物呈球状组织（2）为得到球状珠光体（即渗碳体呈颗粒状）如图4所示。要得到粒状珠光体必须采用加热温度稍高于AC1，否则不能球化或不完全球化。获得粒状珠光体的退火称为“球化退火”。是共析钢及过共析钢广泛采用的预先热处理工艺。冶金厂生产的碳工钢，合金工具钢和轴承钢一般出厂前均进行球化退火，以球化退火状态交货。球化退火钢具有以下优点： 有较低的硬度。切削性能好； 为最终热处理做好组织准备，球状珠光体组织在以后淬火时变形及开裂倾向小，有利于提高淬火质量。 能改善淬火后的综合机械性能，主要是冲击韧性和耐磨性。球化退火温度一般采用AC1以上1030。因在此温度下过共析钢组织是不均匀奥氏体和未溶的渗碳体，未溶的渗碳体以细小的颗粒分布于奥氏体中。在随后的冷却过程中，奥氏体析出渗碳体时，就以这些未溶渗碳体为核心长大成为球状渗碳体。如果温度高，未溶渗碳体质点减少，甚至完全溶于奥氏体中，则球化将不完全，而且可能出现网状渗碳体。球化退火工艺常用的有以下两类： 一段保温工艺如图-5所示。即加热到稍高于AC1或AC1ACM之间保温后以非常缓慢的速度冷去下来，获得细颗粒状珠光体。 770 10 9Mn2V,Cr13等 760 10 T10,T12等 740 10 T7,T8等 二段保温工艺如图-6所示。此工艺主要用于轴承钢如GCr6,GCr9,GCr12,GCr15SiMn,GSiMnV,GsiMnVRe,GsiMnMoV,GsiMnMoVRe,GsiMoV,GsiMoRe等要求球化质量高的和难于球化的钢。除了在AC1以上保温外，在缓冷到AC1以下（700）进行第二阶段保温，这样可以充分球化。 温 度 AC1 43/小时 均 650度 热 24 出炉 4 时间 图-5 球化退火工艺曲线 78010 30/小时温度 70010 均 25 热 12 24 5 650出炉 时间 图6 轴承钢球化退火曲线2.1.4扩散退火（均匀化退火）扩散退火是把刚加热到AC3以上200250度（一般加热温度为11001200度）经长时间保温，然后缓慢冷却下来的热处理操作。它主要目的是为了消除铸锭及铸件的枝晶偏析，通过原子在高温状态下的扩散移动使化学成分趋于均匀化。避免钢材中的成分偏析及组织分层以及由此带来的不良性能，提高钢的机械性能及热加工性能。扩散退火有以下缺点：（1）加热温度高保温时间长（达1020小时）。因而成本高。钢的烧损大。因此，除某些特别重要的合金钢锭外，一般钢种不采用扩散退火，有些钢种为达到扩散退火化学成分均匀的目的，在热加工前的加热时适当提高加热温度和延长保温时间就可以了。（2）对于成型的铸件，在经扩散退火后奥氏体晶粒粗大，降低性能。因此扩散退火后要加一次完全退火或正火来细化组织，改善性能。2.1.5等温退火 对亚共析钢，等温退火是将钢加热到AC3以上2030度，然后快速冷却到AC1以下某一温度（此温度按硬度要求而定）进行保温，保温后出炉空冷，等温保温目的是使奥氏体等温分解所要求的组织，获得预期的性能。 完 AC3全 AC1 退火 等 温 温 度 退 火 时 间 图-7 完全退火与等温退火曲线等温退火的优点是：（1）通过控制等温分解的温度来控制退火后的组织及性能。（2）可以比完全退火节省时间。等温退火是完全退火的另一种形式。其工艺曲线如图7所示。前面讲得第二类球化退火即是钢的等温退火的实例。此外，对某些易产生白点的钢种（CrNi、CrMn钢），采用等温退火（等温冷却）来防止白点产生。钢中白点是指钢中存在的微细裂纹，在钢材纵断面上此微细裂纹呈白色球状，故称白点。钢中的白点形成是因钢中所含氢气未能充分溢出而造成的。生产实践中已知，易产生白点的钢种经热压力加工锻或轧后，必须采取等温缓冷或等温退火，使钢中的氢充分溢出，防止和减少白点的出现。生产经验证明：这类钢在C曲线上的鼻子处，如在250300度及600640度的温度范围进行等温，氢的扩散容易，有利于氢的溢出。其最简单的等温曲线如图-8所示：AC3AC1620660 空冷 （a） （b）AC3AC1660670250300 （c） （d） 图-8 等温退火工艺曲线应该说明，钢种不同及等温退火工艺不同，在生产中应具体分析生产实际情况确定。2.1.6低温退火低温退火是把钢加热到AC1以下某一温度，保温一定时间后炉冷或空冷的热处理。因加热温度低于AC1，不发生相变重结晶，因此这类退火只能达到以下目的。（1）消除钢中的残余应力；（2）对某些高合金空淬马氏体类钢起到回火作用，降低硬度，消除应力；（3）对某些经冷变形并具有加工硬化的钢，可以消除加工硬化，通过再结晶改善组织性能。低温退火广泛应用于冶金厂的钢材热处理。现分别简介如下：（1）高温回火：某些中合金及高合金钢，如18CrNiWA、25CrNiWA、30CrNiMi等等。这类钢过冷奥氏体非常稳定，在缓冷或空冷条件下即发生马氏体转变或为贝茵体及少量珠光体组织。这类组织用一般退火达不到软化目的，但是，采用高温回火使马氏体发生分为铁素体与粒状碳化物的回火索氏体组织，可以降低硬度达到软化目的。高温回火工艺如图-9所示。某钢厂按此高温回火工艺处理如下钢材：12CrNi2A、20CrNiA、12Cr2Ni14A、18CrNiWA、30CrNiWA、PcrNiMo、37SiMnMoV、37SiMnMoWV等等钢材。 AC12010610 空 70010冷空温 均 冷度 热 2 413 时间 时间 图9 高温回火工艺曲线 图10 低温退火工艺曲线 （2）消除应力退火：亚共析的低合金及中合金钢，在锻轧过程中由于变形不均产生形变应力，这种应力不消除，将给以后的冷加工及热处理造成危害。故必须消除。采用低温退火可以达到消除应力的目的。一般其加热温度为600700，温度高保温时间可适当缩短，加热温度低可用较长的时间保温。具体决定可根据生产实际确定。低温退火工艺如图-10所示。某钢厂采用此工艺的钢种有：5570、15CrA55CrA、12CrMo42CrMo、15CrMoA35CrMoA、16Ni2VA50CrVA、18CrMnTi40CrMnTi、12CrMoV35CrMoV、PCrPcrMo等等。 （3）冷加工硬化钢的再结晶退火：冷加工（冷轧、拔或拉）钢材，由于冷塑性变形产生加工硬化，使钢的硬度强度增高、给进一步冷变形加工造成困难。因此在两次冷加工之间或冷加工后进行在结晶退火，主要目的是消除加工硬化现象，恢复钢的塑性和韧性。在结晶退火温度一般在600700，在此温度下使变形的晶粒发生再结晶成为细小等轴晶组织。这种组织有较好的塑性，加热温度高，晶粒粗大对性能不利，在生产实际中根据钢的成分及冷变形条件来具体确定。某厂深冲板08AI冷轧后再结晶退火工艺如图-11所示。 另外，热轧薄板，因终轧温度低于再结晶温度，如0.080.25%C的低碳钢，在热轧时开轧温度为800900而终轧温度在600500，整个轧制过程中再结晶速度低于冷加工硬化速度，轧制后钢处于加工硬化状态，因此采用再结晶退火，改善组织调整性能。一般工厂采用600700退火。其退火工艺如图-12所示。AC1 680700 640 B2、B3普通板600640 818/小时 630 B2、B3镀锌板去外罩 温 度 3 时间 时间 图-11 08AI退火工艺曲线 图-12 热轧板退火工艺曲线2.2钢的正火及其用用2.2.1正火及其目的正火（常化）就是把钢加热到AC3或ACM以上3050度保温后在空气中冷却下来的热处理操作。正火工艺曲线如图-13所示。正火的目的： （1）提高低碳钢的硬度，以利于切削加工。（2）消除晶粒粗大魏氏组织及网状渗碳体等缺陷，改善钢的组织，（3）细化晶粒提高钢的机械性能。2.2.2正火与完全退火比较 正火与完全退火均是将钢加热到AC3以上， AC3 + 3050 使其发生相变重结晶，冷却所得组织均为珠光 AC3（ACM） 体组织，都能改善组织，只是由于冷却速度不 同其珠光体组织粗细程度不同。 （1）正火与退火加热温度几乎相同，但正火温度稍高。空冷 （2）正火冷却速度（空冷）较退火冷却（炉冷）快，因而正火组织较细，退火组织较粗。正火性能高于退火性能。（3）正火生产周期短，成本低。而退火生 图-13 正火工艺曲线产周期长成本高。（4）退火冷速慢，对消除应力及某些钢的魏氏组织有利。但不能消除过共析钢的网状渗碳体。但对消除魏氏组织不如退火。两者均可消除钢的铁素体带状组织。2.2.3正火的应用低碳（小于0.25%）钢及低合金钢采用退火时，硬度只有HB120105，切削加工时粘刀及表面光洁度不好，为改善这些钢的切削加工性能必须采用正火提高硬度HB140170左右，同时强度和韧性较高。这主要是因为正火处理冷却速度快，所得到的组织为较细片状珠光体。因此某些低合金钢和低碳钢采用正火作改善加工性能的热处理手段。对于含碳（0.250.50%）之间的中碳钢，正火及退火均可以使用，但正火性能较好。其中含碳0.35%钢，虽然正火后硬度稍高。切削有些困难，但正火周期短，生产率高。所以一般也采用正火。有时为软化也采用退火。其它一些合金钢和含碳较高的钢采用正火硬度可超过HB200以上。因此，须要切削加工时必须采用退火。正火工艺曲线如图-14所示。某钢厂的正火工艺如图，钢号是：1050，1550Mn,18CrMnTi等钢。对于过共析钢（工具量具用钢）一般采用球化退火。但如果有网状渗碳体存在时，则必须首先采用正火消除网状。在正火冷却时，如果冷速过快，使渗碳体来不及析出，则共析的奥氏体能直接冷却形成珠光体组织这种珠光体称为“伪共析”。如将奥氏体过冷到如图-15的SEG以下区域内时，先共析渗碳体（铁素体）都是过饱和的。所以先共析渗碳体来不及析出，使奥氏体直接全部析出珠光体组织。GE 温 温AC1 度 度EG 时间 时间 图-14 钢材正火工艺曲线 图-15 发生伪共析钢转变示意图3钢的淬火3.1淬火的意义及目的 淬火是把钢加热到AC1或AC3以上保温一定时间，然后急冷（快速）下来使奥氏体转变为马氏体组织。但在实际生产中特大型零件淬火往往不一定全部转变为马氏体，甚至得不到马氏体，因此又有一个广义的淬火定义：淬火就是将钢加热到奥氏体状态，保温后急速冷却下来，得到不平衡的组织（屈氏体、贝茵体、马氏体及残余奥氏体）的热处理。淬火是赋予钢材最终性能的关键工序，其主要目的是：（1）对工具和易磨损的零件主要是提高抗磨性能增加使用寿命，淬火的主要作用是提高钢的硬度和强度。因此淬火是工具及易损零件的主要热处理工序。（2）对于结构材料淬火然后回火的目的时提高综合机械性能，使钢的强度及韧性很好配合。一般均是在淬火后给予适当温度的回火，即所谓“调质”处理。这种调质处理可使钢件达到高的综合机械性能，是结构材料常用的热处理工艺。（3）对某些特殊钢，通过淬火可以使其达到满意的物理、化学性能。如永磁材料经淬火后可能获得最大的矫顽力。3.2淬火温度的选择：淬火加热温度取决于钢的临界点AC1和AC3,各种碳钢和低合金钢的淬火加热温度选择可参考图-16所示的温度范围。亚共析钢AC3以上3050过共析钢AC1以上3050 温A3ACm度A1时间 图-16 淬火加热温度示意图 为什么亚共析钢必须加热到AC3以上呢? 因为亚共析钢在淬火前一般为珠光体加先共析铁素体，如果加热温度低于AC3即在AC1AC3之间，组织中有残存的铁素体未能溶解。此组织经淬火后得到组织为马氏体加非常软的铁素体。即F + P AC3 + 3050 A细 + F 淬火 M细 + F因不能全部获得马氏体，所以硬度低，综合性能也较差。因此，对于亚共析钢的淬火必须在AC3以上3050。从生产实践已知，加热温度过高，将使奥氏体晶粒粗大，淬火所得马氏体也粗大使性能下降。当然，对于某些合金钢为使其中难溶的碳化物全部都溶于奥氏体中，加热温度可以超过上述所限温度。对于过共析钢，如工磨具钢，因其要求有较高的硬度和耐磨性，必须采用不完全淬火，其加热温度在AC1ACM之间。这样的加热温度可以使钢保留部分碳化物未溶于奥氏体中，淬火后所得组织是淬火马氏体和碳化物。碳化物具有高的硬度及抗磨性，因此不完全淬火组织也具有高的硬度及抗磨性。其组织转变是：CMN.AC1 + 3050 CMN 淬火 P + A + 细 M细 + CMN如果加热温度高于ACM以上，碳化物全部溶于奥氏体中，使奥氏体碳含量增加，增长了晶粒长大倾向，淬火后所得马氏体粗大。另外奥氏体碳含量增加，使奥氏体稳定性增大。淬火后残余奥氏体增多。因此这种加热温度，使钢硬度降低，淬火开裂倾向增加。如果加热温度低于AC1,则不能发生奥氏体淬火转变成马氏体所以是不能改变组织及性能，达不到淬火目的。 常用钢的淬火加热温度及其临界点钢号AC1（）AC3（）淬火温度钢号AC1（）AC3（）淬火温度3072582084086035CrMn27257808603572580584086035CrMnSi7258408904072579083085065Mn7207458304572577583084060Si2Mn7607808705072576582084055SiMn7607808207072574580082060Si2CrA7657808507572574580082060Si2CrVA770780850T8A7257808009CrSi770870830860T9A730780800Cr740900830860T10A730800760780CrMn740980800830T13A730830760780CrW576080082035SiMn7408108408608CrV74090080082040B730790840Cr2MnSi74590083086040Cr735780830850Cr0673095079081035Mn2718780800820GCr1574590084086045Mn2718765830850GW15SiMn75590083084040CrMnMo735786850W9Cr4V8101200240T12A730820760780W18Cr4V820126012803.3淬火冷却速度及淬火剂正确及合理的加热温度，只能是淬火得到马氏体的必要条件，不是充分条件。要达到淬火所预期的结果还必须选择好正确的冷却速度，否则淬火操作将达不到预期的目的。从大量的科学实验及生产实践已知，对任一种刚来说为了获得马氏体组织都要有一个冷却速度。即常用的临界淬火冷却速度（V临界表示）。在实际淬火操作中必须使冷却速度大于该钢的临界冷却速度，即V实际V临界。所谓临界冷却速度等的因素，从生产实践已知V临界是决定于“C”曲线的位置，“C”曲线靠左边，V临界愈大，“C”曲线愈靠右，V临界愈小。钢中碳含量愈低，“C”曲线靠左，V临界愈大。所以低碳钢需要在碱溶液才能淬成马氏体，钢中加入合金元素，一般是使“C”曲线右移，使V临界降低。延缓奥氏体分解速度，所以合金钢可以在油中淬成马氏体，而某些合金钢甚至空冷得到马氏体。从提高硬度的观点来看，淬火冷却速度愈大愈好，因冷速大能保证马氏体组织。但是从应力（也就是变形与开裂）的观点来看，冷去速度愈小愈好。根据钢的“C”曲线如图-17所示的情况可知，只要在650500快冷，越过“C”曲线的“鼻子”区就可以躲开奥氏体分解。随后就是缓慢冷却也会达到马氏体转变。这样可以免除淬火开裂危险。在MS点以下发生马氏体转变时，体积膨胀14%，这样就会产生巨大应力，并且马氏体塑性很差，所以在马氏体转变区冷却太快容易产生变形和开裂。A C1 温 度 时间因此，淬火冷去介质（淬火剂）最好在高温区650500冷去速度快，而在低温区300200冷却速度慢。但是这种理想的淬火介质，还有待于我们去研究发现。现在生产中常用的淬火介质都有缺点，这有待我们去解决。目前常用的淬火介质的冷却能力如表所示。淬火介质冷却速度（“0”/ 秒 ）550650区间200300区间水（18）600270水（26）500270水（50）100270水（74）3020010%性钢水溶液（18）120030010%NaCL水溶液1100300矿物曲15030从表中可以看出，水的冷却能力是很强的。它是应用最广泛的淬火介质。主要用于碳钢及低淬透性钢的淬火。水的优点是经济安全好用，来源丰富。在高温区冷却速度快，可抑制马氏体分解，保证得到淬火马氏体。但水的最大缺点是在低温区300200冷却快，易使淬火件发生变形与开裂。改变水的温度可以适当的降低高温区冷却能力，同时对低温区影响也小。所以根据淬火钢件的材质不同，可适当调节水的温度。水中加入盐或碱（如510%NaCL或NaOH）的水溶液。能够加速蒸汽膜的破裂、降低表面张力，增加冷却能力并使冷却均匀。油（植物油和矿物油）也是用的比较广泛的淬火介质，它的优点是在低温区冷却缓慢，不易引起变形开裂。但在高温区冷却比较慢，不易保证得到马氏体，所以油多用于淬透性较好的合金钢。还有一些其它淬火介质，可根据具体情况来选定。3.4淬透性3.4.1淬透性的意义在一定加热和冷却条件下，钢能否被淬透，这取决于钢接受淬火的能力淬透性。钢的淬透性一般用淬成马氏体层的深度来表示。淬火时，钢表面冷却快，愈向心部冷却速度愈慢，如果钢中心部分冷却速度达到或超过该钢的临界淬火速度，钢件就全部淬成马氏体。如果距钢件表面某一深度的冷却速度小于临界淬火速度时，钢件就不能全部淬成马氏体。钢件表面为马氏体，内部则根据冷却速度的不同可能是贝茵体、珠光体及铁素体。在一定的淬火剂中各种钢的淬透深度是不同的，淬硬层深的就叫淬透性好。淬透性小的就叫淬透性差。各种钢的淬透性大小取决于钢的临界淬火速度。假如图18中的U型曲线表示在某冷却介质中淬火钢试棒截面上各点冷却速度的分布，而Va、Vb、Vc分别代表钢a、b、c的临界淬火速度，显然，对钢a来说，由于截面上各点冷却速度都大于其临界淬火速度Va，故钢棒a全部淬成马氏体，对钢b则只表面淬成马氏体，对c钢则未淬成马氏体。可见，钢的临界淬火速度愈小表明该钢的淬透性愈好，淬透层愈深。因此影响“C”曲线左右移动的因素均影响钢的淬透性能。 Vc Vb Va3.4.2淬透性的测定（略）3.5淬火方法及应用3.5.1单液淬火法 把加热钢件放在一种冷却介质中冷却至室温、这种方法称为单液淬火。一般介质为水或油，多用于尺寸较小和形状简单的钢件。对于碳钢由于其临界淬火速度较大，一般用水好或盐、碱水溶液做淬火介质，保证淬成马氏体组织。但是这种淬火介质低温段冷却能力较强，易引起钢件的变形及开裂，故使用时应特别注意。对于的尺寸较大碳钢（直径大于10）淬入水中也难淬透。对于合金钢一般可以油淬，因合金钢临界淬火速度小，在冷却能力小的介质中也可以淬透，同时可以防止变形与开裂。3.5.2双液淬火法常用的是水淬油冷。先把加热工件淬入水中，使钢件快速冷却通过奥氏体稳定区，然后再转入冷却能力较缓慢的油中，使其缓慢冷却至室温。其优点是避免在马氏体转变区产生太大的应力，以减少淬火变形与开裂。如图19所示。 图18 三种钢淬硬情况 示意图Ac3Ac3Ac1Ac1 水淬 MsMs 油冷图19 双液淬火示意图图20 分级淬火示意图双液淬火操作中关键问题是掌握好在各种介质中的淬火停留时间，如在第一介质中停留时间短，钢件温度未降到“C”曲线鼻子下部就淬入第二介质中，没有达到双液淬火目的，等于用第二介质单液淬火。反之，如在第一介质中停留时间过长，钢件在第一介质中即冷却到Ms点以下，产生奥氏体向马氏体转变，这就等于在第一介质中进行单液淬火了，易发生变形与开裂。故必须控制好在第一介质中的停留时间。3.5.3分级淬火 是将加热钢件放在温度略高于Ms点的淬火介质中保温一定时间，但在保温时间内不许发生奥氏体向贝茵体转变，使其内外温度均匀后再冷却到Ms点以下，使奥氏体转变为马氏体。其冷却特点如图20所示。其实是双液淬火的变种，第一介质一般是在熔盐（硝酸盐及苛性钠）内冷却保温。然后进行空冷到室温。其优点是，在第一介质中等温停留时钢件内外温度均匀，从而减少马氏体转变时的组织应力，避免淬火变形及开裂产生。但其只用于尺寸较小（直径小于1012）的碳钢及（直径小于2030）的合金钢件。尺寸大时，第一介质淬火能力不足，可出现中温转变产物。3.5.4等温淬火 是将加热钢件淬入到温度高于Ms点的熔盐介质中，在此介质中产生等温奥氏体转变，当转变完成后取出冷却至室温。其所得组织不是马氏体组织，而是下贝茵体组织，因为在等温时发生奥氏体的等温转变成下贝茵体。下贝茵体硬度稍低于马氏体，但韧性较高。淬火变形及开裂危险性小，故生产中常采用此法。等温淬火如图21所示。Ac3Ac1 Ms 图21 等温淬火示意图3.5.5冷处理 是将淬火到室温的钢件继续深冷至零度依稀的操作。其目的是使钢中的残留奥氏体进一步向马氏体转变。常用介质为液态空气（180）或干冰（78）.用于对残留奥氏体量要求严格的合金钢钢件。3.5.6淬火缺陷及防止方法1）硬度不足2）软点3）变形与开裂4钢的回火 钢件淬火后，还必须经过回火才能使用。就是将淬火钢件加热到A1以下某一温度，保温后冷却到室温。目的是消除淬火时的内应力，稳定钢件的组织，提高钢的韧性，并获得各种机械性能的良好配合。4.1回火时的组织转变4.1.1马氏体的分解（由室温到200 ）4.1.2残留奥氏体的分解（200300）4.1.3固溶体的进一步分解，碳化物（FeXC）的形成及内应力的消除（300400）4.1.4在400以上，碳化物进一步聚集长大。4.1.5钢在350500回火时得到的极细的铁素体与渗碳体的混合物称为回火屈氏体。4.2回火后钢的性能变化 总的变化规律是：随回火温度的升高，硬度、强度下降而塑性、韧性提高。4.3回火工艺4.3.1回火温度1）低温回火（150230）2）中温回火（400480）3）高温回火（500650）4.3.2回火时间4.3.3冷却通常空冷，对于具有第二类回火脆性的钢，在高温回火后必须油冷或水冷。18