鋼件的淬火開裂及防止方法（第2版）

1　鋼中馬氏體相變與淬火

1.1　馬氏體相變的特征及定義

1.1.1 馬氏體相變的基本特征

1.1.2 馬氏體相變的判據(jù)

1.1.3 馬氏體相交及馬氏體的定義

1.2　馬氏體相變的分類

1.2.1 按相變驅(qū)動(dòng)力分類

1.2.2 按馬氏體相變動(dòng)力學(xué)特征分類

1.3　馬氏體相變熱力學(xué)及馬氏體點(diǎn)

1.3.1 Fe～C合金馬氏體相變熱力學(xué)條件

1.3.2 相變驅(qū)動(dòng)力和相變阻力的熱力學(xué)運(yùn)算

1.3.3 純鐵的馬氏體點(diǎn)

1.3.4 鋼的馬氏體點(diǎn)

1.3.5 馬氏體點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用

1.4　馬氏體的物理本質(zhì)及組織形態(tài)

1.4.1 鋼中馬氏體的物理本質(zhì)

1.4.2 體心立方馬氏體（小于0.2%C)

1.4.3　體心正方馬氏體（0.2%～1.9%C)

1.4.4 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)與質(zhì)量體積的關(guān)系

1.4.5 Fe～M系合金馬氏體

1.4.6　有色合金馬氏體

1.5　馬氏體相變的形核

1.5.1 引言

1.5.2　位錯(cuò)圈相界面模型

1.5.3　應(yīng)變核胚模型

1.5.4　層錯(cuò)形核及長大模型

1.6　馬氏體相變晶體學(xué)的經(jīng)典模型

1.6.1 馬氏體相變的K—S切變模型

1.6.2 馬氏體相變的G—T模型，均勻切變和非均勻切變

1.6.3 馬氏體相變的8—B雙重切變模型

1.7 馬氏體相變晶體學(xué)的唯象學(xué)說

1.7.1 不變平面應(yīng)變的概念

1.7.2 貝茵應(yīng)變不是不變平面應(yīng)變

1.7.3 不畸變平面的產(chǎn)生

1.7.4 簡(jiǎn)單切變

1.7.5 剛性轉(zhuǎn)動(dòng)

1.7.6　矩陣式描述

1.8　奧氏體的穩(wěn)定化及殘留奧氏體

1.8.1 奧氏體的熱穩(wěn)定化

1.8.2　奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化

1.8.3　殘留奧氏體

1.9　馬氏體的力學(xué)性能

1.9.1 馬氏體的強(qiáng)度和硬度

1.9.2 馬氏體的韌性和脆性

1.9.3 馬氏體相變超塑性

1.10　鋼件的淬火

1.10.1 淬火的定義

1.10.2　淬火加熱溫度

1.10.3　淬火冷卻介質(zhì)

1.10.4　鋼的淬透性

1.10.5 常用淬火方法

參考文獻(xiàn)

2　鋼的淬火顯微開裂

2.1 馬氏體顯微裂紋的形態(tài)

2.2　馬氏體顯微裂紋的形成

2.3　影響淬火顯微開裂的因素

2.3.1 淬火介質(zhì)溫度的影響

2.3.2 馬氏體轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)的影響

2.3.3 馬氏體中固溶碳量的影響

2.3.4 馬氏體片長度是控制因素

2.4　顯微裂紋對(duì)鋼力學(xué)性能的影響

2.4.1 顯微裂紋對(duì)韌性的影響

2.4.2 顯微裂紋對(duì)強(qiáng)度的影響

參考文獻(xiàn)

3　熱處理應(yīng)力

3.1 基礎(chǔ)應(yīng)力及殘余應(yīng)力

3.1.1 急冷熱應(yīng)力及殘余應(yīng)力

3.1.2 急冷相變應(yīng)力及殘余應(yīng)力

3.1.3 急熱熱應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力

……

4　鋼件的淬火裂紋形態(tài)及斷口

5　影響淬火開裂的因素

6　防止的鋼件淬火開裂的方法

7　鋼件開裂實(shí)例分析

8　熱處理變形及防止方法

附錄2100433B

《鋼件的淬火開裂及防止方法(第2版)》內(nèi)容以鋼件的淬火裂紋及其防止方法為中心，介紹了與淬火開裂相關(guān)的馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和切變特征；詳細(xì)論述了導(dǎo)致鋼件淬火裂紋的內(nèi)部因素和外部條件，如淬火馬氏體的本質(zhì)脆性及影響因素；闡述了淬火宏觀內(nèi)應(yīng)力的成因及變化規(guī)律，并分析了從馬氏體的顯微開裂到鋼件的宏觀開裂的形成機(jī)理；最后介紹了生產(chǎn)中影響鋼件淬裂的因素及其防止措施和工藝方法等。

《鋼件的淬火開裂及防止方法(第2版)》既有深入的理論分析，又有較豐富的生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于防止實(shí)際生產(chǎn)中的鋼件開裂有較好的指導(dǎo)作用?！朵摷拇慊痖_裂及防止方法(第2版)》可供從事鋼鐵材料科學(xué)研究的科研人員及從事鋼件熱處理生產(chǎn)的技術(shù)人員閱讀，也可供大專院校金屬材料等熱加工類專業(yè)師生參考。

1　鋼中馬氏體相變與淬火　1.1　馬氏體相變的特征及定義 1.1.1 馬氏體相變的基本特征 1.1.2 馬氏體相變的判據(jù) 1.1.3 馬氏體相交及馬氏體的定義　1.2　馬氏體相變的分類 1.2.1 按相變驅(qū)動(dòng)力分類 1.2.2 按馬氏體相變動(dòng)力學(xué)特征分類 1.3　馬氏體相變熱力學(xué)及馬氏體點(diǎn) 1.3.1 Fe～C合金馬氏體相變熱力學(xué)條件 1.3.2 相變驅(qū)動(dòng)力和相變阻力的熱力學(xué)運(yùn)算 1.3.3 純鐵的馬氏體點(diǎn) 1.3.4 鋼的馬氏體點(diǎn) 1.3.5 馬氏體點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)際中的應(yīng)用　1.4　馬氏體的物理本質(zhì)及組織形態(tài) 1.4.1 鋼中馬氏體的物理本質(zhì) 1.4.2 體心立方馬氏體（小于0.2%C) 1.4.3　體心正方馬氏體（0.2%～1.9%C) 1.4.4 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)與質(zhì)量體積的關(guān)系 1.4.5 Fe～M系合金馬氏體 1.4.6　有色合金馬氏體　1.5　馬氏體相變的形核 1.5.1 引言 1.5.2　位錯(cuò)圈相界面模型 1.5.3　應(yīng)變核胚模型 1.5.4　層錯(cuò)形核及長大模型 1.6　馬氏體相變晶體學(xué)的經(jīng)典模型 1.6.1 馬氏體相變的K—S切變模型 1.6.2 馬氏體相變的G—T模型，均勻切變和非均勻切變 1.6.3 馬氏體相變的8—B雙重切變模型 1.7 馬氏體相變晶體學(xué)的唯象學(xué)說 1.7.1 不變平面應(yīng)變的概念 1.7.2 貝茵應(yīng)變不是不變平面應(yīng)變 1.7.3 不畸變平面的產(chǎn)生 1.7.4 簡(jiǎn)單切變 1.7.5 剛性轉(zhuǎn)動(dòng) 1.7.6　矩陣式描述 1.8　奧氏體的穩(wěn)定化及殘留奧氏體 1.8.1 奧氏體的熱穩(wěn)定化 1.8.2　奧氏體的機(jī)械穩(wěn)定化 1.8.3　殘留奧氏體 1.9　馬氏體的力學(xué)性能 1.9.1 馬氏體的強(qiáng)度和硬度 1.9.2 馬氏體的韌性和脆性 1.9.3 馬氏體相變超塑性 1.10　鋼件的淬火 1.10.1 淬火的定義 1.10.2　淬火加熱溫度 1.10.3　淬火冷卻介質(zhì) 1.10.4　鋼的淬透性 1.10.5 常用淬火方法2　鋼的淬火顯微開裂3　熱處理應(yīng)力4　鋼件的淬火裂紋形態(tài)及斷口5　影響淬火開裂的因素6　防止的鋼件淬火開裂的方法7　鋼件開裂實(shí)例分析8　熱處理變形及防止方法附錄

2100433B

劉宗昌，內(nèi)蒙古科技大學(xué)教授，1940年生，河北省玉田人。1965年畢業(yè)于北京鋼鐵學(xué)院(現(xiàn)北京科技大學(xué))金屬學(xué)系。現(xiàn)任中國熱處理學(xué)會(huì)理事，《金屬熱處理》、《兵器材料科學(xué)與工程》、《熱處理技術(shù)與裝備》等雜志編委會(huì)委員；1992年被評(píng)為冶金部高校先進(jìn)科技工作者；1993年獲全國優(yōu)秀教師稱號(hào)并獲得獎(jiǎng)?wù)隆Ｏ硎苷厥饨蛸N。

長期講授“金屬熱處理”、“金屬材料學(xué)”、“固態(tài)相變”等課程，獲得多項(xiàng)教學(xué)改革成果獎(jiǎng)和教學(xué)優(yōu)秀獎(jiǎng)，如“培養(yǎng)大學(xué)生撰寫科技論文的方法”獲冶金部教學(xué)改革二等獎(jiǎng)；“教學(xué)、科研、生產(chǎn)三結(jié)合的運(yùn)行機(jī)制”獲冶金部教學(xué)改革三等獎(jiǎng)等。

從事金屬材料、固態(tài)相變和鋼的冶金質(zhì)量研究，完成橫向、縱向課題共計(jì)30多項(xiàng)。獲省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)11項(xiàng)，如2004年“45Cr2NiMoVSi等特殊鋼鍛件去氫、節(jié)能、高效退火新工藝研究”獲內(nèi)蒙古科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)等；擁有專利兩項(xiàng)；出版《金屬固態(tài)相變教程》、《冶金類熱處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用》、《鋼件淬火開裂及防止方法》等4部作品；發(fā)表學(xué)術(shù)論文等180余篇。

一種大型軸鍛件的淬火方法專利目的

針對(duì)2014年12月之前的淬火方法容易使大型軸鍛件存在淬火后硬度不足、內(nèi)部組織形態(tài)不均勻、發(fā)生淬火開裂的情況，《一種大型軸鍛件的淬火方法》的淬火液在高溫階段冷速略高于淬火油而接近普通蒸餾水，Ar1溫度時(shí)冷卻速度很慢，接近快速油的淬火液，可使35CrMo鋼制大型軸鍛件在正火后，淬火剛?cè)胗蜁r(shí)表面均勻冷速，在低溫階段換熱緩慢，有效釋放組織應(yīng)力，防止淬火開裂。

一種大型軸鍛件的淬火方法技術(shù)方案

《一種大型軸鍛件的淬火方法》其步驟為：

（1）制備淬火液，淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺混合物8-12份，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物2-4份，聚酰胺聚乙二醇2-4份，消泡劑0.5-0.6份，水3-7份，分散劑2-5份，其中，聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的質(zhì)量比為1:1；

（2）將大型軸鍛件加熱至850℃以上，然后保溫2-3小時(shí)；

（3）將步驟（2）中保溫結(jié)束后的大型軸鍛件浸入步驟（1）中制備的淬火液中淬火；

（4）當(dāng)步驟（3）中大型軸鍛件的溫度降至80-100℃時(shí)將其從淬火液中取出，然后進(jìn)行空冷。

優(yōu)選地，所述的淬火液的組成成份及質(zhì)量份數(shù)為：聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺混合物10份，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物3份，聚酰胺聚乙二醇3份，消泡劑0.4份，水5份，分散劑4份。優(yōu)選地，所述的消泡劑為均分子量為6000-8000的聚醚；所述的分散劑為聚二甲基硅氧烷，所述的環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物的均分子量為20000-30000。

優(yōu)選地，所述的步驟（1）中淬火液的制備方法為：

（a）按質(zhì)量份數(shù)稱取4-6份的聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯和4-6份的聚丙烯酰胺在28-35℃條件下加入帶有攪拌裝置的調(diào)和釜中攪拌均勻，得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯與聚丙烯酰胺的固態(tài)混合物；

（b）將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至55-70℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取2-5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至30-40℃，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液A液；

（c）按質(zhì)量份數(shù)稱取2-4份環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物、2-4份聚酰胺聚乙二醇和1-3份水加熱至30-40℃混合均勻，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液B液；

（d）將步驟（c）中得到的淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液混合均勻，同時(shí)加入0.5-0.6份消泡劑；

（e）攪拌0.5-1小時(shí)后冷卻至室溫靜置1-2小時(shí)，得到用于35CrMo制大型軸鍛件的專用淬火液。

優(yōu)選地，所述的步驟（b）中將步驟（a）中的調(diào)和釜加熱至60℃，然后按質(zhì)量份數(shù)稱取2-5份水加入調(diào)和釜中攪拌30分鐘后冷卻至35℃，然后加入1-3份分散劑混合均勻得到淬火液A液。優(yōu)選地，所述的步驟（d）中當(dāng)淬火液B液和A液冷卻至37℃時(shí)，將淬火液B液滴加入步驟（b）中的調(diào)和釜中與A液混合均勻。優(yōu)選地，所述的步驟（d）中淬火液B液的滴加速度為（0.2-0.5）份/分鐘。優(yōu)選地，所述的步驟（a）、（b）、（c）中攪拌速度為200-300轉(zhuǎn)/小時(shí)；所述的步驟（d）、（e）中攪拌速度為300-450轉(zhuǎn)/小時(shí)。優(yōu)選地，所述的步驟（2）中將大型軸鍛件加熱至880℃，然后保溫2.2小時(shí)。所述的大型軸鍛件為35CrMo鋼制大型軸鍛件（直徑400-500毫米）。

一種大型軸鍛件的淬火方法改善效果

（1）《一種大型軸鍛件的淬火方法》其中制備的淬火液以多種聚合物為原料，主要適合用于35CrMo鋼制大型軸鍛件（直徑400-500毫米，長度5-10米）淬火，35CrMo鋼制大型軸鍛件因其材料淬透性較好，尺寸比較大，加熱后應(yīng)力比較集中，對(duì)其淬火時(shí)很難在較短的時(shí)間內(nèi)將熱量均勻發(fā)散，容易形成表面驟冷，心部過熱的“脆皮”現(xiàn)象，如果只采用單一淬火冷卻方式很難獲得理想的組織結(jié)構(gòu)，而該發(fā)明中的淬火液能夠有效避免用普通快速淬火油淬火后硬度不足、內(nèi)部組織形態(tài)不均勻、易開裂等風(fēng)險(xiǎn)；

（2）該發(fā)明采用的淬火液組分中，環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物含量相對(duì)較少，與聚丙烯-甲基丙烯酸與聚丙烯酰胺混合物以及聚酰胺聚乙二醇配合使用能得到非常良好的淬火效果，有效克服了環(huán)氧乙烷和環(huán)氧丙烷無規(guī)共聚物易受污染、易變質(zhì)失效等缺陷；

（3）該發(fā)明采用大型軸鍛件在高溫階段的冷速略高于淬火油而接近普通蒸餾水，Ar1溫度時(shí)冷卻速度很慢，接近快速油的淬火液，可使35CrMo鋼制大型軸鍛件在正火后，淬火剛?cè)胗蜁r(shí)表面均勻冷速，在低溫階段換熱緩慢，有效釋放組織應(yīng)力，防止淬火開裂；

（4）該發(fā)明提供的淬火液能一次完成對(duì)35CrMo制大型軸鍛件的淬火，工藝簡(jiǎn)單，改變了傳統(tǒng)雙液、三液淬火工藝，能夠有效避免35CrMo鋼大型軸鍛件淬火開裂，淬火效果好。