前言

      熱處理中有許多知識(shí)點(diǎn)容易讓人產(chǎn)生混淆，不知大家在日常的工作中是否有注意到？

      本期內(nèi)容整理了5個(gè)熱處理易混淆知識(shí)，以供大家參考。

淬火加熱溫度與淬火溫度的差異

     在現(xiàn)場(chǎng)通常說(shuō)淬火加熱溫度800℃，或說(shuō)在800℃淬火，你考慮過(guò)這是什么意思嗎？所謂淬火加熱溫度就是把淬火溫度設(shè)為800℃，并在此溫度下加熱；也可以說(shuō)是加熱溫度為800℃。而后者所謂800°C淬火，則淬火時(shí)溫度為800℃，也就是說(shuō)零件投入淬火液時(shí)的溫度為800℃，為此，估計(jì)到從加熱爐取出再拿到淬火槽的一小段時(shí)間內(nèi)溫度有所下降，應(yīng)按所降的那部分提高加熱溫度。

     也就是說(shuō)設(shè)定的淬火加熱溫度應(yīng)為800℃+α。例如，若溫度下降100℃，則淬火加熱溫度為800℃+100℃=900℃，投入淬火液的溫度正好是800℃，這可解釋為800℃淬火?？梢?jiàn)，淬火加熱溫度為800℃和淬火溫度為800℃，兩者的含義是不大相同的。

      因此，為了防止誤解，不使用淬火加熱溫度這個(gè)詞，最好區(qū)分為奧氏體化溫度(T_a)和淬火溫度(T_q)。奧氏體化溫度是淬火的最高加熱溫度，淬火溫度為投入淬火液時(shí)的溫度，兩者必須分淸。最近學(xué)會(huì)等組織都不使用淬火加熱溫度這個(gè)詞，而用奧氏體化溫度這個(gè)名訶，這也是世界性的傾向。但是淬火溫度這個(gè)詞還不大使用，重要的是T_a和T_q分開(kāi)用。

     從各種實(shí)驗(yàn)可看到，T_a和T_q之間約有100℃的溫差。因此，只要在奧氏體化溫度加熱，從爐子取出后就沒(méi)有必要忙亂地投入油或水中。敏捷地淬火可以說(shuō)是一個(gè)竅門(mén)！這種作法叫做延遲淬火。難怪把淬火的熱曲線改成如圖1（b）那樣。

圖1 淬火的熱曲線

      奧氏體化溫度TA依鋼化學(xué)成分的差異而不同，大致傾向如表1所示。

表1 每添加元素1%時(shí)TA的變動(dòng)

加熱時(shí)間和保溫時(shí)間的差異

     在熱處理作業(yè)中都嚴(yán)格規(guī)定加熱溫度，但保溫時(shí)間卻規(guī)定得非常草率，也就是說(shuō)，淬火的保溫時(shí)間，很早以前所說(shuō)的“一英寸（2.54毫米）見(jiàn)方需30分鐘”已被公認(rèn)。產(chǎn)品目錄和教科書(shū)都是這樣寫(xiě)的。因此大件的保溫時(shí)間長(zhǎng)，小件保溫時(shí)間短乃是常識(shí)。按照這個(gè)說(shuō)法果真好嗎？

      大件升溫時(shí)間長(zhǎng)，小件升溫時(shí)間短，熱處理溫度（例如淬火溫度）達(dá)到后的保持時(shí)間，大件與小件無(wú)區(qū)別，應(yīng)該是一定的。自然這是處理件內(nèi)外達(dá)到該溫度后的時(shí)間（參照?qǐng)D 2）。為了檢査是否達(dá)到正確的淬火溫度，通常根據(jù)溫度計(jì)（溫控表）的指示，但必須注意這是熱電偶端部溫度，而不是處理件的溫度。處理件越大，零件的裝入量越多，溫度計(jì)的指示溫度和處理件的實(shí)際溫度相差就越大，也即產(chǎn)生加熱遲滯時(shí)間。

圖2 升溫、保溫和加熱時(shí)間的關(guān)系

升溫時(shí)間t₃＞t₁；加熱時(shí)間t₄＞t₂；

升溫時(shí)間+保溫時(shí)間=加熱時(shí)間

T_1+t=t₂

T_3+t=t₄

      說(shuō)起來(lái)，淬火是把奧氏體化了的物件快速冷卻并使之硬化的操作。鋼相變?yōu)閵W氏體時(shí)，合金結(jié)構(gòu)鋼（珠光體系）只用瞬時(shí)（変為奧氏體所需時(shí)間為零），只要轉(zhuǎn)變成奧氏體，淬火第一階段就完成了，何必要一英寸見(jiàn)方保溫30分鐘呢？處理件心部已轉(zhuǎn)變成奧氏體再淬火，是妥當(dāng)?shù)摹Ｒ布幢貢r(shí)間最好為零，見(jiàn)圖3（a）（高頻淬火與此相同）。

圖3 淬火的熱循環(huán)

     與此相反，工具鋼（碳化物系）的基體相變?yōu)閵W氏體后， 此奧氏體中有約50~70%的初析碳化物不固溶，那么淬火就不硬化，所以必須有一些保溫時(shí)間。然而，即使這樣，“一英寸見(jiàn)方需30分鐘”也太長(zhǎng)，充其量10分鐘左右就夠了，見(jiàn)圖3（b）。當(dāng)然，根據(jù)碳化物的種類(lèi)、形狀、數(shù)量、分布狀態(tài)等，保溫時(shí)間多少應(yīng)有些變動(dòng)，總之：

加熱升溫時(shí)間=f（被處理件的大?。?/p>

淬火保溫時(shí)間=f（鋼質(zhì)）

其中：

合金結(jié)構(gòu)鋼（珠光體系）=0

工具鋼（碳化物系）=約10分鐘

冷卻方法和冷卻效果的差異

     在熱處理中，冷卻方法很重要。冷卻的快慢能使鋼變軟或變硬。冷卻介質(zhì)叫冷卻劑，包括空氣、油、水等各種各樣的介質(zhì)。

      一般，空氣的冷卻速度慢，其次是油，冷卻速度快的是水。但是由冷卻劑所致的冷卻效果并非絕對(duì)的，可因處理件的大小而變化。冷卻劑的冷卻速度是固有的，而冷卻劑對(duì)處理件的冷卻效果卻因零件的大小而有差異。也就是，熱處理的冷卻方法和冷卻效果是兩回事。冷卻方法是從冷卻劑來(lái)看冷卻，而冷卻效果是從處理件來(lái)看冷卻。即使冷卻方法相同， 冷卻效果也不一樣。熱處理中，重要的不是如何冷卻，而是如何獲得好的冷部效果。兩者不可混淆。 

     正火的定義是在大氣中放冷（空冷），但是，小件放冷和大件放冷的冷卻速度不同，即冷卻效果不同。因此，從表面上看，放冷做到形式上的正火，但實(shí)質(zhì)很不相同。小件的放冷，因技術(shù)上的不當(dāng)可能會(huì)變成空氣淬火；反之，大件的放冷，有成為退火的可能。因此，小件進(jìn)行正火時(shí)，須用坑冷或加蓋冷卻；反之，大件如不用電扇等吹風(fēng)冷卻則得不到正火的效果，僅是形式上的冷卻將得不到熱處理的效果。

     淬火與此相同。雖說(shuō)同是油泠，但大件與小件的冷卻效果卻不同，因此，淬火硬化程度也是變化的。小件即使用油淬，也同水淬一樣能淬透，但大件用油淬只得到像正火程度那樣的冷卻效果，淬不透。這樣考慮可以明白：雖說(shuō)水冷得快，油冷得慢，空氣冷得更慢，但這個(gè)快慢不是絕對(duì)的，它同處理件的大小有關(guān).。所以必須注意冷卻方法和冷卻效果是不同的。

      在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼鐵手冊(cè)中規(guī)定：正火空冷，退火爐冷，普通鋼材的淬火水冷，優(yōu)質(zhì)鋼材的淬火油冷等，都是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)尺寸(直徑25mm)而言。必須根據(jù)處理件的大小適當(dāng)?shù)馗淖兝鋮s方法。明確地辨別冷卻方法和泠卻效果的不同是非常重要的。

淬火液的冷卻能和硬化能的差異

    下述是淬火液的冷卻能力(cooling power)和鋼的硬化能力(hardening power)的差異。

      在淬火液中有冷卻能和硬化能兩種能力。所謂冷卻能是淬火液本身具有的能力。冷卻能力是使鋼從奧氏體化溫度冷卻下來(lái)時(shí)的冷卻速度； 硬化能是使鋼硬化的能力，在冷卻能的試驗(yàn)中，有冷卻曲統(tǒng)法 (銀球式、膨脹儀式)和冷卻時(shí)間法等，它們都是用急冷度H值進(jìn)行比較。實(shí)際淬火中通過(guò)測(cè)淬火硬度進(jìn)行硬化能的評(píng)定，它是包含冷卻系統(tǒng)的冷卻綜合能力。

      通常為了判斷淬火液的性能，冷卻能作為大體的標(biāo)準(zhǔn)而得到使用，但冷卻能大的，硬化能不一定大。也就是說(shuō)，冷卻速度快，淬火硬度并不一定高，這種事例是很多的。技術(shù)人員想要的不是淬火液的冷卻速度，而是在這個(gè)冷卻槽里能夠淬硬到什么程度。即使是同一鋼種同樣用油淬，由于各淬火車(chē)間油槽內(nèi)的硬化能不同，淬火效果也不同。

     淬火液的冷卻能是淬火液本身具有的特性，硬化能則由于鋼的淬透性、淬火液的量、攪拌速度、處理件的尺寸、 形狀以及表面狀態(tài)等不同而不同，最好根據(jù)處理件實(shí)際淬硬的程度判定淬火現(xiàn)場(chǎng)使用的淬火槽的性能，這是直接判定的簡(jiǎn)便方法，但這種方法往往難于進(jìn)行比較研究。

      鋼的淬火硬度，外部影響因素是淬火槽的冷卻能，內(nèi)在因素是鋼本身的淬透性，特別是受s曲線的制約。通常，淬火是為防止奧氏體化的鋼析出珠光體和貝氏體，使其完全馬氏體化。用淬火液的冷卻能判定淬火硬度時(shí)，根據(jù)鋼種的不同，決定用珠光體（P）淬透性好呢，還是用貝氏體（B） 淬透性好？這是很重要的。一般碳鋼用P型，合金鋼用B型，特殊工具鋼用P+B型。因此完全淬透，即淬硬所需要的冷卻速度因鋼種不同而異。既有需要在S曲線上的P鼻附近的冷卻速度快的情況，也有需要在S曲線上的B鼻附近的冷卻速度快，或P鼻和B鼻二者冷卻速度都需要快的情況。 因此，在上述所有情況中，作為共同的泠卻速度，即700~250℃溫度范圍內(nèi)的冷卻速度是必要的。（在日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中油淬釆用800~400℃的冷卻速度）。

      為了評(píng)價(jià)淬火現(xiàn)場(chǎng)冷卻系統(tǒng)中的淬火槽，最好根據(jù)實(shí)際條件下淬火后的淬火硬度決定。

淬火表面硬度和淬透深度的差異

     在淬火的情況中有表面硬度和硬化深度兩種說(shuō)法，表面硬度是表面的淬火硬度，相當(dāng)于小件（直徑10mm以下）淬火時(shí)的硬度，它依含量而変化，幾乎不受合金元素的影響，這是結(jié)構(gòu)鋼的狀況。而工具鋼的淬火硬度雖然受鎢、銘、釩等合金元素的影響，其硬度基本大于HRC60，這是肯定的。

     對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼：表面硬度=f（C%），可用下述公式近似地逬行定量計(jì)算：

最高淬火硬度（HRC）=30+50xC%（90%馬氏體）

最低淬火硬度（HRC）= 24+40xC%（50%馬氏體）

     例如結(jié)構(gòu)鋼（S45C））為（含碳最為0.45%）：

最高淬火硬度（HRC）=53

最低淬火硬度（HRC）=42

     與此相反，淬火深度受鋼的含碳量和特殊元素，以及奧氏體晶粒度的制約，也就是，淬透深度=f（C%、特殊元素、晶粒度）。

     淬透深度在學(xué)術(shù)上稱(chēng)為淬透性（hardenability），通常用D_f表示，特殊元素對(duì)于淬透性的影響最強(qiáng)的是硼，其次是Mn、Mo、Cr逐次降低，這些元素的影響效果不是相加，而是相乘的關(guān)系。也就是（B的淬透性倍數(shù)）x（Mn的淬透性倍數(shù)）x （Mo的律透性倍數(shù)）x……。

      淬透性是解決質(zhì)量效應(yīng)（mass effect）的武器。添加硼的鋼叫硼鋼，規(guī)定淬透性的鋼叫做H鋼。一般認(rèn)為， 熱處理用鋼材應(yīng)該根據(jù)淬透性（H）和價(jià)格（P）選擇，價(jià)格便宜而且能滿足需要的淬透性的鋼材就是合適的材料。

結(jié)束語(yǔ)

      本期文章給大家分享了熱處理五個(gè)差異，相信大家看后都有進(jìn)一步的收獲吧。

      好的，本期文章到此就結(jié)束了，欲知后續(xù)精彩內(nèi)容，且看下期分解。