熱處理工藝——鋼的熱處理舉例處理PPT課件

1、1第1頁/共49頁21、工作條件用于傳遞動(dòng)力、改變方向或速度的重要零件，受力情況復(fù)雜。2、常見失效形式 齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）； 齒輪面剝落（疲勞損壞、點(diǎn)蝕）； 斷齒（強(qiáng)度低或超載）一一.齒輪熱處理齒輪熱處理第2頁/共49頁33.齒輪的技術(shù)要求 齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能； 齒輪根部及齒輪具有高的強(qiáng)度和韌性。4.齒輪用鋼:低、中碳 輕載齒輪：輕載齒輪：45， 調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火 中載齒輪：中載齒輪：45、40Cr， 調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火 重載齒輪：重載齒輪：20Cr、20CrMnTi， 滲碳淬火滲碳淬火 高精度齒輪：高精度齒輪：38CrM

2、oAlA， 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-滲氮滲氮第3頁/共49頁41 1）滲碳齒輪）滲碳齒輪材料：材料：20CrMnTi20CrMnTi、 20Cr20Cr、 30CrMnTiA30CrMnTiA等等服役場合：高速重載（汽車齒輪）服役場合：高速重載（汽車齒輪）下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火5.齒輪熱處理工藝齒輪熱處理工藝精加工精加工掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織第4頁/共49頁5(1)正火 細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，便于切削加工 加熱至Ac3+3050,空冷, 組織細(xì)珠光體+(少量鐵素體)(2)滲碳 提高表面含碳量 920930保溫39h

3、 (3)滲碳后淬火 獲得馬氏體，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 表面：高碳M+Ar+碳化物,過渡層:M+Ar, 心部:低碳M+F（少量） (4)回火 消除淬火應(yīng)力，低溫200，MM回下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火精加工精加工工藝路線第5頁/共49頁620 CrMnTi 鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線第6頁/共49頁7加工工藝路線:下料 鍛造 粗加工 半精加工 精車加工及 精磨 2）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火） 適用于適用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齒輪。等材料齒輪。正火正

4、火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)表面淬火表面淬火低溫回火低溫回火第7頁/共49頁8(1)正火(或完全退火） 細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度 加熱至Ac3+3050,空冷, 細(xì)珠光體+(少量鐵素體)(2)調(diào)質(zhì)熱處理 使心部具有良好強(qiáng)韌性 加熱至Ac3+3050后淬火+500600高溫回火, 回火索氏體(3)表面感應(yīng)淬火(表面火焰淬火) 提高表面硬度 表面加熱至Ac3+3050，心部沒有加熱。 淬火后表面獲得馬氏體+殘余奧氏體, 過渡層馬氏體+F殘余奧氏體, 心部回火索氏體 (4)低溫回火 消除淬火應(yīng)力，低溫200，MM回 第8頁/共49頁9 輕載齒輪：45， 調(diào)質(zhì)或正火 中載齒輪：45、40Cr， 調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火 重載齒

5、輪：20Cr、20CrMnTi， 滲碳淬火 高精度齒輪：38CrMoAlA， 調(diào)質(zhì)滲氮第9頁/共49頁10第10頁/共49頁11二、滾動(dòng)軸承熱處理滾珠軸滾珠軸承承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承1、工作條件、工作條件高載荷，交變應(yīng)力高載荷，交變應(yīng)力高轉(zhuǎn)速，一定沖擊。高轉(zhuǎn)速，一定沖擊。第11頁/共49頁12 接觸疲勞破壞接觸疲勞破壞2、失效形式、失效形式第12頁/共49頁13塑性變形塑性變形 第13頁/共49頁14磨損磨損第14頁/共49頁153 3、性能要求、性能要求: :（內(nèi)外圈和滾動(dòng)體）（內(nèi)外圈和滾動(dòng)體）v高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性; ;v高的接觸疲勞強(qiáng)度高的接觸疲勞強(qiáng)度; ;v足夠

6、的韌性和耐蝕性足夠的韌性和耐蝕性; ;v尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性滾珠軸承滾珠軸承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承第15頁/共49頁164 4、軸承用鋼、軸承用鋼: :G Cr15 含Cr量WCr 1.5 %滾動(dòng)軸承鋼高碳高碳, Wc = 0.951.15%第16頁/共49頁17GCr15軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造鍛造 機(jī)加工機(jī)加工 球化退火球化退火淬火淬火+ 冷處理冷處理 ( 60 80;1h )低溫回火低溫回火正火正火磨削加工磨削加工穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理 ( 120 150；5 10h )第17頁/共49頁185、熱處理工藝預(yù)備熱處理:正火：消除網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化晶粒球化退火：降低硬度，提高韌性

7、，為淬火組織準(zhǔn)備淬火:獲得馬氏體組織 810860（溫度偏高），讓Cr盡量溶入A，又不致于導(dǎo)致晶粒粗大，A含碳過高；油冷冷處理:獲得馬氏體組織,減少Ar低溫回火:消除殘余應(yīng)力，保持高硬度.第18頁/共49頁19汽車板簧扭轉(zhuǎn)彈簧大型熱卷彈簧彈簧絲第19頁/共49頁20三、彈簧熱處理1、工作條件 儲(chǔ)存能量和減輕震動(dòng),主要承受拉力、壓力、扭力、交變載荷；2、失效形式： 疲勞斷裂，永久變形3、性能要求： 高的強(qiáng)度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工性能（塑性成型、熱處理性能）4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳鋼及中碳合金鋼第20頁/共49頁215、熱處理工藝（一）冷成形彈簧（小彈簧） 由

8、強(qiáng)化過的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火+回火的鋼絲）冷卷成彈簧， 只需進(jìn)行去應(yīng)力退火（加熱溫度250 300 ），以消除變形過程中或淬火中形成的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。 （二）熱成形彈簧 采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧） 淬火提高強(qiáng)度， 中溫回火消除應(yīng)力，提高彈性極限。 淬火溫度Ac3以上，回火溫度350 450 ， 組織：回火屈氏體大型熱卷彈簧去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火淬火淬火+中溫回火中溫回火（或采用等溫淬火）（或采用等溫淬火）或采用等溫淬火，得到貝氏體組織或采用等溫淬火，得到貝氏體組織第21頁/共49頁22（三）沉淀硬化處理對于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化鋼，在冷拉或固溶處理狀態(tài)下

9、成型的彈簧。主要工藝過程如下：（1）固溶處理：奧氏體化，獲得均勻一致的奧氏體組織（2）成型加工（3）調(diào)整熱處理（或淬火處理）加熱到奧氏體化稍低溫度，冷卻，獲得低碳馬氏體+殘余奧氏體組織（4）深冷處理：使淬火狀態(tài)下殘余奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體（根據(jù)需要確定）（5）沉淀硬化處理在480 550 保溫1小時(shí)左右，使碳化物析出彌散強(qiáng)化。第22頁/共49頁23（四）彈簧的其它強(qiáng)化處理（1）形變熱處理 對于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳鋼具有較高的形變強(qiáng)化效果，因此這類彈簧適合于熱成型+淬火+回火（2）化學(xué)熱處理 對于在鐵素體狀態(tài)下能進(jìn)行元素?cái)U(kuò)散滲的彈簧材料，可以不改變彈簧整體強(qiáng)度、韌性和彈性極限

10、情況下，化學(xué)滲提高彈簧表面硬度和疲勞強(qiáng)度。典型工藝熱成型加工+淬火+回火-化學(xué)滲處理。（3）噴丸強(qiáng)化 使彈簧零件表面獲得壓應(yīng)力，提高彈簧的使用壽命510倍。第23頁/共49頁24（五）彈簧的穩(wěn)定化處理 為了減少彈性不完整性、或滯彈性，對彈簧進(jìn)行加荷、或機(jī)械穩(wěn)定、或加溫加荷處理，以保證彈簧在使用過程中彈性穩(wěn)定。第24頁/共49頁25工具一般包括刃具、模具、量具常用鋼包括： 碳素工具鋼、 低合金工具鋼、 高合金工具鋼（高速鋼等）四四.工具熱處理工具熱處理模具量具刃具成分特點(diǎn)：高碳成分特點(diǎn)：高碳第25頁/共49頁264.1 刃具熱處理刃具熱處理l 性能要求性能要求 高硬度高硬度(HRC60) ：主要

11、取決于含碳量。：主要取決于含碳量。 高耐磨性高耐磨性： 靠高硬度和析出細(xì)小均勻靠高硬度和析出細(xì)小均勻硬碳化物來達(dá)到。硬碳化物來達(dá)到。 紅硬性：紅硬性：即高溫下保持高硬度的能力即高溫下保持高硬度的能力 足夠的韌性：足夠的韌性：以防止脆斷和崩刃。以防止脆斷和崩刃。l 刃具用鋼刃具用鋼 碳素工具鋼：碳素工具鋼：T7T7T12T12（0.70.71.2%C1.2%C）木工鑿手錘第26頁/共49頁27T12T12鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織球狀珠光體球狀珠光體碳工鋼熱處理及組織熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的： 降低硬度，便于加工； 為淬火作組織準(zhǔn)備。 使用狀態(tài)下的組織： M回+顆粒狀

12、碳化物+AR(少量)第27頁/共49頁28低合金工具鋼： CrWMn、9SiCr 熱處理及組織同碳素工具鋼， 只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）。板牙板牙絲錐絲錐第28頁/共49頁29 9 SiCr 鋼板牙熱處理工藝曲線板牙板牙第29頁/共49頁30W18Cr4V的生產(chǎn)工藝及熱處理鑄造 鍛造 球化退火 機(jī)加工 淬火+三次高溫回火 磨削加工高合金刃具鋼：（高速鋼）高合金刃具鋼：（高速鋼） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2第30頁/共49頁31W18Cr4V鑄態(tài)組織 420 鑄造鑄造:高速鋼屬于高速鋼屬于萊氏體萊氏體鋼鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗

13、大共晶碳化物化物M6C,鋼的韌性大幅下降。鋼的韌性大幅下降。第31頁/共49頁32鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除, 只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織 210 第32頁/共49頁33 W18Cr4V球化退火組織 420 球化退火球化退火:消除應(yīng)力消除應(yīng)力, 降低硬度，便于機(jī)加工降低硬度，便于機(jī)加工, 調(diào)整組織調(diào)整組織,為淬火作好組織準(zhǔn)備。為淬火作好組織準(zhǔn)備。 球化退火后的組織球化退火后的組織 : S + 粒狀粒狀 Cm球化退火溫度球化退火溫度830880易于機(jī)械加工。易于機(jī)械加工。第33頁/共49頁34淬火淬火 : : 1200120013001300 淬火后的組

14、織淬火后的組織: :M+Cm+AM+Cm+AR R(20(2025%)25%)（溫度高）（溫度高） 讓讓C和和Me充分溶入充分溶入A，淬火后得到高合金馬氏體高溫回火時(shí)，淬火后得到高合金馬氏體高溫回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，提高硬度提高紅硬性產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，提高硬度提高紅硬性高速鋼淬火溫度高的原因第34頁/共49頁35三次高溫回火三次高溫回火在在560560回火時(shí)回火時(shí) , , 產(chǎn)生二次硬化產(chǎn)生二次硬化多次回火多次回火, ,獲得更多碳化物析出讓殘獲得更多碳化物析出讓殘余奧氏體轉(zhuǎn)變。余奧氏體轉(zhuǎn)變?；鼗鸾M織：回火組織： S回回+碳化物碳化物+Ar ( 1 2 % )* *淬火后淬火后A A殘約殘約20

15、2025 %25 %。* *第一次回火第一次回火后后A A殘約剩殘約剩151518 %18 %。* *第二次回火第二次回火后后A A殘約剩殘約剩3 35 %5 %。* *第三次回火第三次回火后后A A殘約剩殘約剩1 12 %2 %。組織硬度組織硬度為為HRC65HRC65以上。以上。第35頁/共49頁36 W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖進(jìn)展進(jìn)展:現(xiàn)在對這種熱處理工藝還不滿意現(xiàn)在對這種熱處理工藝還不滿意,對高速鋼淬火對高速鋼淬火+回火后回火后,再進(jìn)行再進(jìn)行TiN沉沉積積第36頁/共49頁374.2 冷作模具熱處理冷作模具熱處理v 性能要求性能要求: :高硬度（高硬度（HRC50HRC5060

16、60）；）；高耐磨性、強(qiáng)度和韌性；高耐磨性、強(qiáng)度和韌性；熱處理變形小熱處理變形小; ;汽車沖壓模具汽車沖壓模具v 應(yīng)用應(yīng)用: :冷沖模、冷鐓模、冷沖模、冷鐓模、冷擠模、搓絲板等冷擠模、搓絲板等v 冷作模具用鋼冷作模具用鋼: :碳素工具鋼：碳素工具鋼：T7T7T8T8低合金工具鋼：低合金工具鋼： 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具鋼：高合金工具鋼： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）第37頁/共49頁38 Cr12型冷作模具鋼的熱處理型冷作模具鋼的熱處理（ C1.4%2.3%、Cr11%12%） 球

17、化退火 冷作模具鋼鑄態(tài)組織極不均勻,含有大量共晶碳化物，需反復(fù)鍛打后退火處理。 球化退火溫度830880，獲得細(xì)化碳化物+珠光體組織，易于機(jī)械加工。 淬火+回火 一次硬化法： 較低溫度淬火（980）低溫回火 回火組織為M回+碳化物+Ar 二次硬化法： 較高溫度淬火（1050）23次高溫回火 回火組織為S回+碳化物+Ar(少量）第38頁/共49頁394.3 熱作模具熱處理熱作模具熱處理v 性能要求性能要求: :v 應(yīng)用應(yīng)用: :v 熱作模具用鋼熱作模具用鋼: :使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。高的熱硬性、

18、高溫耐磨性高的熱硬性、高溫耐磨性;高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力和導(dǎo)熱性高的熱疲勞抗力和導(dǎo)熱性; 中碳中碳 0.30.6 %;熱變形模具鋼，熱變形模具鋼，5CrNiMo、5CrMnMo壓鑄模具，壓鑄模具，3Cr2W8V第39頁/共49頁40曲軸模具曲軸模具 5 CrMnMo熱處理熱處理: 熱處理工藝熱處理工藝: 完全退火完全退火 淬火淬火 550回火回火 熱處理后的組織熱處理后的組織: S回回第40頁/共49頁41 3 Cr2W8V鋼熱處理鋼熱處理: 熱處理工藝熱處理工藝: 淬火淬火 + 550三次回火三次回火 回火時(shí)二次硬化現(xiàn)象回火時(shí)二次硬化現(xiàn)象HRC47 第41頁/共49頁424.4 量具熱處理量具熱處理v 性能要求性能要求: :v 量具用鋼量具用鋼: :高的硬度（高的硬度（HRC62）和耐磨性，熱處理變）和耐磨性，熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定，保證尺寸精度。形小、尺寸穩(wěn)定，保證尺寸精度?？?尺尺量量 規(guī)規(guī)千分尺千分尺碳素工具鋼：碳素工具鋼：T8T12低合金工具鋼：低合金工具鋼：淬透性高，用于精度要求較高的量具。淬透性高，用于精度要求較高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr第42頁/共