用φ25×100mm的标准试样，经加热奥氏体化后对末端喷水冷却。冷却后，将试样沿轴线方向在相对180°的两边各磨去0.2～0.5mm深度，再从试样末端起每隔1.5mm测量一次硬度值HRC，即可得到沿试样轴向的硬度分布曲线，称作钢的淬透性曲线。试样上距末端越远，冷却速度越小，其硬度也随之下降。淬透性高的，硬度下降趋势较缓慢；淬透性低的，硬度急剧下降。如40Cr比45钢的淬透性好。由于钢的化学成分允许在一个范围内波动，所以在手册中给出的各种钢的淬透性曲线不是一条线，而是一个范围。 表示方法：用J
HRC40表示钢的淬透性值。式中J表示端淬试样法，d为至水冷端距离。如J表d20示距水冷端距离为20mm处试样的硬度值为40HRC。
四、淬透性的应用—实际意义
两个方面:一是合理选材；二是为制定热理工艺提供依据。
为保证工件淬火时得到完全马氏体组织，一般要求选用的钢有足够的淬透性。如淬透性不同的钢棒淬火并高温回火后的力学性能：完全淬透的钢高温回火后，其力学性能沿截面是均匀的；淬透性低的钢心部未能淬透，则心部的力学性能特别是冲击韧性较低。对同一成分钢,选用冷却能力强的淬火介质可以使钢件表面温度快速降低，淬硬深度增加。但温度梯度增大，增加工件变形和开裂倾向。因此在实际淬火操作中，常需要采用较缓和的冷却介质，如油或空气流等，这就要求钢具有高的淬透性。能在空气中冷却形成马氏体的钢称为空淬钢，如一些高合金模具钢。某些情况下又不要求工件完全淬透，如工具和有些机器部件往往希望高疲劳强度或耐磨的硬表面，表面层淬成马氏体而心部不淬透，使表面层中产生压应力，有利于防止疲劳裂纹的形成并阻止其扩展。
选材的一般规律：（1）表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致，如螺栓、连杆、锻 模、弹簧、锤杆（承受拉压载荷），选用淬透性高的钢。（2）表面心部力学性能不一致的零件，通常是要求表面强度硬度高、心部塑性韧性好，即要求组织不一致，如轴类零件、冷镦模具、齿轮，可选用淬透性低的钢。（3）焊接件，选用淬透性低的钢。在此基础上，还需考虑尺寸效应。
第六节 钢的回火
钢（尤其是中碳和高碳钢）淬火态的特征是强度硬度高，但很脆，残余内应力大，组织不稳定，必须经过回火处理才能使用。回火是紧接淬火后的一道工序，也是最后一道热处理工序，是决定工件使用状态下组织和性能及使用寿命的一道关键工序。
一、回火的目的
定义：把淬火后的钢件再加热到 A 1 以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。
目的：（1）降低或消除内应力，降低脆性；
（2）稳定组织，以稳定零件的尺寸和形状。马氏体和残余奥氏体都是亚稳定组织，
有自发向稳定组织转变的趋热，这将影响零件的精度和性能。 （3）调整工件的内部组织，获得所需的力学性能。
二、回火分类、组织及应用
根据回火温度的高低，把回火分为三类：低温回火、中温回火和高温回火。
1．低温回火
回火温度：1500C-250℃。
回火组织：回火马氏体（M回），为低过饱和度 a 固溶体上分布着极细小的 ε碳化物， 形态与回火前的马氏体基本相同。
性能特点：内应力和脆性降低，仍保持高硬度、强度和良好的耐磨性能，硬度58～64HRC。 应用：适用于各种刃具、量具、模具、滚动轴承件以及渗碳、碳氮共渗和表面淬火件的回火处理。
2．中温回火
回火温度：，350-500℃。
回火组织：回火屈氏体（T回），为马氏体形F 基体上分布着细小粒状 Fe3C。F尚未再结晶，仍保持马氏体的形态。
性能特点：内应力完全消失，硬度降低（35～50HRC），具有高的弹性极限σe和屈强比σs/σb，良好的塑韧性。
应用：主用于弹性元件及热作模具的热处理。 3．高温回火
回火温度：500-6500C。
回火组织：回火索氏体（S回），为等轴状F 基体上分布着颗粒状Fe3C。F已再结晶，呈等轴状。
性能特点：硬度降低（25～35HRC，220～330HBS），强度高，塑韧性好，具有良好综合力学性能，优于正火得到的组织。
应用：生产中，把“淬火＋高温回火”的复合热处理工艺称为调质处理。广泛用于中碳结构钢、低合金结构钢制作的汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿轮等重要零件的回火处理；此外，还常作为表面淬火、渗碳的前处理工序。
一般规律：随回火温度↑，强度，硬度↓，塑性韧性↑。
三、回火脆性
指有些钢淬火后，在250～400℃或500～650℃范围内回火时，出现冲击韧性明显下降的脆化现象，称为钢的回火脆性。根据回火脆性形成温度的不同，分为低温回火脆性和高温回火脆性。 1． 低温回火脆性（第一类回火脆性）
在250～400℃范围内回火时出现的脆化现象。几乎所有工业用钢都不同程度存在。 产生原因：普遍认为，淬火钢在250～400℃范围内回火时，碳化物以断续的薄片状在原奥氏体晶界或在马氏体界面上析出，形成薄壳，低了马氏体界面处的断裂强度，是导致低温回火脆性的主要原因。这类回火脆性一旦产生无法消除。 图 钢的韧性与
回火温度的关系
防止办法：（1）钢中加入硅元素，使马氏体的分解推迟，提高低温回火温度；（2）避免在此温度范围内回火。必要时采用等温淬火。
2．高温回火脆性（第二类回火脆性）
许多合金钢淬火后在500～550℃之间回火,或在600℃以上温度回火后以缓慢的冷却速度通过500～550℃区间时发生的脆化现象。如果重新加热到600℃以上温度后快速冷却，可以恢复韧性,因此又称为可逆回火脆性。
产生原因：已经证明,钢中P、Sn、Sb、As等杂质元素在500～550℃温度向原奥氏体晶界偏聚，导致高温回火脆性。
防止办法：
①快冷可避免；一旦产生采用重新加热保温后再快速冷却消除。钢在 600℃以上温度回火后快速冷却可以抑止杂质元素的偏析，在热处理操作中常用来避免发生高温回火脆性。
②钢中加入适量的钼、钨等元素，抑制杂质元素向晶界偏聚。 ③降低钢中杂质元素的含量。
④采用高温形变淬火热处理工艺，可大大减轻回火脆性的产生。 其中，较为实用的是第二种和第四种方法。
四、钢在回火后的性能及回火工艺的选择
淬火钢回火后的性能取决于它的内部显微组织；钢的显微组织又随其化学成分、淬火工艺及回火工艺而异。回火温度是决定回火后工件硬度的主要因素，其高低应根据工件的工作条件、性能要求和钢种等因素确定，并应避开低温回火脆性温度区。
碳素结构钢：在100～250℃之间回火后能获得较好的力学性能。
合金结构钢：为了获得良好的综合力学性能，往往在三个不同温度范围回火：超高强度钢约在200～300℃；弹簧钢在460℃附近；调质钢在550～650℃回火。
碳素及合金工具钢：要求具有高硬度和高强度，回火温度一般不超过200℃。回火时具有二次硬化的合金结构钢、模具钢和高速钢等在500～650℃范围内回火。
回火时间：应保证工件透烧和组织转变的充分进行，一般为１～３小时。
冷却方式：回火后一般采空中缓冷，防止重新产生内应力；对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。
第七节 钢的表面热处理
表面热处理的目的
1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。→保证高精度 2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。→防止脆性断裂。 二、表面热处理的分类及工艺特点
主要有两大类：表面淬火和化学热处理。
（一）表面淬火
1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。 工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织和性能；
（2）表面与心部的成分一致，组织不同。
2．所用材料
一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸铁等。
典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主轴轴颈处的硬化等。 3．常用表面淬火方法
主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。 （1）感应加热表面淬火
原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。
工件淬硬层的深度与频率有关：
A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件； B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴；
C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。
特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。
应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有：
齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。
轴类，如花键轴、汽车半轴和机床主轴轴颈、凸轮轴、镗杆、钻杆、轧辊、火车轮等。 工模具，如滚丝模、游标卡尺量爪面、剪刀刃、锉刀等。 （2）火焰加热表面淬火
利用气体燃烧的火焰加热工件表面（乙炔—氧、煤气—氧、天然气），使工件表层快速加热至奥氏体化，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬的一种淬火工艺。 淬硬层深度：2～8mm
特点及应用：操作简便，设备简单，成本低，但质量不稳定；适于单件、小批量生产。 典型零件：轧钢机齿轮、轧辊；矿山机械齿轮、轴；普通机床导轨、齿轮。
（3）激光加热表面淬火
激光加热表面淬火是利用激光对工件表面的照射和扫描，依靠工件的自激冷却而淬火。 激光是一种具有高亮度、方向性和单色性强、能量密度高的强光源。目前应用于热处理的大多是CO2气体激光器，提供的激光波长为10.6μm。
硬化层深度：1～2mm
特点及应用：加热和冷却极快，淬火后组织细小、硬度高、淬硬层薄、工件变形小、不需回火，生产效率高，属绿色制造，已成功应用于汽车和拖拉机的气缸和缸套、活塞环、凸轮轴、机床导轨等零件的表面处理，前景广阔，但设备昂贵，大规模应用受到限制。