等温淬火基本性质

把钢件加热使其奥氏体化并均匀化后，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260～400℃），放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中，等温保持一定时间（一般在浴槽中保温时间为30~60min），使奥氏体转变为贝氏体，然后取出置于空气中冷却的淬火工艺。

等温淬火工艺目的

①获得下贝氏体以增强钢材的强度、硬度、韧性、耐磨性和塑性。

②等温淬火变形量少，硬度较高并兼有良好的韧性。

③等温淬火后一般情况下无需再进行回火。

等温淬火工艺步骤

第一步：奥氏体化处理；

第二步：奥氏体化后冷却处理；

第三步：贝氏体等温处理；

等温淬火主要应用

①一般用于中碳以上的钢，低碳钢一般不采用等温淬火；

②适用于尺寸较小的工件；

③适合于处理形状复杂、尺寸精度要求较高的工具和重要的机器零件，如模具、刀具、齿轮等。

④适合于形状复杂，要求变形小，处理后具有高硬度和强韧性的塑性和韧性的工件。

⑤常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件。

⑥用于支腿齿轮。

等温淬火是将奥氏体化后的工件淬入M_s点以上某温度的盐浴中等温保持足够长时间，使之转变为下贝氏体组织，尔后于空气中冷却，这种淬火方法称为等温淬火，如图1曲线e所示。

由于等温温度比分级淬火高，减小了工件与淬火介质的温差，从而减小了淬火热应力，又因贝氏体的比体积比马氏体小，而且工件内外温度较为一致，故淬火组织应力也较小。因此，等温淬火可以显著减小工件变形和开裂倾向，适宜处理形状复杂、尺寸要求精密的工具和重要的机器零件，如模具、刀具、齿轮等。

同分级淬火一样，等温淬火也只能适用于尺寸较小的工件。等温温度和时间应视工件组织和性能要求，由该钢的TTT图确定。等温温度越低，获得淬火硬度越高。一般认为采用肘。 30℃等温可获得良好的强度和韧性。等温时间可根据工件心部冷却到等温温度所需要的时间再加上TTTT图上该温度下完成组织转变所需要的时间来确定。除了上述几种典型的淬火方法外，近年来还发展了许多提高钢的强韧性的新的淬火工艺，如高温淬火，循环快速加热淬火，高碳钢低温、快速、短时加热淬火和亚共析钢的亚温淬火。

马氏体 贝氏体复相（BT/M）热处理是提高材料强韧性的重要途径。钢的中温转变曲线以270℃为界分为上下两部分，在330℃和240℃分别出现两个鼻尖，在270℃以上等温，形成上贝氏体；在270℃以下等温，形成下贝氏体。

试验指出：在胞点以上于270℃等温28min形成体积分数为20%左右的下贝氏体时，强韧性较好。在240℃等温时，沿晶界形成下贝氏体针，强韧性下降。M_s点以下在180℃等温60min，强韧性最好。此时，先形成少量马氏体，促发下贝氏体的形成。图2是65Nb钢经1150℃加热奥氏体化后，于270℃等温280min后的下贝氏体一马氏体复合组织。

图2中黑色长针是下贝氏体．分布极不均匀，图2中间有一条碳化物偏析带，带中碳化物呈点状分布，带的中心有一条共晶碳化物的链。原材料中碳化物呈点状，易溶于奥氏体，因此带内基体合金元素含量较高（与GCr15钢不同，GCr15钢中碳化物偏析带内的粒状碳化物颗粒较粗。不易溶于奥氏体中，因此带内基体合金元素含量较低），下贝氏体孕育期较长。所以偏析带内下贝氏体数量较少。灰色基体是马氏体 残留奥氏体 碳化物。 2100433B

Ms点是马氏体（Martensite）转变温度。等温淬火的英文定义：Austempering，an isothermal heat treatment to produce a lower bainite structure in some steels for improved ductility and toughness.

即等温淬火的目的是获得下贝氏体以增强钢材的塑性和韧性。

下贝氏体（Lower Bainite）的铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度大，位错密度高，且碳化物分布均匀，弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合机械性能，是一种很有应用价值的组织。在钢的热处理中，通常期望得到下贝氏体以获得更好的机械性能。2100433B

预冷等温淬火又可称为升温等温淬火，适用于淬透性较差的钢件或尺寸较大又必须进行等温淬火的工件，其过程是：为了避免自高温冷却至下贝氏体等温槽的过程中发生部分珠光体或上贝氏体转变，可采用两个温度的浴槽。其一温度较低，另一温度我高，相当于下贝氏体转变温度。但是二者的温度都高于M点。工件加热后先在较低温度盐浴中冷却，内外均温后再放入员氏体等温淬火槽中进行等温转变，之后空冷，以得到下贝民体组织。这种等温淬火法在生产中已得到了应用。

例如，w(C)0.5%~0.6%、w(Mn)0.5%钢制造的3mm厚收割机刀片，为了减小热处理变形和获得所需要的性能，应进行等温淬火。但是，用普通等温淬火法硬度达不到要求，而应采用预冷等温淬火，即奥氏体化结束后的刀片先在240~260C盐浴中冷却25~35s，然后转入310~330C盐浴中保温30min,得到了淬火变形量及硬度均达到要求的刀片。

又例如，某些农机具用钢(如50、50Mn、55Si2、50Cr等) 等温淬火(回火或不回火)后的力学性能较优，但是由于这些钢的淬透性都较低，要得到下贝氏体组织，只能应用预冷等温淬火。这类钢的预冷等温淬火可在奥氏体化后先在水中预冷，然后投人盐槽中进行等温淬火。不同尺寸的工件在水中预冷的时间不同，可由实验确定。

形状复杂的较大工件从高温连续进行快速冷却时容易产生变形甚至裂纹。以往可用盐浴等温淬火解决。在单室真空高压气冷淬火炉中能否进行气冷等温淬火呢？图1为在带有对流加热功能的单室高压气冷淬火炉中对两组φ320mm×120mm两块叠装的碳素结构钢用不同冷却方式淬火后的对化结果。图中一组曲线是在102O℃加热后，在6×105Pa压力下连续用高纯氮气冷却（风向是上、下相互交替，40s切换一次）的结果。另一组是对试样表面、心部进行 370℃时的控制冷却。从两组曲线的对比可以看出，心部温度通过50O℃的时间（半冷时间）只差约2min。从表面进行控制冷却开始到心部温度到达 370℃附近，需27min。由此可见，在单室真空高压气淬火炉进行等温气冷淬火是可行的。