10.淬火介质
固态相变考试题
固态相变考试题⼀、名称解释(10分，每题2分)1．回⽕马⽒体答：淬⽕钢在低温回⽕时得到的组织。
2．回⽕脆性答：随回⽕温度升⾼，⼀般是钢的强度、硬度降低，塑性升⾼，但冲击韧性不⼀定总是随回⽕温度升⾼⽽升⾼，有些钢在某些温度回⽕时，韧性反⽽显著下降的现象。
3．组织遗传答：合⾦钢构件在热处理时，常出现由于锻压、轧制、铸造、焊接等⼯艺⽽形成的原始有序粗晶组织。
这些⾮平衡的粗晶有序组织（马⽒体、贝⽒体、魏⽒组织等）在⼀定加热条件下所形成的奥⽒体晶粒继承或恢复原始粗⼤晶粒的现象，称为组织遗传。
4．时效答：过饱和的固溶体在室温放置或加热到⼀定温度下保持⼀段时间，使得溶质原⼦在固溶体点阵中的⼀定区域内析出、聚集、形成新相，引起合⾦的组织和性能的变化称为时效。
5．形状记忆效应答：将某些⾦属材料进⾏变形后加热到某⼀特定温度以上时，能⾃动回复到原来的形状的效应。
6. ⼆次硬化现象当M中K形成元素含量⾜够多时，500°C以上回⽕会析出合⾦碳化物，细⼩的弥散分布的合⾦K将使已经因回⽕温度升⾼⽽下降的硬度重新升⾼，故称⼆次硬化。
7. 晶粒度设n为放⼤100倍时每645mm2(lin2)⾯积内的晶粒数，则下式中的N被⽤来表⽰晶粒⼤⼩的级别，被称为晶粒度。
N=2N-1⼆、填空：(20分，每空0.5分)1. 马⽒体转变时K-S关系是指｛110｝α’ || ｛111｝γ(晶⾯关系)，﹤111﹥α’|| ﹤110﹥γ(晶向关系)。
2. 奥⽒体是碳溶于γ－Fe固溶体，碳原⼦位于⼋⾯体中⼼位置，钢中马⽒体是碳溶于a －Fe过饱和固溶体，具有体⼼正⽅点阵点阵。
3. 固相界⾯根据其共格性有共格，半共格，⾮共格，其中⾮共格界⾯的弹性应变能最⼩。
4. M回⽕加热时，回⽕转变过程依次为 M中碳原⼦的偏聚和聚集，M的分解，残余A分解，碳化物类型变化，a相回复与再结晶。
5. 由淬⽕时造成的三类内应⼒在回⽕时，随着回⽕温度的升⾼，三类应⼒消失或减⼩的顺序和原因为：第三类应⼒，原因是M分解，造成碳原⼦析出;第⼆类应⼒，原因是碳化物的析出；第⼀类应⼒，原因是 a相再结晶。
工程材料复习思考题A
《工程材料》复习思考题一、填空题1.在实际的金属结构中，存在有（）（）（）缺陷。
2.金属的塑性变形在大多数情况下是以滑移方式进行的，而滑移是由于滑移面上（）运动而造成的。
3.合金元素能提高钢的淬透性本质，它的本质是合金元素是它们C曲线（）移。
4.钢中的杂质S是由（）和（）带入到钢中的，P是由（）带入到钢中的。
5.两种或两种以上的金属元素或金属元素和非金属元素组成，并且具有（）特性的物质称为合金。
6.钢的热处理是指钢在（）下施以不同的（）（）（），以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺。
7.金属材料强化手段有（）（）（）三种。
8.等温转变的组织产物有（）（）（）（）（）。
9.金属铸锭的组织由三层形状和大小不同的晶粒组成的，分别是（）（）（）。
10.在炼钢中，Si是作为（）加入钢中的。
11.球化退火主要用于（）和（）钢，完全退火主要应用与（）钢。
二、判断题1.冷加工是指在室温状态下的塑性变形。
（）2.在碳钢中,Mn大部分溶于渗碳体中，形成合金渗碳体；一部分溶于铁素体，形成置换固溶体。
（）3.回复和再结晶都使晶粒的大小和形状发生明显变化。
（）4.S、P都是碳钢中的有益元素。
（）5.上贝氏体的机械性能比下贝氏体的好。
（）6.凡经过淬火的金属都能提高其硬度。
（）7.T8钢属于碳素工具钢，它也是高碳钢。
（）8.强度和塑性成反比，强度高的材料塑性就低。
（）9.中碳钢是指含碳量在0.2％—0.6％之间的碳钢。
（）10.钢中的杂质P会引起钢的冷脆性，即使钢在室温下的塑性急剧下降。
（）11.面心立方晶格和体心立方晶格具有相同的滑移系数，因此可以说铁在高温和低温的时候塑性都是一致的。
（）12.铁素体和奥氏体的根本区别就是在于固溶度不同，前者小而后者大。
（）13.无论何种成分的碳钢，随着含碳量的增加，组织中铁素体相对量减少，珠光体相对量增加。
（）14.凡是碳钢的平衡结晶过程都具有共析转变，而没有共晶转变。
（）15.甲材料的硬度值为HRC35，乙材料的硬度值为HB230，所以乙材料比甲材料硬。
表面淬火工艺
淬火.退火.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。
淬火方法(精)
常用钢的等温温度
钢号
适宜的等温温 度／℃
适宜的等温 时间／ min
钢号
适宜的等温温度 适宜的等温时问 ／min ／℃
65 65Mn 55Si2 60Si2 T12
280～350 220
10～20 10～20 10—20 20～30 25～45
变形。
硬度略低于水淬 适用于尺寸比较小、形状 复杂的易开裂工件的淬火。
6
双液淬火与分级淬火的比较
双液淬火工艺曲线
分级淬火工艺曲线
分级淬火工艺参数的确定
【加热温度】 【分级温度 】 淬透性好的钢：MS+ 10～30℃ 淬透性低或大尺寸工件：MS－ 80～100℃ 【淬火介质】 硝盐浴、分级淬火油 比普通淬火高10～20℃
10
等温淬火工艺参数的确定
【加热温度】 【等温温度 】 与普通淬火相同 参照等温转变曲线
淬透性好的钢：MS ～ MS +10～30℃ 淬透性低或大尺寸工件：MS－ 80～100℃
【淬火介质】 硝盐、碱浴，等温后空冷 【等温时间 】 根据等温转变曲线查出的等温时间 【组织 】 下贝氏体+马氏体+残余奥氏体
【等温时间 】
等温时间（s） 零件的有效厚度 （ 5 s / mm） 30 （s）
常用零件的分级淬火应用
(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。 淬火后淬火应力与变形小， 工件硬度、耐磨性高，韧性、 塑性好 可用来处理畸变更小（较分级淬火） 各种中碳钢、高碳钢和合金钢制造的小 型复杂易开裂的工件。
采用油—空气双介质淬火时，应待油的沸腾减弱，且工件出油后表面不起火、 只冒白烟时出油
440c不锈钢热处理工艺
440c不锈钢热处理工艺440c不锈钢热处理工艺什么是440c不锈钢•440c不锈钢是一种高碳不锈钢，含有高达%的碳含量，具有优异的耐腐蚀性和硬度。
为什么需要热处理•热处理可以改变材料的物理性质，提高材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性，增强其机械性能。
热处理过程1.淬火：将加热至高温的440c不锈钢迅速冷却，以使其变硬。
一般采用水淬火或气体淬火的方法。
•淬火温度：约为1010至1065摄氏度。
•淬火介质：水或油。
•淬火时间：取决于材料的厚度和尺寸。
2.回火：淬火后的440c不锈钢过于脆硬，需要回火来减轻内部应力并提高韧性。
•回火温度：一般为150至370摄氏度之间。
•回火时间：取决于材料的硬度和所需的性能。
3.再淬火和再回火：对于特殊要求的应用，可能需要进行多次淬火和回火，以获得更高的硬度和更好的性能。
热处理后的性能•440c不锈钢经过适当的热处理后，具有以下优点：1.高硬度：提高耐磨性和切割性能。
2.良好的耐腐蚀性：适用于恶劣环境下的使用。
3.较高的抗拉强度：增加了材料的承载能力。
结论•热处理是使440c不锈钢具备出色性能的关键步骤。
淬火和回火过程可以有效地改善材料的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。
通过正确控制热处理参数，可以获得满足特定要求的优质440c不锈钢材料。
热处理注意事项•在进行440c不锈钢热处理过程中，需要注意以下事项：1.温度控制：确保淬火和回火温度的准确性，以避免材料的过硬或过软。
2.淬火介质选择：水淬火可以获得更高的硬度，但可能导致材料产生裂纹。
油淬火可以减少裂纹的风险，但硬度可能较低。
3.冷却速率控制：控制材料的冷却速率，以避免产生内部应力和裂纹。
4.回火温度选择：根据要求的硬度和韧性，选择适当的回火温度。
5.回火时间控制：根据材料的硬度和所需性能，合理控制回火时间。
应用领域•440c不锈钢经过热处理后，可用于各种应用领域，包括但不限于：1.刀具制造：440c不锈钢材料的高硬度和耐磨性使其成为制造刀具的理想选择。
淬火工艺规程
淬火工艺规程一、淬火前得准备1、检查工件表面,不允许有碰伤、裂纹、锈斑、油垢及其她脏物存在,油垢可用碱煮洗,锈斑可用喷砂或冷酸清洗。
2、准备淬火所用得工具，检查设备就是否完好。
3、检查控温仪表指示就是否正确。
4、工件形状复杂得，其中有不需要淬硬得孔眼、尖角或厚度变化大得地方，为了防止变形与淬裂得危险均应采用堵塞或缠绕石棉得方法,使工件各部分加热及冷却温度均匀。
5、要求工件表面不允许有氧化脱碳现象，要用硼砂酒精溶液涂覆。
二、淬火规范1、加热温度（1）亚共析钢淬火加热温度为Ac3+30～５0℃，一般在空气炉中加热比在盐浴中加热高10~3０℃，采用油、硝盐淬火介质时,淬火加热温度应比水淬提高20℃左右。
（2）共析钢、过共析钢淬火加热温度为Ac1＋30~50℃,一般合金钢淬火加热温度为Ａc１或Ａc3+30～５0℃.（3）高速钢、高铬钢及不锈钢应根据要求合金碳化物溶入奥氏体得程度选择。
过热敏感性强及脱碳敏感性强得钢，不易取上限温度.（4）低碳马氏体钢淬透性较低，应提高淬火温度以增大淬硬性；中碳钢及中碳合金钢应适当提高淬火温度来减少淬火后片状马氏体得相对量，以提高钢得韧性；高碳钢采用低温淬火或快速加热可限制奥氏体固溶碳量，而增加淬火后板条马氏体得含量,减少淬火钢得脆性.另外，提高淬火温度还会增加淬火后得残余奥氏体量。
2、加热方法（1）模具：室温进炉或300—４00℃进炉,并在５50—6０0℃时等温一段时间。
（2）弹簧或原材料（调质处理）,可在淬火温度时进炉.3、保温时间加热与保温时间由零件入炉到达指定工艺温度所需升温时间(ι1)，透热时间（ι２）及组织转变所需时间（ι3)组成。
ι1+ι2由设备功率、加热介质及工件尺寸、装炉数量等因素决定,ι3则与钢材得成分、组织及热处理技术要求有关。
普通碳钢及低合金钢在透热后保温5~15miｎ即可满足组织转变得要求，合金结构钢透热后应保温1５～25min。
高合金工具钢、不锈钢等为了溶解原始组织中得碳化物，应在不使奥氏体晶粒过于粗化得前提下，适当提高奥氏体化温度,以缩短保温时间。
铸钢件常见热处理工艺
按加热和冷却条件不同，铸钢件的主要热处理方式有：退火、正火、均匀化处理、淬火、回火、固溶处理、沉淀硬化、消除应力处理及除氢处理。
1．退火：退火是将铸钢件加热到Ac3以上20～30℃，保温一定时间，冷却的热处理工艺。
退火的目的是为消除铸造组织中的柱状晶、粗等轴晶、魏氏组织和树枝状偏析，以改善铸钢力学性能。
碳钢退火后的组织：亚共析铸钢为铁素体和珠光体，共析铸钢为珠光体，过共析铸钢为珠光体和碳化物。
适用于所有牌号的铸钢件。
2．正火：正火是将铸钢件加热到Ac3温度以上30～50℃保温，使之完全奥氏体化，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。
正火的目的是细化钢的组织，使其具有所需的力学性能，也是作为以后热处理的预备处理。
正火与退火工艺的区别有两个：其一是正火加热温度要偏高些；其二是正火冷却较快些。
经正火的铸钢强度稍高于退火铸钢，其珠光体组织较细。
一般工程用碳钢及部分厚大、形状复杂的合金钢铸件多采用正火处理。
正火可消除共析铸钢和过共析铸钢件中的网状碳化物，以利于球化退火；可作为中碳钢以及合金结构钢淬火前的预备处理，以细化晶粒和均匀组织，从而减少铸件在淬火时产生的缺陷。
3．淬火：淬火是将铸钢件加热到奥氏体化后(Ac。
或Ac＆#8226;以上)，保持一定时间后以适当方式冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。
常见的有水冷淬火、油冷淬火和空冷淬火等。
铸钢件淬火后应及时进行回火处理，以消除淬火应力及获得所需综合力学性能铸钢件淬火工艺的主要参数：(1)淬火温度：淬火温度取决于铸钢的化学成分和相应的临界温度点。
原则上，亚共析铸钢淬火温度为Ac。
以上20～30℃，常称之为完全淬火。
共析及过共析铸钢在Ac。
以上30～50℃淬火，即所谓亚临界淬火或两相区淬火。
这种淬火也可用于亚共析钢，所获得的组织较一般淬火的细，适用于低合金铸钢件韧化处理。
(2)淬火介质：淬火的目的是得到完全的马氏体组织。
为此，铸件淬火时的冷却速率必须大于铸钢的临界冷却速率。
淬火介绍
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。
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()三淬火冷却介质
淬火冷却介质
钢从奧氏体状态冷至Ms 点以下所用的冷却介质叫做淬火介质。
介质冷却能力越大
介质冷却能力越大，钢的冷却速度越快，越容易超过钢的临界淬火速度，则工件越容易淬硬，淬硬层的深度越深。
但是，冷却速度过大将产生巨大的淬火应力，易于使工件产生变形或开裂。
因此理想淬火介质的冷却能力应当如图10-4所示
1. 650度以上应当缓慢冷却，以尽量降低淬火热应力
2. 650〜400度之间应当快速冷却，以通过过冷奥氏体最不稳定的区域,避免发生珠光体或贝氏休转变
3. 但是在400度以下Ms 点附近的温度区域，应当缓慢冷却以尽量减小马氏体转变时产生的组织应力。
4. 具有这种冷却特性的冷却介质可以保证在获得马氏体组织条件下减少淬火应力、避免工件产生变形或开裂
常用淬火介质有水、盐水或碱水溶液及各种矿物油等
各种介质的冷却特性如表10-1所示
水的冷却特性
水的冷却特性很不理想，在需要快冷的650〜400度区间，其冷却速度较小，不超过s 度200。
而在需要慢冷的马氏体转变温度区，其冷却速度又太大，在340度最大冷却速度高达s 度775，很容易造成淬火工件的变形或开裂。
水温对水的冷却特性的影响
此外，水温对水的冷却特性影响很大，水温升高，髙温区的冷却速度显著下降，而低温区的冷却速度仍然很高。
水淬时注意事项
因此淬火时水温不应超过30度，加强水循环和工件的搅动可以加速工件在高温区的冷却速度。
水淬适用于
水虽不是理想淬火介质，但却适用于尺寸不大、形状简单的碳钢工件淬火。
盐水或碱水溶液淬火介质
浓度为NaOH NaCl %10%10或的水溶液可使高温区()度650~500的冷却能力显著提高，前者使纯水的冷却能力提高10倍以上，而后者的冷却能力更高。
但这两种水基淬火介质在低温区()度300~200的冷却速度亦很快。
油也是一种常用的淬火介质
目前工业上主要釆用
早期采用动、植物油脂，目前工业上主要釆用矿物油，如锭子油、全损耗系统用油、机油、柴油等。
油的优缺点
油的主要优点是低温区的冷却速度比水小得多，从而可大大降低淬火工件的组织应力，减小工件变形和开裂倾向。
油在高温区间冷却能力低是其主要缺点。
油淬适用于
但是对于过冷奥氏体比较稳定的合金钢，油是合适的淬火介质。
油温对冷却特性的影响
与水相反，提高油温可以降低粘度，增加流动性，故可提高高温区间的冷却能力。
但是油温过高容易着火一般应控制在60〜80度
上述几种淬火介质各有优缺点均不属于理想的冷却介质
水的冷却能力很大，但冷却特性不好；油冷却特性较好，但其冷却能力又低。
人们努力的目标
因此，寻找冷却能力介于油水之间，冷却特性近于理想淬火介质的新型淬火介质是人们努力的目标。
有机水溶液作为淬火介质
由于水是价廉、容易获得、性能稳定的淬火介质，因此目前世界各国都在发展有机水溶液作为淬火介质。