鑄鋼件常見熱處理工藝(共14頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上鑄鋼件常見熱處理 按加熱和冷卻條件不同，的主要熱處理方式有：退火(工藝代號：5111)、正火(工藝代號：5121)、均勻化處理、淬火(工藝代號：5131)、回火(工藝代號：5141)、固溶處理(工藝代號：5171)、沉淀硬化、消除應力處理及除氫處理。 1退火(工藝代號：5111) 退火是將鑄鋼件加熱到Ac3以上2030，保溫一定時間，冷卻的熱處理工藝。退火的目的是為消除鑄造組織中的柱狀晶、粗等軸晶、魏氏組織和樹枝狀偏析，以改善鑄鋼力學性能。碳鋼退火后的組織：亞共析鑄鋼為鐵素體和珠光體，共析鑄鋼為珠光體，過共析鑄鋼為珠光體和碳化物。適用于所有牌號的鑄鋼件。圖114為幾種

2、退火處理工藝的加熱規(guī)范示意圖。表ll1為鑄鋼件常用退火工藝類型及其應用。 2正火(工藝代號：5121) 正火是將鑄鋼件目口熱到Ac3溫度以上3050保溫，使之完全奧氏體化，然后在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。圖115為碳鋼的正火溫度范圍示意圖。正火的目的是細化鋼的組織，使其具有所需的力學性能，也司作為以后熱處理的預備處理。正火與退火工藝的區(qū)別有兩個：其一是正火加熱溫度要偏高些；其二是正火冷卻較快些。經(jīng)正火的鑄鋼強度稍高于退火鑄鋼，其珠光體組織較細。一般工程用碳鋼及部分厚大、形狀復雜的合金鋼鑄件多采用正火處理。 正火可消除共析鑄鋼和過共析鑄鋼件中的網(wǎng)狀碳化物，以利于球化退火；可作為中碳鋼以及合金結

3、構鋼淬火前的預備處理，以細化晶粒和均勻組織，從而減少鑄件在淬火時產(chǎn)生的缺陷。 3淬火(工藝代號：5131) 淬火是將鑄鋼件加熱到奧氏體化后(Ac?；駻c#8226;以上)，保持一定時間后以適當方式冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。常見的有水冷淬火、油冷淬火和空冷淬火等。鑄鋼件淬火后應及時進行回火處理，以消除淬火應力及獲得所需綜合力學性能。圖116為淬火回火工藝示意圖。 鑄鋼件淬火工藝的主要參數(shù)： (1)淬火溫度：淬火溫度取決于鑄鋼的化學成分和相應的臨界溫度點。圖117為鑄鋼件淬火工藝溫度范圍示意圖。原則上，亞共析鑄鋼淬火溫度為Ac。以上2030，常稱之為完全淬火。共析及過共析鑄鋼在Ac

4、。以上3050淬火，即所謂亞臨界淬火或兩相區(qū)淬火。這種淬火也可用于亞共析鋼，所獲得的組織較一般淬火的細，適用于低合金鑄鋼件韌化處理。 (2)淬火介質：淬火的目的是得到完全的馬氏體組織。為此，鑄件淬火時的冷卻速率必須大于鑄鋼的臨界冷卻速率。否則不能獲得馬氏體組織及其相應的性能。但冷卻速率過高易于導致鑄件變形或開裂。為了同時滿足上述要求，應根據(jù)鑄件的材質選用適當?shù)拇慊鸾橘|，或采用其他冷卻方法(如分級冷卻等)。在650400區(qū)間鋼的過冷奧氏體等溫轉變速率最快，因此鑄件淬火時應保證在此溫度內(nèi)快冷。在Ms點以下希望冷卻緩慢一些，以防止淬火變形或開裂。淬火介質通常采用火、水溶液、油和空氣。在分級淬火或等溫

5、淬火時，采用熱油、熔融金屬、熔鹽或熔堿等。 4回火(工藝代號：5141) 回火是將淬火或正火后的鑄鋼件加熱到Ac，以下的某一選定溫度，保溫一定時間后，以適宜的速率冷卻，使淬火或正火后得到的不穩(wěn)定組織轉變?yōu)榉€(wěn)定組織，消除淬火(或正火)應力以及提高鑄鋼的塑性和韌性的一種熱處理工藝。通常淬火加高溫回火處理的工藝稱之為調質處理。淬火后的鑄鋼件必須及時進行回火，而正火后的鑄鋼件必要時才予以回火處理。回火后鑄鋼件的性能取決于回火溫度、時間及次數(shù)。隨著回火溫度的提高和時間的延長，除使鑄鋼件的淬火應力消除外，還使不穩(wěn)定的淬火馬氏體轉變成回火馬氏體、托氏體或索氏體，使鑄鋼的強度和硬度降低，而塑性顯著地提高。對一

6、些含有強烈形成碳化物的合金元素(如鉻、鉬、釩和鎢等)的中合金鑄鋼，在400500回火時出現(xiàn)硬度升高、韌性下降的現(xiàn)象，稱為二次硬化，即回火狀態(tài)鑄鋼的硬度達到最大值。一般有二次硬化特性的中合金鑄鋼需要進行多次(13次)回火處理。 鑄鋼件的回火按溫度不同可分為低溫回火和高溫回火。 (1)低溫回火：一般在150250溫度范圍內(nèi)進行。回火后可空冷、油冷或水冷。其目的是在保留鑄件高強度和硬度的條件下，消除淬火應力。主要用于滲碳、表面淬火及要求高硬度的耐磨鑄鋼件。 (2)高溫回火：高溫回火溫度為500650，保溫適當時間后冷卻。主要用于在淬火或正火后調鑄鋼的組織，使之兼有高強度和良好韌性的碳鋼和低、中合金鋼

7、鑄件?；鼗鸫嘈允侵贫ê辖痄撹T件回火工藝時必須注意的問題。在下列兩個溫度范圍內(nèi)均可發(fā)生。 在250400發(fā)生的脆性：經(jīng)淬火成為馬氏體組織的鑄鋼，在此溫度范圍內(nèi)都會產(chǎn)生回火脆性。如稍高于此脆性溫度區(qū)回火，則可消除此回火脆性。而且以后再在上述溫度范圍內(nèi)回火時，也不會再出現(xiàn)回火脆性，故常稱之為第一類回火脆性。 在400500(甚至650)發(fā)生的脆性：這對多數(shù)低合金鑄鋼都會發(fā)生，即發(fā)生鑄鋼的高溫回火脆性。如將已在此溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生脆性的鑄鋼件再加熱到600。C(或650)以上，之后在水或油中快冷，即可消除此種脆性。然而已消除脆性的鑄件，如又加熱到產(chǎn)生回火脆性的溫度，脆性又會出現(xiàn)。這常稱之為第二類回火脆性。

8、 5固溶處理(工藝代號：5171) 固溶處理是將鑄件加熱至適當溫度并保溫，使過剩相充分溶解，然后快速冷卻以獲得過飽和固溶體的熱處理工藝。固溶處理的主要目的是使碳化物或其他析出相溶解于固溶體中，獲得過飽和的單相組織。一般奧氏體不銹耐熱鋼、奧氏體錳鋼及沉淀硬化不銹耐熱鋼鑄件均需經(jīng)固溶處理。固溶溫度的選擇取決于鋼種的化學成分和相圖。奧氏體錳鋼鑄件一般為10001100。C；奧氏體鎳鉻不銹鋼鑄件為10001250。鑄鋼中含碳量越高，難熔合金元素越多，則其固溶溫度應越高。含銅的沉淀硬化鑄鋼，由于鑄態(tài)有硬質富銅相在冷卻過程中沉淀，致使鑄鋼件硬度升高。為軟化組織、改善加工性能，鑄鋼件需經(jīng)固溶處理。其固溶溫度

9、為900950。經(jīng)快冷后可得到銅的質量分數(shù)為1015的過飽和單相組織。 6沉淀硬化處理(時效處理) 鑄件經(jīng)固溶處理或淬火后，在室溫或高于室溫的適當溫度保溫，在過飽和固溶體中形成溶質原子偏聚區(qū)和(或)析出彌散分布的強化相而使金屬硬化的處理稱為沉淀硬化處理(或時效處理)。在高于室溫下進行的稱為人工時效。其實質是：在較高的溫度下，自過飽和固溶體中析出碳化物、氮化物、金屬間化合物及其他不穩(wěn)定的中間相，并彌散分布于基體中，因而使鑄鋼的綜合力學性能和硬度提高。時效處理的溫度直接影響鑄鋼件的最終性能。時效溫度過低，沉淀硬化相析出緩慢；溫度過高，則因析出相的聚集長大引起過時效，而得不到最佳的性能。所以應根據(jù)鑄

10、鋼件的牌號及規(guī)定的性能要求選用時效溫度。奧氏體耐熱鑄鋼時效溫度一般為550850，高強度沉淀硬化鑄鋼為500，時間為14h。含銅的低合金鋼和奧氏體耐熱鋼鑄件以及低合金的奧氏體錳鋼鑄件多采用時效處理。圖11-8為截面25mm試樣的時效效果。 7消除應力處理其目的是消除鑄造應力、淬火應力和機械加工形成的應力，穩(wěn)定尺寸。一般加熱到Ac，以下100200保溫一定時間，隨爐慢冷。鑄件的組織沒有變化。碳鋼、低合金鋼或高合金鋼鑄件均可以進行處理。 8除氫處理 目的是去除氫氣，提高鑄鋼的塑性。加熱到l70200或280320，長時間保溫進行處理。沒有組織變化。主要用于易于產(chǎn)生氫脆傾向的低合金鋼鑄件。 二、 鋼

11、的整體熱處理整體熱處理是對工件整體進行穿透加熱。常用的方法有退火、正火、淬火和回火1鋼的退火與正火（1）退火與正火的目的在機器零件和工模具等工件的加工制造過程中，退火和正火經(jīng)常作為預備熱處理工序，安排在鑄、鍛、焊工序之后、切削（粗）加工之前，用以消除前一工序所帶來的某些缺陷，為隨后的工序做準備。例如，在鑄造或鍛造等熱加工以后，鋼件中不但存在殘余應力，而且組織粗大不均勻，成分也有偏析，這樣的鋼件力學性能低劣，淬火時也容易造成變形和開裂。又如，在鑄造或鍛造等熱加工以后，鋼件硬度經(jīng)常偏低或偏高，而且不均勻，嚴重影響切削加工性能。退火和正火的主要目的有： 調整硬度以便進行切削加工； 消除殘余應力，防止

12、鋼件的變形、開裂； 細化晶粒，改善組織以提高鋼的力學性能； 為最終熱處理作好組織準備。（2）退火工藝及應用鋼的退火是將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織狀態(tài)的熱處理工藝。 完全退火與等溫退火 完全退火是指將鋼件完全奧氏體化（加熱至Ac3以上3050）后，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火工藝。生產(chǎn)中為提高生產(chǎn)率，一般隨爐冷至600左右，將工件出爐空冷。完全退火的主要缺點：完全退火主要用于：圖 3-15 高速工具鋼的完全退火與等溫退火工藝曲線 為縮短完全退火時間，生產(chǎn)中常采用等溫退火工藝，即將鋼件加熱到Ac3以上3050（亞共析鋼）或Ac1 以上1020（共析鋼

13、、過共析鋼），保溫適當時間后，較快冷卻到珠光體轉變溫度區(qū)間的適當溫度并保持等溫，使奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w類組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝。 等溫退火與完全退火目的相同，但轉變較易控制，所用時間比完全退火縮短約13，并可獲得均勻的組織和性能。特別是對某些合金鋼，生產(chǎn)中常用等溫退火來代替完全退火或球化退火。圖3-15為高速工具鋼完全退火與等溫退火的比較。 球化退火 是指將共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1點以上1020，保溫一定時間后，隨爐緩冷至室溫，或快冷到略低于Ar1溫度，保溫一段時間，然后爐空至600左右空冷，使鋼中碳化物球狀化的退火工藝，如圖3-16所示。圖 3-16 T10鋼的球化退火工藝曲線

14、圖 3-17 粒狀珠光體顯微組織 過共析鋼及合金工具鋼熱加工后，組織中常出現(xiàn)粗片狀珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體，鋼的硬度和脆性不僅增加，鋼的切削性變差，且淬火時易產(chǎn)生變形和開裂。為消除上述缺陷，可采用球化退火，使珠光體中的片狀滲碳體和鋼中網(wǎng)狀二次滲碳體均呈球（粒）狀，這種在鐵素體基體上彌散分布著球狀滲碳體的復相組織，稱為“球化體”，如圖3-17所示。對于存在有嚴重網(wǎng)狀二次滲碳體的鋼，可在球化退火前，先進行一次正火。近些年球化退火的發(fā)展與應用（自閱） 去應力退火（見書）若采用高溫退火（如完全退火），也可以更徹底地消除應力，但會使氧化、脫碳嚴重，還會產(chǎn)生高溫變形，故為了消除應力，一般是采用低溫退火。 擴

15、散退火（均勻化退火）（見書）（3）正火工藝及應用正火是指將鋼件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上3050，經(jīng)保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火與退火的主要區(qū)別是正火冷卻速度稍快，得到的組織較細小，強度和硬度有所提高，操作簡便，生產(chǎn)周期短，成本較低。低碳鋼和低碳合金鋼經(jīng)正火后，可提高硬度，改善切削加工性能（170230HBS范圍內(nèi)金屬切削加工性較好）；對于中碳結構鋼制作的較重要件，可作為預先熱處理，為最終熱處理作好組織準備；對于過共析鋼，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體為球化退火作好組織準備。對于使用性能要求不高的零件，以及某些大型或形狀復雜的零件，當淬火有開裂危險時，可采用正火作為最終熱

16、處理。 幾種退火與正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線，如圖3-18所示。（a）加熱溫度范圍 （b） 熱處理工藝曲線圖 3-18 幾種退火與正火工藝示意圖2鋼的淬火與回火 （1）淬火是將鋼加熱至臨界點（Ac3 或Ac1）以上，保溫后以大于VK的速度冷卻，使奧氏體轉變成馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝。淬火的目的：為了得到馬氏體組織，是鋼的最主要的強化方式。1）淬火工藝 淬火加熱溫度 在選擇淬火加熱溫度時，應盡量使獲得的組織硬度越大越好；獲得的晶粒越小越好。圖3-19 碳鋼淬火加熱溫度范圍示意圖對于亞共析鋼，淬火溫度一般為Ac3以上3050，淬火后得到均勻細小的M和少量殘余奧氏體，若淬火溫度過低，

17、則淬火后組織中將會有F，使鋼的強度、硬度降低；若加熱溫度超過 Ac3以上(3050)，奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大的M，鋼的力學性能變差，且淬火應力增大，易導致變形和開裂。 對于共析鋼或過共析鋼，淬火加熱溫度為Ac1以上3050，淬火后得到細小的馬氏體和少量殘留奧氏體（共析鋼），或細小的馬氏體、少量滲碳體和殘留奧氏體（過共析鋼），由于滲碳體的存在，鋼硬度和耐磨性提高。若溫度過高，如過共析鋼加熱到Accm以上溫度，由于滲碳體全部溶入奧氏體中，奧氏體的碳的質量分數(shù)提高，Ms溫度降低，淬火后殘留奧氏體量增多，鋼的硬度和耐磨性降低。此外，因溫度高，奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大的馬氏體，脆性增大。若

18、加熱溫度低于Ac1點，組織沒發(fā)生相變，達不到淬火目的。碳鋼淬火加熱溫度范圍如圖3-19所示。對于合金鋼，由于大多數(shù)合金元素有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，因而淬火加熱溫度比碳鋼高，使合金元素在奧氏體中充分溶解和均勻化，以獲得較好的淬火效果。實際生產(chǎn)中，淬火加熱溫度的確定，尚需考慮工件形狀尺寸、淬火冷卻介質和技術要求等因素。 淬火加熱時間加熱時間包括升溫和保溫時間。通常以裝爐后溫度達到淬火加熱溫度所需時間為升溫時間，并以此作為保溫時間的開始；保溫時間是指鋼件燒透并完成奧氏體均勻化所需時間。加熱時間受鋼件成分、形狀、尺寸、裝爐方式、裝爐量、加熱爐類型、爐溫和加熱介質等影響。經(jīng)驗公式（見書） 淬火冷卻介

19、質鋼進行淬火時冷卻是最關鍵的工序，淬火的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，快冷才能得到馬氏體，但快冷總會帶來內(nèi)應力，往往會引起工件的變形和開裂。那么，怎樣才能既得到馬氏體而又減小變形和開裂呢？理想的淬火冷卻介質如圖3-20所示。生產(chǎn)中，常用的冷卻介質是水、油、堿或鹽類水溶液。水是最常用的冷卻介質，它有較強的冷卻能力，且成本低，但其缺點是在650400范圍內(nèi)冷卻能力不夠強，而在300200范圍內(nèi)冷卻能力又很大，因此常會引起淬火鋼的內(nèi)應力增大，導致工件變形開裂，因此，水在生產(chǎn)中主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。圖3-20 理想淬火冷卻速度曲線如在水中加入鹽或堿類物質，能增加在650400范圍

20、內(nèi)的冷卻能力，這對保證工件，特別是碳鋼的淬硬是非常有利的，但鹽水仍具有清水的缺點，即在300200范圍內(nèi)冷卻能力很大，工件變形開裂傾向很大。常用的鹽水濃度為10%15%，鹽水對工件有銹蝕作用，淬火后的工件應仔細清洗。鹽水比較適用于形狀簡單、硬度要求高而均勻、表面要求光潔、變形要求不嚴格的碳鋼零件。 淬火常用的油有機油、變壓器油、柴油等。油在300200范圍內(nèi)的冷卻速度比水小，有利于減小工件變形和開裂，但油在650400范圍內(nèi)冷卻速度也比水小，不利于工件淬硬，因此只能用于低合金鋼與合金鋼的淬火，使用時油溫應控制在40100內(nèi)。為了減少工件淬火時的變形，可采用鹽浴作為淬火介質，如熔化的NaN03、KN03等。主要用于貝氏體等溫淬火，馬氏體分級淬火。其特點是沸點高，冷卻能力介于水于油之間，常用于處理形狀復雜、尺寸較小和變形要求嚴格的工件。2）淬火方法由于目前還沒有理想的淬火介質，因而在實際生產(chǎn)中應根據(jù)淬火件的具體情況采用不同的淬火方法，力求達到較好的效果。常用的淬火方法如圖3-21所示。 單液淬火這種