航空工程材料教案鋼的淬火

1、項(xiàng)目 （任務(wù)）學(xué)習(xí)子情境：鋼的淬火的認(rèn)知授課班級(jí)授課教師地 點(diǎn)課時(shí)/累計(jì)審批/日期多媒體教室2/32授課周次課程類(lèi)型理論課教學(xué)方法舉例教學(xué)目標(biāo)知 識(shí) 目 標(biāo)能力（技能）目標(biāo)掌握基本熱處理淬火的種類(lèi)、意義、目的、工藝及應(yīng)用。會(huì)利用淬火進(jìn)行熱處理重難點(diǎn)及解決方法重點(diǎn)：淬火的種類(lèi)、意義、目的、工藝及應(yīng)用難點(diǎn)：淬火的選擇和應(yīng)用解決方法：舉例能力訓(xùn)練任務(wù)及案例飛機(jī)上螺栓、彈簧的熱處理教學(xué)回顧回顧前面所學(xué)的鋼的正火、退火教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)：1.復(fù)習(xí)上節(jié)課的內(nèi)容。2.多媒體演示、講解基本熱處理淬火的種類(lèi)、意義、目的、工藝及應(yīng)用。學(xué)習(xí)子情境：鋼的淬火的認(rèn)知一、教學(xué)回顧：回顧前面所學(xué)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(guò)共析鋼加熱到Ac1以上（低于A(yíng)ccm）的溫度，保溫后以大于Vk的速度快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝叫淬火。馬氏體強(qiáng)化是鋼的主要強(qiáng)化手段，因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機(jī)械性能。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱處理中應(yīng)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(shù)之一。選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細(xì)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(xì)小的馬氏體組織。如果溫度過(guò)高，會(huì)因?yàn)閵W氏體晶粒粗大而得到粗大的馬氏體組織，使鋼的機(jī)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A(yíng)c3，淬火組織中會(huì)保留未溶鐵素體，使鋼的強(qiáng)度硬度下降。2、加熱時(shí)間的確定加熱時(shí)間由升溫時(shí)間和保溫時(shí)間組成。由零件入爐溫度升至淬火溫度所需的時(shí)間為升溫時(shí)間，并以此作為保溫時(shí)間的開(kāi)始。保溫時(shí)間是指零件燒透及完成奧氏體化過(guò)程所需要的時(shí)間。加熱時(shí)間通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式估算或通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。生產(chǎn)中往往要通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合理的加熱及保溫時(shí)間，以保證工件質(zhì)量。3、淬火冷卻介質(zhì)的確定淬火過(guò)程是冷卻非常快的過(guò)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(chǎn)生很大的淬火內(nèi)應(yīng)力，這往往會(huì)引起工件變形。淬火的目的是得到馬氏體組織，同時(shí)又要避免產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。理想

4、的淬火冷卻曲線(xiàn)如下圖所示。只要在“鼻尖”溫度附近快冷，使冷卻曲線(xiàn)躲過(guò)“鼻尖”，不碰上C曲線(xiàn)，就能得到馬氏體。也就是說(shuō)，在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類(lèi)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(kāi)“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點(diǎn)附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。但是到目前為止，還找不到完全理想的淬火冷卻介質(zhì)。 常用的淬火冷卻介質(zhì)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(dāng)?shù)拇慊鸱椒ㄍx用淬火介質(zhì)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(yīng)力，減少工件變形和開(kāi)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(zhì)中一直冷卻到室溫的淬火方法（見(jiàn)圖中曲線(xiàn)1）。這種方法操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，適用于形狀簡(jiǎn)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(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點(diǎn)溫度時(shí)，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變（見(jiàn)圖中曲線(xiàn)2）。（3）分級(jí)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(diǎn)的鹽浴或堿浴爐中（150260）保溫，當(dāng)工件內(nèi)外溫度均勻后，再?gòu)脑t中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉(zhuǎn)變（見(jiàn)圖中曲線(xiàn)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(shí)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(jù)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(shí)獲得淬硬層（也稱(chēng)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(lái)表示。（2）影響淬透性的因素影響淬透性的主要因素是化學(xué)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(huì)影響淬透性。（3）淬硬性淬硬性是指鋼淬火后能達(dá)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(dāng)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(kāi)裂等。1硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)經(jīng)淬火后零件硬度偏低和出現(xiàn)軟點(diǎn)的主要原因是：（1）亞共析鋼加熱溫度低或保溫時(shí)間不充分，淬火組織中有殘留鐵素體；（2）加熱過(guò)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(shí)，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(zhì)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(zhì)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(shí)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(zhuǎn)變的前提下力求盡量

8、縮短加熱時(shí)間。2零件變形與開(kāi)裂淬火工藝過(guò)程中零件變形是必然的，正常的，但零件出現(xiàn)表面裂紋導(dǎo)致表面或整體開(kāi)裂是不允許的，一般作為廢品處理（高碳鋼淬火零件內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，經(jīng)回火后能消除的除外）。 （1）引起變形和開(kāi)裂的原因在淬火加熱時(shí)零件由于熱應(yīng)力以及高溫時(shí)材料強(qiáng)度降低延性增加會(huì)導(dǎo)致變形。對(duì)合金鋼而言，由于其導(dǎo)熱性較差，若加熱速度太快，不僅零件變形大，甚至有開(kāi)裂的危險(xiǎn)。在冷卻過(guò)程中由于熱應(yīng)力與組織應(yīng)力的共同作用，零件常出現(xiàn)變形，有的甚至出現(xiàn)表面裂紋。熱應(yīng)力是加熱或冷卻過(guò)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(guò)程中零件表面存在的組織應(yīng)力常為拉應(yīng)力，所以其危害最大，它是在冷卻

9、過(guò)程中零件由表層至心部各層奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體先后不一樣造成的。零件淬火后出現(xiàn)變形、開(kāi)裂，熱處理工藝不當(dāng)是重要因素。如加熱溫度過(guò)高造成奧氏體晶粒粗大，合金鋼加熱速度快造成熱應(yīng)力加大，加熱時(shí)工件氧化、脫碳嚴(yán)重，以及冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)，工件入冷卻介質(zhì)的方式不對(duì)等諸因素都會(huì)導(dǎo)致工件變形甚至開(kāi)裂。但是在正常的淬火工藝下要從材質(zhì)本身及前序冷熱加工中尋找原因，諸如鋼材內(nèi)在夾雜物含量、化學(xué)成份、異常組織等超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)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(huì)導(dǎo)致淬火過(guò)程中零件變形甚至開(kāi)裂。 （2）防止淬火工藝過(guò)程零件變形、開(kāi)裂的措施：a）正確選材和合理設(shè)計(jì)。對(duì)于形狀復(fù)雜、截面變

10、化大的零件，應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意熱處理結(jié)構(gòu)工藝性。b）淬火前進(jìn)行相應(yīng)的退火或正火，以細(xì)化晶粒并使組織均勻化，減少淬火內(nèi)應(yīng)力。c）嚴(yán)格控制淬火加熱溫度，防止過(guò)熱缺陷，同時(shí)也可減少淬火時(shí)的熱應(yīng)力。d）采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，如雙液淬火、馬氏體分級(jí)淬火或貝氏體等溫淬火等。淬火時(shí)盡可能使零件均勻冷卻，對(duì)厚薄不均勻的零件，應(yīng)先將厚大部分淬入介質(zhì)中。薄件、細(xì)長(zhǎng)桿和復(fù)雜件，可采用夾具或?qū)Ｓ么慊饓捍部刂拼慊饡r(shí)的變形。e）淬火后應(yīng)立即回火，以消除應(yīng)力，降低工件的脆性。 （3）熱處理件結(jié)構(gòu)工藝性在實(shí)際生產(chǎn)中，工程師們有時(shí)只注意到如何使零件的結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸適合部

11、件機(jī)構(gòu)的需要，而往往忽視了零件在熱處理過(guò)程中因其結(jié)構(gòu)和加工工藝不合理給熱處理工序帶來(lái)的不便，以致引起淬火變形甚至開(kāi)裂，使零件報(bào)廢。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮淬火零件的結(jié)構(gòu)、形狀及各部分的尺寸以及加工工藝與熱處理工藝性的關(guān)系。在設(shè)計(jì)淬火零件的結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸時(shí)，應(yīng)掌握以下原則：1在零件設(shè)計(jì)過(guò)程中，要在尖角、棱角地方倒角。因?yàn)榧饨?、棱角部分是淬火時(shí)應(yīng)力最為集中地方，往往成為淬火裂紋的起點(diǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)要避免厚薄懸殊，使淬火后薄處變形直徑增大。設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮零件對(duì)稱(chēng)。2在選擇材質(zhì)時(shí)，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)取用鋼材，特別要注意其中的化學(xué)成分以及硫、磷含量、非金屬夾雜雜等級(jí)是否符合標(biāo)準(zhǔn)。3合理安排加工工藝路線(xiàn)，通過(guò)淬火之前的熱處理（退火、正火等）將組織調(diào)整到正常組織，內(nèi)應(yīng)力予以消除，