高考机械制造工艺：淬火与调质处理对零件性能影响

一、淬火对零件性能的影响

定义：淬火是将钢加热到临界温度（如亚共析钢Ac3以上30~50℃，过共析钢Ac1以上30~50℃）后快速冷却（如水、油或聚合物），以获得高硬度的马氏体或贝氏体组织的工艺。

性能影响：

1. 提高硬度和耐磨性

淬火后材料表面形成高硬度的马氏体组织（硬度可达HRC50~65），显著增强耐磨性，适用于齿轮、轴承等需高表面硬度的零件。

但高硬度伴随脆性增加，易产生裂纹和变形，需通过后续回火调整。

2. 残余应力和组织缺陷

快速冷却导致内应力集中，可能引起零件变形甚至开裂，尤其对形状复杂或截面突变的零件影响显著。

若冷却速度不足（如油淬），可能形成非马氏体组织（如托氏体、贝氏体），降低硬度。

3. 应用场景

表面淬火：通过高频或火焰加热仅硬化表面层，保持心部韧性，适用于轴类、齿轮等。

整体淬火：用于需要整体高硬度的工具钢或模具。

二、调质处理对零件性能的影响

定义：调质是淬火后加高温回火（500~650℃），形成回火索氏体组织的复合工艺，旨在兼顾强度与韧性。

性能影响：

1. 综合力学性能优化

回火索氏体组织均匀且细小，赋予材料高强度（抗拉强度可达800~1000MPa）和良好的塑性、韧性，适用于承受交变载荷的轴类、连杆等关键零件。

调质后的零件抗疲劳性能显著提升，适合航空发动机涡轮轴等高应力部件。

2. 消除内应力和稳定组织

高温回火可消除淬火产生的内应力，减少后续加工或使用中的变形风险。

为后续表面处理（如渗氮、高频淬火）提供组织准备，减少处理过程中的变形。

3. 应用场景

预备热处理：用于粗加工后的半成品，改善切削性能并为最终热处理奠定组织基础。

最终热处理：对硬度要求不高的零件（如某些结构件），调质可直接作为最终工序。

三、淬火与调质的对比

| 参数 | 淬火 | 调质处理 |

|||-|

| 目的 | 提高硬度和耐磨性 | 优化综合力学性能（强度+韧性） |

| 组织 | 马氏体或贝氏体 | 回火索氏体 |

| 硬度 | 高（HRC50~65） | 适中（HRC22~34） |

| 工艺步骤 | 加热→快速冷却 | 淬火→高温回火（500~650℃） |

| 适用材料 | 中高碳钢、合金钢 | 中碳钢（如45钢、40Cr） |

| 典型应用 | 工具、齿轮表面、轴承 | 轴类、连杆、齿轮心部 |

四、工艺选择的关键因素

1. 零件工作条件

高冲击载荷或交变应力环境优先选择调质处理（如汽车曲轴）。

高耐磨需求场景采用淬火+低温回火（如刀具）。

2. 材料含碳量

低碳钢（如20Cr）需渗碳后淬火以提高表面硬度。

中碳钢（如45钢）调质后可满足大多数结构件的性能要求。

3. 工艺顺序

调质常安排在粗加工后，为后续精加工和表面处理（如渗氮）提供稳定基体。

五、典型工艺路线示例

1. 齿轮加工：

下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→表面淬火→精加工。

2. 轴类零件：

锻造→退火→粗车→调质→精车→高频淬火→磨削。

总结

淬火与调质处理的核心差异在于是否进行高温回火，两者相辅相成。淬火适用于需要高硬度的场合，而调质通过平衡强度与韧性，成为承受复杂载荷零件的首选工艺。实际应用中需根据材料特性、零件功能及工况综合选择。