淬火鋼

1、硬度高、強度高，幾乎沒有塑性：這是淬火鋼的主要切削特點。當(dāng)淬火鋼的硬度達(dá)到HRC50～60時，其強度可達(dá)σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分級規(guī)定，淬火鋼的硬度和強度均為9a級，屬于最難切削的材料。

2、切削力大、切削溫度高：要從高硬度和高強度的工件上切下切屑，其單位切削力可達(dá)4500MPa。為了改善切削條件，增大散熱面積，刀具選擇較小的主偏角和副偏角。這時會引起振動，要求要有較好的工藝系統(tǒng)剛性。

3、不易產(chǎn)生積屑瘤：淬火鋼的硬度高、脆性大，切削時不易產(chǎn)生積屑瘤，被加工表面可以獲得較低的表面粗糙度。

4、刀刃易崩碎、磨損：由于淬火鋼的脆性大，切削時切屑與刀刃接觸短，切削力和切削熱集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨損。

5、導(dǎo)熱系數(shù)低：一般淬火鋼的導(dǎo)熱系數(shù)為7.12W/(m"_blank" href="/item/45號鋼/6164974" data-lemmaid="6164974">45號鋼的1/7。材料的切削加工性等級是9a級，屬于很難切削的材料。由于淬火鋼的導(dǎo)熱系數(shù)低，切削熱很難通過切屑帶走，切削溫度很高，加快了刀具磨損。

易淬火鋼焊接熱影響區(qū)的特點

易淬火鋼包括中碳鋼(35、40、45、50鋼)、低碳調(diào)質(zhì)高強度鋼(wc≤0.25%)、中碳調(diào)質(zhì)高強鋼(wc0.25%~0.45%)、耐熱鋼和低溫鋼，其熱影響區(qū)在焊后空冷條件下也能得到馬氏體組織，處于淬火狀態(tài)。如果母材金屬焊前處于退火狀態(tài)，則焊后熱影響區(qū)的組織可分為完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)兩個區(qū)段；如果母材金屬焊前處于淬火狀態(tài)，則還會形成一個回火區(qū)。

1、完全淬火區(qū)指加熱溫度超過Ac3以上的區(qū)段，焊后奧氏體全部轉(zhuǎn)為馬氏體，包括了相當(dāng)于不易淬火鋼焊接熱影響區(qū)中的過熱區(qū)和重結(jié)晶區(qū)。該區(qū)由于存在淬火組織，所以強度和硬度增高塑性和沖擊韌度下降，并且容易產(chǎn)生冷裂紋。

2、不完全淬火區(qū)指加熱溫度在Ac1—Ac3之間的區(qū)段，焊后奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，原鐵素體保持不變，僅有不同程度的長大，最后形成馬氏體-鐵素體組織。該區(qū)段的組織和性能很不均勻，塑性和沖擊韌度下降。

3、回火區(qū)如果母材金屬焊前處于淬火狀態(tài)，則在溫度低于Ac1的區(qū)段，會發(fā)生程度不同的回火過程，稱為回火區(qū)。回火區(qū)的硬度下降、塑性增高。

焊接中不易淬火鋼的熱影響區(qū)特點

焊接中不易淬火鋼包括低碳和合金元素較少的低合金結(jié)構(gòu)鋼(Q345、Q390、Q420鋼)，在固態(tài)下除了有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變外，還有成分變化和第二相析出，即共析轉(zhuǎn)變和析出Fe3CO其焊接熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)和再結(jié)晶區(qū)四個區(qū)段。

1、過熱區(qū)(又稱粗晶區(qū))該區(qū)緊鄰焊縫，溫度范圍是從晶粒急劇長大的溫度開始，一直到固相線的溫度區(qū)間為止，對低碳鋼為1100～1490℃。該區(qū)母材金屬中的鐵素體和珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，奧氏體晶粒長得非常粗大，冷卻后使金屬的沖擊韌度大大降低，一般要比基本金屬低25%~30%，是熱影響區(qū)中的薄弱環(huán)節(jié)。

2、重結(jié)晶區(qū)(又稱正火區(qū)或細(xì)晶區(qū))指過熱區(qū)以下，加熱溫度在Ac3以上的區(qū)域，對低碳鋼為900-1100℃。空冷后得到均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，相當(dāng)于熱處理中的正火組織。因此具有較高的強度、又有較好的塑性和韌度，是熱影響區(qū)中綜合力學(xué)性能最好的區(qū)域。但由于整個焊接接頭的性能取決于接頭中的最薄弱區(qū)域，所以該區(qū)性能雖好，但卻發(fā)揮不了作用。

3、不完全重結(jié)晶區(qū)(又稱不完全正火區(qū)或部分相變區(qū))

指加熱溫度在Ac1～Ac3之間的區(qū)域，對低碳鋼為750~900℃。該區(qū)母材金屬中的全部珠光體和部分鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)榫Я１容^細(xì)小的奧氏體，但仍保留部分鐵素體。冷卻時，奧氏體又轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的鐵素體和珠光體，而未溶入奧氏體的鐵素體不發(fā)生轉(zhuǎn)變，晶粒比較粗大，故這一區(qū)段冷卻后的組織晶粒大小極不均勻，所以力學(xué)性能也不均勻，強度有所下降。

4、再結(jié)晶區(qū)指加熱溫度在450~Ac1之間的區(qū)域，對低碳鋼為450-750℃。對于經(jīng)過壓力加工，即經(jīng)過塑性變形的母材金屬，晶粒發(fā)生破碎現(xiàn)象，在此溫度區(qū)域內(nèi)，再次變成完整的晶粒，稱為再結(jié)晶。本區(qū)域沒有發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，組織沒有變化，因此金屬的力學(xué)性能變化不大，僅塑性稍有改善。對于焊前未經(jīng)塑性變形的母材金屬，本區(qū)不出現(xiàn)。2100433B

通常把鋼加熱到某一適當(dāng)溫度，如亞共析鋼加熱至AC₃（表示鋼在加熱時鐵素體全部溶入奧氏體的臨界點）以上30——60℃，保持一定時間后，使其急速冷卻的工藝過程稱為淬火。淬火可采用水或油作為冷卻介質(zhì)。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。

鋼材淬火后，可使其硬度和強度有很大提高，并能改善某些物理化學(xué)性能。但由于快速冷卻，會出現(xiàn)內(nèi)應(yīng)力，塑性和韌性也有所降低。為提高鋼的綜合性能，通常在淬火后再經(jīng)高溫回火處理的工藝稱調(diào)質(zhì)處理。

淬火鋼是指金屬經(jīng)過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于HRC50的鋼。

包括加熱、保溫、冷卻3個階段。下面以鋼的淬火為例，介紹上述三個階段工藝參數(shù)選擇的原則。

淬火淬火加熱溫度

以鋼的相變臨界點為依據(jù)，加熱淬火時要形成細(xì)小、均勻奧氏體晶粒，淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖《淬火加熱溫度》所示，由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼，尤其低合金鋼。亞共析鋼加熱溫度為Ac₃溫度以上30～50℃。從《淬火加熱溫度》圖中可以看出高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體（A）區(qū)內(nèi)，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac₁、低于Ac₃溫度，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全（或亞臨界）淬火。過共析鋼淬火溫度為Ac₁溫度以上30～50℃，這溫度范圍處于奧氏體與滲碳體（A C）雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨性。對于過共析鋼，若加熱溫度過高，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大，奧氏體碳含量也增加。淬火后，粗大馬氏體組織使鋼件淬火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點下降，殘留奧氏體量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度如圖《淬火加熱溫度》所示，表為常用鋼種淬火的加熱溫度。

實際生產(chǎn)中，加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限，當(dāng)裝爐量較多，欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限；若工件形狀復(fù)雜，變形要求嚴(yán)格等要采用溫度下限。

淬火淬火保溫

淬火保溫時間 由設(shè)備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能。一般鋼件奧氏體晶?？刂圃?～8級。

淬火淬火冷卻

要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。

冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達(dá)到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

淬火工件硬度

淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定其HRC值。

在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的。

由于淬火后金屬硬而脆，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上，消除冷裂紋的手段之一。

淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對于過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應(yīng)考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。

淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力，因而不宜直接應(yīng)用，必須進(jìn)行回火。

淬火溫度830~860℃，油冷淬火

淬火工藝在現(xiàn)代機械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。機械中重要零件，尤其在汽車、飛機、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件千差萬別的技術(shù)要求，發(fā)展了各種淬火工藝。如，按接受處理的部位，有整體、局部淬火和表面淬火；按加熱時相變是否完全，有完全淬火和不完全淬火（對于亞共析鋼，該法又稱亞臨界淬火）；按冷卻時相變的內(nèi)容，有分級淬火，等溫淬火和欠速淬火等。

此外，由于次貨方法各有其特點及局限性，故均在一定條件下獲得應(yīng)用，其中應(yīng)用最普遍的是感應(yīng)加熱表面淬火及火焰淬火。激光束加熱和電子束加熱是目前迅速發(fā)展著的高能密度加熱淬火方法，由于其有一些其它加熱方法所沒有的特點，因而正為人們所矚目。

表面淬火廣泛應(yīng)用于中碳調(diào)質(zhì)鋼或球墨鑄鐵制的機器零件。因為中碳調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)過預(yù)先處理（調(diào)質(zhì)或正火）以后，再進(jìn)行表面淬火，既可以保持心部有較高的綜合機械性能，又可使表面具有較高的硬度（>HRC 50）和耐磨性。例如機床主軸、齒輪、柴油機曲軸、凸輪軸等?；w相當(dāng)于中碳鋼成分的珠光體鐵素體基的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等原則上均可進(jìn)行表面淬火，而以球墨鑄鐵的工藝性能為最好，且又有較高的綜合機械性能，所以應(yīng)用最廣。

高碳鋼表面淬火后，盡管表面硬度和耐磨性提高了，但心部的塑性及韌性較低，因此高碳鋼的表面淬火主要用于承受較小沖擊和交變載荷下工作的工具、量具及高冷硬軋輥。

由于低碳鋼表面淬火后強化效果不顯著，故很少應(yīng)用。 2100433B