淬火变压器设计(冷冲压模具的常规热处理工艺第二章“正火”与“淬火的讲解”)

Posted 2023-06-01

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淬火变压器设计(冷冲压模具的常规热处理工艺第二章“正火”与“淬火的讲解”)

2.正火

钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）、Ac1（共析钢）和Accm（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称为正火。正火后的组织：亚共析钢为F+S，过共析钢为S+Fe3CⅡ。正火与完全退火的主要差别在于冷却速度快些，目的是使钢的组织正常化，所以亦称常化处理，一般应用于以下方面：

（1）作为最终热处理正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，机械性能要求不很高时，可以正火作为最终热处理。

（2）作为预先热处理截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火加高温回火）前常进行淬火，以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火做组织准备。

（3）改善切削加工性能低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高硬度，改善其切削加工性能。

钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）、Ac1（共析钢）和Accm（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称为正火。正火后的组织：亚共析钢为F+S，过共析钢为S+Fe3CⅡ。

正火与完全退火的主要差别在于冷却速度快些，目的是使钢的组织正常化，所以亦称常化处理，一般应用于以下方面：

（3）改善切削加工性能低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低，不便于切削加工。正火可提高硬度，改善其切削加工性能。

3.淬火

将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火是钢的最重要的强化方法。

（1）淬火工艺 1 淬火温度的选定

在一般情况下，亚共析钢的淬火加热温度为Ac3以上30 ℃---50 ℃ :共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上30 ℃---50 ℃(见图5-2)

亚共析钢加热到Ac3以下时，淬火组织中会保留自由铁素体，使钢的硬度降低。过共析钢加热到Ac1以上两相区时，组织中会保留少量二次渗碳体，而有利于钢的硬度和耐磨性，而且，由于降低了奥氏体中的碳质量分数，可以改变马氏体的形态，从而降低马氏体的脆性。此外，还可减少淬火后残余奥氏体的量。若淬火温度太高，会形成粗大的马氏体，使机械性能恶化；同时也增大淬火应力，使变形和开裂倾向增大。

2加热时间的确定

加热时间包括升温和保温两个阶段。通常以装炉后炉温达到淬火温度所需时间为升温阶段，并以此作为保温时间的开始，保温阶段是指钢件温度均匀并完成奥氏体化所需的时间

3淬火冷却介质

常用的冷却介质是水和油。

水在650 ℃---550 ℃范围冷却能力较大。因此易造成零件的变形和开裂，这是它的最大缺点，提高水温能降低650 C---550 C范围的冷却能力，但对300 ℃----200 ℃的冷却能力几乎没有影响。这既不利淬硬，也不能避免变形，所以淬火用水的温度控制在30 ℃以下。水在生产上主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。淬火用油为各种矿物油（如锭子油、变压器油等）。它的优点是在300 ℃--200 ℃范围冷却能力低，有利于减少工件变形；缺点是650 ℃---550 ℃范围冷却能力也低，不利于钢的淬硬，所以由一般用作为合金钢的淬火介质。

为了减少零件淬火时的变形，可用盐浴作淬火介质。常用碱浴、硝盐浴的成分、熔点及使用温度见表5-2.

这些介质主要用于分级淬火和等温淬火。其特点是沸点高，冷却能力介于水和油之间，常用于处理形状复杂、尺寸较小、变形要求严格的工具等。

4淬火方法

常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火等（图5-3）。

单介质淬火方法采用一种介质冷却，操作简单，易实现机械化，应用较广。缺点是水淬变形开裂倾向大；油淬冷却速度小，淬透直径小，大件淬不硬。倾向，所以可用于形状复杂和截面不均匀的工件淬火。等温淬火大大降低钢件的内应力，减少变形，适用于处理复杂和精度要求高的小件，如弹簧、螺栓、小齿轮、轴及丝锥等，也可用于高合金钢较大截面零件的淬火。其缺点是生产周期长、生产效率低。（2）钢的淬透性

1钢的淬透性及其测定方法

钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性。不同成分的钢淬火时形成马氏体的能力不同，容易形成马氏体的钢淬透性高（好），反之则低（差）。如直径为30mm的45钢和40CrNiMo试棒，加热到奥氏体区（840 ℃），然后都用水进行淬火。分析两根试棒截面的组织，测定其硬度。结果是45钢试棒表面组织是马氏体，而心部组织为铁素体+索氏体。表面硬度为55HRC。心部硬度仅为20HRC，表示45钢试棒心部未淬火。而40CrNiMo钢试棒则表面至心部均为马氏体组织，

硬度都为55HRC，可见40CrNiMo的淬透性比45钢要好。

淬透性可用“末端淬火法”来测定。将标准试样（25*100mm）加热奥氏体化后，迅速放入末端淬火实验机的冷却孔中，喷水冷却。规定喷水管内径12.5mm，水柱自由高度65mm+5mm，水温20 ℃---30 ℃。图5-4为末端淬火法示意图。显然，喷水端冷却速度较大距末端沿轴向距离增大，冷却速度逐渐减小，其组织及硬度亦逐渐变化。在试样侧面沿长度方向磨一深度0.2mm--0.5mm的窄条平面，然后从末端开始，每隔一定距离测量一个硬度值，即可测得试样沿长度方向上的硬度变化，所得曲线称为淬透性曲线[图5-5）]

实验测出的各种钢的淬透性曲线均收集在有关手册中。同一牌号的钢，由于化学成分和晶粒度的差异，淬透性曲线实际上为有一定波动范围的淬透性带。

根据GB225-63规定，钢的淬透性值用J HRC/d表示。其中J表示末端淬火的淬透性，d表示距水冷端的距离，HRC为该处硬度。例如，淬透性值J42/5，表示距水冷端5mm试样硬度为42HRC。样表面至半马氏体区（马氏体和非马氏体组织各占一半）的距离。在同样淬火条件下，淬透层深度越大，则反映钢的淬透性越好。

半马氏体组织比较容易由显微镜或硬度的变化来确定。马氏体中含非马氏体组织量不多时，硬度变化不大；非马氏体组织量增至50%时，硬度陡然下降，

曲线上出现明显转折点，如图5-6所示，另外，在淬火试样的断口上，也可以看到以半马氏体为界，发生由脆性断裂过度为韧性断裂的变化，并且其酸蚀断面

呈现明显的的明暗界线。半马氏体组织和马氏体一样，硬度主要与碳质量分数有关，而与合金元素质量分数的关系不大，如图5-7所示。

值得注意的是，钢的淬透性与实际工作的淬透层深度并不相同。淬透性是钢在规定条件下的一种工艺性能，而淬透层深度是指实际工作在具体条件下淬火

得到的表面与马氏体到半马氏体处的距离，它与钢的淬透性、工作的截面尺寸和淬火介质的冷却能力等有关。淬透性好，工件截面小、淬火介质的冷却能力

强则淬透层深度越大。钢淬火后硬度会大幅度提高，能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性，它主要决定与马氏体的碳含量。

2影响淬透性的的因素

钢的淬透性由其临界冷却速度决定。临界冷却速度越小，即奥氏体越稳定，则钢的淬透性越好。因此，凡是影响奥氏体稳定的因素，均影响钢的淬透性。a 碳质量分数，对于碳钢，碳质量分数影响钢的临界冷却速度。亚共析钢随碳质量分数减少，临界冷却速度增大，淬透性降低。过共析钢随碳质量分数增加，临界冷却

速度增大，淬透性降低。在碳钢中，共析钢的临界临近冷却速度最小，其淬透性越好。b 合金元素，除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使C曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好。c奥氏体化温度，提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性，d 钢中未溶第二相，钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其他非金属杂物，可称为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。

3淬透性曲线的应用

利用淬透性曲线，可比较不同钢种的淬透性。淬透性是钢材选用的重要依据之一。利用半马氏体硬度曲线和淬透性曲线，找出钢的半马氏体区所对应的

距水冷端距离。该距离越大，则淬透性越好【图 5-8，由图中可知40Cr钢的淬透性比45钢要好。

淬透性不同的钢材经调质处理后，沿截面的组织和机械性能差别很大（图 5-9）。图中40CrNiMo钢棒整个截面都是回火索氏体，机械性能均匀，强度高，

韧性好。而40Cr、40钢的都为片状索氏体+铁素体，表层为回火索氏体，心部强韧性差。截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锤杆等工作，要

求截面机械性均匀，应选用淬透性好的钢。而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬透性较低的钢种。

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