M2 2鐵碳合金熱處理

1、M2 鐵碳合金熱處理2內(nèi)容三內(nèi)容三 淬火與回火淬火與回火內(nèi)容四內(nèi)容四 鋼的表面化學處理鋼的表面化學處理內(nèi)容三 淬火和回火淬火+回火是強化鋼件的常用手段。淬火后，輔之于不同溫度的回火，可使鋼件獲得我們所需的力學性能。一、淬火一、淬火工藝：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時間，然后以適當速度冷卻，獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理。目的：為了獲得馬氏體和下貝氏體，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。（1）淬火原理na、鋼材被加熱到Ac3或AC1以上后，其組織將全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體A。n緩冷時，奧氏體經(jīng)S點將全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wP（F+Fe3C）；加熱成A緩冷成Pnb、淬火時，冷卻速度很快，奧氏體A僅能

2、發(fā)生-Fe向-Fe的同素異晶轉(zhuǎn)變。n而-Fe是面心立方晶格，溶有 4 個碳原子，但-Fe是體心立方晶格，僅能溶 2 個碳原子。n-Fe中的過飽和碳原子（也就是-Fe所不能溶入的、多余的碳原子）很難從晶格中擴散出去。n形成碳在 -Fe中的嚴重過飽和固溶體，即：馬氏體 “M”表示。nc、淬火后的鋼件常溫組織是：馬氏體+殘余（過冷）奧氏體（M+A）。加熱成加熱成A快冷成快冷成M+A殘殘（2）淬火溫度的確定亞共析鋼的淬火溫度一般為Ac3以上3050，淬火后獲得均勻細小的馬氏體組織。如果溫度過高，會因為奧氏體晶粒粗大而得到粗大的馬氏體組織，使鋼的機械性能惡化，特別是使塑性和韌性降低；如果淬火溫度低于Ac

3、3，淬火組織中會保留未溶鐵素體，使鋼的強度硬度下降。加熱成加熱成A快冷成快冷成M+A殘殘（3）加熱時間的確定 加熱時間由升溫時間和保溫時間組成。由零件入爐溫度升至淬火溫度所需的時間為升溫時間，并以此作為保溫時間的開始。保溫時間是指零件燒透及完成奧氏體化過程所需要的時間。加熱時間通常根據(jù)經(jīng)驗公式估算或通過實驗確定。生產(chǎn)中往往要通過實驗確定合理的加熱及保溫時間，以保證工件質(zhì)量。加熱成加熱成A快冷成快冷成M+A殘殘（4）淬火冷卻介質(zhì)的確定 淬火冷卻是非?？旆浅？斓倪^程。為了得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但是，冷卻速度快必然產(chǎn)生很大的淬火內(nèi)應(yīng)力，這往往會引起工件變形。淬火的目的

4、是得到馬氏馬氏體體M組織組織，同時又要避免產(chǎn)生變形和開裂。理想的淬火冷卻曲線如右圖所示。沒有方法達到（5）馬氏體的性質(zhì)（一）馬氏體中的碳在-Fe的晶格中的嚴重過飽和過飽和，導(dǎo)致晶格晶格發(fā)生嚴重變形，發(fā)生嚴重變形，增加了變形抗力，使得馬氏體具有很高的硬很高的硬度和耐磨性，但塑性和韌性很度和耐磨性，但塑性和韌性很差。差。鋼材中的含碳量越高，晶含碳量越高，晶格畸形越烈，鋼的硬度越高格畸形越烈，鋼的硬度越高。因此，高硬度、高耐磨要求的工件一般多選用中、高碳鋼制造。（5）馬氏體的性質(zhì)（二）馬氏體的比容比奧氏體要大，馬氏體在形成時體積將會膨脹，產(chǎn)生淬火內(nèi)應(yīng)力。制件在后續(xù)生產(chǎn)、使用中，甚至在淬火過程中發(fā)生變

5、形或裂紋。由于馬氏體的含碳量很高，脆性隨之增大，同樣會導(dǎo)致制件出現(xiàn)上述的問題。（6）淬火方法 選擇適當?shù)拇慊鸱椒催x用冷卻介質(zhì)，可以保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。 常用淬火方法a.單液淬火b.雙液淬火c.分級淬火d.等溫淬火a）單液淬火它是將奧氏體狀態(tài)的工件放入一種淬火介質(zhì)中一直冷卻到室溫的淬火方法。（見淬火方法冷卻曲線示意圖中的曲線1）。 b）雙液淬火它是先將奧氏體狀態(tài)的工件在冷卻能力強的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點溫度時，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。（見圖中 曲線2）。c）分級淬火它是將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬

6、入略高于鋼的Ms點的鹽浴或堿浴爐中保溫，當工件內(nèi)外溫度均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體的轉(zhuǎn)變。（見圖中 曲線3）。 d）等溫淬火它是將奧氏體化后的工件在稍高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。(見圖中曲線4)（7）鋼的淬透性a）鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得淬硬層（也稱為淬透層）深度的能力，其大小用鋼在一定條件下淬火獲得的淬硬層深度來表示。b）影響淬透性的主要因素是化學成分，除Co以外，所有溶于奧氏體中的合金元素都提高淬透性。另外，奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會影響淬透性。 （8）防止淬火工件出現(xiàn)問題的方法a.合

7、理選擇工件材料和結(jié)構(gòu)；b.嚴格控制加熱溫度：加熱溫度太低，材料組織未全部轉(zhuǎn)變成奧氏體，還有鐵素體的存在，淬火后，這些鐵素體將會影響工件的硬度；加熱溫度太高，奧氏體的晶粒粗大，淬火后形成的馬氏體晶格也粗大，將會導(dǎo)致淬火變形和裂紋；c、合理選用淬火介質(zhì)：水的冷卻性能好，工件容易獲得馬氏體，但淬火應(yīng)力增大；油的冷卻性較差，工件產(chǎn)生淬火應(yīng)力的可能性降低，但獲得馬氏體的可能行也將降低；d、選合適的淬火法：單介質(zhì)；雙介質(zhì)淬火法。二、回火二、回火工藝：將淬火鋼重新加熱到AC1以下某一溫度，保溫后冷卻（一般是采用空冷或油冷）的熱處理工藝。目的：消除淬火內(nèi)應(yīng)力，保持硬度、降低鋼的脆性，防止淬火裂紋、獲得所需要的

8、力學性能以及穩(wěn)定組織和尺寸。隨著回火溫度的不斷升高，淬火鋼的硬度、抗拉強度、屈服強度會逐漸降低；延伸率、斷面收縮率（即塑性）、沖擊韌性會不斷提高。同時隨著溫度的升高，淬火內(nèi)應(yīng)力將被完全消除。淬火鋼在回火時組織與性能的變化（二）回火的方法按照回火溫度的不同，鋼的回火分為三種：（1）低溫回火低溫回火：加熱到150250時進行回火。目的是降低淬火材料的內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高韌性，保持淬火硬度和耐磨性，是使用較多的回火手段。主要用于高碳鋼、合金鋼所制造的工具、量具；滾動軸承、滲碳零件的消除應(yīng)力?；鼗鸷缶V的組織是回火馬氏體，硬度約為HRC5565（2）中溫回火： 加熱到350500時進行回火。目的是使鋼獲得

9、高彈性，保持高硬度（約為HRC3550）。中溫回火后，鋼的硬度有明顯的下降，但韌性提高，鋼的組織性能是高的彈性和強度。中溫回火一般用于要求有足夠的硬度以及在一定韌性下有較高彈性極限的零件，如熱鍛模、彈簧、發(fā)條等。中溫回火后，鋼的組織是回火屈氏體。（3）高溫回火：加熱到500650時進行回火。淬火后進行高溫回火的熱處理方法，又稱為調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理。硬度約為HRC2035。調(diào)質(zhì)處理的目的是完全消除內(nèi)應(yīng)力，獲得高的強度和韌性，使零件具有良好的綜合力學性能。調(diào)質(zhì)處理主要用于中碳鋼制作的抗疲勞載荷的重要零件。例如曲軸、連桿、主軸、絲桿、齒輪、重要的螺釘?shù)鹊?。?nèi)容四 鋼的表面熱處理表面淬火和化學熱處理進行

10、的都是鋼的表面熱處理。它們的目的也都是使鋼的表面表面具有高的硬度和耐磨性硬度和耐磨性，而心部心部要有足夠的塑性和韌塑性和韌性。性。一、表面淬火：1）工藝）工藝：僅對工件表面層進行淬火，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火工藝。2）注意事項：表面淬火時，加熱速度要求很快，要保證鋼件表面溫度上升到淬火溫度時，而其心部溫度尚未同步達到，此時就立即冷卻，完成局部淬火。3）常用方法火焰法：一般是采用乙炔氣割槍對工件表面進行加熱，從工件表面的顏色變化判斷工件溫度是否合適進行淬火。方法簡單，無特殊的場地、設(shè)備要求，但要求操作者經(jīng)驗豐富。適用單件或小批量生產(chǎn)?；鹧婕訜岽慊鸱ɑ鹧婕訜岽慊鸱ǜ袘?yīng)加熱表面淬火：在感

11、應(yīng)線圈中通過一定頻率的交流電，使得感應(yīng)圈周圍產(chǎn)生同頻率的交變磁場，磁場中的工件會產(chǎn)生與感應(yīng)線圈頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流（即渦流），渦流主要集中在工件表面（集膚效應(yīng)），由渦流產(chǎn)生的電阻熱使得工件的表面層被迅速加熱到淬火溫度，隨即噴水冷卻，完成工件表面淬火。通電線圈電阻熱交變磁場渦流集膚淬火水冷卻感應(yīng)頻率越高，集膚效應(yīng)越強，所以高頻感應(yīng)加熱應(yīng)用最廣。高頻感應(yīng)加熱的常用頻率為200300kHz，一般加熱速度僅幾秒鐘，淬硬深度一般為0.52mm，主要用于表面淬硬層較薄的中、小零件，如軸、齒輪、鏈輪等。感應(yīng)加熱表面淬火法適用大批量生產(chǎn)。 高頻淬火齒輪的工藝路線為：高頻淬火齒輪的工藝路線為： 鍛造鍛造

12、正火或退火正火或退火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工高頻淬火高頻淬火低溫回火低溫回火磨削。磨削。二、化學熱處理（1）工藝：將工件放置于一定的化學介質(zhì)中進行加熱和保溫，使介質(zhì)中的一種或幾種活性原子滲入工件表層，改變工件表層化學成分和組織，從而獲得所需的力學或理化性能。（2）基本過程： 分解由化學介質(zhì)分解出能夠滲入工件表層的活性原子。 吸收活性原子由鋼的表面進入鐵的晶格中形成固溶體，甚至可能形成化合物。 擴散滲入的活性原子由表面向內(nèi)部擴散，形成一定厚度的擴散層。 （3）分類分類：滲碳、滲氮、液體碳氮共滲滲碳、滲氮、液體碳氮共滲(氰化氰化)等。等。滲碳應(yīng)用較多。 滲碳滲碳向鋼的表面滲入碳原子，提高工

13、件表面的含碳量。 滲碳工藝一般用于低碳鋼或低合金鋼。目的：提高工件表層含碳量。滲碳后，經(jīng)淬火及低溫回火滲碳后，經(jīng)淬火及低溫回火后，能夠使零件表面由于高含碳量（含碳量可增加到1%左右）獲得高的硬度和耐磨性，而心部仍是低碳鋼，可保持一定強度及較高的塑性和韌性。 一般滲碳零件的工藝路線為：一般滲碳零件的工藝路線為： 鍛造鍛造退火退火粗加工粗加工滲碳滲碳調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)半精加工半精加工除應(yīng)力退除應(yīng)力退火火磨削磨削精磨。精磨。 a）氣體滲碳工）氣體滲碳工藝過程藝過程 滲碳是將工件置于富碳的介質(zhì)中，然后加熱到高溫(900950)，使碳原子滲入工件表層。 滲碳工藝常用于汽車齒輪、活塞銷、套筒等零件。b）固體滲碳簡介

14、固體滲碳是將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，然后放在爐中加熱至900950，保溫足夠長時間，得到一定厚度的滲碳層。固體滲碳劑通常是一定粒度的木炭與15%20%的碳酸鹽的混合物。木炭提供滲碳所需要的活性炭原子，碳酸鹽起催化作用 。 滲氮：滲氮：是將氮原子滲入鋼件表面，形成以氮化物為主的滲氮層，以提高滲層的硬度、耐磨、耐蝕和耐疲勞強度等多種性能。工藝特點：工藝特點：l滲氮劑為氨氣，氨氣在分解出具有活性的氮原子滲入工件中，形成富氮層而完成氮化。滲氮的最佳溫度是600，因為此時鐵具有最好的吸氮能力。l在氮化之前一般進行調(diào)質(zhì)處理，得到回火索氏體組織，所以氮化后，工件的心部往往有良好的綜

15、合機械性能（滲氮往往是最后一道工序）。l鋼在氮化后無需進行淬火就具有很高的表層硬度及耐磨性，這是因為表層形成了一層堅硬的氮化物所致。l氮化后，顯著提高鋼的抗疲勞強度，這是因為氮化層內(nèi)有較大的殘余壓應(yīng)力；l處理溫度低，工件變形??；l氮化層具有較高的抗腐蝕能力，這是因為氮化層內(nèi)有致密的氮化物所致。 一般氮化零件的工藝路線為：一般氮化零件的工藝路線為： 鍛造鍛造退火退火粗加工粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工除應(yīng)力退火除應(yīng)力退火磨磨削削氮化氮化精磨。精磨。 碳氮共滲碳氮共滲 把碳和氮同時滲入零件表層的過程稱為把碳和氮同時滲入零件表層的過程稱為氰化氰化 。 根據(jù)處理溫度的不同分為高溫、中溫和低溫氰化。根據(jù)處理

16、溫度的不同分為高溫、中溫和低溫氰化。 其它化學熱處理方法其它化學熱處理方法 (1)(1) 滲鋁滲鋁 目的：是使鋼的表面具有高的抗氧化性能。目的：是使鋼的表面具有高的抗氧化性能。 (2) 2) 滲鉻滲鉻 目的：是增加零件抗蝕性能，還可提高碳鋼目的：是增加零件抗蝕性能，還可提高碳鋼的硬度和耐磨性。的硬度和耐磨性。 作業(yè)：1.鋼的淬透性與淬硬性有何區(qū)別？它們的主要影響因素是什么？淬透性：指鋼淬火后可達到的淬硬深度層的能力，主要影響因素是鋼的化學成分，而與含碳量無關(guān)。淬硬性是鋼淬火后表面所達到的是高硬度值的能力，主要影響因素是含碳量多少，與鋼中其他化學成分關(guān)系不大。2.合金鋼淬火應(yīng)選用體積淬火介質(zhì)？為

17、什么？一般地，合金鋼淬火應(yīng)選用礦物油、植物油作介質(zhì)，以防止工件變形與開裂。3.什么是調(diào)質(zhì)處理，主要應(yīng)用于哪一類材料？為什么？淬火+高溫回火叫調(diào)質(zhì)處理。主要應(yīng)用于中碳鋼制作的抗疲勞載荷的重要零件，目的是獲得高強度和韌性，使零件有良好的綜合機械性能。選擇下列零件材料及加工工藝過程自行車座板彈簧：材料：65線材退火繞彈簧淬火中溫回火主軸箱傳動小齒輪：材料：45或40Cr棒材粗車半精車精車淬火高溫回火磨齒填表，回答問題零件材料淬火工藝熱處理目的回火熱處理目的1銼刀T8A2大齒輪453彈簧654銑刀高速鋼9Mn2V5滾動軸承GC r5SiMn6模具T127曲軸ZG35填表，回答問題零件材料淬火工藝熱處理目的回火熱處理目的1銼刀T8A加熱AC1以上，鹽水冷卻提高硬度、耐磨性低溫回火降低內(nèi)應(yīng)力、脆性、保持硬度、耐磨性2大齒輪45整體正火、齒面淬火保持心部強度、韌性，提高齒面硬