制定淬火工艺需要根据零件的化学成分、形状、尺寸选择适当的加热温度、保温时间和淬火冷却介质。常用淬火剂的冷却能力如表5一2所示，常用淬火碱浴、盐浴剂的成分加表5一3所示。制定淬火工艺还需要选择适当的淬火方法，常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。2.1.4钢的回火钢的回火是把经过淬火后的钢再加热到AC：以下某一温度，保温一段时间，然后在空气或油中冷却的热处理工艺。根据目的的不同，回火又可分为低温回火（<250C=、中温回火（250～500℃）和高温回火（500~650C）。2.2钢在热处理状态下的显微组织及性能碳素钢经完全退火处理后的显微组织基本上与铁碳相图中的各种平衡组织相似，但在快速冷却条件下的显微组织就不能用铁碳相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温或连续转变曲线曲线）来确定。随着碳素钢化学成分及冷却条件的不同，过冷奥氏体将发生不同类型的转变。共析钢过冷奥氏体在不同温度条件下转变的组织特征及其性能如表5一4所示。2.2.1钢的退火和正火组织表5-4共析钢过冷奥氏体在不同温度条件下转变的组织特征及其性能转变类型组织名称形成温度范围/℃金相显微组织特征硬度(HRC)~20在400~500倍金相显微镜下可观察到铁素体和珠光体(P)>650渗碳体的片层状组织(180~200HBS)在800～1000倍以上的显微镜下才能分清片层球光体索氏体（S)600~65025~35状特征，在较低倍数下片层模糊不清用光学显微镜观赛时呈黑色团状组织只有在电氏体（T)550~60035~40子显微镜（5000~15000×）下才能看出片层组织上贝氏体（B上）350~550在金相显微镜下呈暗灰色的羽毛特征40~48贝氏体下贝氏体（BF）230~350在金相显微镜下呈黑色针叶状特征48~58在正常萍火温度下呈细针状马氏体（隐晶马氏马氏体马氏体（M)<23062~65体），过热痒火时则呈粗大竹叶状马氏体亚共析成分的碳素钢一般采用完全退火，可得到接近于平衡状态的组织：而过共析成分的碳素钢则采用球化退火，使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体呈颗粒状。碳素钢正火后的组织比退火组织为细，对于低碳钢和中碳钢可以细化晶粒，提高强度：对于合碳量在0.4%以下的钢，可以改善切削加工性能：对于共析及过共析钢，正火一般是为球化处理做准备。2.2.2钢的淬火组织15
15 制定淬火工艺需要根据零件的化学成分、形状、尺寸选择适当的加热温度、保温时间 和淬火冷却介质。常用淬火剂的冷却能力如表 5－2 所示，常用淬火碱浴、盐浴剂的成分加 表 5－3 所示。 制定淬火工艺还需要选择适当的淬火方法，常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、 分级淬火、等温淬火等。 2.l.4 钢的回火 钢的回火是把经过淬火后的钢再加热到 AC；以下某一温度，保温一段时间，然后在空 气或油中冷却的热处理工艺。根据目的的不同，回火又可分为低温回火（＜250 C＝、中温 回火（250～500℃）和高温回火（500～650C）。 2.2 钢在热处理状态下的显微组织及性能 碳素钢经完全退火处理后的显微组织基本上与铁碳相图中的各种平衡组织相似，但在 快速冷却条件下的显微组织就不能用铁碳相图来加以分析，而应由过冷奥氏体等温或连续 转变曲线 C 曲线）来确定。 随着碳素钢化学成分及冷却条件的不同，过冷奥氏体将发生不同类型的转变。共析 钢过冷奥氏体在不同温度条件下转变的组织特征及其性能如表 5－4 所示。 2.2.1 钢的退火和正火组织 亚共析成分的碳素钢一般采用完全退火，可得到接近于平衡状态的组织；而过共析 成分的碳素钢则采用球化退火，使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体呈颗粒状。碳素钢正火 后的组织比退火组织为细，对于低碳钢和中碳钢可以细化晶粒，提高强度；对于合碳量在 0.4％以下的钢，可以改善切削加工性能；对于共析及过共析钢，正火一般是为球化处理做 准备。 2.2.2 钢的淬火组织
碳素钢经正常淬火可得到马氏体组织。马氏体的形态有两种，即片状马氏体（或称针状马氏体、透镜状马氏体、隐晶马氏体）和板条马氏体（或称块状马氏体、位错马氏体），当?c>0%时，基本为片状马氏体：当0.045%<?c<0.2%时，一般为板条马氏体：若0.2%<c<1.0%时，则为片状和板条状马氏体的混合组织淬火温度过低、过高或冷却速度不足，显微组织都会产生相应的变化，零件的机械性能也有相应的变化。2.2.3萍火后的回火组织钢经淬火后所得到的马氏体和残余奥氏体均为不稳定组织，通过回火处理后，可使这些不稳定组织转变为稳定组织，以改善淬火钢的性能。淬火钢经不同温度的回火所得到的组织通常可分为三种：（1）低温回火（50～250℃）一一口火马氏体：（2）中温回火（350～500℃）一一口火屈氏体3（3）高温回火（500～650C）一一国火索氏体。钢的热处理显微组织如图6一1所示。2.3热处理工艺的设计方法热处理工艺是一种通过不同的加热、保温、冷却方式改变金属零件内部组织与机械性能的综合工艺。设计热处理工艺时，首先要考虑以下条件：（1）零件的技术要求，包括硬度值、金相组织，以及零件不同部位的不同要求：（2）零件的化学成分及B前热处理状态：（3）在零件生产全过程中，本次热处理是中间工序的需要还是最后的使用要求：（4）零件尺寸大小、结构特点及形状复杂程度然后考虑下述问题：（1）根据技术条件要求确定热处理方法（退、正、淬、回）：（2）根据化学成分及热处理方式选择适当的加热温度：（3）根据零件的尺寸形状计算加热保温时间：（4）根据所要得到的显微组织结合C曲线图确定冷却速度，选择冷却方式：（5）用温度／时间坐标作出热处理工艺曲线，应注明冷却介质及其使用温度。2.3.1加热温度的选择碳素钢退火、正火、火的加热温度范围如图5一2所示，具体数据可查热处理手册或有关资料。2.3.2加热保温时间的计算热处理工艺加热保温时间（除时效处理等特殊情况）的计算，主要取决于工件的有效厚度和装炉量，另外还会受到加热介质、装炉方式、工件材质、炉温等因素的影响。目前生产上常用下列经验公式估算：t=aD式中t一一加热时间（min）116
16 碳素钢经正常淬火可得到马氏体组织。马氏体的形态有两种，即片状马氏体（或称 针状马氏体、透镜状马氏体、隐晶马氏体）和板条马氏体（或称块状马氏体、位错马氏体）， 当ωc＞0％时，基本为片状马氏体；当 0.045％＜ωc＜o.2％时，一般为板条马氏体；若 0.2％＜ωc＜1.0％时，则为片状和板条状马氏体的混合组织。 淬火温度过低、过高或冷却速度不足，显微组织都会产生相应的变化，零件的机械性 能也有相应的变化。 2.2.3 淬火后的回火组织 钢经淬火后所得到的马氏体和残余奥氏体均为不稳定组织，通过回火处理后，可使 这些不稳定组织转变为稳定组织，以改善淬火钢的性能。淬火钢经不同温度的回火所得到 的组织通常可分为三种： （1）低温回火（50～250℃）——口火马氏体； （2）中温回火（350～50O℃）——口火屈氏体 3 （3）高温回火（500～650C）——国火索氏体。 钢的热处理显微组织如图 6－1 所示。 2.3 热处理工艺的设计方法 热处理工艺是一种通过不同的加热、保温、冷却方式改变金属零件内部组织与机械性 能的综合工艺。设计热处理工艺时，首先要考虑以下条件：(1）零件的技术要求，包括硬 度值、金相组织，以及零件不同部位的不同要求； （2）零件的化学成分及 B 前热处理状态； （3）在零件生产全过程中，本次热处理是中间工序的需要还是最后的使用要求； （4）零件尺寸大小、结构特点及形状复杂程度。 然后考虑下述问题： （1）根据技术条件要求确定热处理方法（退、正、淬、回）； （2）根据化学成分及热处理方式选择适当的加热温度； （3）根据零件的尺寸形状计算加热保温时间； （4）根据所要得到的显微组织结合 C 曲线图确定冷却速度，选择冷却方式； （5）用温度／时间坐标作出热处理工艺曲线，应注明冷却介质及其使用温度。 2.3.1 加热温度的选择 碳素钢退火、正火、淬火的加热温度范围如图 5－2 所示，具体数据可查热处理手册 或有关资料。 2.3.2 加热保温时间的计算 热处理工艺加热保温时间（除时效处理等特殊情况）的计算，主要取决于工件的有 效厚度和装炉量，另外还会受到加热介质、装炉方式、工件材质、炉温等因素的影响。目 前生产上常用下列经验公式估算： t=aD 式中 t——加热时间（min）l
一加热系数（min/mm）；碳钢，工件直径<50mm，在800～900aC的箱式炉或井式炉中加热，a-1.0~1.2；D-一工件有效厚度（mm），见表5一5。1100100完全退火900正火扩散退火球化退火80rAC承醇2700全退火球化退火去应力退火-00.20.40.60.81.01.21.4时间wcP%(a)(b)图5-2各种正火和退火的工艺示意图（a）加热混度范圈：（b）工艺曲线表5-5工件有效厚度的确定工作状态1/3D>hD<h3D=dD有效厚度hhD22.3.3冷却介质的选择与率火方法退火的缓慢冷却一般采取工件随炉温冷却方式。正火的冷却方式要根据材料的化学成分、正火后要求的组织和硬度以及空气的温度、湿度、流动速度来决定采取静止空冷、风冷或喷雾冷却。回火一般采取空冷方式。淬火的冷却速度要大于淬火钢的临界淬火冷却速度，以保证获得马氏体组织，但又要减少淬火内应力，防止过量变形和避免开裂。因此，要根据火钢的化学成分、形状和尺寸、技术要求等正确选择淬火冷却介质和淬火冷却方法。生产中常用的淬火冷却介质有水、油、盐或碱的水溶液及各种熔盐等。产中常用的淬火方法如表5一6所示。17
17 a——加热系数（min／mm）；碳钢，工件直径＜50mm，在 800～900aC 的箱式炉或 井式炉中加热，a—1.0～1.2； D——工件有效厚度（mm），见表 5－5。 2.3.3 冷却介质的选择与淬火方法 退火的缓慢冷却一般采取工件随炉温冷却方式。 正火的冷却方式要根据材料的化学成分、正火后要求的组织和硬度以及空气的温度、 湿度、流动速度来决定采取静止空冷、风冷或喷雾冷却。 回火一般采取空冷方式。 淬火的冷却速度要大于淬火钢的临界淬火冷却速度，以保证获得马氏体组 织，但又要减少淬火内应力，防止过量变形和避免开裂。因此，要根据淬火钢的化学成分、 形状和尺寸、技术要求等正确选择淬火冷却介质和淬火冷却方法。 生产中常用的淬火冷却介质有水、油、盐或碱的水溶液及各种熔盐等。产中常用的淬火方 法如表 5－6 所示
2.4淬火操作注意事项（1）高温箱式炉中的硅碳棒是带电发热件，夹取淬火件时，夹钳不要碰硅碳棒，以免触电。表5-6常见淬火方法特征与用途用淳火方法冷却特征淬火后组织途亚共析钢及共析钢：马氏体十残余奥氏体在单质水，油、水溶液等介质中冷碳素钢：水、水溶液；过共析钢：单液淬火至室温合金钢：油马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体先在水中快冷至稍高于M，的温同上双液痒火碳素工具钢和低合金结构钢度，取出再油冷至室温在M，点附近温度的熔盐中短时间小截面尺寸的碳素工具钢和合金钢件，分级萍火同上等温冷却，然后取出空冷以减少内应力和变形在稍高于M，的下贝氏体转变区，用于小截面的零件或工具，保证高硬度下贝氏体等温摔火较长时间等温冷却，然后空冷（50～55HRC）和较好的韧性马氏体（残余奥氏体向马用于M低于0℃以下的精密零件和工冷处理淬火后继续在0℃以下冷却氏体转变）具，以提高硬度、尺寸及组织的稳定性（2）工件浸人淬火介质的操作不当会使其冷却不匀，造成较大的应力和变形，零件浸人淬火介质的操作可采取如图5一2所示的方式。一般遵循下述原则：18
18 2.4 淬火操作注意事项 （1）高温箱式炉中的硅碳棒是带电发热件，夹取淬火件时，夹钳不要碰硅碳棒，以 免触电。 （2）工件浸人淬火介质的操作不当会使其冷却不匀，造成较大的应力和变形，零件浸人 淬火介质的操作可采取如图 5－2 所示的方式。一般遵循下述原则：
1）细长形、圆桶形的工件应按轴向垂直浸人。正A不正赔2）圆盘形工件应使其轴向与淬火介质液面保持R水平淬人。细长工件3）薄刃工件应使其整个刃口同时先人：薄片件骨言应垂直淬人，使薄片两面同时冷却：大型薄件应快速厚有垂直淬人，速度越快，变形越小。通孔4）对薄厚不均匀的工件，应使厚的部分先人，以免开裂。Oo西盘工作5）对有凹面或不通孔的工件，应使四面或孔朝上浸入，以利于排除蒸气。停力の工件6）长方形有贯通孔的工件（如冲模），应垂直斜巴面向萍人，以增加孔部的冷却。及不通孔（3）工件浸人淬火介质后，需做适当的移动，以事有国增强萍火介质的对流，加速蒸气膜的破裂，有利于提通孔高工件的冷却速度。若工件移动不当，使单方向移动较快，会引起变形，移动方式大致有以下几种：图5-3不同形状零件漫入方法1)直移线上下动；2)在直线上下移动的同时，向一方向或前后左右移动，开始萍人时，应先直线上下移动数次，后再边平移边上下移动，如图5一3所示3）倾斜淬人，倾斜移动。（4）淬火介质的温度不宜超过规定范围，否则会降低冷却能力，使工件不宜淬硬。水及水溶液温度应不超过40℃：油温控制在60～80C范围内，碱浴温度以不超过200aC为宜。19
19 1）细长形、圆桶形的工件应按轴向垂直浸人。 2）圆盘形工件应使其轴向与淬火介质液面保持 水平淬人。 3）薄刃工件应使其整个刃口同时先淬人；薄片件 应垂直淬人，使薄片两面同时冷却；大型薄件应快速 垂直淬人，速度越快，变形越小。 4）对薄厚不均匀的工件，应使厚的部分先淬人， 以免开裂。 5）对有凹面或不通孔的工件，应使四面或孔朝上 浸入，以利于排除蒸气。 6）长方形有贯通孔的工件（如冲模），应垂直斜 向淬人，以增加孔部的冷却。 （3）工件浸人淬火介质后，需做适当的移动，以 增强淬火介质的对流，加速蒸气膜的破裂，有利于提 高工件的冷却速度。若工件移动不当，使单方向移动 较快，会引起变形，移动方式大致有以下几种： 1)直移线上下动； 2)在直线上下移动的同时，向一方向或前后左右移动，开始淬人时，应先直线上下移动数 次，后再边平移边上下移动，如图 5－3 所示 。 3）倾斜淬人，倾斜移动。（4）淬火介质的温度不宜超过规定范围，否则会降低冷却能力， 使工件不宜淬硬。水及水溶液温度应不超过 40℃；油温控制在 60～80C 范围内，碱浴温度 以不超过 200aC 为宜