调质和正火的选择

凌云谷

（继续237#帖子的讨论）

    对于“淬火”的定义，结合国标GB/T7232-1999《金属热处理工艺术语》中的定义，顺便收集了一下 “淬火”一词的中文含义、来源（见238#和239#帖子）以及SAE J415－1995 《DEFINITIONS OF HEAT TREATING TERMS热处理术语定义》中相关的词条，获得如下认知：

1）GB/T7232中的定义：

a）“淬火 quench hardening，transformation hardening ”： 工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。
b）“淬火冷却;淬冷 quenching”工件淬火周期中的冷却部分。

2）SAE J415中的定义：

将“淬火”分成了“淬硬”和“淬”两个条目进行了分别的诠释：
   a）SAE J415标准中的条目“3.91”条，对“淬硬”做了诠释
   “Quench Hardening”――――Hardening a suitable ferrous alloy by austenitizing and then cooling at a rate such that a substantial amount of austenite transforms to martensite.
   “淬硬”――――通过先奥氏体化后以一定的速率冷却、让足够数量的奥氏体转变为马氏体，使特定的钢材硬化。
    这个条目，我们可以这样理解：必须奥氏体化；对冷速没有限制；产物中要有足够数量的马氏体并达到硬化的效果；
   b）SAE J415标准中的条目“3.92”条，对“淬”做了诠释
    “Quenching”―――― Rapid cooling. When applicable, the following more specific terms should be used: Direct Quenching, Fog Quenching, Hot Quenching, Interrupted Quenching, Selective Quenching, Spray Quenching, and Time Quenching.
   “淬”――――快速冷却，急冷。在应用时，需要用下列更确切的术语来界定：直接淬（应用于渗碳工艺），喷雾淬，热介质淬（一般指70℃以上的热介质），分级淬，局部淬，喷液淬，分级限时淬。

    对比GB/T7232和SAE J415标准，对于“淬火”术语的定义，我们可以清楚的知道：

    1）我们平时所说的“淬火”，两个标准上都是指达到“淬硬Quench Hardening”效果的“蘸zhàn火”，也就是“蘸zhàn上火”才叫“淬火”，没有“蘸zhàn上火”就是不合格，不能算是真正意义上的“蘸zhàn火”，一般需要判为不合格。
    2）GB/T7232标准比SAE J415标准宽，认为获得贝氏体组织为主也算“淬硬（淬火）”。   （注：后续 帖子243#验证了这一说法）


    另外，对于“Quenching”的理解，两个标准是存在差异的：

   1）SAE J415标准“3.92”条目“Quenching（淬）”的定义中，含以下意思：
       a）仅含“快冷”的含义，它并不一定能导致“淬硬”的效果；
       b）在美国的机械设计图纸上，由于quenching（淬）不代表单独的工艺，所以必须和其它术语结合才能在图纸上出现。

   2）GB/T7232标准，对“Quenching”理解成“工件淬火周期中的冷却部分”，即“Quenching”是导致“淬硬”的工艺过程中的一个阶段。

    可见，"Quenching"在GB/T7232和SAE J415中，术语含义涵盖的面是不同的，似乎SAE J415标准涵盖的面更宽。

   （未完待续）

[ 本帖最后由 凌云谷 于 2009-8-5 10:19 编辑 ]

横笛吹雨

1、GB/T7232标准认为获得贝氏体组织为主也算淬硬，应是针对等温淬火吧？
   SAE J415标准中对等温淬火有什么描述？
2、“a substantial amount of austenite transforms ......”更接近实际生产情况，因而作为一个定义也更严谨。

凌云谷

SAE J415标准中对等温淬火是这样描述的：

1、条目3.70
“Martempering”—(a) A hardening procedure in which an austenitized ferrous workpiece is quenched into an appropriate medium whose temperature is maintained substantially at the Ms of the workpiece, held in the medium until its temperature is uniform throughout but not long enough to permit bainite to form and then cooled in air. The treatment is frequently followed by tempering. (b) When the process is applied to carburized material, the part is quenched to a temperature below the core Ms but above the case Ms temperature. This variation of the process is frequently called marquenching.

2、条目3.8

“ Austempering”—Quenching a ferrous alloy from a temperature above the transformation range, in a medium having a rate of heat extraction sufficient to prevent the formation of ferrite or pearlite, and then holding the alloy just above Ms until transformation to bainite is complete.

       根据目的的不同，以这两个热处理术语分别定义我们所说的“等温淬火”.

       从“Austempering”术语的英文含义中，可知获得“贝氏体”不在“淬硬”范畴内，所以用了“quenching”来定义；而“Martempering”术语的英文含义中，可知最终获得

“马氏体”才算“淬硬”，术语的定义中才用“hardening”一词。

    在GB/T 7232中，也用两个热处理术语来分别定义：
4.15 “贝氏体等温淬火,等温淬火Austempering”工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火。
4.16“马氏体分级淬火,分级淬火Martempering”工件加热奥氏体化后浸人温度稍高或稍低于Ms点的碱浴或盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火。
    GB/T 7232的“贝氏体等温淬火”“马氏体分级淬火”这两个术语，都含有不管是获得了马氏体还是贝氏体，都认为是“淬硬”了，即“淬（上）火”了。

    从上面可见，我在241#帖子中对两个标准关于“淬火”定义的差异的认知是正确的：GB/T 7232在“淬火”的定义中认为出现“贝氏体”转变为主也算“淬硬”，而SAE J415标准只认可出现“马氏体”转变为主才算“淬硬”。

[ 本帖最后由 凌云谷 于 2009-8-5 10:32 编辑 ]

横笛吹雨

（a）更像咱们的分级淬火，只是介质温度就在Ms这一点上（也不好控制吧？）。有没有贝氏体等温淬火的描述？
（b）对于渗碳件等温温度在心部Ms和表层Ms之间，这需要严格控制渗碳过程保证渗层碳浓度和梯度的稳定来保证表层Ms的稳定。不过对于渗碳件等高碳件来说，等温岂不是会增加残奥吗？

qibao9891

原帖由 凌云谷 于 2009-8-4 15:26 发表
（补充237#帖子之二）

（二）有一篇关于“淬火”一词来源的文章里写到（以下引用无名氏的文章，仅是引用不代表认可其观点）：　
　
    淬火（Hardening or Quenching）

    淬火工艺最早的史料记载见于《汉 ...

暴汗如雨..............................
239楼那个无名氏叫做“南墙”，是某家n年前在百度的马甲。只因得罪了百度，被封也是n年，所以弃之。
感谢凌工的引用和“引用不代表认可其观点”。


引申义是“将高温的物体急速冷却的工艺”----------这段话不是我创的，当时是摘录唐电先生的《“蘸火”词辩》里的一句。

[ 本帖最后由 qibao9891 于 2009-8-5 23:25 编辑 ]

雁南飞

诸位大师讨论的如此精彩!
现将我的疑问引来,请大家予以指点:

我见到这样一种情况,20CRNIMO轴,直径195MM长1米.技术要求正火,但工厂在正火操作时,采用920度,出炉预冷2分钟,然后水冷20秒.再空冷1.5小时后600度回火. 我问其水冷原因,操作者告诉我说:"为提高轴的力学性能",其他操作者也不知道.

诸位大师能否点拨一二,关于水冷原因,以及回火原因.
另弱弱的问一句:大件多大开始叫大件,小件多小叫小件啊。大小件有没有一个分界限?是根据临界尺寸吗?

renbenfg

回楼上：应该是正火，只不过采取了一些技巧手段，以保证硬度和组织，也就是你所说的力学性能。由于工件较大出炉温度高，空冷是起到预冷的作用，为水冷做好准备。水冷是加快工件的冷却速度，已达到相变。空冷是相变的继续直至完成。回火是为了消除应力。
　　至于大小件的区分没有标准。一般是按体积或重量。不可能是临界尺寸。至于多少很难说。

所以因为

关于大小件的界定，雁南飞提了一个看似简单，但却是一个很有意思的问题。又是一个众说纷纭，可能“很难说”但值得讨论一二的问题。我曾经想过这个问题，也有自己的看法，我后面会说，想先听听大家的意见。
我的同事“风来疏竹”张工请不要说出看法，因为我们讨论过，意见基本一致。

风来疏竹

如果有时间麻烦上传“SAE J415”标准以饱眼福。谢谢了。

搬运工

一.按重量分类5Kg以下为小件.30Kg以上为大件.此法未考虑零件几何尺寸.我认为无太大实际意义.二.有按零件截面尺寸分类的.以40mm为界限..此法也并不科学.三.对于结构钢.个人主张按零件淬硬能力进行分类.即油能淬硬的为小件.水淬不硬的为大件.是否淬硬按表面能否获得90%M为标准.上述一..二两条中的5Kg.30Kg.40mm可能会存在记忆中的错误.

雁南飞

回247楼:
  谢谢您的截惑.还有一事不明.在水冷20S后,空冷时,由于其心部温度还很高,致使表面温度又回复到750度左右(从工件表面温度颜色看,不一定准确),相当于表面又重新亚温加热过了.这样正火后表面组织较直接正火要良好,晶粒度要小是吗?从而保证了其力学性能?
另,正火的结果是:175-202HB

凌云谷

以下观点仅是片面之言，请大家指正：
        个人认为，所谓大小件，在体积、尺寸上严格界定没有实际的意义，要和采用的工艺方法以及冷却介质的冷却能力、冷却方法、吊装方式等结合起来才有探讨价值：
例如：
1、整体淬火过程中：
1）如：确定了冷却介质和冷却方法后，特定形状、体积、有效直径的特定工件如果最表面的冷却速度能够达到临界冷却速度的，就可以认为是小件，否则就是大件。
2）如：
a）首先定义一个特定材料的临界直径，即：在淬火冷却烈度认为无限大的理想淬冷介质中（比如常规条件下（我们能够轻易获得的冷却介质以及室温状态）的20％左右的盐水）），某种材料淬火冷却时圆柱钢试样能够全部淬透（心部至少获得50％马氏体）的临界直径Dic。
b）考察其使用场合，如：
    承受扭转疲劳为主的轴类零件，如果采用调质热处理，一般利用其1/4－－1/2直径外层材料的性能，则工件直径大于4倍的Dic则可以认为是大件了。
    其它场合请大家补充。
2、感应淬火过程中：
    人工能上下料的，认为是小件；反之，需要辅助吊具上下料的，认为是大件。

以上仅是不成熟的观点，其它工艺过程中如何界定大零件，请大家探讨补充。

[ 本帖最后由 凌云谷 于 2009-8-7 14:55 编辑 ]

凌云谷

你好！
正版资料受美国知识产权方面的保护，不能在公开场合、赢利为性质情况下传播，但可以作为非赢利为目的、在学术探讨时可以传阅、引用。基于以上认知以及你也用于以上相同的学术探讨为目的的，可以给我你的邮箱地址，我发给你。

凌云谷

这个工艺充分利用了奥氏体化温度对过冷奥氏体转变孕育期的影响的原理，即：
奥氏体化温度越低、AC1以下冷却连续转变时的孕育期越短，就越先发生珠光体转变。

大工件通过比较缓慢的速度预冷（空冷或短时间水冷（要在汽膜未破裂前）），表面慢速预冷到AC1以上保持某个较低的温度、次表面和心部保持更高的温度，然后在随后的空冷、水冷（或其它急剧冷却）时，由于表面比次表面以及心部温度低，表面的过冷奥氏体转变需要的孕育期短而先进行部分珠光体转变，而心部可以保持长的孕育期而使过冷奥氏体在比表面低的温度才发生转变；过冷奥氏体转变的温度越低，形成的产物硬度越高，故大型锻件经过预冷到一定的温度再马上淬火，会引起次表层硬度反而高的“逆硬化”现象。

横笛吹雨

能否这样认为：在经过2分钟空冷预冷后，20秒水冷时表层会在一定深度内发生马氏体转变，之后的空冷过程中，表层温度回升，相当于进行了一次高温回火。所以对表层来说其实是进行了一次调质，所以相应提高了性能。

[ 本帖最后由 WJFU66 于 2009-8-7 12:23 编辑 ]

mack

照我的理解,对于大件,由于尺寸过大,此时的淬火实际上不管用什么冷却介质,都不能得到马氏体组织.所以从操作上来说是淬火,但从组织上来看就是正火了.而由于尺寸过大,淬火后(或称为正火)内应力太大,故须回火以消除应力.我的理解不知是否正确,望大侠指教!!

凌云谷

（继续241#帖子的讨论）
注：241#帖子是237#帖子的一个补充材料，下面的贴子跟在241#后面，但段落标题序号的安排上，应该在237#之后。

实际上，针对上述这种实际热处理工艺执行情况，美国SAE J415－1995 《DEFINITIONS OF HEAT TREATING TERMS热处理术语定义》标准中，有“Slack Quenching”这一术语来定义这种实际工艺。
在SAE J415标准中，条目“3.102”对“Slack Quenching”做了定义。

“Slack Quenching”―――The incomplete hardening of steel due to quenching from the austenizing temperature at a rate slower than the critical cooling rate for the particular steel, resulting in the formation of one or more transformation products in addition to martensite.

“欠速淬火”―――钢不完全硬化，原因是：由于从奥氏体化温度淬下来的冷速比这个特定的钢的临界冷速慢，导致除马氏体外还有一个或多个转变产物的现象。
在这里，“Slack”有“软弱的, 马虎地, 缓慢地”的含义
“Slack Quenching”在中国的文献中，被翻译成“不完全淬火”、“断续淬火”、“晶粒细化热处理”等，但这些定义，在GB/T7232标准的热处理术语中都没有出现。


个人认为，为了和国际接轨，在GB/T7232标准的热处理术语中应该添加类似的术语“欠速淬火（不完全淬火Slack Quenching）”，考虑到我国GB/T7232标准“淬火”术语的定义中包含获得“马氏体或(和)贝氏体组织”，而美国标准仅包含获得“马氏体组织”，为了和我国标准的“淬火”术语条目相匹配，在GB/T7232标准中建议添加“欠速淬火（不完全淬火Slack Quenching）”术语并将术语定义如下：

“欠速淬火（不完全淬火Slack Quenching）”―――钢不完全淬火硬化，原因是：由于从奥氏体化温度淬下来的冷速比这个特定的钢的临界冷速慢，导致除马氏体（含量小于50％）或(和)贝氏体组织外，还有一个或多个转变产物的现象。

一旦这个热处理术语能够加入国标GB/T7232-1999，那么这个精华贴对大尺寸零件这种水冷（或其它非空冷的快速冷却方法）工艺的叫法的争论基本可以平息了。

    但是，一旦加入了这个术语，就会发生对“回火”术语的定义需要修订的问题。

（未完待续）

注意：谁有以下资料，如果有的话，请加我并将资料发给我。

1、DIN EN10052:1994《钢铁热处理词汇》

2、日本JIS B6905-1995《金属制品热处理用语》

3、苏联金属学及热处理词典(1989）

横笛吹雨

那么根据1、1）和1、2），工件直径大于4倍的Dic时工件最表面的冷却速度就达不到临界冷却速度了，凌工的依据是什么呢？

搬运工

一.承受扭转载荷为主的轴类零件，如果采用调质热处理，一般利用其1/4－－1/2''半径''外层材料的性能，二. 对于''4倍的Dic.....''的问题不理解

横笛吹雨

这个工艺充分利用了奥氏体化温度对过冷奥氏体转变孕育期的影响的原理，即：
奥氏体化温度越低、AC1以下冷却连续转变时的孕育期越短，就越先发生珠光体转变。

大工件通过比较缓慢的速度预冷（空冷或短时间水冷（要在汽膜未破裂前）），表面慢速预冷到AC1以上保持某个较低的温度、次表面和心部保持更高的温度，然后在随后的空冷、水冷（或其它急剧冷却）时，由于表面比次表面以及心部温度低，表面的过冷奥氏体转变需要的孕育期短而先进行部分珠光体转变，而心部可以保持长的孕育期而使过冷奥氏体在比表面低的温度才发生转变；过冷奥氏体转变的温度越低，形成的产物硬度越高，故大型锻件经过预冷到一定的温度再马上淬火，会引起次表层硬度反而高的“逆硬化”现象。
还没从反方角色中转换过来，见到谁也想反一下，何况还是反一个大腕呢
1、“大型锻件经过预冷到一定的温度再马上淬火，会引起次表层硬度反而高的“逆硬化”现象”..........这种现象是不是由于预冷过度，使表层的温度已低于材料的Ar1所致？或者如亚共析钢表层预冷到了Ar3以下有先析相形成所致？如果表层预冷后的温度高于Ar3，表层硬度怎么会降低？
2、诚如您所说“过冷奥氏体转变的温度越低，形成的产物硬度越高”，但为什么预冷会“使过冷奥氏体在比表面低的温度才发生转变”呢？按我的理解孕育期长未必代表转变温度低，就像C曲线上鼻子以上部分，孕育期长的反而是转变温度高的。心部和表面一样，只要冷到Ar3以下就会析出先析相，冷到Ar1以下就会发生珠光体转变，只不过表层到温快先转变，心部是后转变而已（有了预冷更是如此）。同样，表层和心部的珠光体转变产物都存在一个时间差上的差异，先形成的粗（软）后形成的细（硬），他们各自都有一个时间纵向上的变化，但由于表层比心部冷速快，最终产物中表层的硬的产物比例会高一些（有了预冷更是如此）。。
请指正

[ 本帖最后由 WJFU66 于 2009-8-7 18:33 编辑 ]