请问“淬火”“正火”“回火”后工件的硬度有什么变化啊?
请问“淬火”“正火”“回火”后工件的硬度有什么变化啊?
热处理工艺——表面淬火、退火工艺、正火工艺 -------------------------------------------------------------------------------- ◆ 表面淬火 • 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下,它的表面层承受着比心部更高的应力.在受摩擦的场合,表面层还不断地被磨损,因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求,只有表面强化才能满足上述要求.由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点,因此在生产中应用极为广泛. 根据供热方式不同,表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等. • 感应加热表面淬火 感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热.感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点： 1.热源在工件表层,加热速度快,热效率高 2.工件因不是整体加热,变形小 3.工件加热时间短,表面氧化脱碳量少 4.工件表面硬度高,缺口敏感性小,冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高.有利于发挥材料地潜力,节约材料消耗,提高零件使用寿命 5.设备紧凑,使用方便,劳动条件好 6.便于机械化和自动化 7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等. • 感应加热的基本原理 将工件放在感应器中,当感应器中通过交变电流时,在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场,在工件中相应地产生了感应电动势,在工件表面形成感应电流,即涡流.这种涡流在工件的电阻的作用下,电能转化为热能,使工件表面温度达到淬火加热温度,可实现表面淬火. • 感应表面淬火后的性能 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件,其表面硬度往往比普通淬火高 2～3 个单位（HRC）. 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高.这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小,碳化物弥散度高,以及硬度比较高,表面的高的压应力等综合的结果. 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高,缺口敏感性下降.对同样材料的工件,硬化层深度在一定范围内,随硬化层深度增加而疲劳强度增加,但硬化层深度过深时表层是压应力,因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降,并使工件脆性增加.一般硬化层深δ＝（10～20）％D.较为合适,其中D.为工件的有效直径. ◆ 退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺.退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体.总之退火组织是接近平衡状态的组织. • 退火的目的 ①降低钢的硬度,提高塑性,以利于切削加工及冷变形加工. ②细化晶粒,消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷,均匀钢的组织和成分,改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备. ③消除钢中的内应力,以防止变形和开裂. • 退火工艺的种类 ①均匀化退火（扩散退火) 均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性,将其加热到高温,长时间保持,然后进行缓慢冷却,以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺. 均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃）,即℃,保温时间一般为10～15h,以保证扩散充分进行,大道消除或减少成分或组织不均匀的目的.由于扩散退火的加热温度高,时间长,晶粒粗大,为此,扩散退火后再进行完全退火或正火,使组织重新细化. ②完全退火 完全退火又称为重结晶退火,是将铁碳合金完全奥氏体化,随之缓慢冷却,获得接近平衡状态组织的退火工艺. 完全退火主要用于亚共析钢,一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材,有时也用于它们的焊接构件.完全退火不适用于过共析钢,因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上,在缓慢冷却时,渗碳体会沿奥氏体晶界析出,呈网状分布,导致材料脆性增大,给最终热处理留下隐患. 完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、所选用的设备型号等多种因素确定.为了保证过冷奥氏体完全进行珠光体转变,完全退火的冷却必须是缓慢的,随炉冷却到500℃左右出炉空冷. ③不完全退火 不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度,达到不完全奥氏体化,随之缓慢冷却的退火工艺. 不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等,其目的是细化组织和降低硬度,加热温度为Ac1+(40～60)℃,保温后缓慢冷却. ④等温退火 等温退火是将钢件或毛坯件加热到高于Ac3（或Ac1）温度,保持适当时间后,较快地冷却到珠光体温度区间地某一温度并等温保持,使奥氏体转变为珠光体型组织,然后在空气中冷却的退火工艺. 等温退火工艺应用于中碳合金钢和低合金钢,其目的是细化组织和降低硬度.亚共析钢加热温度为Ac3+(30～50)℃,过共析钢加热温度为Ac3+(20～40)℃,保持一定时间,随炉冷至稍低于Ar3温度进行等温转变,然后出炉空冷.等温退火组织与硬度比完全退火更为均匀. ⑤球化退火 球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺.将钢加热到Ac1以上20～30℃,保温一段时间,然后缓慢冷却,得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织. 球化退火主要适用于共析钢和过共析钢,如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等.这些钢经轧制、锻造后空冷,所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体,这种组织硬而脆,不仅难以切削加工,且在以后淬火过程中也容易变形和开裂.而经球化退火得到的是球状珠光体组织,其中的渗碳体呈球状颗粒,弥散分布在铁素体基体上,和片状珠光体相比,不但硬度低,便于切削加工,而且在淬火加热时,奥氏体晶粒不易长大,冷却时工件变形和开裂倾向小.另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火. 球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃,保温后等温冷却或直接缓慢冷却.在球化退火时奥氏化是“不完全”的,只是片状珠光体转变成奥氏体,及少量过剩碳化物溶解.因此,它不可能消除网状碳化物,如过共析钢有网状碳化物存在,则在球化退火前须先进行正火,将其消除,才能保证球化退火正常进行. 球化退火工艺方法很多,最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火.普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃,保温适当时间,然后随炉缓慢冷却,冷到500℃左右出炉空冷.等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后,随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温,等温时间为其加热保温时间的1.5倍.等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷.和普通球化退火相比,球化退火不仅可缩短周期,而且可使球化组织均匀,并能严格地控制退火后的硬度. ⑥再结晶退火（中间退火） 再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上,保持适当时间,使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒,以消除形变强化和残余应力的热处理工艺. ⑦去应力退火 去应力退火是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺. 锻造、铸造、焊接以及切削加工后的工件内部存在内应力,如不及时消除,将使工件在加工和使用过程中发生变形,影响工件精度.采用去应力退火消除加工过程中产生的内应力十分重要. 去应力退火的加热温度低于相变温度A1,因此,在整个热处理过程中不发生组织转变.内应力主要是通过工件在保温和缓冷过程中消除的.为了使工件内应力消除得更彻底,在加热时应控制加热温度.一般是低温进炉,然后以100℃/h左右得加热速度加热到规定温度.焊接件得加热温度应略高于600℃.保温时间视情况而定,通常为2～4h.铸件去应力退火的保温时间取上限,冷却速度控制在（20～50）℃/h,冷至300℃以下才能出炉空冷. ◆ 正火工艺 正火工艺是将钢件加热到Ac3（或Acm）以上30～50℃,保温适当的时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺.把钢件加热到Ac3以上100～150℃的正火则称为高温正火. 对于中、低碳钢的铸、锻件正火的主要目的是细化组织.与退火相比,正火后珠光体片层较细、铁素体晶粒也比较细小,因而强度和硬度较高. 低碳钢由于退火后硬度太低,切削加工时产生粘刀的现象,切削性能差,通过正火提高硬度,可改善切削性能,某些中碳结构钢零件可用正火代替调质,简化热处理工艺. 过共析钢正火加热刀Acm以上,使原先呈网状的渗碳体全部溶入到奥氏体,然后用较快的速度冷却,抑制渗碳体在奥氏体晶界的析出,从而能消除网状碳化物,改善过共析钢的组织. 焊接件要求焊缝强度的零件用正火来改善焊缝组织,保证焊缝强度. 在热处理过程中返修零件必须正火处理,要求力学性能指标的结构零件必须正火后进行调质才能满足力学性能要求.中、高合金钢和大型锻件正火后必须加高温回火来消除正火时产生的内应力. 有些合金钢在锻造时产生部分马氏体转变,形成硬组织.为了消除这种不良组织采取正火时,比正常正火温度高20℃左右加热保温进行正火. 正火工艺比较简便,有利于采用锻造余热正火,可节省能源和缩短生产周期. 正火工艺与操作不当也产生组织缺陷,与退火相似,补救方法基本相同.
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与《请问“淬火”“正火”“回火”后工件的硬度有什么变化啊?》相关的作业问题
1、45钢的退火后的金相——奥氏体,退火后太软,一般45钢都不做退火处理2、45钢的正火后的金相——奥氏体+珠光体,这是材料供应状态的金相3、45钢的淬火后的金相——马氏体,45钢可以淬火,但这样做得不多,一般都是用调质处理45钢,若非要淬火,其硬度不是很高
淬火温度760－780,回火温度16－180,回火后硬度大于HRC60
45号钢的淬火温度在820~840度左右,根据具体零件进行调整,回火温度根据技术要求进行调整,回火后的组织由温度决定,硬度也是看回火温度的高低.
45钢退火：铁素体＋珠光体；45钢正火：铁素体＋珠光体；45钢淬火：马氏体；45钢回火：回火马氏体（低温回火）,回火屈氏体（中温回火）,回火索氏体（高温回火）.
用锉刀划擦
退火是一种金属热处理工艺,指的是将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜速度冷却.目的是降低硬度,改善切削加工性；消除残余应力,稳定尺寸,减少变形与裂纹倾向；细化晶粒,调整组织,消除组织缺陷.淬火是将钢加热到临界温度以上某一温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体1化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以
更大的可能是：有些产品“淬火后”没有达到硬度要求,而不是回火后.所以,建议检查淬火时的冷却是不是均匀,打一下淬火后的硬度是不是均匀就知道了.
如果你的淬火工艺正确的话,还要看是什材料.如果是低、中合金钢,回火硬度高了可以再次回火并适当提高回火温度,回火硬度低了就要重新淬火再适当降低回火温度.如果是高合金工模具钢或是马氏体时效钢,回火硬度低了可再提高回火温度或反复多次回火,增加弥散析出强化而提高硬度.若回火硬度高了也可进一步提高回火温度,让析出的碳化物长大,就
喷砂的作用主要是去除工件表面的氧化层或者覆盖物,使得工件表面光洁以便进行涂层或者进行下道工序的处理.
回火后 工件表面会随着回火温度的不同 而出现不同的回火色 楼主可以百度一下回火色 就知道了 查看原帖
你说的方法是不行的.如果是亚共析钢淬火温度低,那么加热保温后的组织为奥氏体+铁素体,淬火后的组织为马氏体+铁素体,马氏体存在的部位硬度高,铁素体存在的部位硬度低,导致硬度不均匀,这样对钢的加工、使用都不利.如果过共析钢淬火温度低,那么原始组织基本未转变,最终得不到马氏体,根本无从谈起硬度的提高.所以常规下亚共析钢淬火温
一般来说这个材料用淬火+低温、中温、高温回火都可以的呀!如果是用做弹性材料的话,一般来说典型的热处理工艺是淬火加中温回火!这样处理后的弹性极限最高!相反调质处理的话,并不能或者最好的弹性极限的!这样的热处理后的组织就是回火索氏体!硬度在HRC40左右!热处理工艺：800-840度加热,保温一定的时间,这个时间看工件的形
你是用什么方式达到的62—65,是感应淬火吗?你的回火温度定的是多少?硬度不均匀,是体现在一个工件上还是工件与工件之间?你淬火时搅拌、入液的方式是什么方式?希望描述再细一点,才好判断. 再问： 真空炉 再答： 使用真空炉加热有个特点，就是加热比较慢，所以有可能你的工件实际高温阶段并没有达到预想的要求，所以奥氏体化不足。
20CrMnTi正火＋回火后的硬度一般为156－207HB.但是硬度不是检测正火的唯一标准,还要考虑晶粒度和带状问题.晶粒度太大会造成渗碳后晶粒遗传,导致马氏体组织粗大.带状严重会导致产品渗碳淬火后变形严重等现象,并加大淬火裂纹的产生几率.
CF53是德牌钢种,属于表面淬火用钢,对应我国的50号钢.正常的组织为：表面马氏体区,过渡层马氏体+未溶铁素体+屈氏体,心部为原始组织（具体看原始什么状态,调质或正火）
先回火再淬火一次采纳哦
1)45#轴：840C淬＋500C回,29HRC左右,回火索氏体；2）60钢弹簧：850C淬＋380C回,42HRC左右,回火屈氏体；3）T12钢：800C淬＋200C回,62HRC左右,回火马氏体.
T12属于碳工钢,820℃加热保温,透烧后水冷或水-油冷淬火,硬度可达HRc62-64,组织为淬火马氏体基体+碳化物+少量残余奥氏体 ,根据硬度要求低温(150-250℃)回火,组织为回火马氏体+碳化物+极少量残奥,硬度为HRc56-62.W18Cr4V属于高速刃具钢,1040℃加热保温油冷淬火,HRc在60-63,组
硬度一定会降低.45钢淬火后如果560度回火相当于是调质.正常高温回火温度在560~650度,硬度应该在HRC22~34.退火的定义及退火的分类_合肥庐江县城池工业炉厂
作者：热处理工业炉
关键词:退火,退火工艺,扩散退火,均匀化退火,完全退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火,细化晶粒退火,可锻化退火,高温退火,不完全退火,低温退火,等温退火,热处理,变形,开裂,珠光体
退火的定义及退火的分类
一、退火的定义：
& & 将金属材料加热到一定的温度（温度根据不同的退火方法而定）、保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。
二、退火工艺的分类：
　　退火的种类、名称非常多，同一种退火从不同的角度又可以叫成不同的名称。
（一）&正宗&的退火： &
& & 对钢来说，比较&正宗&的退火工艺应该是（获得接近平衡转变的组织&&珠光体）：
& & 使钢件获得片状球状 &P &转变产物的热处理工艺。
& & 根据钢的成分的不同，&正宗&的退火工艺又分为：
　　完全退火：加热到Ac3温度以上20～30℃的奥氏体相区。主要用于亚共析钢。
& 　不完全退火：加热到Ac1温度以上20～30℃，主要用于过共析钢。
&　 球化退火：不完全退火的特例，工艺略有不同。用于过共析钢，获得球状珠光体组织。
& 　这几种退火的区别见下表所示：
&&&& 亚共析钢
&&&& 过共析钢
&&&& 对有缺陷的组织（魏氏组织、晶粒粗大、带状组织）经完全重结晶（结构变化）&&& 获得 F + P 组织
&&& 不宜完全退火
不完全退火
& 不改变原来组织中铁素体的形态、分布，只调整珠光体&& 片层间距。（比完全退火节约能源、时间）
&&& （球化退火）
& 获得球状珠光体组织。
　　这几种退火的加热温度范围见下图所示：
（二）其它的几种称为&退火&的工艺：
　　我们在前面已经学过了几种其它的不那么&正宗&的退火工艺：
　　扩散退火（均匀化退火）：对铸件、钢锭（锻坯）消除枝晶偏析
& & & & & & & & & & & & （区域解析）
&　 再结晶退火（中间退火）：对冷变形后的金属，消除加工硬化，彻底恢复塑性。
&　 去应力退火（回复退火、低温退火）：对由于变形加工以及铸造、焊接引起的残余内应力，消除内应力、降低硬度，稳定尺寸，防止工件的变形和开裂。
　　这三种退火工艺的加热温度范围见下图所示：
（三）退火工艺的综合分类
　　 让我们综合起来看一看退火工艺的种类，退火工艺可以从以下几个不同的角度分类：
1．按退火目的的不同
& & & &均匀化退火（扩散退火）&&铸件退火
& & & &完全退火
& & & &球化退火 & &&&改善切削加工性能的退火
& & & &中间退火（再结晶退火）：消除加工硬化的退火
&&锻件退火
& & & &低温退火（去应力退火）：去除内应力&&铸、锻、焊件
　　2．按退火的组织转变特点：
& & & & & &细化晶粒退火
& & & & & &球化退火
& & & & & &再结晶退火
& & & & & &可锻化退火
　　3．按退火工艺方法分类：
& & & & & &高温退火（扩散退火、均匀化退火）
& & & & & &完全退火
& & & & & &等温淬火
& & & & & &不完全退火
& & & & & &低温退火
4．按工艺流程分类：
　　 预先（热处理）退火&&中间（热处理）退火&&最终（热处理）退火
退火相关炉型：、、、、、等等。
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热处理知识
装配推料链时应将销子两端弯好，使滚动
无罐炉的导轨结构与一般连续式炉用导轨
将电热辐射管往炉顶上吊放安装时，必须
铜排采用T1紫铜制作，其含Cu量不小于 9
引出棒安装完毕，擦去电阻板上的灰尘，
将连接好引出棒的电阻板搬到炉内时，要
引出棒与电阻板的连接这是需要在修理现
工作电压不得超过额定值的10%；空气相对
电阻板与引出棒的连接处是应力集中的地
整形的目的是为了将电阻板侧放在搁砖上
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退火、正火、淬火和回火热处理工艺比较
1.退火 把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温． 退火有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。 a 将钢加热到预定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却称为完全退火．目的是降低钢的硬度，消除钢 中不均匀组织和内应力． b，把钢加热到７５０度，保温一段时间，缓慢冷却至５００度下，最后在空气中冷却叫球化退火．目的是 降低钢的硬度，改善切削性能，主要用于高碳钢． c，去应力退火又叫低温退火，把钢加热到５００～６００度，保温一段时间，随炉缓冷到３００度以下， 再室温冷却．退火过程中组织不发生变化，主要消除金属的内应力． 2.正火 将钢件加热到临界温度以上 30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。 正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火 同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。 3.淬火 将钢件加热到临界点以上某一温度 （45 号钢淬火温度为 840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为 760～780℃） , 保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。马氏体组织是钢 经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。 4.回火 钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常 发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能， 达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 A 低温回火１５０～２５０．降低内应力，脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性． B 中温回火３５０～５００；提高弹性，强度． C 高温回火５００～６５０；淬火钢件在高于 500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后，具有 良好综合力学性能（既有一定的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性） 。所以一般中碳钢和中碳合金钢常采 用淬火后的高温回火处理。轴类零件应用最多。 淬火+高温回火称为调质处理。金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度， 并在此温度中保持一定 时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一， 与其它加工工艺相比， 热处理一般不改变工 件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学 成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能 看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、 物理性能和化学性能， 除合理选用材料和各种成 形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组 织复杂， 可以通过热处理予以控制， 所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。 另外， 铝、 铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使 用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。 早在公元前 770～前 222 年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压 变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。 中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟， 其显微组织中都有马氏体存在， 说明是经过 淬火的。 随着淬火技术的发展， 人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。 三国蜀人蒲元曾在今陕西 斜谷为诸葛亮打制 3000 把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到 不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前 206～ 公元 24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为 0.15～0.4%， 而表面含碳量却达 0.6%以上， 说 明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863 年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证 明了钢在加热和冷却时， 内部会发生组织改变， 钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的 相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为 现代热处理工艺初步奠定了理论基础。 与此同时， 人们还研究了在金属热处理的加热过程中 对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。
年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一 系列专利。 年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来， 金属物理的发展和其它新技术的移植应用， 使金属热处理工艺得到更大 发展。一个显著的进展是
年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30 年 代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探 头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60 年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展 了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学 热处理方法。二 金属热处理的工艺热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些 过程互相衔接，不可间断。 加热是热处理的重要步骤之一。 金属热处理的加热方法很多， 最早是采用木炭和煤作为 热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源 可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)， 这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质 量的主要问题。 加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异， 但一般都是加热到 相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到 要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全， 这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保 温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。 冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤， 冷却方法因工艺不同而不同， 主要是控制 冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还 因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。 金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。 根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。 同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业 上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。 整体热处理是对工件整体加热， 然后以适当的速度冷却， 以改变其整体力学性能的金属 热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火→将工件加热到适当温度， 根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间， 然后进行缓 慢冷却(冷却速度最慢)，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能 和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。 正火→将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到 的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热 处理。 淬火→将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷 却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而 低于 710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正 火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用， 缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一 定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱 和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或 电性磁性等。 这样的热处理工艺称为时效处理。 把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合 起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中 进行的热处理称为真空热处理， 它不仅能使工件不氧化， 不脱碳， 保持处理后工件表面光洁， 提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。 表面热处理是只加热工件表层， 以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。 为了只加热 工件表层而不使过多的热量传入工件内部， 使用的热源须具有高的能量密度， 即在单位面积 的工件上给予较大的热能， 使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。 表面热处理的主要方 法，有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、 感应电流、激光和电子束等。 化学热处理是通过改变工件表层化学成分、 组织和性能的金属热处理工艺。 化学热处理 与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、 氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入 碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。 热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。 大体来说， 它可以保证和提高 工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各 种冷、热加工。 例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用正确的热处理 工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入 某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎 全部需要经过热处理方可使用。三 钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于 2.11% 。钢是经济建设中极为 重要的金属材料。钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁 冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具 有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。 但随着现代工业与科学技术的迅速发展， 碳钢的性能已不能完全满足需要， 于是人们研制了 各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的 多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。 由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材 的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类： （一） 按用途分类 ． 按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。 1.结构钢： （1）.用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。 （2） ．用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。 2.工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。 3.特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 （二） 按化学成分分类 ． 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%） ；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%） ； 高碳钢（含碳量≥0.6%） 。 合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%） ；中合金钢（合金元素 总含量=5%--10%） ；高合金钢（合金元素总含量＞10%） 。此外，根据钢中所含主要合金元 素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。 （三） 按质量分类 ． 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、 硫含量均≤0.050%） ；优质钢（磷、硫含量含硫量≤0.030%） 。 此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉） ，空气转炉钢（酸性 转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧 不完全） ，镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。 钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为 普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金 工具钢等。均≤0.040%） ；高级优质钢（含磷量≤0.035%、四 金属材料的机械性能金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。 所谓工艺性能是指机械零件在加工制造 过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏， 决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。 由于加工条件不同， 要求的工艺性能也就不同， 如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在 使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材 料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。 在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用 过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。 金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能， 称为 机械性能（或称为力学性能） 。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外 加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等） ，对金属材料要求的机械性 能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 下面将分别讨论各种机械性能。 1． 强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用 方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、 抗剪强度等。 各种强度间常有一定的联系， 使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指 标。 2． 塑性 塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。 3． 硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。 目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法， 它 是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面， 根据被压入程度来测定 其硬度值。 常用的方法有布氏硬度（HB） 、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。 4． 疲劳 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机 器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。 5． 冲击韧性 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷， 金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做 冲击韧性。五 退火--淬火--回火(一)．退火的种类 1． 完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火， 一般简称为退火， 这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合 金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重要工件的最终热处 理，或作为某些工件的预先热处理。 2． 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种） 。其 主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 3． 去应力退火 去应力退火又称低温退火（或高温回火） ，这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热 轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在 随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。(二)．淬火 为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、速冷。最常用的冷却介质是盐水， 水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但 却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比 较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 (三)．回火 1． 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往 往会使钢件发生变形甚至开裂。 2． 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不 同性能的要求， 可以通过适当回火的配合来调整硬度， 减小脆性， 得到所需要的韧性， 塑性。 3． 稳定工件尺寸 4． 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化 物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。六 常用炉型的选择炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定 1．对于不能成批定型生产的，工件大小不相等的，种类较多的，要求工艺上具有通用性、 多用性的，可选用箱式炉。 2．加热长轴类及长的丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。 3．小批量的渗碳零件，可选用井式气体渗碳炉。 4．对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉。 5．对冲压件板材坯料的加热大批量生产时，最好选用滚动炉，辊底炉。 6．对成批的定型零件，生产上可选用推杆式或传送带式电阻炉（推杆炉或铸带炉） 7．小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。 8．钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的回转管炉。 9．有色金属锭坯在大批量生产时可用推杆式炉，而对有色金属小零件及材料可用空气循环 加热炉。七、表面处理资料（1）钢结构的防火处理 钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相 对增加建筑物的荷载能力， 也可以满足建筑设计美感造型的需要， 还避免了混凝土等建筑材 料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、 库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一 些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧 下降。 钢结构通常在 450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁 弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为 15 分钟左 右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。 要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足， 必须进行防火处理， 其目的就是将 钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。 防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变 塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料 阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。 一、外包层。就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇 成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强， 以限制收缩裂缝， 并保证外壳的强度。 喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层， 砂泵可以是石灰水泥或是石膏 砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻 混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。 二、充水(水套)。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢 结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经 冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。 三、屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的 空隙里， 只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。 这是一种最为经济的防火方 法。 四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不 受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观 装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。 目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。 高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时， 加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减 少人员伤亡和财产损失。（2）常用火焰喷涂塑料材料及性能塑料种类很多，根据塑料受热的性能，可分为热塑性塑料及热固性塑料两大类。火焰喷涂用 塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成， 这些改性材料， 包括各种填料、 颜料、 流平剂、 增韧剂等。通过改性，使塑料粉末容易进行火焰喷涂。使制成的涂层具有所要求的颜色和各 种性能。 热塑性塑料的特点是可随温度上升而变软或熔化，冷却后则凝固成型变硬，这个过程为可 逆过程可反复进行多次，通常热塑性塑料，具有优良的抗化学性、韧性和弯曲性能，火焰喷 涂常用的热塑性塑料主要有聚乙烯、尼龙、聚丙烯、聚苯硫醚、氯化聚醚、EVA 等，其中以 聚乙烯、尼龙应用最多最广。 热固性塑料的特点是用某些较低聚合度的予聚体树脂，在一定温度下或加入固化剂条件下， 固化成不能再次熔化或熔融的，质地坚硬的最终产物，温度再升高，产品只能分解，不能 再软化。热固性塑料分子量较低，所以具有较好的流平性、润湿性；因而能很好地粘附在工 件表面，并具有较好的装饰性能。火焰喷涂常用的热固性塑料粉末有环氧、环氧/聚酯及聚 酯粉末等。 1、聚乙烯(PE） 聚乙烯为白色透明物质，外观似石蜡，可着色，可弯曲，稍具延伸性。 聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生产方法不同，产品分为高密度 HDPE(低压 0. 65)。中密度 MDPE(中压 0.926～0.940)低密度 LDPE(高压 0.910～0.025)。三者性质相似， 但高密度聚乙烯在无负载和短期内耐温较高些(HDPE 为 100℃，LDPE 为 75℃)，高密度聚乙 烯最高使用温度为 70℃，低密度聚乙烯为 60℃，聚乙烯最低使用温度为-70℃。 通常，聚乙烯随密度增加，抗张强度、硬度、耐热性均增高。 聚乙烯有优良的耐蚀性，对非氧化性酸(如盐酸、稀硫酸、氢氟酸)、稀硝酸、碱、油(冷) 和盐溶液都有良好的耐蚀性，能耐极性有机物(醇、酮)、水。在室温下耐一般溶剂，但在 60℃以上溶于芳烃、氯化溶剂及熔蜡中，有些溶剂能使其溶胀。聚乙烯不耐浓硝酸、浓硫酸和其它强氧化剂的腐蚀。 聚乙烯粉末涂层的物理化学性能如表 1。 表 1 聚乙烯粉末涂层的物理化学性能注：试验采用 1.5m 钢板，涂后在 30～35℃条件下、酸碱浸渍 10d 溶剂油类分别浸渍 30d 和 100d 后测试。 聚乙烯粉末涂层与其它涂层性能比较见表 2 表 2 聚乙烯等其它品种粉末涂层的性能比较2、尼龙(聚酰胺) 尼龙是一种应用很广的热塑性塑料，最高应用温度为 80～120℃，最低使用温度为-50～-6 0℃。 尼龙具有良好的耐蚀性，十分耐碱和大多数盐水、稀酸。但不耐强酸和氧化性酸的腐蚀。对 烃、酮、酯、油类抗蚀能力良好，不耐酚和甲酸的腐蚀。 尼龙强度高，坚韧、耐磨损，有润滑作用，所以常用作耐磨涂层，如:印刷机械中的钢制墨 辊、车床导轨、润滑涂层如轴承等。 尼龙对生物侵蚀是惰性的，无毒，受细菌作用，可作食品和牛奶等容器表面涂层。 火焰喷涂常用的尼龙粉末有尼龙 11、尼龙 12、尼龙 1010 及一些二元、三元共聚尼龙，尼 龙层与金属附着力好续表 4 尼龙 11 涂层的耐化学品性能3、聚丙烯 聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物，外观似聚乙烯但比聚乙烯更轻更透明。聚丙烯密度低 (0.90)耐蚀性和聚乙烯相似，且较低，应用温度范围为-14～+120℃。除浓硝酸，发烟硫酸、 氯磺酸等强氧化性酸外，能耐大多数的有机和无机酸、碱和盐，对应力腐蚀破裂的抗蚀性良 好。80℃以下能耐有机溶剂，但能被某些强有机溶剂破坏。 聚丙烯强度高于聚乙烯，软化点较高（180℃）。硬度接近尼龙，刚性好，常温下耐冲击性 能良好。耐温性高，在低应力下可长期使用于 110～120℃。 4、聚苯硫醚（PPS） 聚苯硫醚通常指对苯基硫的聚合物。交联前是一种线型结构，呈热塑性，是一类具有支链、 无结晶熔点、高粘度聚合物、交联后呈热固性，若予以充分加热，却还能软化到一定程度， 因此并非真正热固性塑料。 聚苯硫醚密度 1.36，熔点 288℃，是一种硬而脆、热稳定性优良的热塑性塑料，同时它具有 优良的电绝缘性和粘结性，适当的强度，应用温度范围为-148～+250℃。 聚苯硫醚的化学惰性及耐高温性使它成为良好的耐腐蚀涂层。聚苯硫醚防腐涂层可耐 170℃下的各种溶剂，200℃下的各种酸碱、盐和化学药品，但易受 卤素和氧化性介质， 如游离氯、 溴、 硝酸、 过氧化氢等腐蚀。 聚苯硫醚的熔区宽 300～420℃， 故有良好的流动性，且无毒、不燃。与金属的粘接力强，因此是一种良好的耐腐蚀涂层。 5、氯化聚醚 氯化聚醚是线型、高结晶度的热塑性塑料，具有较高的熔点（180℃），优良的耐热、耐腐 蚀性能以及良好的机械性能和电性能。 抗冲击强度高， 耐磨性和尺寸稳定性优良， 吸水性小。 应用温度范围为-30～+120℃。 氯化聚醚的耐蚀性仅次于聚四氟乙烯，可与聚三氟氯乙烯媲美，除强氧化性酸如浓硫酸、浓 硝酸外，能耐各类酸、碱、盐及大多数有机溶剂的腐蚀，不耐液氯、氟、溴的腐蚀。 氯化聚醚的导热系数低于大多数耐腐蚀热塑性塑料，适宜作绝热材料。 6、EVA（乙烯―醋酸乙烯酯共聚物） EVA 是乙烯与醋酸乙烯酯的共聚物，是一种具有橡皮似弹性的热塑性塑料。EVA 的性能与醋 酸乙烯酯（VA）的含量有很大的关系，VA 越少，越像低密度聚乙烯，而 VA 越多越像橡皮。 EVA 在较广的温度范围（-45～70℃）质坚韧，加入填料能使刚性和硬度提高。填料增多， 对其主要性能影响不大，耐紫外光及臭氧。 EVA 熔点低，（80～100℃）密度 0.93～0.95。施工方便，化学物理性能良好，耐稀酸、浓 碱、不耐浓酸，50℃以上能溶于芳烃及氯化溶剂中。耐候性优于聚乙烯。EVA 还有良好的抗 霉菌生长的特性，可作食品容器防护涂层。 7、氟塑料 氟塑料是各种含氟塑料的总称， 由含氟单体如四氟乙稀， 六氟丙烯， 三氟氯乙烯， 偏氟乙烯， 氟乙烯及乙烯等单体通过均聚或共聚反应制得，按数量及用途来说，以聚四氟乙烯（F4）最 为重要。其它还有聚三氟氯乙烯（F3），聚全氟代乙丙烯（F46）等。 氟塑料具有优良的电绝缘性能， 摩擦系数极低， 与其它物质亲和力最小， 具有优良的不粘性。 尤其是其化学性能优异，热稳定性能好。如 F4，除了金属钠、氟元素及其化合物对它有侵 蚀作用外，其他诸如强酸、强碱、油脂、去污剂及有机溶剂等化学药品均对它不起作用，使 用温度范围为-200～+260℃。为抗蚀性最好的塑料。 氟塑料本身无毒，但遇热分解时，则产生剧毒，所以应特别注意。 8、环氧粉末涂料 环氧树脂是环氧基的高分子聚合物的通称，未固化前它属于热塑性树脂，加入固化剂后能 发生一系列交联反应，形成具有附着力极佳，坚韧度和抗化学性能均好的热固性树脂，环氧 树脂能耐一般溶剂，耐稀酸、稀碱、强碱，不耐强氧化剂如硝酸、浓硫酸等的腐蚀，耐水性 非常好，最高使用温度为 90～100℃（一般型）、150℃（耐热型）。 在热固性粉末涂料中，环氧粉末涂料是首先应用的一个品种，也是粉末涂料中，销售量占首 位的品种。 环氧粉末涂料有有光、半光、无光环氧粉末涂料（普通型）和防腐型环氧粉末涂料之分。普 通环氧粉末密度 1.5～1.8、熔点 85～95℃。 9、环氧/聚酯粉末涂料环氧/聚酯粉末是由环氧、聚酯为主要原料的热固性粉末涂料。它比环氧粉末具有更好的装 饰性、耐候性。 环氧/聚酯粉末密度 1.4～1.8、熔点 85℃～95℃。（3）复合热处理对 CrWMn 钢组织的影响内容摘要:摘要： 研究了 CrWMn 钢经复合热处理后的组织变化。 结果表明， 采用 790℃/680℃ 循环球化退火可代替常规等温球化退火，并能缩短球化退火周期，节约能源。采用高温固溶 处理加 790℃/680℃循环球化退火，可获得高弥散度碳化物，使 CrWnMn 钢的最终组织得到 改善，强韧性明显提高。复合热处理。 摘 要：研究了 CrWMn 钢经复合热处理后的组织变化。结果表明，采用 790℃/680℃循环球 化退火可代替常规等温球化退火，并能缩短球化退火周期，节约能源。采用高温固溶处理加 790℃/680℃循环球化退火，可获得高弥散度碳化物，使 CrWnMn 钢的最终组织得到改善，强 韧性明显提高。 关键词：CrWMn 钢；复合热处理；球化退火；显微组织 1 前言 CrWMn 钢可用于制造各种形状复杂的冷挤压模和冲裁模，具有较高的淬透性，淬火和低温回 火后具有较高的硬度和耐磨性。 但经常规热处理后此钢易形成网状碳化物， 在模具的受力部 位形成开裂和剥落。模具的失效主要是由磨损、强度和韧性不足而造成的。本文拟通过适当 的复合热处理来改善 CrWMn 钢的组织，提高其强度和韧性，以获得较好的综合性能。 2 试验过程 试验用 CrWMn 钢为? 40mm 棒材， 为淬火＋低温回火态， 硬度 58HRC。 其主要化学成分见表 1。表 1 CrWMn 钢的主要化学成分(质量分数) w(%) 元素 CCrWMnSi 含量 0．90～ 1．050．90～ 1．201．20～ 1．600．8～ 1．100．15～ 0．35 对 CrWMn 钢的复合热处理分为两个步骤，一是预处理，二是淬火＋低温回火。预处理工艺见 图 1。图 1 CrWMn 钢预处理工艺 (a) 常规退火(b) 等温球化退火 (c) 循环球化退火(d) 高温固溶＋循环球化退火 CrWMn 钢经不同工艺预处理后，选择组织形态、分布较好的试样，在不同温度条件下进行淬 火＋低温回火的最终热处理，观察其组织形态与分布，测定硬度变化。最终热处理工艺见图 2。图 2 CrWMn 钢淬火＋回火工艺 3 试验结果及分析 图 3 为 CrWMn 钢经不同预处理工艺处理后的显微组织照片， CrWMn 钢经常规退火后的硬度为 180～190HB，经图 1 所示热处理工艺处理后为 180～200HB。图 3 CrWMn 钢预处理后组织 (a) 常规退火(b)等温球化退火(c) 循环球化退火(d) 固溶＋循环球化退火 由图 3 可看出，经常规退火处理后的 CrWMn 钢组织中碳化物呈片状分布；经 810℃等温球化 退火处理后，碳化物呈不规则的颗粒状分布在铁素体基体上，分布不均匀；经 790℃/680℃ 3 次循环球化退火处理后，颗粒状碳化物尺寸变小，分布较为均匀；经 1050℃固溶加 790℃ /680℃3 次循环球化退火处理后，碳化物呈细小颗粒状析出且弥散程度高。 从工艺上看， 在获得相同硬度情况下， 790℃/680℃3 次循环球化退火， 用 不仅可代替 830℃ 等温球化退火，而且能改善组织中碳化物的形态和分布、缩短球化退火时间，节约能源。这 是因为循环球化退火在 Ac1(750℃)以上加热保温过程中，片状珠光体中的碳化物从尖角处 溶解破断，而在 Ar1(710℃)以下保温过程中，在原片状碳化物的平面处析出颗粒状碳化物， 从而加速了 CrWMn 钢球化过程的进行，改善了碳化物的形态和分布。在 1050℃高温条件下， CrWMn 钢中大量难溶的 W、Cr 等合金元素的碳化物溶入奥氏体中，经油淬后得到马氏体或下 贝氏体组织，在随后进行的 790℃/680℃循环球化退火过程中，则会弥散地析出点状的 W、C r 的碳化物。 因此，对于一般要求的 CrWMn 钢，采用 790℃/680℃3 次循环球化退火工艺，既可满足组织 和硬度的要求，又能提高生产率，降低能耗；而对要求较高的可选用 1050℃高温固溶加 79 0℃/680℃3 次循环球化退火的预处理工艺。 图 4 为经 1050℃固溶加 790℃/680℃3 次循环球化退火处理后，经不同温度油淬低温回火后 的 CrWMn 钢的显微组织。图4CrWMn 钢不同温度淬火＋低温回火后组织(a) 790℃淬火＋200℃回火(b) 830℃淬火＋200℃回火(c) 900℃淬火＋200℃回火 4 结论870℃淬火＋200℃回火(d)(1) 对 CrWMn 钢采用 790℃/680℃ 3 次循环球化替代常规退火、等温球化退火，不仅 可以改善其组织状态和性能，而且还可以提高热处理生产率，降低能耗。 (2) 1050℃固溶加 790℃/680℃ 3 次循环球化退火，可进一步改善 CrWMn 钢的组织状 态分布，提高其性能。 (3) 经 1050℃固溶加 790℃/680℃ 3 次循环球化退火处理后，再经 830℃油淬 200℃ 回火处理，CrWMn 钢组织均匀而细小，碳化物弥散程度高，其耐磨性和综合性能好。■ 作者简介：陈文华(1963―)，男，硕士，讲师。主要研究方向为金属表面改性及金属材 料焊接。联系电话：025-4892912(O) 作者单位：陈文华(南京航空航天大学，南京 210016) 参考文献： ［1］蒋修治译.模具钢热处理［J］．模具技术，1994(1)． ［2］蔡 F等．低温快速球化处理［J］．金属热处理，1992(4)：8～11． ［3］满 波．高碳钢和轴承钢的周期球化退火工艺［J］．金属热处理，1993(6)：43～ 44．八、淬火介绍（1）钢的淬火 淬火时将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上，保温一定时间使其奥氏体化，再以大于临界冷却速度快 速冷却， 从而发生马氏体转变的热处理工艺。 淬火钢得到的组织主要是马氏体 （或下贝氏体） ， 此外，还有少量残余奥氏体及未溶的第二相。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。 1、 淬火加热温度 碳钢的淬火加热温度可利用 Fe-Fe3C 相图来选择。对于亚共析碳钢，适宜的淬火温度为 Ac3+30～50℃，使碳钢完全奥氏体化，淬火后获得均 匀细小的马氏体组织。对于过共析碳钢，适宜的淬火温度为 Ac1+30～50℃。淬火前先进行球 化退火， 使之得到粒状珠光体组织， 淬火加热时组织为细小奥氏体晶粒和未溶的细粒状渗碳 体， 淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布在马氏体基体上的细小粒状渗碳体组织。 对于低合金 钢，淬火加热温度也根据临界点 Ac1 或 Ac3 来确定，一般为 Ac1 或 Ac3 以上 50～100℃。高合 金工具钢中含有较多的强碳化物形成元素，奥氏体晶粒粗化温度高，故淬火温度亦高。 2、淬火加热时间 为了使工件各部分完成组织转变， 需要在淬火加热时保温一定的时间， 通常将工件升温 和保温所需的时间计算在一起，统称为加热时间。 影响淬火加热时间的因素较多，如钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸、加热介质、 炉温、装炉方式及装炉量等。 钢在淬火加热过程中，如果操作不当，会产生过热、过烧或表面氧化、脱碳等缺陷。 过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长，造成奥氏体晶粒粗大的现象。 过热不仅使淬火后得到的马氏体组织粗大，使工件的强度和韧性降低，易于产生脆断，而且 容易引起淬火裂纹。对于过热工件，进行一次细化晶粒的退火或正火，然后再按工艺规程进 行淬火，便可以纠正过热组织。 过烧是指工件在淬火加热时， 温度过高， 使奥氏体晶界发生氧化或出现局部熔化的现象， 过烧的工件无法补救，只得报废。 （2）钢的表面淬火表面淬火是对工件表层进行淬火的工艺。 它是将工件表面进行快速加热， 使其奥氏体化并快速冷 却获得马氏体组织，而心部仍保持原来塑性、韧性较好的退火、正火或调质状态的组织。表面淬 火后需进行低温回火， 以减少淬火应力和降低脆性。 表面淬火可有效提高工件表面层的硬度和耐 磨性， 达到外硬内韧的效果， 并可造成表面层压应力状态， 提高疲劳强度， 延长工件的使用寿命。1.感应加热表面淬火 感应加热表面淬火法的原理如图 1-66（a）所示。把工件放入由空心铜管绕成的感应线圈中， 当感应线圈通以交流电时， 便会在工件内部感应产生频率相同、 方向相反的感应电流。 感应电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。涡流在工件截面上的分布是不均匀的，如图 1-66（b）所示，表面电流密度最大，心部电流密度几乎为零，这种现象称为集肤效应。由 于钢本身具有电阻，因而集中于工件表面的涡流，几秒种可使工件表面温度升至 800～100 0℃，而心部温度仍接近室温，在随即喷水（合金钢浸油）快速冷却后，就达到了表面淬火 的目的。 感应加热时， 工件截面上感应电流密度的分布与通入感应线圈中的电流频率有关。 电流 频率愈高，感应电流集中的表面层愈薄，淬硬层深度愈小。因此可通过调节通入感应线圈中 的电流频率来获得工件不同的淬硬层深度， 一般零件淬硬层深度为半径的 1／10 左右。 对于 小直径（10～20mm）的零件，适宜用较深的淬硬层深度，可达半径的 1／5，对于大截面零 件可取较浅的淬硬层深度，即小于半径 1／10 以下。 2.火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火法是用乙炔一氧火焰（最高温度 3200℃）或煤气一氧火焰（最高温 度 2000℃），对工件表面进行快速加热，并随即喷水冷却。淬硬层深度一般为 2～6mm。适 用于单件小批量生产以及大型零件（如大型轴类、模数齿轮等）的表面淬火。火焰加热表面 淬火的优点是设备简单，成本低，灵活性大。缺点是加热温度不易控制，工件表面易过热， 淬火质量不够稳定。 3.激光加热表面淬火 激光加热表面淬火是以高能量激光束扫描工件表面， 使工件表面快速加热到钢的临界点 以上，利用工件基体的热传导实现自冷淬火，实现表面相变硬化。 激光加热表面淬火加热速度极度快（105～106℃／s），因此过热度大，相变驱动力大， 奥氏体形核数目剧增，扩散均匀化来不及进行，奥氏体内碳及合金浓度不均匀性增大，奥氏 体中碳含量相似的微观区域变小，随后的快冷（104℃／s）中不同微观区域内马氏体形成温 度有很大差异，产生细小马氏体组织。由于快速加热，珠光体组织通过无扩散转化为奥氏体 组织；由于快速冷却，奥氏体组织通过无扩散转化为马氏体组织，同时残余奥氏体量增加， 碳来不及扩散，使过冷奥氏体碳含量增加，马氏体中碳含量增加，硬度提高。 激光加热表面淬火后， 工件表层获得极细小的板条马氏体和孪晶马氏体的混合组织， 且 位错密度极高，表层硬度比淬火＋低温回火提高 20％，即使是低碳钢也能提高一定的硬度。 激光淬火硬化层深度一般为 0.3～1mm，硬化层硬度值一致。随零件正常相对接触摩擦 运动，表面虽然被磨去，但新的相对运动接触面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而不会发生常规表面淬火层由于接触磨损，磨损随之加剧的现象，耐磨性提高了 50％，工件 使用寿命提高了几倍甚至十几倍。 激光加热表面淬火最佳的原始组织是调质组织，淬火后零件变形极小，表面质量很高， 特别适用于拐角、沟槽、盲孔底部及深孔内壁的热处理，而这些部位是其它表面淬火方法极 难做到的。（3）淬火处理的常见问题 Ms 点随 C%的增加而降低,淬火时，过冷奥氏体开始转变为马氏体的温度称之 Ms 点，转变 完成之温度称之为 Mf 点。C%含量愈高，Ms 点温度愈降低。0.4%C 碳钢的 Ms 温度约 350℃ 左右，而 0.8%C 碳钢就降低至约 200℃左右。 淬火液可添加适当的添加剂 1、水中加入食盐可使冷却速率加倍：盐水淬火之冷却速率快，且不会有淬裂及淬火不均匀 之现象，可称是最理想之淬硬用冷却剂。食盐的添加比例以重量百分比 10%为宜。 2、水中有杂质比纯水更适合当淬火液：水中加入固体微粒，有助於工件表面之洗净作用， 破坏蒸气膜作用，使得冷却速度增加，可防止淬火斑点的发生。因此淬火处理，不用纯水而 用混合水之淬火技术是很重要的观念。 3、聚合物可与水调配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度调配出由水到油之冷却 速率之淬火液，甚为方便，且又无火灾、污染及其他公害之虑，颇具前瞻性。 4、干冰加乙醇可用於深冷处理溶液：将干冰加入乙醇中可产生-76℃之均匀温度，是很实用 的低温冷却液。 （4）钢淬火冷却介质 淬火冷却时， 既要快速冷却以保证淬火工件获得马氏体组织， 又要减少变形， 防止裂纹产生。 因此，冷却是关系到淬火质量高低的关键操作。 1、理想淬火冷却速度 由共析钢过冷奥氏体等温转变曲线得知， 要得到马氏体， 淬火的冷却速度就必须大于临界冷 却速度。 但是淬火钢在整个冷却过程中并不需要都进行快速冷却。 关键是在过冷奥氏体最不 稳定的 C 曲线鼻尖附近， 即在 650～400℃的温度范围内要快速冷却。 而从淬火温度到 650℃ 之间以及 400℃以下， 特别是 300～200℃以下并不希望快冷。 因为淬火冷却中工件截面的内 外温度差会引起热应力。另外，由于钢中的比容（单位质量物质的体积）不同，其中马氏体 的比容最大，奥氏体的比容最小，因此，马氏体的转变将使工件的体积胀大，如冷却速度较 大，工件截面上的内外温度差将增大，使马氏体转变不能同时进行而造成相变应力。冷却速 度越大，热应力和相变应力越大，钢在马氏体转变过程中便容易引起变形与裂纹。2、常用淬火介质工件淬火冷却时，要使其得到合理的淬火冷却速度，必须选择适当的淬火介质。目前生产中 应用的冷却介质是水和油。当冷却介质为 20℃的自来水，工件温度在 200～300℃时，平均 冷却速度为 450℃/s；工件温度在 340℃时，平均冷却速度为 775℃/s；工件温度在 500～6 50℃时，平均冷却速度为 135℃/s。因此，水的冷却特性并不理想，在需要快冷的 500～65 0℃温度范围内， 它的冷却速度很小， 而在 200～300℃需要慢冷时， 它的冷却速度反而很大。 水 水是应用最早、最广泛、最经济的淬火介质，它价廉易得、无毒、不燃烧、物理化学性 能稳定、冷却能力强。通过控制水的温度、提高压力、增大流速、采用循环水、利用磁场作 用等，均可以改善水的冷却特性，减少变形和开裂，获得比较理想的淬火效果。但由于这些 方法需增加专门设备，且工件淬火后性能不是很稳定，所以没有能得到广泛推广应用。所以 说。纯水只适合于少数含碳量不高、淬透性低且形状简单的钢件淬火之用。 淬火油 用于淬火的矿物油通常以精制程度较高的中性石蜡基油为基础油， 它具有闪点高、 粘度 低、油烟少，抗氧化性与热稳定性较好，使用寿命长等优点，适合于作淬火油使用。淬火油 只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形状复杂、要求淬火变形小的工件。淬火油对周围环境 的污染大，淬火时容易引起火灾。 影响淬火油冷却能力的主要因素是其粘度值， 在常温下低粘度油比高粘度油冷却能力大， 温 度升高，油的流动性增加，冷却能力有所提高。适当提高淬火油的使用温度，也能使油的冷 却能力提高。熔盐，熔碱 这类淬火介质的特点是在冷却过程中不发生物态变化， 工件淬火主要靠对流冷却， 通常 在高温区域冷却速度快，在低温区域冷却速度慢，淬火性能优良，淬透力强，淬火边形小， 基本无裂纹产生，但是对环境污染大，劳动条件差，耗能多，成本高，常用于形状复杂，截 面尺寸变化悬殊的工件和工模具的淬火。熔盐有氯化钠，硝酸盐，亚硝酸盐等，工件在盐浴 中淬火可以获得较高的硬度，而变形极小，不易开裂，通常用作等温淬火或分级淬火。其缺 点是熔盐易老化，对工件有氧化及腐蚀的作用。熔碱有氢氧化钠，氢氧化钾等，它具有较大 的冷却能力，工件加热时若未氧化，淬火后可获得银灰色的洁净表面，也有一定的应用。但 熔碱蒸气具有腐蚀性，对皮肤有刺激作用，使用时要注意通风和采取防护措施。新型淬火介质及其应用 有机聚合物淬火剂 近年来， 新型淬火介质最引人注目的 进展是有机聚合物淬火剂的研究和应用。 这类淬 火介质是将有机聚合物溶解于水中， 并根据需要调整溶液的浓度和温度， 配制成冷却性能能 满足要求的水溶液，它在高温阶段冷却速度接近于水，在低温阶段冷却速度接近于油。其优 点是无毒，无烟无臭，无腐蚀，不燃烧，抗老化，使用安全可靠，且冷却性能好，冷却速度可以调节，适用范围广，工件淬硬均匀，可明显减少变形和开裂倾向，因此，能提高工件的 质量，改善工作环境和劳动条件，给工厂带来节能、环保、技术和经济效益。目前有机聚合 物淬火剂更在大批量、单一品种的热处理上用得较多，尤其对于水淬开裂，变形大，油淬不 硬的工件，采用有机聚合物淬火剂比淬火油更经济、高效、节能。从提高工件质量、改善劳 动条件、避免火灾和节能得角度考虑，有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火 介质的主要发展方向。 有机聚合物淬火剂的冷却速度受浓度， 使用温度和搅拌程度 3 个基本参数的影响。 一般 来说，浓度越高，冷却速度越慢；使用温度越高，冷却速度越慢；搅拌程度越激烈，冷却速 度越快。搅拌的作用很重要；1 使溶液浓度均匀；2 加强溶液的导热能力从而保证淬火后工 件硬度高且分布均匀，减少产生淬火软点和变形，开裂的倾向。通过控制上述这些因素，可 以调整有机聚合物淬火剂的冷却速度，从而达到理想的淬火效果。一般来说，夏季使用的浓 度可低些，冬季使用的浓度可高些，而且要有充分的搅拌。有机聚合物淬火剂大多制成含水 的溶液，在使用时可根据工件的特点和技术要求，加水稀释成不同的浓度，便可以得到具有 多种淬火烈度的淬火液，以适应不同的淬火需要。 不同种类的有机聚合物淬火剂具有显著不同的冷却特性和稳定性， 能适合不同淬火工艺 需要。目前世界上使用最稳定，应用面最广的有机聚合物淬火剂是聚烷二醇（PAG）类淬火 剂。 这类淬火剂具有逆溶性， 可以配成比盐水慢而比较接近矿物油的不同淬火烈度的淬火液， 其浓度易测易控，可减少工件的变形和开裂，避免淬火软点的产生，使用寿命长，适合于各 类感应加热淬火和整体淬火。 （5）如何从淬火冷却特性选择淬火介质 选择淬火介质，应当同时兼顾到对淬火介质冷却特性、稳定性、可操作性、经济性和环保等 方面的要求。在这些要求中，最重要的是淬火介质的冷却特性。本文将以推理方式入手，通 过分析讨论，提出一套从冷却特性选择淬火介质的可实用的原则方法。 钢件淬火冷却，希 望的效果有三： 1.获得高而且均匀的表面硬度和足够的淬硬深度； 2.不淬裂； 3.淬火变形小。 选好用好淬火介质是同时获得这三项效果的基本保证。当前，国内外多以国际标准方法（I SO9950）测定，并用冷却速度曲线来表征淬火介质的冷却特性。但是，对特定工件（即在钢 种、形状大小和热处理要求一定）的情况下，如何从冷却特性上去选择合适的淬火介质？在 生产现场，一个淬火槽中往往要淬多种不同钢种、形状、大小和热处理要求的工件。在这种 情况下， 如何选定它们共同适用的一种淬火液？一般的热处理车间， 为满足所有工件的热处 理要求，应当配备几种淬火液？──关于这类实际生产需要解决的问题，至今研究很少。有 人[1、2]做过一些工作，但都提不出系统实用的原则方法。 本文以过去工作为[4、6]基础，从讨论实际生产中一些工件&油淬不硬而水淬又裂&入手，通 过推理和实例分析， 提出了对特定工件按冷却速度分布选择淬火介质的方法， 并进而确定了 能供多种工件淬火的一种淬火液的选择原则。 1 特定工件淬火的最低和最高冷却速度分布线 从普通机油和自来水的冷却速度分布（如图 1）可以看出，普通机油的冷却速度慢，因而不 少工件在其中淬不硬；而自来水的冷却速度又太快，以致于多数钢种不能在其中淬火。在图 中，自来水和普通机油之间有一个宽广的&中间地带&，只有普通机油和自来水的工厂，时常 会遇到一些工件&油淬不硬而水淬又裂&的麻烦，原因就在这里。可以推知，对于一种这样的 工件，如果将机油的冷却速度提高，该工件淬火硬度也会相应提高。我们假定，当机油的冷却速度提高到图 2 中带齿线水平时，该工件刚好可以得到要求的淬火硬度。无疑， 冷速更 高，淬火硬度还将进一步提高。我们把它叫做允许的最低冷速分布线。同时，研究表明，自 来水引起淬裂和变形， 是自来水冷却太快， 尤其是钢件冷到其过冷奥氏体发生马氏体转变的 温度范围时受到的冷却太快的缘故。于是又可以推知， 如果能降低自来水的冷却速度， 尤其是在工件冷到较低的温度以后的淬火 冷却速度， 就可以减小工件淬裂的危险。 假定自来水冷却速度降到图 3 中带齿线所示的水平 时， 该类工件便不会再淬裂了， 我们把这条线叫做此工件已确定条件下允许的最高冷速分布 线。把图 2 和图 3 合在一起， 可以得到该工件能同时获得前述三项淬火效果的淬火介质的冷却速 度分布范围，如图 4 所示。图中，只要所选的淬火介质的冷却速度分布曲线能全部落入这两 条曲线之间的区域内， 不管是快速淬火油还是水溶性淬火液， 也不管这些淬火介质的冷却速 度分布有何不同，上述工件在其中淬火都可以同时获得所希望的淬硬而又不裂的效果。 从另一角度说，有两种不同的淬火介质，它们的冷却速度分布有较大的差别。比如一种冷却 速度快，快到接近允许的最高冷却速度线的水平，而另一种冷却速度慢，慢到接近图中最低 冷却速度线的水平。但由于二者的冷却速度的分布都在允许的区域内，因而，二者都可以选 用。或者说，对上述工件淬火冷却而言，二者能同样获得满意的淬火效果。 事实上，淬火冷却过程在使钢淬硬的同时，还会使工件发生一定程度的淬火变形。传统的观 念认为，淬火冷却越快，工件的淬火硬度越高，淬火变形也越大；淬火冷却慢，淬火态硬度 不高，工件的淬火变形就越小。但是，实际的情况是大多数和比较大的淬火变形是由淬火冷却偏慢，工件淬火硬度不足引起的。只有少数和较小的淬火变形是淬火冷却偏快，淬火硬度 偏高引起的。由于这样的原因，本文把淬火硬度高低和淬火变形大小结合起来加以考虑。 本文作者在《解决淬火变形问题的新方法》[5]一文中，把钢的顶端淬火曲线改成钢的硬度冷速曲线，如图 5 所示。由钢件的淬火硬度，可以从图上确定一个冷却速度值（指能获得该 淬火态硬度的效果冷却速度）。根据特定工件淬火后的开裂、变形和硬度情况，图 5 中把冷 却速度四个区，分别为过快冷速区，适度冷速区，不足冷速区和过慢冷速区，表中列出了工 件获得的冷速在这些区域内的淬火效果。 可以看出，只有在第 II，即适度冷速区冷却，工 件淬火后才能获得希望的淬火三效果。图 5 按淬火冷却速度大小将端淬曲线分成四个区 分区 名称 区内淬火效果 I 区 过快冷速区 硬度高、淬裂、变形 II 区 适度冷速区 硬度高而均匀、无淬裂、变形小 III 区 不足冷速区 硬度不足且高低不均，变形大 IV 区 过慢冷速区 完全未淬硬，变形小 接着， 该文又将已发生淬火变形， 开裂以及硬度不足的工件参与淬火变形部位中冷却速度的 最高值和最低值所划定的范围叫做该工件淬火时的&冷却速度带&。 根据实际工件的情况和淬 火方法之不同，这种冷却速度带有宽有窄。工件上各部位获得的冷却比较均匀时，其冷却速 度带就比较窄；当工件上各部位获得的冷却很不均匀时，其冷却速度带就比较宽。在工件的 硬度-冷速曲线上，宽的冷却速度带容易跨越不同的冷却速度区，而窄的冷却速度带则往往 落入某一冷速区之内。由于冷却速度带进入第 I 冷速区会发生淬裂和变形，而进入第 III 冷速区会硬度不足且变形严重，因此，只有使工件的冷却速度带完全落入其第 II 冷速区， 才能获得希望的淬火三效果。根据这样的道理，该文提出的解决淬火变形的方法和措施，都 是使冷却速度带伸出第 II 区的部分完全移入第 II 冷速区。 用上述分析和解决淬火变形问 题的方法来认识图 4 中划定的区域， 容易看出， 淬火时， 进入最低冷速分布曲线以左的区域， 就会出现硬度不足并发生较大的淬火变形； 而若进入最大冷速分布曲线以右的区域， 又会发 生淬裂。于是，可以按工件的淬火效果，把图 4 中两条曲线分割成三个区域，从左到右分别 定为第 III（即不足）冷速分布区；第 II（即适度）冷速分布区以及第 I（即过快）冷速分 布区，如图 6 所示。本文把这样的图线叫作工件淬火效果-冷却速度分布图线。图 6 工件的淬火效果-冷却速度分布分区图 分区 名称 区内淬火效果 I 区 过快冷速区 硬度高、淬裂、变形 II 区 适度冷速区 硬度高而均匀、无淬裂、变形小 III 区 不足冷速区 硬度不足且高低不均，变形大 2 两例分析及选择冷速分布的五原则 例一、 某厂在进口的多用炉中对该厂生产的汽车齿轮进行渗碳淬火， 开始选用的是美国某公 司的一种分级淬火油。一年多以后，开始发现渗碳淬火态齿轮的淬火硬度有明显降低，同时 淬火变形也增大。 在排除其它因素的影响之后， 发现所用的分级淬火油的冷却速度分布与该 种新油有较大区别，如图 7 所示。和未经使用的新油相比，使用一年多（中间做正常补充） 后的旧油，蒸气膜阶段变短、最高冷速增大、且出现最高冷速的温度大有提高。如果按过去 较普遍的说法，图 7 中的旧油是符合&高温冷得快，低温冷得慢&的更理想的淬火油。但在这 样的旧油中淬火效果却是变形更大，硬度偏低，不如比它&不理想&的新油。 用图 6 图线所示的方法来分析该厂出现的问题， 又可以画出图 8 所示的图线： 旧油在中低温 阶段冷速低于新油，以至在这一阶段使其冷却速度曲线进入了第 III（即不足）冷速区，所 以淬火硬度偏低。 北京华立精细化工公司对该厂旧油进行了改性添加， 使该厂旧油的冷却速 度分布的中低温阶段冷速提高，达到稍高于原用油新油的水平。生产应用表明，在经过这样 改性的旧油中淬火后，齿轮的淬火硬度明显提高，变形量也小于或等于原用新油。例二、辽宁某弹簧厂的一条生产线上发生过一次这样的问题：一向正常的生产线上，突然发 生钢板淬火硬度偏低，变形增大事故。在寻找原因的那些天里，板簧淬火硬度又有降低，变 形也进一步增大。当该厂意识到可能是淬火油有问题后，经检查，发现上述淬火硬度不足和 变形过大的原因是淬火油冷却系统有一处管壁破裂， 冷却水渗透进去并部分乳化在油中造成 的。乳化进油中的水量高达 4%。图 9 是该厂已进水的旧油和无水的新油之冷却速度对比。 含水旧油的 GM 时间远高于新机油，只因其蒸气膜阶段太长，在高温阶段进入了第Ⅲ冷速分 布区，因而引起淬火硬度低、变形大。对该油进行除水处理后，旧油中的水被分离和排除， 油的冷却能力又得到了恢复。从以上两个例子中可以看出， 评价液体淬火介质的冷却能力高低， 不能简单地看它的总的冷 却烈度（H），也不能简单地看它使特定镍球从 850℃冷到 300℃所需的时间（GM），而应当 看供选择的淬火介质的冷速分布与工件及其钢种的关系。 关于从淬火介质的冷速分布作选择 的原则，本文作者曾做过探讨[4]，再归纳实际生产经验，总结出以下五项选择原则：一看钢的含碳量多少──先从允许的最低冷却速度分布曲线上看。 含碳量低的钢， 因有可能 析出先共析铁素体， 且它的过冷奥氏体最易发生珠光体转变的温度 （即所谓&鼻尖&位置的温 度）较高，马氏体起点（Ms）也较高，为了使这类钢制的工件充分淬硬，所用的淬火介质应 当有较短的蒸气膜阶段且出现最高冷速的温度应当较高。相反，对含碳量较高的钢，淬火介 质的蒸气膜阶段可以更长些， 出现最高冷速的温度也相应应当低些。 再从允许的最高冷速曲 线上看：碳含量少的钢允许的冷速高，碳含量多的钢允许的冷速低。 二看钢的淬透性高低──先从允许的最低冷速曲线看，淬透性差的钢，要求的冷却速度快； 淬透性好的钢，要求的冷却速度则慢些。同时，因随着淬透性的提高，钢的&C&曲线会向右 下方移动，所以对淬透性差的钢，要求介质出现最高冷却速度的温度高些；而对淬透性好的 钢，要求介质出现最高冷却速度的温度低些。有些淬透性好的钢，过冷奥氏体也容易发生贝 氏体转变。要避开贝氏体转变，也要求有足够快的低温冷却速度。再从允许的最高冷却速度 值上看：淬透性低的钢允许的冷速较高，而淬透性高的钢允许的冷速较低。 三看工件的有效厚度──工件表面一冷到 Ms 点，立即大大减慢介质的冷却速度，则工件内 部的热量向淬火液散失速度也大大减慢，工件表面一定深度以内的过冷奥氏体就很难冷到 M s 点以下。其结果，淬火后工件只有很薄一层马氏体组织。由于这样的原因，当工件比较厚 大时，为得到足够厚的淬硬层深度，所用的淬火介质应当有较快的低温冷却速度。相反，工 件薄小时，则可用低温冷速较小的淬火介质。再从允许的最高冷速分布曲线上看，厚大的工 件允许的冷速高，薄小的工件允许的冷速低。 四看工件形状复杂程度──先从允许的最低冷却速度分布曲线上看， 形状复杂的工件， 尤其 是有内孔或较深凹面的工件， 为减小淬火变形或需要把内孔淬硬时， 应当选用蒸气膜阶段较 短的淬火介质。一般说工件内孔或凹面内部散热较其它部位慢，工件其它部位冷得快，最先 进入沸腾阶段而获得快冷，而内孔面尚处于蒸气膜阶段，冷却速度尚很慢。这种冷却上的差 异可能引起这类工件较大的淬火变形和内孔或凹面淬火硬度低下。 解决这类问题的办法是选 用蒸气膜阶段较短的淬火介质。 适当加大内孔部分介质的流动速度， 也有同样的效果。 相反， 形状简单的工件， 则可以使用蒸气膜阶段稍长的淬火介质。 再从允许的最高冷速分布曲线看， 形状复杂的工件允许的冷速低，而形状简单的工件允许的冷速高。 五看允许的变形大小──从分析解决变形问题的方法[6]推知，工件要求的变形小，淬火冷 却应当有窄的冷却速度带，而允许的变形较大的，可以有宽的冷却速度带。允许的冷却速度 带宽的，可以采用一般能达到淬火硬度要求的介质。在能缩短工件冷却速度带的方法中，最 简单和有效的是做等温（或分级）淬火[7]。等温淬火介质应当具有的特性，首先是蒸气膜 阶段短和液温变化对冷速的影响小，其次，较厚大的工件应当选用冷却速度快的介质，而较 魔小的工件则可以选用冷速较慢的介质。 工件种类繁多， 对淬火介质的要求是多种多样的。 不同工件的要求可能相容，也可能不相容。因此，寻找&一种理想的淬火介质，能同时适用 所有不同的工件&的想法，如同想寻找一种药物来包治一切疾病一样，是不现实的。 3 适用于多种工件的同一淬火介质 前面的讨论已说明， 任何一种特定的工件都有自己淬火冷却的最低和最高冷速分布曲线划定 的第 II 冷速分布区。当要在同一种淬火液中淬多种不同的工件时，又如何选择它们共同适 用的一种淬火介质呢？显然， 要能选出一种这样的淬火介质的先决条件， 是这些工件淬火冷 却的第 II 区的&交&，即共同适用的第 II 区存在并且是连贯的。图 10 是由两种工件的第 II冷速区确定它们共同适用的第 II 冷速区的示意图。无疑，它们共同的第 II 区必然小于（等 于）诸工件中最小的一个第 II 区。 由于共同的第 II 区最狭小，生产现场选出共同适用的 淬火介质就不容易。事实上，由于可用的淬火介质就那么两三种，加上又没有做合理的选择，不少工件的淬火质 量并不高，尤其是截面硬度分布往往达不到要求。 那么，如何选择多种工件共同适用的同 一种淬火介质呢？利用本文前面谈到的道理，下面将分别对淬火油和水性淬火剂加以研究， 并提出它们各自适用的选择原则。 3.1 淬火用油的选择原则 淬火用油几乎都是有较高闪点的矿物油，这些油的比热约为自来水的 1/2，导热率约为自来 水的 1/4，对流开始温度高，加上粘度远比水高，使淬火用油的冷却速度，尤其是低温阶段 的冷却速度远比水低。 由于这样的原因，绝大多数工件在油中淬火（包括各种快速油中） 没有淬裂危险， 而通常担心的是油的冷却速度较低， 使较厚大的工件或淬透性稍低的钢种达 不到要求的淬火硬度和淬硬深度，并因此发生较 大的变形。 为此，选用淬火用油时，往往只从各种工件的最低冷却速度分布曲线去加以考虑。 图 11 是几种工件要求的最低冷却速度分布。显然，只有当选定的淬火油的冷却速度分布曲 线能从右边将这几种工件的最低温度冷却速度曲线包围着， 这几种工件在其中淬火才能全部 获得淬火冷却的三效果。 可以推知，一般说来，所选的油的蒸气膜阶段越短，对流开始温 度越低， 且最高冷速越大， 这样的油的冷却速度曲线可能从右边包围的最低冷却速度分布曲 线就越多，即适用的工件（钢种）越多。这就是适于多种工件的淬火油的选择原则。3.2 水溶性淬火液的选择原则 在水（及水溶液）中淬火的主要危险是淬裂，而降低水性淬火液的&300℃冷速&则可以减小 这种危险。水性淬火剂（液）的&300℃冷速&越低，防止淬裂的能力就越强，因而适用的钢 种和工件就越多[5]。如果将多种工件的最高冷速分布曲线画在一起，同样可以画出它们共 同的第 II 区的右边界线，得到的也是这样的结论。 当水或水溶液液温过高时，比如通常超 过 60℃后，淬火冷却的蒸气膜阶段显著增长，蒸气膜相当稳定，这时用于工件淬火，冷却 速度曲线容易从上方进入其第Ⅲ冷速区，从而引起淬火硬度不足和大的变形。所以，使用水 性淬火液应当控制好液温，一般以平均液温不超过 60℃为宜。 当淬火液的品种确定后，生 产中还可以通过调节淬火液浓度、 液温和与工件的相对流速来改变工件淬火时的冷却速度分 布，以适应生产的需要。这方面的规律和方法可参考其它有关资料。 由上述分析可知，普通机油（如 32 号机油）冷却能力并不高，却可适于某些类工件淬火； 普通自来水冷却很快， 却仍可适于另外某些类工件淬火。 由于在普通机油与自来水的冷却速 度分布曲线之间有很宽广的空白地带，只配备普通机油和自来水是不够的。那么，一般机械 厂的热处理车间应当配备哪几种淬火液， 才能满足大多数工件的淬火需要呢？根据前面的分 析讨论，建议为普通热处理车间配备以下四种淬火液（槽）：1.将普通机油换成一种快速淬火油，其冷却特性应为：淬火冷却的蒸气膜阶段短，对流开始 温度低，且最高冷速大。 2.一种性能稳定、可操作性强的水溶性淬火液，其 30℃液温，不搅动情况下的 300℃冷速在 20～30℃/s 之间。 3.一种性能稳定、可操作性强的水溶性淬火液，其 30℃液温，不搅动情况下的 300℃冷速在 50～70℃/s 之间。 4.自来水 如果所处理的工件种类不太多，也可以用一种 300℃冷速在 30～50℃/s 之间的水溶性淬火 液代替 2、3 两种淬火液，即共配制三种淬火液（槽）。 4 结论──从冷却速度选择淬火介质的原则 通过本文的分析可以说明： 1.为什么同一种工件可以在多种不同冷却特性的淬火介质中淬火而都达到该工件的热处理 要求。 2.为什么多种不同的工件可以在同一种淬火介质中淬火而都达到各自的热处理要求。 3.特定工件选择淬火介质应同时从五方面加以考虑： 一看钢的碳含量多少， 二看钢的淬透性 高低，三看工件的有效厚度，四看工件的形状复杂程度，五看允许的变形大小。 4.对淬火用油，从冷却速度分布上看，它的蒸气膜阶段越短，对流开始温度越低，最高冷速 越大，则该种油适用的钢种和工件就越多。5.对水性淬火液， 从冷却速度分布曲线上看， 它的 300℃冷 却速度越低，则它适用的钢种和工件就越多。 （6）自来水做淬火介质的两大缺点 从自来水淬火时工件容易淬裂、 硬度不均且畸变大等现象， 列出了自来水作为淬火介质的两大缺点：一是低温冷却速 度太快，二是冷却特性对水温变化太敏感。分析了自来水 第二大缺点引起淬火硬度不均和畸变的原因。通过与气态 介质的对比，指出了液态淬火介质共同的两类缺点：一是 任何确定的液态介质， 其冷却速度的可调节范围都很有限， 以致同一个车间必须配备普通淬火油、中速淬火油和高速 淬火油，才能满足不同工件的需要；二是工件从蒸汽膜阶 段到沸腾阶段期间，冷却速度突然增大，可能引起较大的 淬火变形。提供了克服液态淬火介质第二类缺点的七类技 术方法。 关键词：水；淬火介质；淬火冷却；淬火冷却畸变 1 自来水的两大缺点 多数工件用自来水淬火会开裂， 淬裂的原因是众所周知的： 自来水的低温冷却速度太快。这是自来水的一大缺点。 用水作冷却介质，还遇到另外的问题。例如，多个工件采取比较密集的方式同时入水时，淬 火后会有显著的硬度差异。为此，现在的多用炉基本不用水性淬火介质。又如，工件上有较 深的内孔、工件为大薄片状、以及形状复杂时，水淬后往往出现严重的硬度不均和较大的淬 火畸变。 同样的情况， 在油中淬火时， 则不会发生这样严重的问题。 引起这些问题的原因是， [1] 水的冷却特性对水温变化太敏感。图 1a 是温度对自来水冷却特性的影响曲线 。容易推知， 当单个工件在自来水中淬火时， 由于形状或所处位置的原因， 工件不同部位的表面接触的水 温是不同的：工件上的凹进部分接触的水温高，而突出部分接触的水温则相对要低些。位于 下面部分接触的水温较低， 上面部位接触的水温较高。 当多个工件以比较密集装挂的方式同 时入水时，位于外面的工件接触的水温较低，而内部的工件接触的水温则较高。再加上同一 工件朝外的面接触的水温较低， 朝里的面接触水温则较高。 不同的水温对应不同的冷却特性， 其结果就引起了上述种种问题。图 1b 为温度对油的冷却特性的影响曲线。由图 1 的对比， 可以看出水温对冷却特性的影响是很大的。 我们把冷却特性对液温变化太敏感列为自来水的 第二大缺点。 有机聚合物水溶液，比如 PAG 淬火液、聚乙烯醇水溶液等也都有相同的缺点。图 1c 为不同 液温的 10％硫酸钠水溶液的冷却特性曲线。由图 1c 可见，10％的无机盐（或碱）溶入水中， 可以大大减小冷却特性对水温的敏感性程度。与单纯自来水相比，直到水温达到 70℃，其 冷却特性对液温的敏感程度还是比较小的。表 1 为自来水、PAG 淬火液和淬火油等液体介质 的上述两项特性。 上述对液温的敏感性， 主要是通过液温对冷却过程中蒸汽膜阶段长短的影 响，而最终反映在同一工件的不同部位之间、不同工件之间、以及不同批次淬火工件之间出 现大的硬度差异和严重的淬火中畸变上。表 1 不同种类液体介质的两大特点对比 Table 1 Comparison of two main features of dif ferent liquid quenching medium 介质名称 自来水 油 }