第四节 钢的淬火与回火

21.对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气 中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬 火。（ ）
30.因为碳素钢也能获得100%马氏体，所以合金 元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（ ）
31.因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏 体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏 体的含碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。 （）
细小、弥散的、高硬度的合金碳化 物，如Mo2C，使硬度反而提高。
（2）二次淬火 回火时A'中析出合金碳化物→ A'中 C% ↓ → Ms、Mf ↑, 随后冷却时A' →M
（四）回火种类
1. 低温回火（150～250 ℃）
——由M中析出极细小片状ε碳化物
（分级淬火或等温淬 火的冷却介质 ）
聚乙烯醇水溶液
钢的理想冷却曲线示意图
常用淬火介质及其冷却能力： 盐水 ＞ 水 ＞ 聚乙烯醇 ＞ 油＞空气
（２） 淬火方法
A1
a. 预冷淬火
加热、保温后先在空气 或热水中预冷一段时间 后，再放入淬火冷却介 质中。
b. 单液淬火
MS
一种淬火介质。
a
如：水冷、油冷
b
c
32.淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。 （）
二、钢的回火
（一）回火： 淬火钢加热到A1以下，保温一定 时 间，然后冷却的热处理工艺。
（二）目的： 1. 降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和
开裂。 2. 减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。 3. 获得所要求的组织和性能。
如：M回、S回、T回等。
➢ 淬火+高温回火→调质处理，简称调质。
回火M
淬火M
T
回火T
T
回火S
S
（五）回火脆性
回火脆性：当回火温度升高时，在250~350 ℃和 500~650 ℃两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。
第四节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 二、钢的回火
一、钢的淬火
淬火：将钢加热到Ac3（或Ac1）+30~50℃，保温一 定时间，然后迅速冷却获得马氏体的热处理工艺。 （一）钢的淬火工艺
1.淬火加热 （1）加热温度 亚共析钢：Ac3＋30～50℃ 完全淬火 共析钢、过共析钢：Ac1＋30～50℃ 不完全淬火
➢回火组织： 回火马氏体（M回）（过饱和α固溶体十ε 碳化物） ➢目的： 保持高硬度，降低脆性及残余应力。 ➢应用： 用于工模具钢、表面淬火及渗碳淬火件。
2. 中温回火(350 ～ 500℃)
——亚稳定ε 碳化物溶入α相中，从α相中析出细 粒状的渗碳体。
α相仍保持M形态。
➢组织： α相＋细粒状Fe3C→回火屈氏体（T回）。
目的：为了尽量减少钢中残余奥氏体的数 量以获得最大数量的马氏体。
冷处理就是将淬火钢继续冷却到－70～－80℃ （也可冷却到更低的温度），并保持一段时间， 使残余奥氏体在继续冷却中转变为马氏体。
作用：这样一方面可以提高钢的硬度和耐磨 性， 另一方面可以稳定工件的尺寸，防止在使用中变 形，这对于高精度的量具、精密零件尤为重要。
４. 碳化物的变化（250～400℃） 淬火马氏体完全分解，但α相仍保持板条状或针
状外形，碳化物全部转变为渗碳体 。
板条或针状α相和细小粒状的渗碳体组成 的机械混合物称为回火屈氏体
５.α相的回复与再结晶（＞400℃）
渗碳体逐渐聚集和球化，马氏体的板条状或 针状形态消失，形成多边形的铁素体 。 多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物 称为回火索氏体
➢目的： 硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度↑。 ➢应用： 用于弹性元件 ，如弹簧等。
3. 高温回火(500～650℃ ）
碳化物聚集长大及α相回复、再结晶 。
➢组织： 多边形α相＋颗粒状Fe3C→回火索氏体（S回）。 ➢目的： 较高的强度、硬度、塑性、韧性，即具有良好综 合力学性能，优于正火得到的组织。 ➢应用： 重要结构零件。如轴、螺栓、连杆、齿轮等。
（2） 加热时间（τH） ：
τH＝升温＋保温时间。 可根据经验或配合实验确定，也可参考热处理手册。
（3） 加热设备： 箱式电阻炉（或煤气炉） 可控气氛炉（渗碳、渗氮、碳氮共渗等） 真空加热炉 盐浴炉
箱式电阻炉
实验室电阻炉
燃气炉
真空炉
2. 淬火冷却 （１）冷却介质
水 油 盐水
硝盐浴和碱浴
井式回火炉
（三）淬火钢的回火转变及组织
1. 过饱和碳原子的偏聚（20～100℃） 马氏体中过饱和的碳原子将自发向晶体 缺陷处偏聚，使马氏体正方度下降。
２. 马氏体的分解（80℃～350℃） 马氏体分解后形成的低碳α相和弥散的ε碳化物组成 的复相组织称为回火马氏体
３. 残余奥氏体转变（250～300℃） A'→M回
3. 淬火组织
➢ 亚共析钢：
含C量<0.2%时:
M板条
含C量0.2 ～ 0.5％时: M板条+M片状
含C量> 0.5％时: （M板条+M片状）+A'
➢ 共 析 钢：（M板条+M片状） ＋A' ➢ 过共析钢： M片状＋A´＋Fe3C粒状
板条M 亚共析钢（20Cr）
板条M+针状M 亚共析钢（45钢）
回火时性能的变化 回火温度↑ → 硬度、强度↓ ， 塑性↑、韧性↑。
40钢的力学性能与回火温度的关系
合金元素对回火转变的影响
1. 提高回火稳定性 回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。
合金元素减缓回火的四 个过程。这对切削刀具 至关重要。
2. 产生二次硬化
强碳化物形成元素还可 在高温回火时析出弥散 的特殊碳化物，使钢的 硬度显著升高，造成二 次硬化
M 未溶Fe3C A'
过共析钢（T12A钢）
随堂思考题
17.感应加热、盐浴炉加热、箱式炉加热都可 以用来进行局部淬火。（ ）
18.先用油冷后用水冷可以预防工件的变形和 开裂。（ ）
19.先用水冷后用油冷可以预防工件的变形和 开裂。（ ）
20.分级淬火和等温淬火方法都能有效的减小 形状复杂零件在淬火时的变形。（ ）
时间
c. 双液淬火如:水-油、油-空气 各种淬火法的示意图
高温区：冷却能力较强的介质
低温 区：冷却能力较弱的介质
d. 分级淬火
在Ms以上或以下的盐 浴中保温然后空冷。
e. 等温淬火：
在下B转变区的盐浴或 碱浴中等温→下B
（等温温度和时间由该钢C 曲线定）
A1
MS
e
c
时间
各种淬火方法的示意图
（3）冷处理