3-1鋼鐵材料的熱處理02淬火回火

材料的強(qiáng)化和處理是工程材料研究和應(yīng)用的重要問題之一。通過各種強(qiáng)化和處理手段，既可以提高材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，又可以獲得一些特殊性能以滿足各種使用條件下對(duì)材料的要求。

3.1.2鋼的退火與正火

一、鋼的退火

典型零件的制造過程：

鑄/鍛→預(yù)備熱處理→粗加工→最終熱處理→精加工預(yù)備

熱處理目的：消除前道工序的缺陷，為后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備

最終熱處理目的：滿足使用性能要求退火：加熱、保溫、慢冷得到P類組織退火的目的：軟化、穩(wěn)定化、細(xì)化、均勻化

完全退火加熱到Ac3+30~50℃，保溫后爐冷。目的：細(xì)化，軟化

應(yīng)用：亞共析鋼的鑄、鍛件，熱軋型材，焊接件組織：F+P

球化退火加熱到Ac1+20~40℃，保溫后爐冷應(yīng)用：共析、過共析鋼和合金鋼

目的：Fe3C片，網(wǎng)→Fe3C球（降低硬度；為淬火作組織準(zhǔn)備）去應(yīng)力退火加熱到Ac1-100~200℃，保溫后爐冷目的：去內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織

應(yīng)用：冷加工件，熱加工件

二、鋼的正火

正火加熱到Ac3(Accm)+30~50℃，保溫后空冷

退火強(qiáng)調(diào)軟化，正火強(qiáng)調(diào)高效率。

正火的應(yīng)用

1、細(xì)化晶粒，提高性能；

2、提高低碳鋼和低合金鋼硬度，改善切削加工性；消除網(wǎng)狀滲碳體（以便球化退火）

二、鋼的淬火

淬火加熱、保溫、快冷，提高硬度和耐磨性目的：得到馬氏體組織（貝氏體），提高硬度和耐磨性

分析：45鋼分別在700℃，750℃，840℃加熱淬火后的硬度高低T12鋼分別在700℃，750℃，900℃加熱淬火后的硬度高低一、淬火工藝1、淬火加熱溫度

亞共析鋼：Ac3+30~50℃

淬火組織：細(xì)小均勻Ｍ過低有F，↓HRC

過高氧化脫碳，晶粒粗大，淬火應(yīng)力大

過共析鋼：Ac1+30~50℃

淬火組織：細(xì)小均勻Ｍ+Fe3C粒+Ａ殘

過低得不到M過高氧化脫碳，晶粒粗

大，淬火應(yīng)力大，殘余A量↑，HRC↓

2、淬火冷卻介質(zhì)

理想冷卻速度：慢快慢冷卻介質(zhì)：純水，鹽水，油，鹽浴，堿浴碳鋼淬水，合金鋼淬油3、淬火方法1、單液淬火

2、雙液淬火（難控制）3、分級(jí)淬火4、等溫淬火4、鋼的淬透性1、淬透性的概念

淬透性鋼淬火時(shí)獲得M的能力。（用規(guī)定條件下淬硬層深度表示）淬硬層深度：表面到半M組織的距離

淬硬層深，淬透性好

淬硬性鋼淬火時(shí)所能達(dá)到的最高硬度能力概念區(qū)別：

淬透性是鋼本身的固有屬性，取決于Vk或C曲線位置

實(shí)際淬硬層深度與工件形狀、大小、冷卻介質(zhì)、淬透性有關(guān)淬硬性主要取決于M的含碳量

四、鋼的回火

1、回火淬火后在A1以下加熱、保溫、冷卻2、目的：消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性；穩(wěn)定組織和尺寸，獲得所需性能3、回火種類及應(yīng)用

（1）低溫回火（150~250℃）

組織：回火M極細(xì)ε碳化物+過飽和α相

目的：↓內(nèi)應(yīng)力，↓脆性，保持高硬度和耐磨性58~64HRC適用：工具、量具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳件、表面淬火件。（2）中溫回火（350~500℃）

組織：回火T針狀F+極細(xì)Fe3C目的：獲得高σb，σe30~50HRC適用：彈簧。

（3）高溫回火（500~650℃）

組織：回火S塊狀F+粒狀Fe3C

目的：獲得良好的綜合機(jī)械性能25~35HRC適用：軸，齒輪，螺栓等重要結(jié)構(gòu)件中碳鋼

回火硬度主要取決于回火溫度和回火時(shí)間淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)

1、鋼的熱處理原理

2、鋼的四種熱處理工藝方法、目的和應(yīng)用。

習(xí)題P473.23.33.5

3

31鋼鐵材料的熱處理一、鋼的熱處理原理1．鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變2．鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變（1）鋼在等溫冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1）珠光體轉(zhuǎn)變：2）貝氏體型轉(zhuǎn)變：3）馬氏體轉(zhuǎn)變 31鋼鐵材料的熱處理2．正火3．淬火目的：淬火加熱溫度：淬火方法：淬火缺陷：4．鋼的回火回火目的：回火的分類及應(yīng)用。1）低溫回火：2）中溫回火：3）高溫回火：調(diào)質(zhì)：圖區(qū)小結(jié)與練習(xí)（2）鋼在連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、鋼的熱處理工藝1．退火（1）退火的主要目的是：（2）退火的方法：圖區(qū)小結(jié)與練習(xí)

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鋼鐵熱處理講座－鋼之淬火－

一、鋼之淬火

鋼之淬火(quenching)系將鋼加熱至沃斯田體狀態(tài)之適當(dāng)溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后急冷以阻止Ar1變態(tài)之發(fā)生而得到高硬度的麻田散體組織之操作。一般系將加熱之鋼投入水或油中急冷，由于鋼材是由表面開始冷卻，內(nèi)部的冷卻速率比表面小，因此容易造成表面硬，而內(nèi)部軟的情形，淬火時(shí)鋼的內(nèi)部容易不容易淬硬的性質(zhì)稱為硬化能(hardenablility)。零件心部也能淬硬時(shí)稱為完全淬火，而心部不能淬硬者稱為不完全淬火。工業(yè)上使用之熱處理零件，由于質(zhì)量效應(yīng)(masseffect)之故，淬火時(shí)容易成為不完全淬火的狀態(tài)，硬化能大之鋼水淬時(shí)容易發(fā)生淬裂或變形，必須以冷卻速度小的油作油淬，這時(shí)心部就不容易硬化。硬化能非常大之鋼，即使在空氣中冷卻也容易硬化。硬化能大的鋼都是含有很多的合金元素。因此鋼淬火時(shí)之冷卻方法便成為非常重要的問題，一不小心就會(huì)發(fā)生變形或龜裂，所以冷卻方法除了直接投入淬火液之外，尚有各種改良的冷卻方法。如時(shí)間淬火（階段淬火），恒溫淬火（熱浴淬火），麻回火、沃斯回火，以及噴射淬火，壓住淬火、鍛造淬火等特殊淬火方法。二、淬火的種類、定義及目的(一)一般淬火(quenching)

將鋼加熱至沃斯田體狀態(tài)之適當(dāng)溫度（亞共析鋼溫度Ac3溫度以上，共析鋼及過共析鋼Ac1溫度以上）保持適當(dāng)時(shí)間后，投入水、油等淬火液中急冷以阻止Ar1變態(tài)之發(fā)生，而得到高硬度之麻田散體組織之方法，稱為淬火。(二)時(shí)間淬火(timequenching)

與一般淬火之加熱條件一樣，將鋼加熱至淬火溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后，取出投入于水或油中急冷，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間后自淬火液中拉上來使鋼在空氣中緩慢冷卻的操作，故又稱為抬上淬火或分段淬火、二段淬火等。主要目的在于防止發(fā)生變形或淬裂。

(三)恒溫淬火(isothermalquenching)

系鋼加熱至淬火溫度后淬火于恒溫的熱浴(hotbath)中保持適當(dāng)時(shí)間后，自

-102-浴中取出空冷之操作，稱為恒溫淬火或熱浴淬火。融熱浴可為融金屬，鹽浴或油等。按照熱浴溫度、所得組織之不同又可分為麻回火、沃斯回火等。(1)麻回火(martempering)

麻回火是恒溫淬火之一種，熱浴溫度保持于Ms點(diǎn)稍上方，使鋼材表面與心部的溫度達(dá)到均勻后自熱浴取出放冷于空氣中徐冷之操作。在空氣中冷卻時(shí)發(fā)生麻田散體變態(tài)，鋼材內(nèi)外同時(shí)發(fā)生且在徐冷中發(fā)生之故，變形少也不會(huì)淬裂，因此適合于形狀復(fù)雜，厚簿不同之零件之處理。麻回火后須再施以回火。另外熱浴保持于Ms點(diǎn)約50℃～100℃下方再取出空冷之方法稱為改良麻回火，麻回火在日本將其稱為麻淬火(marquen-ching)。(2)沃斯回火(austempering)

將熱浴溫度保持于300～500℃間，而將沃斯田體化之鋼材投入其中，等到恒溫變態(tài)完成后，自熱浴中取出空冷之操作稱為沃斯回火。無須回火便可得硬度、韌性皆佳之變韌體組織。(四)其它淬火法

(1)噴射淬火(sprayquenching)

將鋼材全部加熱至淬火溫度后，以淬火液噴射于需要硬化的部份使其急冷，稱為噴射淬火。與端面淬火試驗(yàn)法（喬米尼試驗(yàn)）原理相同，可實(shí)現(xiàn)理想淬火或適合于硬化能小之鋼之淬火，適用于模具，錘子或鐵砧等之處理。(2)壓住淬火(pressquenching)

齒輪、彈簧等之淬火不希望發(fā)生淬火變形時(shí)，以模具壓住的狀態(tài)施以油淬火者稱為壓住淬火、鋸片或安全刮胡刀片等簿件工件皆以模挾淬火(diequenching)方式處理。(3)鍛造淬火

在沃斯田體組織之溫度范圍施以鍛造，然后直接投入淬火液淬火之操作。可節(jié)省能源之外，尚可提高硬化能、耐沖擊性、耐疲勞性等。三、淬火之操作方法(一)一般淬火方法

淬火的方法如圖1所示將鋼加熱至沃斯田體狀態(tài)之適當(dāng)溫度（亞共析鋼為Ac3溫度以上30～50℃，共析鋼及過共析鋼為Ac1溫度以上30～50℃），在此溫

-103-度范圍保持充分時(shí)間使碳化物完全固溶，而成為均勻的沃斯田體組織。然后按照鋼種的不同使用適當(dāng)?shù)募崩浞椒ㄊ蛊渥儜B(tài)成麻田散體組織而硬化之操作，急冷的程度隨鋼種而異，淬火溫度過高時(shí)沃斯田體晶粒粗大，會(huì)影響淬火后之機(jī)械性質(zhì)，氧化、脫碳也較容易發(fā)生。

為了淬火而加熱的溫度稱為淬火溫度或沃斯田體化溫度(TA)，在TA溫度保持的時(shí)間，隨合金元素之種類及含量之多寡而異，機(jī)械構(gòu)造用鋼或碳工具鋼厚度每25mm約20～30分鐘，模具鋼約45分鐘，不銹鋼約60分鐘左右。保持時(shí)間也會(huì)因升溫之速率而異，加熱速率緩慢時(shí)升溫中（達(dá)Ac1點(diǎn)以上）變態(tài)也會(huì)徐徐進(jìn)行，因此保持時(shí)間可以短一點(diǎn)，若急速加熱則保持時(shí)間多少須要長些。鋼自淬火溫度的冷卻方法，急冷的程度因鋼種而異，但基本原則，如圖2所示自淬火溫度(TA)至550℃（Ac’1火色消失溫度，相當(dāng)于TTT曲線鼻部溫度）之「臨界區(qū)域」必須急冷。碳鋼是指波來體臨界區(qū)域，而合金鋼是指變韌體臨界區(qū)域，換言之，不發(fā)生波來體變態(tài)或變韌體變態(tài)的最小冷卻速率稱為「臨界冷卻速率」，各稱為波來體臨界冷速與變韌體臨界冷速，圖3所示即為此兩種臨界冷速之曲線圖。

圖1碳鋼之淬火溫度

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圖2淬火時(shí)之冷卻技巧

(a)波來體臨界冷速(b)變韌體臨界冷速

圖3波來體及變韌體之臨界冷速

通常系急冷于30℃以下之冷水的水淬或60℃以上油的油淬，有時(shí)也采用沖風(fēng)冷卻。臨界區(qū)域的溫度范圍若冷速延緩，便發(fā)生部份的波來體組或變韌體組織而無法達(dá)到完全硬化的目的。

「臨界區(qū)域」之溫度范圍若能以臨界冷速以上急冷時(shí)，組織仍為沃斯田體稱為過冷沃斯田體，當(dāng)溫度降至350～200℃間之Ms點(diǎn)(Ar")以下時(shí)開始發(fā)生麻

-105-田散體變態(tài)而硬化，而約于100℃附近之Mf點(diǎn)完成麻田散體變態(tài)，這溫度范圍稱為「危險(xiǎn)區(qū)域」。這區(qū)域會(huì)因急冷之收縮與麻田散體化之膨脹同時(shí)發(fā)生，工件內(nèi)外產(chǎn)生溫度、應(yīng)力差而容易發(fā)生淬裂變形之危險(xiǎn)。防止淬裂、變形就必須在「危險(xiǎn)區(qū)域」的溫度范圍徐冷。

淬火最重要的事就是要將鋼淬火硬化而不能發(fā)生淬裂或變形。因此就必須在「臨界區(qū)域」急冷而「危險(xiǎn)區(qū)域」徐冷。

麻田散體變態(tài)開始溫度之Ms點(diǎn)，可由鋼之化學(xué)組成來決定，機(jī)械構(gòu)造用鋼之Ms點(diǎn)溫度由實(shí)驗(yàn)求出如下式。含碳量愈高M(jìn)s點(diǎn)愈低。

Ms點(diǎn)(℃)＝550-350×C%－40×Mn%－35×V%－20×Cr%－17×Ni%－10×

Cu%－10×Mo%－5×W%＋15×Co%＋3×Al%

為了達(dá)到「臨界區(qū)域」急冷而「危險(xiǎn)區(qū)域」徐冷的目的，有以下種種的改善淬火方法。(二)時(shí)間淬火方法

將鋼自淬火溫度投入淬火液（水或油）使能在「臨界區(qū)域」急冷以防止波來體或變韌體變態(tài)發(fā)生，而在到達(dá)「危險(xiǎn)區(qū)域」稍上方之溫度的適當(dāng)時(shí)間迅速拉上如圖4所示，使其徐冷之操作，因此又稱為拉上淬火或分段（二段）淬火。拉上來的時(shí)期以投入淬火液之瞬間開始讀秒，水淬時(shí)工件厚度每3mm浸入淬火液1秒鐘計(jì)算，而油淬則每1mm浸入1秒鐘計(jì)算而后隨即拉上。水淬時(shí)拉上后浸于溫水中或油中冷卻，而油淬則拉上后空冷即可。水淬時(shí)亦可以以水面之振動(dòng)或水鳴停止時(shí)作為拉上時(shí)間之標(biāo)準(zhǔn)。

圖4時(shí)間淬火

(三)恒溫淬火

-106-淬火液使用恒溫的熱浴(hotbath)之淬火方法。淬火溫度與保持時(shí)間與一般淬火方法相同。淬火液之熱浴保持于Ar"與Ar"變態(tài)點(diǎn)之間的溫度（通常為300～500℃），熱浴可為熔融金屬，鹽浴或油。恒溫變態(tài)完成后自熱浴中取出空冷之。麻回火、沃斯回火為其主要之操作例。(1)麻回火

麻回火之操作方法如圖5所示，加熱與一般淬火法相同。然后淬火于Ms稍上方溫度的恒溫油槽中或熱鹽浴槽中，俟工作內(nèi)外溫度達(dá)相同后（恒溫保持時(shí)間以工件厚度每25mm約4分鐘的程度），在過冷沃斯田體不發(fā)生恒溫度變態(tài)之前自熱浴中取出放冷于空氣中的熱處理。使鋼淬火時(shí)之變形減于最低，并防止淬裂，可謂非常有效之方法圖5(a)系將鋼自淬火溫度急冷至Ms點(diǎn)稍上方之過冷沃斯田體區(qū)域，等到鋼材內(nèi)外溫度均勻后，空冷的方法，所得組織為麻田散體。圖5(b)為急冷至Ms點(diǎn)下方的適當(dāng)溫度（例如Ms點(diǎn)200℃，則約150～100℃），在此溫度使鋼發(fā)生變態(tài)。因此所產(chǎn)生之麻田散體隨即受到回火。這時(shí)鋼之比容積之變化比一般淬火方法小，淬火后之殘留應(yīng)力較小，淬裂發(fā)生之危險(xiǎn)性也可以減低。圖5(b)之方法在實(shí)用上極為有效，對(duì)于形狀復(fù)雜之工件淬火硬化常被應(yīng)用。

曲線(a)之方法因麻田散體之變態(tài)也是緩慢發(fā)生，因此常因鋼材本身之保有熱而自行受到回火的情形而成為與圖5(b)之方法同樣的結(jié)果。(b)法因?yàn)闇囟容^低有可利用恒溫油槽的好處。麻回火處理后一般尚須回火，因此在日本的熱處理界認(rèn)為稱為麻淬火(marquench-ing)應(yīng)較為恰當(dāng)。

(a)圖5麻回火(b)

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圖6沃斯回火

(2)沃斯回火

沃斯回火之操作方法如圖6所示，加熱溫度與保持時(shí)間與一般淬火相同。然后自淬火加熱溫度急冷于Ar"與Ar"（Ms點(diǎn)）變態(tài)點(diǎn)之間（通常為300～500℃）的恒溫鹽浴或金屬浴中。在熱浴中恒溫變態(tài)完成后取出空冷之熱處理。

鋼經(jīng)沃斯回后的組織為變韌體，無須回火也可得硬度與韌性均佳之性質(zhì)。在較高熱浴溫度處理時(shí)可得韌性高之上變韌體組織(upperbainite)，而在較低熱浴溫度處理時(shí)則為硬度較高之下變韌體組織(lowerbainite)。應(yīng)用于鋼線熱處理之韌化處理(patenting)，原理上與沃斯回火的操作相同，惟溫度較高約于恒溫變態(tài)曲線之鼻部附近處理（如圖6所示），所得組織為微細(xì)波來體＋少量上變韌體之混合組織，硬度也較低，可謂變形的沃斯回火。四、淬火液（劑）

工業(yè)上使用之淬火劑主要有水、油、水溶性淬火液、空氣、鹽浴及金屬浴等。水、油及水溶性淬火液乃最常用之淬火液，冷卻效果大，冷卻過程中會(huì)有蒸氣膜產(chǎn)生、破裂等現(xiàn)象發(fā)生，冷卻機(jī)制較為復(fù)雜。而空氣、鹽浴及金屬浴則冷卻速率較緩慢，一般都使用于恒溫變態(tài)處理等特殊的熱處理使用。

-108-(一)水

常溫水為最普通而常用的淬火液，且為各種淬火液中冷卻能最大，但水溫超過30℃時(shí)冷卻能會(huì)降低，因此30℃以下使用最為適當(dāng)。同時(shí)使用時(shí)必須充分?jǐn)嚢�，攪拌不足時(shí)容易引起淬火不勻。水在「臨界區(qū)域」的冷速快，所以不容易發(fā)生波來體變態(tài)，但「危險(xiǎn)區(qū)域」的冷速也快，所以容易發(fā)生淬裂。水中加食鹽或NaOH等非揮發(fā)性物質(zhì)時(shí)，淬火時(shí)可縮短蒸氣膜生成時(shí)間而提高冷卻速率。(二)油

油的冷卻能相當(dāng)大，但仍遠(yuǎn)不及水。過去淬火油都使用植物油，但由于價(jià)格高，氧化安定性差而容易老化，因此近年來都使用礦物油。一般而言淬火油的引火點(diǎn)或黏性高時(shí)冷卻能會(huì)降低。雖然油在「臨界區(qū)域」的冷速慢，但「危險(xiǎn)區(qū)域」的冷速也慢，因此對(duì)防止淬裂和變形是有利，惟通過「臨界區(qū)域」時(shí)容易發(fā)生波來體變態(tài)。淬火油中混入水分時(shí)有時(shí)會(huì)發(fā)生淬裂，應(yīng)予注意，油溫的影響很大，一般以60～80℃之冷卻能最大。(三)水溶性淬火液

自古以來鋼之淬火不是使用水就是油，這可以說是習(xí)慣也是規(guī)則。但是水淬會(huì)有變形淬裂的問題，而油淬則會(huì)有火災(zāi)、空氣污染等公害問題。因此近年來水溶性淬火液(watersolublequenchant)或稱為高分子淬火液(polymerquenchant)。有逐漸被廣用的趨勢(shì)。水溶性淬火液系于水中添加聚乙烯醇(polyvinylalcohol)，PVP(polyvinylpyrrolidone)、SPA(sodiumpolyacrylate)等高分子化合物以控制淬火液之冷卻能。水溶性淬火液隨著高分子化合物之添加程度可以使其冷卻能維持在水或油，甚至水與油之中間程度之冷卻效果，非常方便。惟其主成分仍然是水，因此使用時(shí)必須要有將其當(dāng)作類似水的心理準(zhǔn)備。所以用水溶淬火液時(shí)有其應(yīng)該注意之必要。(四)鹽浴

鹽浴一般使用于恒溫變態(tài)處理之麻回火或沃斯回火，使用溫度在500℃以上者以氯化物為主成分，而500℃以下者則以硝酸鹽或亞硝酸鹽為主成分。硝酸鹽系鹽浴在淬火處理后之洗凈性佳，但若有碳或有機(jī)物混入會(huì)有發(fā)生爆炸的缺點(diǎn)。熔點(diǎn)低的鹽浴冷卻能較大，因?yàn)辂}浴的沸點(diǎn)高，冷卻幾乎都靠對(duì)流與熱傳導(dǎo)進(jìn)行。150℃左右的鹽浴之冷卻能與常溫的油大致相同。

-109-(五)金屬浴

金屬浴系以鉛及其它低熔點(diǎn)金屬為主成分，比重比鐵大，所以工件容易在浴中浮起必須以治具壓住以防止其浮起的措施。冷卻能雖然很大，但流動(dòng)性差所以溫度之均勻性較差。鋼線之韌化處理常以鉛浴作為淬火劑使用。鉛浴若溫度超過500℃便會(huì)發(fā)生白煙，吸入人體會(huì)有毒性，不宜在高溫使用。(六)空氣

空氣是冷卻能最小的冷卻劑。冷卻時(shí)只靠對(duì)流進(jìn)行。欲提高冷卻能只有使用風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻。高合金鋼零件單施以空冷即可得麻田散體組織，稱為空冷淬火�？墒┮钥绽浯慊鹬�鋼，硬化能一定要很好，這種鋼稱為風(fēng)硬鋼或自硬鋼。高速鋼、模具鋼等適于空冷淬火。空冷淬火的特征為淬火變形非常小，惟在空氣中容易氧化脫碳，且造成表面粗糙等缺點(diǎn)。因此現(xiàn)場(chǎng)都采用油淬而立即拉上來空冷的方法。五、淬火液之冷卻能

淬火液須具有能力使鋼料硬化的冷卻能(severityofquenching)，但不得使鋼料發(fā)生淬裂或變形。淬火液的冷卻能會(huì)因淬火液的種類、濃度及溫度等之不同而變化，應(yīng)該在同一實(shí)驗(yàn)方式內(nèi)相互比較方有意義。因此Grossmann等人提出淬火劑冷卻能力以一般數(shù)值的表示方法，即淬火劑與鋼界面之熱傳導(dǎo)系數(shù)α與鋼熱傳導(dǎo)率λ之比定名為淬火液之冷卻能。即冷卻能H（單位Cm-1）為H=α／2λ

淬火劑之H值愈大冷卻能愈大，但H值會(huì)隨著攪拌的程度發(fā)生很大的差異。表1所示為空氣、油、水、鹽水及鹽浴在各種不同的攪拌狀態(tài)下之H值。若以靜止的水之H值換算成1時(shí)與其它淬火劑比較則如表2所示。六、鋼之硬化能與質(zhì)量效應(yīng)

鋼淬火時(shí)，鋼內(nèi)部的冷卻速率比表面部小，因此零件的中心部會(huì)形成未硬化的部份。這時(shí)有硬化部分的深度稱為淬火硬化深度。

以同一材料作比較時(shí)，水淬比油淬硬化深度大，即淬火時(shí)容易不容易硬化因淬火液之不同而異。又對(duì)同一材料，同一淬火液而言，小零件比大零件容易硬化。另外淬火液相同，零件大小相同，硬化深度也因鋼種之不同而異，合金

-110-鋼比碳鋼容易硬化，硬化深度也大。

如此，鋼材淬火時(shí)，其硬化深度受到(1)鋼材尺寸（大�。�，(2)淬火液之冷卻能及(3)鋼本身之硬化容易度（硬化能）等三種因素之影響。(1)、(2)是實(shí)際淬火作業(yè)時(shí)影響冷卻速率大小之因素而(3)是如CCT曲線所示，與鋼本身的變態(tài)容易有關(guān)之要因。

表1攪拌對(duì)各種淬火劑之H值之影響(cm-1)攪靜拌度空止氣油水食鹽0.790.79~0.87---1.97-水鹽浴(205℃)0.197~0.315-----0.8860.008---0.05--0.098~0.1180.354~0.3940.118~0.1380.394~0.4330.138~0.1570.472~0.5120.157~0.1970.551~0.5910.197~0.3150.630~0.7870.315~0.433-1.582.165輕輕地?cái)嚢杈徛龜嚢柚谐潭葦嚢鑿?qiáng)攪拌激烈攪拌喬米尼噴水

表2以靜止水的H值為1時(shí)之冷卻能比較

攪靜拌度食止鹽22~2.2---5.0水水1.01.0~1.11.2~1.31.4~1.51.6~2.04.0油0.25~0.300.30~0.350.35~0.400.4~0.50.5~0.80.8~1.1空0.02---0.05-氣輕輕地?cái)嚢杈徛龜嚢柚谐潭葦嚢鑿?qiáng)攪拌激烈攪拌

-111-將某一厚度或直徑的鋼施以淬火時(shí)，最表面的部分冷的最快，而愈接近中心部冷卻速率愈小。又厚度或直徑變大時(shí)所保有的熱量也會(huì)大，因此整體的冷卻速率會(huì)變小。

以圓棒為例，直徑小時(shí)中心部之冷速也可達(dá)臨界冷卻速率以上，因此鋼材心部也都能成為麻田散體組織，而整體可以完全硬化。若直徑太大，連表面部之冷速都無法達(dá)到臨界冷卻速率時(shí)，鋼材完全不會(huì)硬化。而中間直徑的鋼材，其表面會(huì)硬化而心部則會(huì)有無法硬化的區(qū)域。

圖7所示為隨著鋼材直徑之變化心部未硬化部分的大小也會(huì)改變的情形。如此，同一鋼種因零件質(zhì)量大小之不同，淬火硬化程度（深度）會(huì)產(chǎn)生不同的變化稱為質(zhì)量效應(yīng)(masseffect)。即因鋼材大小之不同，淬火硬化（熱處理效果）的差異大時(shí)，叫做質(zhì)量效應(yīng)大。

對(duì)質(zhì)量效應(yīng)影響最大者為鋼之硬化能。硬化能小的鋼，鋼材略為增大，就很難淬硬，淬火硬化深度就會(huì)減小，質(zhì)量效應(yīng)大。又淬火液之冷卻能對(duì)質(zhì)量效應(yīng)也有影響，如圖7所示，水淬火比油淬火容易硬化，即淬火液之冷卻能愈大，質(zhì)量效應(yīng)愈小。

由圖7所示可知，鋼材的直徑愈大，未硬化心部愈大。硬化部與未硬化部之境界處的組織，麻田散體約占50%，一般都以此境界處作為判定有沒有硬化的標(biāo)準(zhǔn)。圓棒的中心部未殘留有未硬化部之最大直徑，稱為該鋼材之臨界直徑(criticaldiameter)。臨界直徑會(huì)因淬火劑之種類（冷卻液之冷卻能）及鋼材之種類（鋼之硬化能）而變化。

油淬火

水淬火

圖7鋼之油淬火與水淬火之質(zhì)量效應(yīng)說明圖

（D為鋼材直徑，Du為淬火后未硬化部分）

-112-因此要使直徑大的鋼材心部也能完全硬化，就必須如圖8所示，使用冷卻能大之淬火液（即要使鋼之冷卻速度增大），或使用硬化能大之鋼材。但是淬火液之冷卻能是有一定界限，冷卻能增大時(shí)會(huì)有淬裂等之危險(xiǎn)性。因此若要使淬火硬化處理做的很成功，除了淬火劑的冷卻能之外，鋼之硬化能是非常重要。但不得不注意的是，不得將硬化能與淬火硬度混為一談。硬度是因淬火而得到麻田散體組織時(shí)達(dá)到最高，淬火能得到最高硬度則如圖9所示可以說是僅受含碳量的支配，少量的Ni，Cr，Mo等合金元素可以說不受影響。而硬化能則是在一定的淬火條件下淬火硬化的深度來表示，硬化能不但會(huì)受到C量之影響，合金元素之影響也非常大。鋼中添加合金元素有種種目的，但是增大鋼之硬化能可說是最大目的之一。

（本文作者原任于臺(tái)北科技大學(xué)專任教授，現(xiàn)兼任教授并服務(wù)于晉英金屬工業(yè)股份有限公司）

度度之硬化功能

冷速度大

Ｍs

冷曲

Ｍf

ＭsＭf

(a)冷卻速度大(b)鋼之硬化能大（硬化能一定時(shí)）（冷卻速度一定時(shí)）

圖8鋼淬火硬化的對(duì)策

-113-淬火可得之最高硬度(HRC)合金碳含碳量(%)

圖9鋼之C量與淬火最高硬度之關(guān)系

-114-

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