中碳鋼淬火為什麼掉皮

A. 碳素鋼在冶煉和軋制過程中有什麼缺陷

碳素鋼在冶煉和軋制（鍛造）加工過程中，由於設備、工藝和操作等原因造成鋼的欠缺。主要包括結疤、裂紋、縮孔殘余、分層、白點、偏析、非金屬夾雜、疏鬆和帶狀組織等。
一、結疤
鋼材表面未與基體焊合的金屬或非金屬疤塊。有的部分與基體相連，呈舌狀；有的與基體不連接，呈鱗片狀。後者有時在加工時脫落，形成凹坑。煉鋼（澆鑄）造成的結疤，疤下一般有肉眼可見的非金屬夾雜。軋鋼造成的結疤一般稱「軋疤」，疤下一般僅有氧化鐵皮。
煉鋼（澆鑄）造成結疤的主要原因有：
(1）上鑄錠未採取防濺措施或下鑄錠開鑄過猛造成飛濺結疤。
(2）下鑄錠保護渣性能不佳或模子不清潔、不幹燥，造成鋼錠（連鑄坯）表面或皮下夾雜、氣泡和重皮。
(3）模壁嚴重缺陷或鑄溫過高造成凸疤和粘模，經軋制或鍛壓加工演變為結疤。
軋鋼方面造成結疤的原因有：
(1）成品前某道（架）軋輥或導衛裝置缺陷或操作不當造成軋件凸包、耳子、劃疤，經再軋形成結疤。
(2）鋼坯火焰清理清痕過陡或殘渣未除凈，外物落在鋼坯上被軋成結疤。
結疤缺陷直接影響鋼材外觀質量和力學性能。在成品鋼材上不允許結疤存在。對結疤部位可進行磨修，磨修後鋼材尺寸應符合標准規定。為了減少和消除結疤，一是煉鋼、軋鋼要改進有關工藝和操作，二是對鋼坯表面缺陷部位進行重點清理或全面扒皮清理。
二、裂紋
按裂紋形狀和形成原因有多種名稱，如拉裂、橫裂、裂縫、裂紋、發紋、炸裂（響裂）、脆裂（矯裂）、軋裂和剪裂等。從煉鋼、軋鋼到鋼材深加工幾乎每道工序都有造成裂紋的因素。
(1）煉鋼方面
鋼中硫、磷含量高，鋼的強度、塑性低；鑄錠澆鑄（模鑄、連鑄）溫度過高，澆鑄速度過快，鑄流不正；鋼錠模、結晶器設計不合理；冷卻強度不足或冷卻不均，造成激冷層薄或局部應力過大；鋼錠模有嚴重缺陷或保溫帽安裝不良造成鋼錠凝固過程懸掛；保護渣性能不佳，模子潮和各種澆鑄操作不良都能造成鋼錠表面質量不佳，在鋼材上形成裂紋。
(2）軋鋼（鍛造）方面
鋼錠、鋼坯加熱溫度不均或過燒造成裂紋；高碳鋼加熱或冷卻過快，火焰清理或火焰切割鋼材溫度過低造成炸裂；鋼材矯直應力過大，矯直次數過多而又未進行適當熱處理時易產生矯裂；冷拔管、線鋼料熱處理不良或過酸洗造成裂紋；鋼件在藍脆區剪切易剪裂；焊接工藝不當造成焊縫或熱影響區裂紋。
裂紋直接影響鋼材的力學性能和耐腐蝕性能，成品鋼材不允許裂紋存在。對於裂紋可以進行磨修，磨修後鋼材尺寸應符合標准規定。為了防止或減少鋼材裂紋，一是要改進煉鋼、軋鋼和鋼材深加工及有關工序工藝操作；二是對鋼坯缺陷部位要進行重點清理，對重要用途鋼坯可以進行扒皮處理。
三、縮孔殘余
鋼水凝固過程中，由於體積收縮，在鋼錠或連鑄坯心部未能得到充分填充而形成的管狀或分散孔洞。在熱加工前，因為切頭量過小或縮孔較深，造成切除不盡，其殘留部分稱為縮孔殘余。
縮孔殘余分布在鋼錠上部中心處，並與鋼錠頂部貫通的叫一次縮孔。由於設計的鋼錠模細長或上小下大，在澆鑄凝固過程中，鋼錠截口以下錠中心仍有未凝固的鋼水，凝固後期不能充分填充，形成的孔洞叫二次縮孔。一次縮孔和二次縮孔有本質差別，前者只出現在鋼錠頭部，後者在鋼錠上、中、下部位都有可能出現。一次縮孔酸洗試片中心區域呈不規則的折皺裂縫或空洞。在其上或附近常伴有嚴重的夾渣、成分偏析和疏鬆。二次縮孔孔洞中或附近沒有夾渣，但有偏析生成碳物。一次縮孔殘余和空氣貫通的二次縮孔在軋制（鍛造）過程中不能焊合，與空氣隔絕的二次縮孔和連鑄坯縮孔在軋制時一般能夠焊合，不影響鋼材使用性能。
縮孔殘余嚴重地破壞鋼材的連續性，是鋼材不允許存在的缺陷，軋制（鍛造）時必然在鋼坯上產生裂紋。為了防止縮孔的產生，要求正確設計鋼錠模和保溫帽尺寸，並採用性能優良的保護渣、保溫劑（發熱劑）和絕熱板，把縮孔控制在鋼錠頭部，以保證在開坯時切掉。控制澆鑄速度不要太快，溫度不要過高可以防止縮孔產生。
四、分層
鋼材基體上出現的互不結合的兩層結構。分層一般都平行於壓力加工表面，在縱、橫向斷面低倍試片上均有黑線。分層嚴重時有裂縫發生，在裂縫中往往有氧化鐵、非金屬夾雜和嚴重的偏析物質。
鎮靜鋼鋼錠的縮孔和沸騰鋼錠的氣囊及尾孔經軋制（鍛造）不能焊合產生分層。鋼中大型夾雜和嚴重成分偏析也能產生分層。分層是鋼材中不允許存在的缺陷，嚴重影響鋼材的使用。
防止分層缺陷的措施有：
(1）煉鋼方面，要凈化鋼質，減少偏析、縮孔、氣囊和大型非金屬夾雜，防止連鑄坯產生中間裂紋。
(2）軋鋼方面，在鋼錠加熱時要嚴防內裂，初軋坯要切凈縮孔和尾孔。
五、白點
在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上，出現的不同長度無規則的發紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規則分布，多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上，呈圓形或橢圓形白亮點。直徑一般為3～10mm。
板鋼在縱向、橫向斷口上白點特徵不明顯，而在z向斷口上呈現長條狀或橢圓狀白色斑點。採用斷口檢查白點時，最好把試樣先進行淬火和調質處理。
鋼坯上出現白點，經壓力加工後可變形或延伸，壓下率較大時也能焊合。
白點缺陷對鋼材力學性能（韌性和塑性）影響很大，當白點平面垂直方向受應力作用時，會導致鋼件突然斷裂。因此，鋼材不允許白點存在。
白點產生的原因，一般認為是鋼中氫含量偏高和組織應力共同作用的結果。奧氏體中溶解的氫，在冷卻相變過程中，其溶解度顯著降低，所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區或夾雜物周圍，結合成氫分子，產生巨大局部壓力，當這種壓力與相變組織應力相結合超過鋼的強度時，則產生裂紋，形成白點。
白點多在高碳鋼，馬氏體鋼和貝氏體鋼中出現。奧氏體鋼和低碳鐵素體鋼一般不出現白點。
消除白點的措施主要是改進冶煉操作，採用真空處理，降低鋼水氫含量和採用鋼坯（鋼材）緩冷工藝。
六、偏析
鋼材成分的嚴重不均勻。這種現象不僅包括常見的元素（如碳、錳、硅、硫、磷）分布的不均勻性，還包括氣體和非金屬夾雜分布的不均勻性。
偏析產生的原因是鋼水在凝固過程中，由於選分結晶造成的。首先結晶出來的晶核純度較高，雜質遺留在後結晶的鋼水中。因此，結晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質富集。隨著溫度降低，雜質凝固在樹枝晶間，或形成不同程度的偏析帶。此外，隨著溫度降低，氣體在鋼水中溶解度下降，在結晶前沿析出並形成氣泡上浮，富集雜質的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由於偏析在鋼錠上出現部位不同和在低倍試片上表現出形式各異，偏析可分為方形偏析、「V」、「^」形偏析、點狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。
另外，脫氧合金化工藝操作不當，可以造成嚴重的成分不均。保護渣捲入到鋼水中造成局部增碳。這些因素使鋼材產生偏析的程度往往超過由於選分結晶造成的偏析。
偏析影響鋼材的力學性能和耐蝕性能。嚴重偏析可能造成鋼材脆斷，冷加工時還會損壞機械，故超過允許級別的偏析是不允許存在的。
偏析程度往往與錠型、鋼種、冶煉操作和澆鑄條件有關。合金元素、雜質和氣體的偏析，隨澆鑄溫度升高和澆鑄速度加快，偏析程度愈嚴重。連鑄鋼採用電磁攪拌可以減輕偏析程度。另外，增加鋼水潔凈度是減輕偏析的重要措施。
七、非金屬夾雜
鋼中含有與基體金屬成分不同的非金屬物質。它破壞了金屬基體的連續性和各向同性性能。
按非金屬夾雜的來源可分為內生夾雜、外來夾雜及兩者混合物。
（1）內生夾雜是由脫氧和結晶時進行的各種物理化學反應形成的，主要是鋼中氧、硫、氮同其他成分間的反應產物，如Al2O3等。內生夾雜的特點是顆粒小，在鋼內分布均勻，它與脫氧方法和化學成分有密切關系。
(2)外來夾雜是指鋼中混入耐火材料、爐渣、鋼包渣和模內保護渣等外來物質。外來夾雜的特點是尺寸大，成分結構復雜，分布不規則，具有很大的偶然性。空氣對鋼水的二次氧化會形成外來夾雜。在煉鋼過程中，外來夾雜與內生夾雜往往會形成兩者的混合物，具有兩者的共同特點，使檢驗者難以分辨其來源。非金屬夾雜按顆粒大小可分為亞顯微、顯微和大顆粒夾雜三種，其顆粒尺寸分別為<1μm、1～100μm和>100μm。大顆粒夾雜往往出現在鋼錠沉澱晶區和皮下位置。連鑄鋼上弧區有時也發現大顆粒夾雜。
按非金屬夾雜本身性質，可以分為塑性夾雜和脆性夾雜兩種。
(1）塑性夾雜在熱加工過程中，隨金屬一起發生變形，如MnS；而脆性夾雜，隨熱加工金屬的變彤發生破碎，如Al2O3。當非金屬夾雜熔點特別高時，在鋼中一生成就以固態形式存在，這類非金屬夾雜物在熱加工時既不變形，也不破碎，保持其原來形狀，如TiN。對於熔點很低的夾雜，從最後結晶母液中排除，此時多沿初生奧氏體晶界呈網狀薄膜析出，如FeS。
鋼中非金屬夾雜對鋼材的強度、伸長率、韌性和疲勞強度有不同程度的影響。按使用要求，根據中國國家非金屬夾雜標准評定鋼材夾雜級別。鋼材中不允許存在嚴重危害鋼材性能的大顆粒夾雜。
保證出鋼和澆鑄系統清潔，採用吹氬、渣洗、噴粉、真空處理等爐外精煉措施及保護澆鑄措施，可以減少鋼中非金屬夾雜。
八、疏鬆
鋼材截面熱酸蝕試片上組織不緻密的現象。在鋼材橫斷面熱酸蝕試片上，存在許多孔隙和小黑點子，呈現組織不緻密現象，當這些孔隙和小黑點子分布在整個試片上時叫一股疏鬆，集中分布在中心的叫做中心疏鬆。在縱向熱酸蝕試片上，疏鬆表現為不同長度的條紋，但仔細觀察或用8～10倍放大鏡觀察，條紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋，可以發現樹枝晶末梢有金屬結晶的自由表面特徵。
疏鬆的成因與鋼水冷凝收縮和選分結晶有關。鋼水在結晶時，先結晶的樹枝晶晶軸比較純凈，而枝晶問富集偏析元素、氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水，最後凝固時，不能夠全部充滿枝晶間，因而形成一些細小微孔。
鋼材在熱加工過程中，疏鬆可大大改善，但當鋼錠疏鬆嚴重時，壓縮比不足或孔型設計不當時，熱加工後疏鬆還會存在。嚴重的疏鬆視為鋼材缺陷，當疏鬆嚴重時，鋼材的力學性能會受到一定影響。但根據鋼材使用要求，可以按標准圖片評定鋼材疏鬆級別。
採用提高鋼水純凈度、加快冷卻速度、連鑄用電磁攪拌和減少枝晶等措施，可以減少疏鬆。
九、帶狀組織
熱加工後的低碳結構鋼，其顯微組織鐵素體和珠光體沿軋向平行排列，呈帶狀分布，形成鋼材帶狀組織。
帶狀組織形成的機制一般有3種：
(1）通常，在低碳鋼中，當樹枝晶間富集磷、硫等雜質，鋼材經熱加工後，非金屬夾雜被拉長。如硫化物，而奧氏體在冷卻過程中先共析鐵素體沿硫化物夾雜形核和長大，形成鐵素體條帶。同時，鐵素體形成時向鐵素體條帶兩側排碳，也形成了珠光體條帶。
(2）當低碳鋼中含錳較高時，先凝固的樹枝晶晶干成分較純，形成鐵素體條帶。而枝晶間含錳、碳、硫、磷等雜質，而且鐵素體條帶也向枝晶間排碳，形成珠光體條帶。
(3）當熱加工終軋溫度較低時，在雙相區軋制也能形成帶狀組織。
帶狀組織實質上是鋼材組織不均勻的一種表現，影響鋼材性能，產生備向異性。帶狀組織降低鋼材塑性、沖擊韌性和斷面收縮率，特別是對橫向力學性能影響較大。
根據鋼材的使用要求，可以按中國國家帶狀組織評級標准圖片來評定鋼材帶狀組織的級別。
降低鋼中夾雜和樹枝晶成分偏析是減輕鋼中帶狀組織的主要措施。
注意事項：
碳素鋼淬火時通常採用水冷，但對小尺寸的中碳鋼，尤其是直徑為8—12mm的45號鋼淬火時容易產生裂紋，這是一個較為復雜的問題。採取的措施是淬火時試樣在水中快速攪動，或者採用油冷，可避免出現裂紋。包裝，裸裝，國產鋼按鋼號在端部進行塗色，詳見GB/T699-88標准規定。

B. 淬火的目的是什麼

淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時間，然後以大於臨界冷卻速度進行冷卻，從而獲得以馬氏體為主的不平衡組織（也有根據需要獲得貝氏體或保持單相奧氏體）的一種熱處理工藝方法。

淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏敗高宏體或貝氏體組織，然後配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。

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淬火保溫時間由設備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內部溫度均勻趨於一致。對各類淬火，其保溫時間最終取決於在要求淬火的區域獲得良好的淬火加熱組織。

加熱與保溫是影響淬火質量的重要環節，奧氏體化獲得的組織狀態直接影響淬火後的性能。一般鋼件奧氏體晶粒控制在5～8級。

淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般採用洛氏硬度計測定其HRC值。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測定HRA值，而厚度小於0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小於5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計測定察冊其HRC值。
在焊接中碳鋼和某些合金鋼時，熱影響區中可能發生淬火現象而變硬，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設法防止的。

由於淬火後金屬硬而脆，產生的表面殘余應力會造成冷裂紋，回火可作為在不影響念悉硬度的基礎上，消除冷裂紋的手段之一。

淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適，對於過大的零件，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題，此時應考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強度。

淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火後鋼件內部有較大的淬火內應力，因而不宜直接應用，必須進行回火。

C. 鋼的淬火是什麼意思

對鋼材進行加熱到一個很高的溫度，再急速冷卻，使鋼內部組織結構發生變化可以獲得很高的硬度
對鋼進行淬火，可以達到以下幾個目的：
1，提高工件的硬度和耐磨性，各種刃具，冷作模具，量具及表面要求耐磨的齒輪，軋輥，軋輥和滲碳件的硬度一般都要求達到HRC60左右。通過淬火可以達到要求的硬度和耐磨性。
2，賦予工件以需要的綜合機械性能，對於中碳鋼的各種工件，往往要求有較高的強度和較高的韌性相配合，通過淬火和高溫回火--調質，可以達到這種要求。
3，使工件獲得特殊的物理化學性能，通過淬火，可以使莫些鋼獲得特殊物理化學性能。如對用磁鋼進行淬火，可以增加其鐵磁性。(end)

D. 為什麼熱處理淬火會脫碳

因為熱處理淬火在氧化性介質中加熱，表面會發生氧化作用使零件表面碳的質量分數減，造成表面脫碳。

表面脫碳層的深度超過最後加工的留量就會使零件報廢。表面脫碳層深度的測定在金相檢驗中可用金相法和顯微硬度法。以表面層顯微硬度分布曲線測量法為准，可做仲裁判據。

軟點加熱不足，冷卻不良，淬火操作不當等原因造成的托輥軸承零件表面局部硬度不夠的現象稱為淬火軟點。它象表面脫碳一樣可以造成表面耐磨性和疲勞強度的嚴重下降。

金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對於熱處理後零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用塗料或包裝方法進行保護加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。

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淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可。「四把火」隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調質。某些合金淬火形成過飽和固溶體後，將其置於室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。

這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理後工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學熱處理。

為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。

化學熱處理與表面熱處理不同之處是前者改變了工件表層的化學成分。化學熱處理是將工件放在含碳、鹽類介質或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素後，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火。

大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能 ，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應力狀態，以利於進行各種冷、熱加工。

例如白口鑄鐵經過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性 ；齒輪採用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經過熱處理方可使用。

E. 淬火工藝

淬火，俗稱蘸（zhàn）火，金屬和玻璃的一種熱處理工藝。把合金製品或玻璃加熱到一定溫度，隨即在含有礦物質的水、油或空氣中急速冷卻，一般用以提高合金的硬度和強度。

拓展資料：

淬火可增強鋼與鑄鐵的強度和硬度。急速冷卻的速率也會影響物質表面硬度和心部硬度。淬火後物質會變脆，所以通常會再進行回火處理，目的是降低物質的脆度。螺絲、齒輪、轉動軸、金屬塊等物品常使用淬火處理。

鋼與鑄鐵在硬化處理前通常為片層狀珠光體結構。這種結構是鋼或鑄鐵於較低冷卻速率下製造所獲得的鐵素體與滲碳體的混合物。珠光體結構較為柔軟，無法勝任諸多日常應用。將珠光體加熱至起共晶轉變溫度（727°C）之上後快速冷卻部分晶體發生相變，獲得較為堅硬的馬氏體結構。含有馬氏體結構的鋼材通常用於刀刃等需要較強抗變形能力的工件上。