航空工程材料教案鋼的淬火

1、項目 （任務）學習子情境：鋼的淬火的認知授課班級授課教師地 點課時/累計審批/日期多媒體教室2/32授課周次課程類型理論課教學方法舉例教學目標知 識 目 標能力（技能）目標掌握基本熱處理淬火的種類、意義、目的、工藝及應用。會利用淬火進行熱處理重難點及解決方法重點：淬火的種類、意義、目的、工藝及應用難點：淬火的選擇和應用解決方法：舉例能力訓練任務及案例飛機上螺栓、彈簧的熱處理教學回顧回顧前面所學的鋼的正火、退火教學過程設計：1.復習上節(jié)課的內容。2.多媒體演示、講解基本熱處理淬火的種類、意義、目的、工藝及應用。學習子情境：鋼的淬火的認知一、教學回顧：回顧前面所學的鋼的正火、退火二、淬火將亞共析鋼

2、加熱到Ac3以上，共析鋼與過共析鋼加熱到Ac1以上（低于Accm）的溫度，保溫后以大于Vk的速度快速冷卻，使奧氏體轉變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝叫淬火。馬氏體強化是鋼的主要強化手段，因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機械性能。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱處理中應用最廣的工藝之一。1、淬火溫度的確定淬火溫度即鋼的奧氏體化溫度，是淬火的主要工藝參數之一。選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細小的奧氏體組織。右圖是碳鋼的淬火溫度范圍。亞共析鋼的淬火溫度一般為Ac3以上3050，淬火后獲得均勻細小的馬氏體組織。如果溫度過高，會因為奧氏體晶粒粗大而得到粗大的馬氏體組織，使鋼的機械性能惡化，特別是使塑性

3、和韌性降低；如果淬火溫度低于Ac3，淬火組織中會保留未溶鐵素體，使鋼的強度硬度下降。2、加熱時間的確定加熱時間由升溫時間和保溫時間組成。由零件入爐溫度升至淬火溫度所需的時間為升溫時間，并以此作為保溫時間的開始。保溫時間是指零件燒透及完成奧氏體化過程所需要的時間。加熱時間通常根據經驗公式估算或通過實驗確定。生產中往往要通過實驗確定合理的加熱及保溫時間，以保證工件質量。3、淬火冷卻介質的確定淬火過程是冷卻非?？斓倪^程。為了得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但是，冷卻速度快必然產生很大的淬火內應力，這往往會引起工件變形。淬火的目的是得到馬氏體組織，同時又要避免產生變形和開裂。理想

4、的淬火冷卻曲線如下圖所示。只要在“鼻尖”溫度附近快冷，使冷卻曲線躲過“鼻尖”，不碰上C曲線，就能得到馬氏體。也就是說，在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開“鼻尖”，保證不產生非馬氏體相變；而在Ms點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉變時的相變應力。但是到目前為止，還找不到完全理想的淬火冷卻介質。 常用的淬火冷卻介質是水、鹽或堿的水溶液和各種礦物油、植物油。4淬火方法選擇適當的淬火方法同選用淬火介質一樣，可以保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應力，減少工件變形和開裂傾向。（1）單液淬火它是將奧氏體狀態(tài)的工件放入一

5、種淬火介質中一直冷卻到室溫的淬火方法（見圖中曲線1）。這種方法操作簡單，容易實現機械化，適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。（2）雙液淬火它是先將奧氏體狀態(tài)的工件在冷卻能力強的淬火介質中冷卻至接近Ms點溫度時，再立即轉入冷卻能力較弱的淬火介質中冷卻，直至完成馬氏體轉變（見圖中曲線2）。（3）分級淬火它是將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入略高于鋼的Ms點的鹽浴或堿浴爐中（150260）保溫，當工件內外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉變（見圖中曲線3）。（4）等溫淬火它是將奧氏體化后的工件在稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。5、鋼的淬透性、淬硬

6、性淬透性是鋼的重要熱處理工藝性能，也是選材和制定熱處理工藝的重要依據之一。（1）淬透性的概念鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得淬硬層（也稱為淬透層）深度的能力，其大小用鋼在一定條件下淬火獲得的淬硬層深度來表示。（2）影響淬透性的因素影響淬透性的主要因素是化學成分，除Co以外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性。另外，奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會影響淬透性。（3）淬硬性淬硬性是指鋼淬火后能達到的最高硬度，它主要取決于馬氏體的含碳量。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高。例如，低碳合金鋼淬透性相當好，但其淬硬性卻不高；高碳非合金鋼的淬硬性高，但其淬透性卻差。6、淬火缺陷鋼熱

7、處理后的缺陷常有硬度不高、硬度分布不均勻、變形與開裂等。1硬度不足或出現軟點經淬火后零件硬度偏低和出現軟點的主要原因是：（1）亞共析鋼加熱溫度低或保溫時間不充分，淬火組織中有殘留鐵素體；（2）加熱過程中鋼件表面發(fā)生氧化、脫碳，淬火后局部生成非馬氏體組織；（3）淬火時，冷卻速度不足或冷卻不均勻，未全部得到馬氏體組織；（4）淬火介質不清潔，工作表面不干凈，影響了工件的冷卻速度，致使未能全部淬硬。如果材質及零件截面尺寸正常情況下，為防止淬火后零件硬度偏低最重要的是防止加熱時零件表面脫碳。其中最有效的辦法是采用鹽浴或可控氣氛或真空加熱。若在一般空氣電阻爐中加熱，在確保零件燒透及組織轉變的前提下力求盡量

8、縮短加熱時間。2零件變形與開裂淬火工藝過程中零件變形是必然的，正常的，但零件出現表面裂紋導致表面或整體開裂是不允許的，一般作為廢品處理（高碳鋼淬火零件內部出現微裂紋，經回火后能消除的除外）。 （1）引起變形和開裂的原因在淬火加熱時零件由于熱應力以及高溫時材料強度降低延性增加會導致變形。對合金鋼而言，由于其導熱性較差，若加熱速度太快，不僅零件變形大，甚至有開裂的危險。在冷卻過程中由于熱應力與組織應力的共同作用，零件常出現變形，有的甚至出現表面裂紋。熱應力是加熱或冷卻過程中，零件由表面至心部各層的加熱或冷卻速度不一樣造成的。淬火冷卻過程中零件表面存在的組織應力常為拉應力，所以其危害最大，它是在冷卻

9、過程中零件由表層至心部各層奧氏體轉變?yōu)轳R氏體先后不一樣造成的。零件淬火后出現變形、開裂，熱處理工藝不當是重要因素。如加熱溫度過高造成奧氏體晶粒粗大，合金鋼加熱速度快造成熱應力加大，加熱時工件氧化、脫碳嚴重，以及冷卻介質選擇不當，工件入冷卻介質的方式不對等諸因素都會導致工件變形甚至開裂。但是在正常的淬火工藝下要從材質本身及前序冷熱加工中尋找原因，諸如鋼材內在夾雜物含量、化學成份、異常組織等超過標準要求，淬火之前工件表面存在裂紋、有深的加工刀痕，以及零件形狀分布不合理等因素都會導致淬火過程中零件變形甚至開裂。 （2）防止淬火工藝過程零件變形、開裂的措施：a）正確選材和合理設計。對于形狀復雜、截面變

10、化大的零件，應選用淬透性好的鋼材，以便采用較緩和的淬火冷卻方式。在零件結構設計中，應注意熱處理結構工藝性。b）淬火前進行相應的退火或正火，以細化晶粒并使組織均勻化，減少淬火內應力。c）嚴格控制淬火加熱溫度，防止過熱缺陷，同時也可減少淬火時的熱應力。d）采用適當的冷卻方法，如雙液淬火、馬氏體分級淬火或貝氏體等溫淬火等。淬火時盡可能使零件均勻冷卻，對厚薄不均勻的零件，應先將厚大部分淬入介質中。薄件、細長桿和復雜件，可采用夾具或專用淬火壓床控制淬火時的變形。e）淬火后應立即回火，以消除應力，降低工件的脆性。 （3）熱處理件結構工藝性在實際生產中，工程師們有時只注意到如何使零件的結構、形狀及尺寸適合部

11、件機構的需要，而往往忽視了零件在熱處理過程中因其結構和加工工藝不合理給熱處理工序帶來的不便，以致引起淬火變形甚至開裂，使零件報廢。因此，在設計時，必須充分考慮淬火零件的結構、形狀及各部分的尺寸以及加工工藝與熱處理工藝性的關系。在設計淬火零件的結構、形狀及尺寸時，應掌握以下原則：1在零件設計過程中，要在尖角、棱角地方倒角。因為尖角、棱角部分是淬火時應力最為集中地方，往往成為淬火裂紋的起點。設計時要避免厚薄懸殊，使淬火后薄處變形直徑增大。設計時還要考慮零件對稱。2在選擇材質時，嚴格按標準取用鋼材，特別要注意其中的化學成分以及硫、磷含量、非金屬夾雜雜等級是否符合標準。3合理安排加工工藝路線，通過淬火之前的熱處理（退火、正火等）將組織調整到正常組織，內應力予以消除，