渗碳降温淬火与渗碳空（缓）冷—再加热淬火的性能差异

草原的风 · 发表于 2013-1-22 22:11:18

渗碳后的热处理有三种方法：
1、直接淬火法
指渗碳后随炉降温或预冷到高于Ar1或Ar3温度，然后直接淬火+低温回火的方法。
随炉降温或预冷的目的是为了减少淬火内应力，减少变形，同时还能够使高碳的奥氏体析出部分碳化物，降低奥氏体的碳浓度，从而减少残余奥氏体量，获得较高的表面硬度。
优点：加热次数少，操作简化，生产率高，成本低，可以减少淬火变形及表面的氧化脱碳。
缺点：由于高温长时间渗碳，组织较粗，性能差。
2、一次淬火法
指渗碳后随炉降温或出炉坑冷到室温温度，然后重新加热到淬火温度进行淬火+低温回火的方法。
优点：一次淬火法兼顾到表面和心部的要求，消除了心部和表面的渗层的粗大组织和网状碳化物，获得心部细化的晶粒和低碳马氏体组织，保证较高的心部强度。适于力学性能要求高的零件。
3、二次淬火法
指渗碳后随炉降温或出炉坑冷到室温温度，然后重新两次加热到淬火温度进行淬火+回火的方法。
第一次淬火目的是为了细化心部组织、消除表面渗碳层的网状碳化物，加热温度采用心部组织的临界点Ac3以上30~50度。第二次淬火是为了改善渗碳层的组织和性能，获得细针状（或隐晶状）马氏体的，均匀分布未溶碳化物颗粒，加热温度选择表层高碳组织的Ac130~50度。
优点：经过二次淬火后的渗碳工件，表层为细针状（或隐晶状）马氏体+粒状细小弥散分布的碳化物+少量残余奥氏体，有较高的耐磨性及疲劳强度，心部为细粒状铁素体+细小珠光体（或低碳马氏体）+少量细小铁素体颗粒有较高的塑韧性及一定的强度。
缺点：由于采用多次加热，零件易变形、氧化脱碳等热处理缺陷，生产周期长，工艺复杂，成本最高，主要应用于要求一些使用性能很高的重要的重负荷零件。

秦时明月 · 发表于 2013-1-23 07:34:20

草原的风发表于 2013-1-22 22:11

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渗碳后的热处理有三种方法：
1、直接淬火法
指渗碳后随炉降温或预冷到高于Ar1或Ar3温度，然后直接淬火+低温 ...

二次淬火法，第一次淬火后是否需要回火再二次淬火？

wqjtyx2012 · 发表于 2013-1-23 09:19:41

比较合适的是渗碳空冷+高回然后加热淬火

草原的风 · 发表于 2013-1-23 13:56:42

秦楼明月发表于 2013-1-23 07:34

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二次淬火法，第一次淬火后是否需要回火再二次淬火？

头一次不需要

灵峰探梅 · 发表于 2013-1-24 10:43:02

草原的风发表于 2013-1-22 22:11

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渗碳后的热处理有三种方法：
1、直接淬火法
指渗碳后随炉降温或预冷到高于Ar1或Ar3温度，然后直接淬火+低温 ...

您这个提法好像省掉了高温回火，对于Ni、Cr含量较高的材料也是这样吗？
此外二次淬火的说法比较新颖！

草原的风 · 发表于 2013-1-24 12:34:00

灵峰探梅发表于 2013-1-24 10:43

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您这个提法好像省掉了高温回火，对于Ni、Cr含量较高的材料也是这样吗？
此外二次淬火的说法比较新颖！ ...

二次淬火的说法是老掉牙的说法，不新颖。高温回火用第二次淬火加热替代了，既高温回火的同时又淬火加热，两全其美。

霜月 · 发表于 2013-1-24 16:43:45

灵峰探梅发表于 2013-1-24 10:43

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您这个提法好像省掉了高温回火，对于Ni、Cr含量较高的材料也是这样吗？
此外二次淬火的说法比较新颖！ ...

也有在加热淬火前采用预热代替高温回火的。

秦时明月 · 发表于 2013-1-24 16:55:09

本帖最后由秦楼明月于 2013-1-24 17:08 编辑

霜月发表于 2013-1-24 16:43

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也有在加热淬火前采用预热代替高温回火的。

记得我在BBS发过一个贴，渗碳工件淬火在650保温能否起到高回的作用，回贴基本是否定的。

秦时明月 · 发表于 2013-1-24 16:58:51

渗碳件淬火设650℃保温能否起到高回的作用
http://www.rclbbs.com/forum.php? ... 3&fromuid=32798

潇潇暮雨 · 发表于 2013-1-24 17:07:11

秦楼明月发表于 2013-1-24 16:55

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记得我在BBS发过一个贴，渗碳工件淬火在650-680保温能否起到高回的作用，回贴基本是否定的。 ...

可否通过检查其组织来对比

aaron01 · 发表于 2013-1-25 10:33:08

秦楼明月发表于 2013-1-24 16:55

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记得我在BBS发过一个贴，渗碳工件淬火在650保温能否起到高回的作用，回贴基本是否定的。 ...

从工艺角度而言，也未必是不可以的，你保温时间够了自然也就达到目的了。
不过从成本角度考虑，这样做不合适，这个高温回火时间是很长的，通常我们是在650C保温6小时以上，如果零件壁厚大的话，还要加时间，因为要让碳化物充分析出，甚至球化，需要较长时间的。
这样的话，占用淬火炉时间长，成本太高。

tom · 发表于 2013-1-25 10:41:26

aaron01 发表于 2013-1-25 10:33

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从工艺角度而言，也未必是不可以的，你保温时间够了自然也就达到目的了。
不过从成本角度考虑，这样做不 ...

严工我想问一下，高温回火还有俩作用：去除淬火应力，促进残余奥氏体分解。这个能代替吗？残余奥氏体如果分解不彻底，重新奥氏体化会不会有所谓的组织遗传？

aaron01 · 发表于 2013-1-25 11:03:07

tom 发表于 2013-1-25 10:41

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严工我想问一下，高温回火还有俩作用：去除淬火应力，促进残余奥氏体分解。这个能代替吗？残余奥氏体如果 ...

淬火应力200C左右加热保温就基本去除了，常规材料的残奥转变是在200-300C温度范围，现在在650C保温6小时，还去不掉吗？

tom · 发表于 2013-1-25 11:11:23

aaron01 发表于 2013-1-25 11:03

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淬火应力200C左右加热保温就基本去除了，常规材料的残奥转变是在200-300C温度范围，现在在650C保温6小时 ...

我有点小疑问：回火空冷过程对去应力、残奥分解功不可没，用加热650度保温再升温可以替代吗？

aaron01 · 发表于 2013-1-25 11:57:49

tom 发表于 2013-1-25 11:11

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我有点小疑问：回火空冷过程对去应力、残奥分解功不可没，用加热650度保温再升温可以替代吗？ ...

回火的冷却过程重要吗？

去应力机理是什么？
残奥的回火转变机理呢？

tom · 发表于 2013-1-25 13:12:18

aaron01 发表于 2013-1-25 11:57

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回火的冷却过程重要吗？
去应力机理是什么？
残奥的回火转变机理呢？ ...

严工，我只能从宏观上对此进行猜想：去应力退火通过加热保温缓慢冷却（似乎也伴随组织重新分布）使应力释放，所以王老师说的缓慢加热保温达到去应力效果我现在同意；残余奥氏体转变可以看成淬火的延续，既然这个转变可以看成淬火，那必然就有冷却了（无论是回火空冷还是冷冻处理），因此这一点上我暂时还不能认同。

aaron01 · 发表于 2013-1-25 13:29:08

本帖最后由 aaron01 于 2013-1-25 13:30 编辑

tom 发表于 2013-1-25 13:12

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严工，我只能从宏观上对此进行猜想：去应力退火通过加热保温缓慢冷却（似乎也伴随组织重新分布）使应力释 ...

先说残奥问题，残奥不是一定要转变成马氏体的，为什么不可以转变成珠光体转变产物？想想C曲线珠光体转变那两个C吧，一个是转变开始曲线，一个是转变结束曲线，只要碰到第2个C，是不是可以认为几乎没有奥氏体了？问个问题，等温正火工艺的话，等温后的冷却重要吗？
再说去应力，请复习塑性变形后的回复与再结晶章节，是加热和均温将位错回复的，而不是冷却！

tom · 发表于 2013-1-25 13:40:23

本帖最后由 tom 于 2013-1-25 13:44 编辑

aaron01 发表于 2013-1-25 13:29

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先说残奥问题，残奥不是一定要转变成马氏体的，为什么不可以转变成珠光体转变产物？想想C曲线珠光体转变那 ...

渗碳淬火以后的二次回火各4h和一次回8h不是有区别吗？残奥分解为珠光体不也要冷却吗？650度长时间保温后反而升温，会分解吗？

关于去应力，感谢您的讲解！再问一下去应力保温后为什么要缓冷而不是空冷呢？

aaron01 · 发表于 2013-1-25 14:16:12

本帖最后由 aaron01 于 2013-1-25 14:21 编辑

tom 发表于 2013-1-25 13:40

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渗碳淬火以后的二次回火各4h和一次回8h不是有区别吗？残奥分解为珠光体不也要冷却吗？650度长时间保温后 ...

关于残奥转变的问题，我还是上个图吧，图中红色直线是高温回火的加热和保温工艺，你可以看到，在650C保温会碰到C曲线的转变终了曲线，也就是说几乎没有奥氏体了，这个时候随你怎么冷，都不影响了。

残奥回火转变.jpg (89.77 KB, 下载次数: 0)

aaron01 · 发表于 2013-1-25 14:35:07

更正一下，升温速度不会有我上贴画得那么快，应该如下图的工艺：

高温回火.jpg (90.88 KB, 下载次数: 0)

一样的，残奥分解完成得更早，早早地就没有了残奥等非平衡组织，都是平衡组织，随你怎么冷了。

tom · 发表于 2013-1-25 14:47:53

从这个图可以看出，650度回火，残奥完全分解也就是保温几分钟的事情，而200度回火则需要十几个小时？
我最后请教一下：残余奥氏体本身是不是具有一定的稳定性？它与普通奥氏体有区别吗？

秦时明月 · 发表于 2013-1-25 14:53:11

这个主题贴的讨论充满学术气氛，有争论，又很和谐，“之家”之风应发扬广大。

所以因为 · 发表于 2013-1-25 16:14:30

aaron01 发表于 2013-1-25 11:57

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回火的冷却过程重要吗？
去应力机理是什么？
残奥的回火转变机理呢？ ...

高速钢回火的冷却过程对残奥的分解是十分重要的。

upposition · 发表于 2013-1-25 16:31:14

本帖最后由 upposition 于 2013-1-25 19:15 编辑

aaron01 发表于 2013-1-25 14:35

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更正一下，升温速度不会有我上贴画得那么快，应该如下图的工艺：

个人觉得，加热过程采用C曲线来解释不妥。
印象中，加热看Fe-c平衡图，冷却看c曲线。
所以比较疑惑。还请专家答疑。。。

秦时明月 · 发表于 2013-1-25 16:39:13

我的理解是这样，回火时，残余奥氏体析出碳化物，使马氏体转达变温度升高，在回火温度下，一部分残余奥氏体析出碳化物后，马氏体转变点正好和回火温度相同，这部分残余奥氏体在回火过程中就转变了，另一部分残余奥氏体虽然也析出碳化物，但碳含量高于回火温度转变为马体碳含量碳含量，此部分残余奥氏体在回火过程中不转变，而是在回火冷却中转变为马氏体。

aaron01 · 发表于 2013-1-25 19:07:24

所以因为发表于 2013-1-25 16:14

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高速钢回火的冷却过程对残奥的分解是十分重要的。

那是因为高速钢虽然在高温回火，但是加热保温后非平衡组织还是很多，如果全是平衡组织的话，冷快冷慢会有什么差异吗？怎么影响的呢？

呵呵，我可能是为数不多的不太注重冷速的，非主流派。

aaron01 · 发表于 2013-1-25 19:24:33

本帖最后由 aaron01 于 2013-1-25 19:57 编辑

在这个例子里，我想说明的是，对于普通材料而言，在高温回火的加热和保温过程中，已经完成了残奥的转变，这个转变的产物是贝氏体或者珠光体转变产物，如果温度够高，时间够长，残奥是会完全转变的，既然残奥都已经转变了，冷或者不冷都没差异了！
残奥可以转变成马氏体，但是更大的可能性是转变成贝氏体，从我在前面帖子里贴出的加热曲线工艺图，就可以发现这点。如果大家还要有疑问，可以思考这样的问题，调质零件高温回火后，组织有残奥吗？有马氏体吗？如果残奥是在回火的冷却过程转变成马氏体的，那为什么看不到马氏体呢？为什么回火的冷速对硬度没有影响呢？只有一种解释，回火的加热和保温过程早就把残奥都分解掉了，之后你怎么冷都一样了！

所以因为 · 发表于 2013-1-25 20:38:13

aaron01 发表于 2013-1-25 19:07

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那是因为高速钢虽然在高温回火，但是加热保温后非平衡组织还是很多，如果全是平衡组织的话，冷快冷慢会有 ...

严工，回火不都是在非平衡组织状态下的吗？

tom · 发表于 2013-1-25 20:50:25

本帖最后由 tom 于 2013-1-25 20:53 编辑

这个例子讨论的由来是二次淬火之前要不要高温回火的问题。我现在的理解高温回火主要作用还是去除淬火应力以及析出碳化物为二淬做准备，残余奥氏体不是主要因素，因为残余奥氏体的控制根本还在二次淬火上。我知道国内有企业渗碳缓冷到650度等温球化退火的，之后升温准备二次淬火，这个工艺似乎比王老师说的缓慢加热还简捷

。

aaron01 · 发表于 2013-1-25 22:34:26

所以因为发表于 2013-1-25 20:38

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严工，回火不都是在非平衡组织状态下的吗？

回火前当然是非平衡组织，
高温回火后，比如650C，对普通材料而言还有没有非平衡组织？

小小丑 · 发表于 2013-2-2 13:32:42

感觉大家说的都有道理。分解开来感觉大家是正反意见。
材料和热处理的魅力啊！
假如将10号钢加热到850℃水冷，没有氧化的前提。
请问性能和开始有没有区别？如果有，会怎么样？
假如45钢淬火后硬度不足，是否可以直接重工？假如可以直接重工，请问可以连续几次？假如分别连续二，三，四，五次直接重工硬度合格，与每一次重工前加正火工序，第二，三，四，五次合格，对应重工次数一致的工件，最终性能是否一致？

小小丑 · 发表于 2013-2-2 13:46:32

貌似普通钢连续两次淬火，可以细化晶粒。
貌似3CR13连续两次淬火，或许会混晶。
貌似高速钢连续两次淬火，得到萘状组织的概率挺大。
貌似CR2NI4 渗碳钢，渗碳后表面可以看成高碳高合金钢。
貌似普通钢650℃高回后，残奥或许没有，快冷慢冷晶界有点不一样。
貌似有人做过临界点以下加热水冷，细化了显微组织，提高了性能。
好像有些东西不是孤零零的存在，都是互相缠结，互相影响的。

小小丑 · 发表于 2013-2-2 14:01:45

感觉霜月大姐的主题是否考虑一下亚结构，成分均匀化，碳化物质点的影响？

众所周知，渗碳钢原始铁素体都达标，一种是点状，一种是条状，一种是团絮状，最后同种工艺下来，性能是不一样的。
残奥，渗碳体，碳化物，亚结构是否可以以此类推？
霜月大姐已经提出了30万和百万的区别，不能够证明，最少可以作为案例。

小小丑 · 发表于 2013-2-2 14:22:38

小小丑发表于 2013-2-2 14:01 感觉霜月大姐的主题是否考虑一下亚结构，成分均匀化，碳化物质点的影响？众所周知，渗碳钢原始铁素体都达 ...

直接淬火和二次淬火的碳浓度梯度的变化，工件化学成分均匀化的影响，最大应力叠加在工件内部位置的变化，亚结构的变化，晶体缺陷的变化，等等
线索单一还可以想想，自变量多了，反而不用想了，实践是检验真理的唯一标准。呵呵呵

Adam · 发表于 2013-2-19 10:29:00

秦楼明月发表于 2013-1-21 13:40

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对于船用螺伞齿轮，不论工件大小，性能试样大部分是连体的，渗碳淬火后从本上切下来做性能，降温直接淬火做 ...

渗碳产品的全面质量控制是才最难的
100%不合格可能是工艺还没有攻克，

Adam · 发表于 2013-2-19 10:30:53

霜月发表于 2013-1-21 20:15

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军工企业提供的原材料变形应该要小些吧？

军工产品在其他方面控制的不错
比如化学成分，淬透性，缺陷等

Adam · 发表于 2013-2-19 10:33:19

霜月发表于 2013-1-21 20:06

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请问这里说的二次淬火是渗碳冷却后再加热淬火吗？

这个选用直淬的公司很多，
孤鸿踏雪以前发过类似的帖子，结果据说很满意

Adam · 发表于 2013-3-7 11:49:05

霜月发表于 2013-1-20 10:28

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材料为ZF7,相当于20MnCr5，加了微量的B。

怎么会有这种要求呢？
我之前也做过ZF7H，ZF5H，就没有这种要求

霜月 · 发表于 2013-3-7 22:10:47

Adam 发表于 2013-3-7 11:49

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怎么会有这种要求呢？
我之前也做过ZF7H，ZF5H，就没有这种要求

ZF7H，ZF5H也是材料牌号码？

Adam · 发表于 2013-3-8 07:37:28

本帖最后由 Adam 于 2013-3-8 07:40 编辑

霜月发表于 2013-3-7 22:10

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ZF7H，ZF5H也是材料牌号码？

是采埃孚公司的材料，具体成分忘了

搬运工 · 发表于 2013-3-8 07:52:29

小小丑发表于 2013-2-2 13:46

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貌似普通钢连续两次淬火，可以细化晶粒。
貌似3CR13连续两次淬火，或许会混晶。
貌似高速钢连续两次淬火， ...

普通钢连续两次淬火，晶粒是否细化，得看具体工艺。得到粗大马氏体组织的情况也是存在的。。。

吉祥如意 · 发表于 2013-3-8 09:39:46

搬运工发表于 2013-3-8 07:52

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普通钢连续两次淬火，晶粒是否细化，得看具体工艺。得到粗大马氏体组织的情况也是存在的。。。 ...

除非是有意的。第二次淬火的加热温度要低于第一次淬火加热的温度。

搬运工 · 发表于 2013-3-8 09:46:18

吉祥如意发表于 2013-3-8 09:39

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除非是有意的。第二次淬火的加热温度要低于第一次淬火加热的温度。

在于温度与时间的控制。

吉祥如意 · 发表于 2013-3-8 09:54:47

搬运工发表于 2013-3-8 09:46

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在于温度与时间的控制。

这是肯定要控制好的。

孤鸿踏雪 · 发表于 2013-4-28 16:09:51

借这个课题提一个问题：那些不适用于渗碳后直接降温至某一温度、均温后淬火的非常规渗碳淬火钢，如20Cr2Ni4A，18Cr2Ni4WA、17CrNiMo6等，采用渗碳缓冷后高温回火，然后再加热淬火，与渗碳缓冷后直接加热淬火有何不同？如果采用后者，省去高温回火的中间工序，是否会产生不良影响？会产生什么不良影响呢？

霜月 · 发表于 2013-4-29 15:57:10

高温回火是目的是减少淬火后残奥数量，改善切削加工性能。就我接触过的20Cr2Ni4A，17CrNiMo6材料，如果渗碳缓冷后不机加工，可不高温回火，只要碳势控制得当、淬火温度合适，淬火后也不会出现不良组织。

真的好菜 · 发表于 2014-1-16 00:03:31

吉祥如意发表于 2013-1-21 10:14
我说一个案例与同行分享。船用齿轮，单件重3公斤，17Cr2Ni2MoA，实际有效硬化层深度1.16，用时540分钟，840 ...

都是好材料啊
有效硬化层深1.16
想知道这个齿轮模数多大的？

花小枫 · 发表于 2016-6-8 12:14:24

薄壁工件采用（缓）冷后再淬火变形明显比渗碳后直接淬火，高回后二次淬火要好，个人觉得一次淬火因为温度高不仅变形大，而且变形比较复杂，不容易校正，二次淬火温度低，变心相对小，而且比较好校正。

sh-sbc · 发表于 2018-9-3 15:01:13

应该说差异很大！否则，没必要重新加热淬火。重新加热淬火，晶粒得到细化，性能会明显提高。

跑步者 · 发表于 2018-9-5 08:08:23

microsoft 发表于 2013-1-19 21:10
实际操作还是渗碳后降温直接淬火比较方便，为什么还有很多零件要求渗碳缓冷后在感应淬火呢？ ...

我认为这是正常的，毕竟碳含量决定淬火硬度，原材料渗碳后局部高频很正常啊

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