材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件淬火与回火

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材料科学与工程专业金属热处理原理及工艺-课件第八章淬火与回火

2.马氏体分解（100--250 ℃ ）
（1）高碳马氏体分解 b.马氏体单相分解（150-250 ℃ ）当温度高于150℃时，碳原子扩散能力加大，α相中不同浓度可通过长程扩散消除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳原子而长大。故在分解过程中，不再存在两种不同碳含量的α 相，碳含量和正方度不断下降，当温度达300℃
回火组织（M回、T回、S回）比较
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回火组织（M回、T回、S回）比较
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T8钢的回火组织（M回、T回、S回）
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硬度
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强度
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碳钢淬火后回火时的力学性能的变化总结
钢在回火时力学性能变化如下：（1）硬度：回火时硬度变化的总趋势是随回火温度的升高而下降但低、中碳钢在250 ℃以下回火硬度下降不多，高碳钢在100℃回火时硬度略有上升，出现一个峰值。 250 ℃以上回火硬度持续下降。（2）强度和塑性：回火时强度变化的趋势是随回火温度的升高，强度（σb、
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随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化： • 马氏体中碳原子偏聚（100℃以下） •马氏体的分解（100～250℃）
产物：M回
• 残余奥氏体的转变（200～300℃）产物：M回（主要）+ B下（微量）

9材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第九章退火与正火

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分类：完全退火、球化退火、去应力退火、分类：完全退火、球化退火、去应力退火、扩散退火等。扩散退火等。
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40钢正火组织
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四、正火与退火的正确选用
改善切削加工性
改善冷变形性能球化退火和再结晶退火
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改善组织缺陷并为淬火作组织准备亚共析钢：亚共析钢：完全退火或正火过共析钢：正火＋过共析钢：正火＋球化退火去应力、去应力、均匀成分等主要用退火不重要件最终热处理主要用正火问题：问题：用T10（1％C）钢制造手工锯条，请给出热处理工（％）钢制造手工锯条，艺路线，及各处理工序后的组织。艺路线，及各处理工序后的组织。正火→球化退火淬火正火球化退火→淬火低温回火球化退火淬火→低温回火
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一、退火将钢加热、保温，然后缓慢冷却，将钢加热、保温，然后缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的热处理工艺的热处理工艺。平衡状态组织的热处理工艺。
特点：加热温度范围广；特点：加热温度范围广；慢冷得到珠光体类组织目的：降低硬度，目的：降低硬度，便于切削加工消除内应力或冷作硬化改善组织（改善组织（铸、锻、焊时的缺陷）；的缺陷）；细化晶粒为最终热处理做组织准备

金属材料热处理课件

通常用用标准试样在一定条件下淬火能够淬硬的深度H或全部淬透的最大直径D 表示。
测定结构钢的淬透深度规定以体积分数为50% 淬火M的硬度作为基准。
三、淬透性与淬硬性的区别
淬透性是钢的一种属性。主要和钢的过冷奥氏体的稳定性有关。淬透性有时用淬硬层深度来表示
淬硬性是指钢淬火后获得M的最高硬度，淬硬性主要与钢中的碳含量（A中的C含量）有关（如图）。
（5）铸钢件正火，
细化铸态组织（即细化铸件中粗大晶粒，
消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织的不均匀性，如等轴晶-柱状晶-粗晶）。
改善切削加工性能
由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较差。∴在正火中应采用较为缓慢的加热，以免热应力造成变形开裂，加热T也较锻件高。
退火和正火的加热温度
第四节钢的回火
回火：淬火钢件加热至AC1以下某温度保温一定时间，而后冷却的热处理工艺。
一、回火目的
（1）减小或消除淬火应力，防零件变形和开裂。
（2）稳定组织，防止组织转变引起的零件形状、
尺寸和性能变化。
淬火
（3）获得所需力学性能。
回火
二、回火时组织转变及力学性能变化
1、回火时组织转变以碳钢为例：（1）马氏体开始分解（100～200℃）：
氏体 + 析出碳化物
力学性能：残余应力消除，高硬度、高强度，较
低的塑性和韧性
回火马氏体
主要适用高碳钢制造的各类工模具、机械零件（如轴承）
如锉刀 T12 160-180 ℃ ∽64HRC 渗C及CN共渗淬火后的零件低合金超高强度钢 30CrMnSiNi2A 250-300
℃
（2）中温回火（350～500℃）回火组织：回火托氏体：铁素体 + 极细粒状渗碳体力学性能：较高的屈服强度,高的弹性极限，较好的

金属热处理工艺课件.pptx

2021/1/12
材料科学与工程学院多媒体课
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第九章金属热处理工艺
§9.1.2 钢的正火
❖ 正火概念：将钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析钢)和Accm(对于过共析钢)以上30℃50℃，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理工艺。
❖ 正火组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为 S+Fe3CII
2021/1/12
材料科学与工程学院多媒体课
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第九章金属热处理工艺
四、球化退火 ➢球化退火：使钢中碳化物球状化的热处理工艺，是不完全退火的一种。 ➢目的：使 Fe3CⅡ 及 P 中的渗碳体球状化（退火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准备。 ➢适用性：主要用于共析钢和过共析钢。
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材料科学与工程学院多媒体课
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第九章金属热处理工艺
退火工艺总结：
加热、保温后，缓冷(炉冷)→近平衡组织 P(+F 或 Fe3CII)
扩散退火加热至略低于固相线
目的：使成分、组织均匀再结晶退火：
加热温度 TR + 30～50℃ 目的：消除加工硬化去应力退火:
加热温度＜ Ac1 ，一般为 500～650℃ 目的：消除冷热加工后的内应力
2021/1/12
材料科学与工程学院多媒体课
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第九章金属热处理工艺
二、不完全退火
➢ 不完全退火：将钢加热至Ac1Ac3（亚共析钢）或 Ac1Accm （过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以
获得近于平衡组织的热处理工艺。 ➢ 目的：
降低硬度，消除内应力，改善切削加工性能。 ➢ 适用性

《金属材料热处理》课件

热裂纹
热处理过程中，材料可能出现裂纹，需要注意控制冷却速度和选择合适的退火工艺。
变形问题
热处理后，材料可能发生变形，需要采取正确的工艺措施来避免和修复变形。
残余应力
热处理后的材料可能存在残余应力，需要进行调控和处理，以避免影响其性能和使用寿命。
热处理பைடு நூலகம்金属材料的影响及应用
热处理对金属组织和性能的影响
热处理可以改变金属材料的晶粒结构和性能特点，如提高强度、硬度、韧性等。
热处理的应用
热处理广泛应用于汽车制造、航空航天、钢铁冶金等领域，以提升材料的性能和使用寿命。
热处理中的安全问题
1
热处理的安全注意事项
在进行热处理时，需要注意防护措施、安全操作规程和材料的危险特性。
2
热处理中常见的安全事故
有时在热处理过程中可能发生火灾、爆炸、中毒等意外事故，要加强安全意识和应急准备。
结语
热处理的重要性
热处理是金属材料加工过程中不可或缺的环节，对最终产品的质量和性能有重要影响。
热处理的研究和发展趋势
随着科技的进步和需求的变化，热处理技术将不断创新和发展，以满足不同行业的需求。
《金属材料热处理》PPT 课件
欢迎来到《金属材料热处理》的课件。本课程将介绍热处理的基本概念、工艺和方法，以及对金属材料的影响和应用，同时会涉及一些安全注意事项。
热处理的基本概念和分类
热处理的定义
热处理是指通过加热、保温和冷却等手段，对金属材料进行组织和性能改变的工艺。
热处理的分类
热处理可分为退火、淬火、回火、时效等不同分类，每种方法都有特定的目的和效果。
热处理工艺和方法
1
热处理工艺流程

热处理工艺学课件-第11章淬火与回火

04 淬火与回火的应用场景
汽车制造业
汽车发动机和传动系统中的关键零部件，如齿轮、轴承、曲轴等，需要经过淬火和回火处理来提高其硬度和耐磨性，确保长期稳定运行。
汽车车身结构件，如车架、底盘等，也需要通过淬火和回火来提高其强度和刚度，确保安全性能。
航空航天领域
航空发动机中的涡轮叶片、盘件等高温部件需要经过淬火和回火处理来提高其高温强度和抗疲劳性能，确保发动机在高温、高压、高速等极端条件下的安全运行。
中温回火
总结词
提高硬度和弹性
详细描述
中温回火通常在350°C至450°C之间进行，其目的是提高钢的硬度和弹性。经过中温回火的钢，其内部结构变得更加均匀，从而提高了钢的硬度和弹性。
低温回火
总结词
保持高硬度并提高耐磨性
详细描述
低温回火通常在200°C至300°C之间进行，其构得到稳定，使其保持高硬度和良好的耐磨性。
提高金属的耐磨性和耐腐蚀性
通过淬火和回火处理，可以细化金属的晶粒，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
稳定金属的组织和性能
回火的主要目的是稳定淬火后金属的组织和性能，使其在使用过程中保持稳定。
02 淬火的种类与特点
表面淬火
总结词
通过快速加热使材料表面层达到淬火温度，然后迅速冷却，实现表面硬化的工艺。
详细描述
表面淬火主要应用于提高零件表面的耐磨性和抗疲劳性能，常用于齿轮、轴承、刀具等。其优点是处理时间短，工件变形小，适用于各种材料。
整体淬火
总结词
将整个零件加热至淬火温度，然后快速冷却，使整体获得高硬度的工艺。
详细描述
整体淬火广泛应用于各种工具、量具、模具等，目的是提高其硬度和耐磨性。该工艺需要精确控制加热和冷却过程，以避免工件变形和开裂。

热处理原理与工艺教学PPT淬火与回火_OK

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第10章淬火与回火
(2)油沸腾是在一个温度范围(250一400℃)内，比水沸腾温度(100℃)高得多；这就使油冷却过程中对流传热阶段开始温度比较高，对流阶段范围比较宽。这个温度范围正是所要求的缓慢冷却的马氏体转变区，工件正好在油中冷却曲低温阶段以饺小的对流热交换进行冷却，因此工件在油中冷却变形与开裂倾向较小。
第10章淬火与回火
1．热应力
热应力是热处理过程普遍存在的一种内应力。由于表层与心部温差引起工件的体积胀缩不均匀所产生的内应力即为热应力。
试样在快速冷却时，表层和心部冷却状态不同，出现温度差，冷却初期，表面温度较低，热收缩较大，但受到温度较高的心部的阻碍，于是在试样表层产生拉应力，心部为压应力
第10章淬火与回火
热处理原理与工艺第10章淬火与回火
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导读
第10章淬火与回火
通过学习本章，主要掌握掌握钢的淬透性和淬硬性及其影响因素，掌握常用淬火介质的特性；掌握常用淬火工艺方法。
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第10章淬火与回火
第10章钢的淬火及回火
第一节定义、目的、必要条件
淬火定义：把钢加热到临界点AC3或AC1以上，保温并随之以大于临界冷却速度VC冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的：提高零件的硬度，强度，耐磨性。结构钢通过淬火，回火获得良好的综合机械性能，改善钢的物理和化学性能。例如：提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性。
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第10章淬火与回火
第三节钢的淬透性
1．钢的淬透性：钢材被淬透的能力，淬火时获得马氏体的能力。
说明：不同的钢种，淬透性不同，截面上淬成马氏体组织的厚度也不同，淬成马氏体组织的厚度越大，表示该钢中的淬透性愈高。这种马氏体组织厚度通常称为硬化层厚度或淬透深度、淬硬层深度等。

金属热处理原理与工艺课件第一章金属热处理3

2. 正火
正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度，经保温一定时间，随后在空气中冷却，以获得更细组织的一种热处理工艺。正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：
a. 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。 c. 不占用设备；生产率高。
1.4.5高碳钢
特点：具有高硬度和高耐磨性，焊接性能差。
热处理： 1.预先热处理采用球化退火； 2.采用不完全（加热到两相区得到奥氏体加未溶碳化物）淬火加低温回火的热处理工艺。
（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。（2）中温回火：回火温度为350～500℃。中温回火可大大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低，应用于弹簧和热锻模等。（3）高温回火：回火温度为500～650℃。高温回火可以消除内应力，硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、韧性等综合机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。
1.4.3低碳钢
特点：塑性好、韧性好、硬度强度低（软刚）、耐磨性差。热处理：通常情况下将其进行渗碳，然后淬：
1.提高心部强度（加入Mn、Cr、Ni等） 2.提高淬透性 3.细化奥氏体晶粒（加入Ti、Mo、W等）
1.4.4中碳钢
特点：热加工及切削性能良好，强度硬度比低碳钢高，韧性塑性低于低碳钢，焊接性能较差。热处理：通常采用完全（加热到单相奥氏体区得到单相均匀奥氏体）淬火加中温或高温回火的热处理工艺。
2、S和P的影响（热脆、冷脆）
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的存在形式两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中（固溶体），另一种是形成某些碳钢中所没有的新相（化合物）按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为弱碳化物形成元素、强碳化物形成元素与非碳化物形成元素三大类非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；弱碳化物形成元素：Mn；强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。

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淬透性曲线应用——根据性能要求选择材料及工艺例：有一40号钢直径45mm的轴，要求淬火后在距表面3/4R处有
80%马氏体，在1/2R处的硬度不低于HRC40，请问采用淬火介质为油还是水？解：①确定40钢淬火后80%马氏体组织的硬度（HRC45）；
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注意区别：
淬透性和淬硬性淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能达到的最高硬度。影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
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2. 淬火工艺
②保温时间 •保温时间=升温时间 + 心表温度一致时间 + 组织转变时间
加热介质对保温时间影响较大。
τ=α K D
工件有效厚度 (最快传热方向上的厚度)
装炉量有关系数一般 K = 1～1.5
加热系数,与钢种及加热介质有关
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布曲线。
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静水中淬火
静油中淬火沿末端淬火试样的长度、圆棒直径、圆棒内不同位置与冷却速度之间的关系
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φ50
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淬硬性与淬透性: （两个完全不同的概念）
钢种
淬硬性
碳素结构钢 ( 20 )
低
碳素工具钢( T12A )
高
低碳合金结构钢
低
( 20Cr2Ni4A )
淬透性差差
好
高碳高合金工具钢
( W18Cr4V )
高
好
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温
度
A1
Ms
单液淬火
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(2)U型曲线法：用于结构钢
将一组长度是直径4—6倍的圆柱形试样
经完全奥氏体化后，在一定介质中冷却
后，从试样中部切开，磨平后自表面向
心部测量试样硬度，其硬度分布如右。
h ----淬硬区
DH ----未淬硬区
h h
淬透性表示：
第八章淬火与回火
8.1 淬火 8.2 回火
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8.1 淬火
钢的淬火——将钢加热到临界温度（A1 或A3）以上，保温一定时间使其奥氏体化，以大于临界冷却速度进行冷却的工艺。
淬火目的：提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件提高硬磁性：用高碳钢、磁钢制的永久磁铁（马氏体磁性）提高弹性：各类弹簧提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢获得M组织
有效厚度D：板件和薄壁件以板厚或壁厚做D 球体以球直径的0.75倍作D 形状复杂工件以工作部分的截面厚度作D
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2. 淬火工艺
③冷却方式冷却方式最大限度减少工件应力集中和变形，使工件均匀冷却。冷却介质
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4、淬透性的表示方法 ⑴ 用淬透性曲线表示
即用J HRC 表示， d
J 表示末端淬透性， d ——至水冷端距离 HRC——该处硬度值。
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⑵ 用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏
M度量的和变硬化度随深
如果工件中心在淬火后获得了50％以上的M，则认为工件已经被淬透。
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淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响
淬透
未淬透
HRC
HRC
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淬硬层深度h，或DH /D。
DH
直观，准确，但繁琐
D
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(3)临界直径法：
D0 ：钢在某种介质中能够完全淬透
临界
的最大直径。
直径
D0
大小取决于成分及淬火条件
Di：理想临界直径，理想条件试样能够淬透的最大直径。
反映了钢的固有淬透性
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一、淬火方法及工艺 1.淬火方法淬火分类
按加热温度：完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火按加热速度：普通淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火按加热介质及热源条件：光亮淬火、真空淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火焰ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、接触电加热淬火、电解液加热淬火、电子束加热淬火、激光加热淬火按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火按冷却方式：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火等
视频（真空淬火）
视频（激光淬火）
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三、钢的淬透性
淬透性是钢的主要热处理性能。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。
网带式淬火炉
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三、钢的淬透性
注意区别：
钢的淬透性 —— 钢材本身的固有属性，与外部因素无关工件的淬透深度 —— 取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、
工件尺寸等外部因素有关。
同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。
淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较。是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深度来进行比较的。
1. 概念
淬透性——钢在淬火时能够获得马氏体的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。
a
b
工件淬硬层与冷却速度的关系示意图
（a）零件截面的不同冷却速度;
（b）未淬透区的示意图
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淬硬层深度—— 由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。
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二、淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质冷却机理：
辐射、传导和对流将工件的热量带走，使工件冷却汽化沸腾，使工件强烈散热冷却能力强
水基，油基
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温
度
A1
Ms
单液淬火
双液淬火
分级淬火
时间等温淬火
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二、淬火介质
理想淬火介质具备：
高温慢冷；
温度
奥氏体鼻子温度快冷； (℃)
马氏体转变慢冷。
800 700
600
500
理想淬火冷却介质
A1
400 300 Ms 200 100
双液淬火
分级淬火
时间等温淬火
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影响因素
应用范围
表示方法
淬透性
淬透层深度淬硬性
合金元素
合金元素冷却介质工件尺寸 M中含碳量
形状复杂、尺寸精度规定条件下，
高，大截面并要求淬 50％马氏体组
透的零件
织的深度
实际条件下， 50％马氏体组
二、淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质介质冷却特性的测试
——试样温度与冷却时间（速度）之间的关系）
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二、淬火介质
2 .有物态变化的淬火介质冷却机理
第一阶段（AB段）：蒸汽膜阶段。冷却速度慢第二阶段（BC段）：沸腾阶段。冷却速度快第三阶段（CD段）：对流阶段。冷却速度慢常用的冷却介质水、盐水、碱水、油、合成淬火液等
织的深度
以磨损为主的工具、淬火后硬度量具、模具
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3.淬透性测量方法
(1)断口法：适用碳素工具钢。
将上述试样加热到760、800、840℃等温度加热 15—20分钟，淬入10--30 ℃ 水中，打断观察淬硬层，即淬硬层（马氏体）和韧软层（珠光体或贝氏体），对照相应标准0----5级。
H值
理想临界直径 Di
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(4)端淬法：此方法是世界上通用方法。
5、淬透性的实际意义
1、对于截面承载均匀的重要件，要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。 ——选用高淬透性钢