淬火钢在切削时的特点

通常把钢加热到某一适当温度，如亚共析钢加热至AC₃（表示钢在加热时铁素体全部溶入奥氏体的临界点）以上30——60℃，保持一定时间后，使其急速冷却的工艺过程称为淬火。淬火可采用水或油作为冷却介质。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。

钢材淬火后，可使其硬度和强度有很大提高，并能改善某些物理化学性能。但由于快速冷却，会出现内应力，塑性和韧性也有所降低。为提高钢的综合性能，通常在淬火后再经高温回火处理的工艺称调质处理。

淬火钢是指金属经过淬火后，组织为马氏体，硬度大于HRC50的钢。

1、硬度高、强度高，几乎没有塑性：这是淬火钢的主要切削特点。当淬火钢的硬度达到HRC50～60时，其强度可达σb=2100～2600MPa，按照被加工材料加工性分级规定，淬火钢的硬度和强度均为9a级，属于最难切削的材料。

2、切削力大、切削温度高：要从高硬度和高强度的工件上切下切屑，其单位切削力可达4500MPa。为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。

3、不易产生积屑瘤：淬火钢的硬度高、脆性大，切削时不易产生积屑瘤，被加工表面可以获得较低的表面粗糙度。

4、刀刃易崩碎、磨损：由于淬火钢的脆性大，切削时切屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨损。

5、导热系数低：一般淬火钢的导热系数为7.12W/(m"_blank" href="/item/45号钢/6164974" data-lemmaid="6164974">45号钢的1/7。材料的切削加工性等级是9a级，属于很难切削的材料。由于淬火钢的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，切削温度很高，加快了刀具磨损。

易淬火钢焊接热影响区的特点

易淬火钢包括中碳钢(35、40、45、50钢)、低碳调质高强度钢(wc≤0.25%)、中碳调质高强钢(wc0.25%~0.45%)、耐热钢和低温钢，其热影响区在焊后空冷条件下也能得到马氏体组织，处于淬火状态。如果母材金属焊前处于退火状态，则焊后热影响区的组织可分为完全淬火区和不完全淬火区两个区段；如果母材金属焊前处于淬火状态，则还会形成一个回火区。

1、完全淬火区指加热温度超过Ac3以上的区段，焊后奥氏体全部转为马氏体，包括了相当于不易淬火钢焊接热影响区中的过热区和重结晶区。该区由于存在淬火组织，所以强度和硬度增高塑性和冲击韧度下降，并且容易产生冷裂纹。

2、不完全淬火区指加热温度在Ac1—Ac3之间的区段，焊后奥氏体转变为马氏体，原铁素体保持不变，仅有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体组织。该区段的组织和性能很不均匀，塑性和冲击韧度下降。

3、回火区如果母材金属焊前处于淬火状态，则在温度低于Ac1的区段，会发生程度不同的回火过程，称为回火区。回火区的硬度下降、塑性增高。

焊接中不易淬火钢的热影响区特点

焊接中不易淬火钢包括低碳和合金元素较少的低合金结构钢(Q345、Q390、Q420钢)，在固态下除了有同素异构转变外，还有成分变化和第二相析出，即共析转变和析出Fe3CO其焊接热影响区可分为过热区、重结晶区、不完全重结晶区和再结晶区四个区段。

1、过热区(又称粗晶区)该区紧邻焊缝，温度范围是从晶粒急剧长大的温度开始，一直到固相线的温度区间为止，对低碳钢为1100～1490℃。该区母材金属中的铁素体和珠光体全部转变为奥氏体，奥氏体晶粒长得非常粗大，冷却后使金属的冲击韧度大大降低，一般要比基本金属低25%~30%，是热影响区中的薄弱环节。

2、重结晶区(又称正火区或细晶区)指过热区以下，加热温度在Ac3以上的区域，对低碳钢为900-1100℃。空冷后得到均匀而细小的铁素体和珠光体，相当于热处理中的正火组织。因此具有较高的强度、又有较好的塑性和韧度，是热影响区中综合力学性能最好的区域。但由于整个焊接接头的性能取决于接头中的最薄弱区域，所以该区性能虽好，但却发挥不了作用。

3、不完全重结晶区(又称不完全正火区或部分相变区)

指加热温度在Ac1～Ac3之间的区域，对低碳钢为750~900℃。该区母材金属中的全部珠光体和部分铁素体转变为晶粒比较细小的奥氏体，但仍保留部分铁素体。冷却时，奥氏体又转变为细小的铁素体和珠光体，而未溶入奥氏体的铁素体不发生转变，晶粒比较粗大，故这一区段冷却后的组织晶粒大小极不均匀，所以力学性能也不均匀，强度有所下降。

4、再结晶区指加热温度在450~Ac1之间的区域，对低碳钢为450-750℃。对于经过压力加工，即经过塑性变形的母材金属，晶粒发生破碎现象，在此温度区域内，再次变成完整的晶粒，称为再结晶。本区域没有发生同素异构转变，组织没有变化，因此金属的力学性能变化不大，仅塑性稍有改善。对于焊前未经塑性变形的母材金属，本区不出现。2100433B

包括加热、保温、冷却3个阶段。下面以钢的淬火为例，介绍上述三个阶段工艺参数选择的原则。

淬火淬火加热温度

以钢的相变临界点为依据，加热淬火时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。碳素钢的淬火加热温度范围如图《淬火加热温度》所示，由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。亚共析钢加热温度为Ac₃温度以上30～50℃。从《淬火加热温度》图中可以看出高温下钢的状态处在单相奥氏体（A）区内，故称为完全淬火。如亚共析钢加热温度高于Ac₁、低于Ac₃温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全（或亚临界）淬火。过共析钢淬火温度为Ac₁温度以上30～50℃，这温度范围处于奥氏体与渗碳体（A C）双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用钢种淬火的温度如图《淬火加热温度》所示，表为常用钢种淬火的加热温度。

实际生产中，加热温度的选择要根据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限，当装炉量较多，欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限；若工件形状复杂，变形要求严格等要采用温度下限。

淬火淬火保温

淬火保温时间 由设备加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。对整体淬火而言，保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致。对各类淬火，其保温时间最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。加热与保温是影响淬火质量的重要环节，奥氏体化获得的组织状态直接影响淬火后的性能。一般钢件奥氏体晶粒控制在5～8级。

淬火淬火冷却

要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相——马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。

冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。

淬火工件硬度

淬火工件的硬度影响了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度计测定其HRC值。淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测定HRA值，而厚度小于0.8mm的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计测定其HRC值。

在焊接中碳钢和某些合金钢时，热影响区中可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接过程中要设法防止的。

由于淬火后金属硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹的手段之一。

淬火对厚度、直径较小的零件使用比较合适，对于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样问题，此时应考虑在钢材中加入铬等合金来增加强度。

淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相，故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。

淬火温度830~860℃，油冷淬火

淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件千差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。如，按接受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火（对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火）；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。

此外，由于次货方法各有其特点及局限性，故均在一定条件下获得应用，其中应用最普遍的是感应加热表面淬火及火焰淬火。激光束加热和电子束加热是目前迅速发展着的高能密度加热淬火方法，由于其有一些其它加热方法所没有的特点，因而正为人们所瞩目。

表面淬火广泛应用于中碳调质钢或球墨铸铁制的机器零件。因为中碳调质钢经过预先处理（调质或正火）以后，再进行表面淬火，既可以保持心部有较高的综合机械性能，又可使表面具有较高的硬度（>HRC 50）和耐磨性。例如机床主轴、齿轮、柴油机曲轴、凸轮轴等。基体相当于中碳钢成分的珠光体铁素体基的灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等原则上均可进行表面淬火，而以球墨铸铁的工艺性能为最好，且又有较高的综合机械性能，所以应用最广。

高碳钢表面淬火后，尽管表面硬度和耐磨性提高了，但心部的塑性及韧性较低，因此高碳钢的表面淬火主要用于承受较小冲击和交变载荷下工作的工具、量具及高冷硬轧辊。

由于低碳钢表面淬火后强化效果不显著，故很少应用。 2100433B