閥門熱處理基礎知識

1、1、鐵的同素異晶轉變、鐵的同素異晶轉變 純鐵的冷卻曲線及晶體結構變化純鐵的冷卻曲線及晶體結構變化 鐵具有多晶型性，純鐵在鐵具有多晶型性，純鐵在15381538結晶為結晶為-Fe-Fe，x x射線結構分忻表明，它具有體心立方晶格，射線結構分忻表明，它具有體心立方晶格，當溫度繼續(xù)冷卻至當溫度繼續(xù)冷卻至13941394時，時，-Fe-Fe轉變?yōu)槊孓D變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦男牧⒎骄Ц竦?Fe-Fe，通常把，通常把-Fe-Fe到到-Fe-Fe的的轉變稱為轉變稱為A4A4轉變，轉變的平衡臨界點稱為轉變，轉變的平衡臨界點稱為A4A4點，點，當溫度繼續(xù)降至當溫度繼續(xù)降至912912時，面心立方晶格的時，面心立方晶格

2、的-FeFe又轉變?yōu)轶w心立方晶格的又轉變?yōu)轶w心立方晶格的-Fe-Fe，通常把，通常把-FeFe到到-Fe-Fe的轉變稱為的轉變稱為A3A3轉變，轉變的平衡臨轉變，轉變的平衡臨界點稱為界點稱為A3A3點，在點，在912912以下，鐵的結構不再以下，鐵的結構不再發(fā)生變化，這樣一來，鐵就具有三種同素異晶發(fā)生變化，這樣一來，鐵就具有三種同素異晶狀態(tài)，即狀態(tài)，即-Fe-Fe、-Fe-Fe和和-Fe-Fe 另外，另外，-Fe-Fe在在770770還將發(fā)生磁性轉變，即由還將發(fā)生磁性轉變，即由高溫的順磁性狀態(tài)轉變?yōu)榈蜏氐蔫F磁性狀態(tài)，高溫的順磁性狀態(tài)轉變?yōu)榈蜏氐蔫F磁性狀態(tài)，通常把這種磁性轉變稱為通常把這種磁性轉

3、變稱為A2A2轉變，把磁性轉變轉變，把磁性轉變溫度稱為鐵的居里點，在發(fā)生磁性轉變時，鐵溫度稱為鐵的居里點，在發(fā)生磁性轉變時，鐵的晶格類型不變，所以磁性轉變不屬于相變的晶格類型不變，所以磁性轉變不屬于相變 固態(tài)下的同素異晶轉變與液態(tài)結晶一樣，也是固態(tài)下的同素異晶轉變與液態(tài)結晶一樣，也是形核與長大的過程，為了與液態(tài)結晶相區(qū)別，形核與長大的過程，為了與液態(tài)結晶相區(qū)別，將這種固態(tài)下的相變結晶過程稱為重結晶，鐵將這種固態(tài)下的相變結晶過程稱為重結晶，鐵的多晶型轉變具有很大的實際意義，它是鋼的的多晶型轉變具有很大的實際意義，它是鋼的合金化和熱處理的基礎合金化和熱處理的基礎2、鐵碳合金相圖、鐵碳合金相圖 碳鋼

4、和鑄鐵都是鐵碳合金，是應用最廣泛的金碳鋼和鑄鐵都是鐵碳合金，是應用最廣泛的金屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要屬材料。鐵碳合金相圖是研究鐵碳合金的重要工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材工具，了解與掌握鐵碳合金相圖，對于鋼鐵材料的研究和使用、各種熱加工工藝的制訂以及料的研究和使用、各種熱加工工藝的制訂以及工藝廢品原因的分析都有很重要的指尋意義工藝廢品原因的分析都有很重要的指尋意義 鐵碳合金中的碳有兩種存在形式：滲碳體鐵碳合金中的碳有兩種存在形式：滲碳體Fe-Fe3C和石墨，在通常情況下，碳以滲碳體形式和石墨，在通常情況下，碳以滲碳體形式存在，即鐵碳合金按存在，即鐵碳合金按Fe-Fe3

5、C系轉變，但是系轉變，但是Fe3C是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可以分解為是一個亞穩(wěn)相，在一定條件下可以分解為鐵鐵(實際上是以鐵為基的固溶體實際上是以鐵為基的固溶體)和石墨，所以和石墨，所以石墨是碳存在的更穩(wěn)定狀態(tài)，這樣一來，鐵碳石墨是碳存在的更穩(wěn)定狀態(tài)，這樣一來，鐵碳相圖就存在相圖就存在Fe-Fe3C和和Fe-石墨兩種形式，下面石墨兩種形式，下面主要介紹主要介紹Fe-Fe3C相圖相圖 以相組成表示的鐵碳相圖以相組成表示的鐵碳相圖 3、熱處理的作用、熱處理的作用 熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到頂定的溫度，保熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到頂定的溫度，保溫一定的時間，然后以預定的方式冷卻下來的溫一定的時間，然

6、后以預定的方式冷卻下來的一種熱加工工藝一種熱加工工藝 通過熱處理可以改變鋼的內部組織結構，從而通過熱處理可以改變鋼的內部組織結構，從而改善其工藝性能和使用性能，充分挖掘鋼材的改善其工藝性能和使用性能，充分挖掘鋼材的潛力，延長零件的使用壽命，提高產品質量，潛力，延長零件的使用壽命，提高產品質量，節(jié)約材料和能源節(jié)約材料和能源 正確的熱處理工藝還可以消除鋼材經鑄造、鍛正確的熱處理工藝還可以消除鋼材經鑄造、鍛造、焊接等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化造、焊接等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化晶粒、消除偏析、降低內應力，使組織和性能晶粒、消除偏析、降低內應力，使組織和性能更加均勻更加均勻 在生產工藝流程中，

7、工件經切削加工等成形工在生產工藝流程中，工件經切削加工等成形工藝而得到最終的形狀和尺寸后，再進行的賦于藝而得到最終的形狀和尺寸后，再進行的賦于工件所需使用性能的熱處理稱為最終熱處理，工件所需使用性能的熱處理稱為最終熱處理，而將熱加后為隨后冷拔、沖壓和切削加工或最而將熱加后為隨后冷拔、沖壓和切削加工或最終熱處理作好組織準備的熱處理稱為預備熱處終熱處理作好組織準備的熱處理稱為預備熱處理理1、退火退火 將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當的溫度，將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當的溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近乎保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近乎衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火衡狀態(tài)組織

8、的熱處理工藝稱為退火 鋼的退火工藝種類很多，根據加熱溫度可分為鋼的退火工藝種類很多，根據加熱溫度可分為兩大類，一類是在臨界溫度兩大類，一類是在臨界溫度( (Ac1Ac1或或Ac3Ac3) )以上的以上的退火，又稱為相變重結晶退火，包括完全退火、退火，又稱為相變重結晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和擴散退火等，另一類不完全退火、球化退火和擴散退火等，另一類是在臨界溫度以下的退火，包括再結晶退火及是在臨界溫度以下的退火，包括再結晶退火及去應力退火等，根據冷卻方式不同，退火又可去應力退火等，根據冷卻方式不同，退火又可分為連續(xù)退火和等溫退火等分為連續(xù)退火和等溫退火等 閥門零件常用的三種退火，

9、不完全退火與完全閥門零件常用的三種退火，不完全退火與完全退火、去應力退火退火、去應力退火 不完全退火：不完全退火是將鋼加熱至不完全退火：不完全退火是將鋼加熱至Ac1-Ac3 (亞共析鋼亞共析鋼)或或Ac1-Accm (過共析鋼過共析鋼)之間，之間，保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝，不完全退火加熱溫度較完全退火低，理工藝，不完全退火加熱溫度較完全退火低，工藝周期也較短，消耗熱能較少，可降低成本，工藝周期也較短，消耗熱能較少，可降低成本，提高生產效率，因此，對鍛造工藝正常的亞共提高生產效率，因此，對鍛造工藝正常的亞共析鋼鍛件，可采用不完全退火代

10、替完全退火，析鋼鍛件，可采用不完全退火代替完全退火，一般馬氏體不銹鋼如一般馬氏體不銹鋼如1Cr13、2Cr13、1Cr17Ni2 等鍛造后用此方法來達到目的等鍛造后用此方法來達到目的 完全退火：完全退火是將鋼加熱到完全退火：完全退火是將鋼加熱到Ac3Ac3溫度以溫度以上，保溫足夠的時間，使組織完全奧氏體化后上，保溫足夠的時間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝，緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝，完全退火的目的是為了細化品粒、均勻組織、完全退火的目的是為了細化品粒、均勻組織、消除內應力和熱加工缺陷、降低硬度、改善切消除內應力和熱加工缺陷、降低硬度、改善切削加工性

11、能和冷塑性變形性能，完全退火加熱削加工性能和冷塑性變形性能，完全退火加熱溫度不宜過高，一般在溫度不宜過高，一般在Ac3Ac3以上以上2020、3030，退，退火后的冷卻速度應緩慢，以保證奧氏體在火后的冷卻速度應緩慢，以保證奧氏體在Ar1Ar1溫度以下不大的過冷條件下進行珠光體轉變，溫度以下不大的過冷條件下進行珠光體轉變，避免硬度過高，一般碳鋼的冷卻速度應小于避免硬度過高，一般碳鋼的冷卻速度應小于200200h h，低合金鋼的冷卻速度應為，低合金鋼的冷卻速度應為100100h h ，高合金鋼的冷卻速度應為，高合金鋼的冷卻速度應為5050h h 完全退火需要的時間很長，尤其是過冷奧氏體完全退火需要

12、的時間很長，尤其是過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，如將奧氏體化后的鋼很快比較穩(wěn)定的合金鋼，如將奧氏體化后的鋼很快陣至稍低于陣至稍低于Ar1Ar1的溫度等溫，使奧氏體轉變?yōu)榈臏囟鹊葴兀箠W氏體轉變?yōu)橹楣怏w，再空冷至室溫，則可顯著縮短退火時珠光體，再空冷至室溫，則可顯著縮短退火時間，這種退火方法稱為等溫退火等溫退火適用間，這種退火方法稱為等溫退火等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高臺金鋼等。等溫退于高碳鋼、合金工具鋼和高臺金鋼等。等溫退火還有利于工件獲得均勻的組織和性能，但是，火還有利于工件獲得均勻的組織和性能，但是，對于大截面工件和大批量爐料，等溫退火不易對于大截面工件和大批量爐料，等溫退火不易使工

13、件內部達到等溫溫度，故不宜采用此法，使工件內部達到等溫溫度，故不宜采用此法，在閥門零件中，在閥門零件中，35CrMo35CrMo的螺栓用此工藝的螺栓用此工藝 去應力退火：為了消除鑄件、鍛件、焊接件、去應力退火：為了消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件以及機械加工工件中的殘余內應力，冷沖壓件以及機械加工工件中的殘余內應力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂，在提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂，在精加工或淬火之前將工件加熱至精加工或淬火之前將工件加熱至Ac1Ac1以下目一以下目一溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，這種熱溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，這種熱處理工藝稱為去應力退火，鋼件的去應力退

14、火處理工藝稱為去應力退火，鋼件的去應力退火加熱溫度很寬，應根據具體情況來決定，一班加熱溫度很寬，應根據具體情況來決定，一班在在500-650500-650之間，對于某些經受冷變形加工之間，對于某些經受冷變形加工的工件，如冷卷彈簧，為了消除冷卷時產生的的工件，如冷卷彈簧，為了消除冷卷時產生的內應力，同時保持其高彈性極限，去應力退火內應力，同時保持其高彈性極限，去應力退火的溫度應在的溫度應在250-300250-300之間，保溫后應緩慢冷之間，保溫后應緩慢冷卻，以免產生新的應力，冷至卻，以免產生新的應力，冷至200-300200-300出滬，出滬，再空冷至室溫再空冷至室溫 2 2、正火、正火 正火

15、是將鋼加熱到正火是將鋼加熱到Ac3Ac3 ( (對于亞共析鋼對于亞共析鋼) )或或AccmAccm ( (對于過共析鋼對于過共析鋼) )以上適當的溫度，保溫一定時以上適當的溫度，保溫一定時間，使之完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，間，使之完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，以得到珠光體類型組織的熱處理工藝以得到珠光體類型組織的熱處理工藝 正火與完全退火相比，二者的加熱溫度相同，正火與完全退火相比，二者的加熱溫度相同，但正火的冷卻速度較快，轉變溫度較低但正火的冷卻速度較快，轉變溫度較低 正火只適用于碳素鋼及低、中合金鋼，而不適正火只適用于碳素鋼及低、中合金鋼，而不適用于高合金鋼。因為高合金鋼的奧氏體非

16、常穩(wěn)用于高合金鋼。因為高合金鋼的奧氏體非常穩(wěn)定，即使在空氣中冷卻也會獲得馬氏體組織定，即使在空氣中冷卻也會獲得馬氏體組織 正火的加熱溫度通常在正火的加熱溫度通常在Ac3Ac3或或AccmAccm以上以上30-5030-50，正火是比較簡單、經濟的熱處理方法，在生產正火是比較簡單、經濟的熱處理方法，在生產中應用較廣泛，主要目的是為了細化晶粒，使中應用較廣泛，主要目的是為了細化晶粒，使其組織更加均勻，改善機加工性能，在閥門中其組織更加均勻，改善機加工性能，在閥門中一般一般25#25#，45#45#鋼的零件采用此工藝鋼的零件采用此工藝 3 3、淬火、淬火 將鋼加熱到臨界點將鋼加熱到臨界點Ac1Ac1

17、或或Ac3Ac3以上一定溫度保溫一以上一定溫度保溫一定時問，然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻，使定時問，然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻，使過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的熱處理工過冷奧氏體轉變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火，它可以顯著提高鋼的強度和硬度藝稱為淬火，它可以顯著提高鋼的強度和硬度 在正常淬火條件下，得到馬氏體組織與零件材料含在正常淬火條件下，得到馬氏體組織與零件材料含碳量有關，含碳量高，馬氏體多，硬度就高，所以碳量有關，含碳量高，馬氏體多，硬度就高，所以一般控制在含碳量大于一般控制在含碳量大于0.25%0.25%以上，才能通過淬火以上，才能通過淬火淬硬淬硬 淬火鋼在

18、水中或在冷卻最快的鹽水中冷卻，淬火鋼在水中或在冷卻最快的鹽水中冷卻，某些合金鋼在油中冷卻，高合金鋼、馬氏體某些合金鋼在油中冷卻，高合金鋼、馬氏體（1313）型不銹鋼如）型不銹鋼如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr13 3Cr13 等等在空氣中冷卻在空氣中冷卻 淬火后應力較大淬火后應力較大, ,通常很硬和很脆通常很硬和很脆, ,容易斷裂容易斷裂, ,為使鋼淬火后消除應力為使鋼淬火后消除應力, ,具有韌性具有韌性, ,必須進行必須進行回火回火 4 4、表面熱處理、表面熱處理 表面熱處理指零件的表面淬火，通過表面淬火來強表面熱處理指零件的表面淬火，通過表面淬火來強化零件的表層，這種方

19、法不但能夠使零件表面硬度、化零件的表層，這種方法不但能夠使零件表面硬度、耐磨性得到提高，而且使心部保持較好的韌性，從耐磨性得到提高，而且使心部保持較好的韌性，從而使零件具有耐磨性，沖擊韌性，疲勞強度、較高而使零件具有耐磨性，沖擊韌性，疲勞強度、較高的綜合機械性能。按加熱方法，有不同表面淬火，的綜合機械性能。按加熱方法，有不同表面淬火，常用方法是火焰加熱表面淬火與感應加熱表面淬火常用方法是火焰加熱表面淬火與感應加熱表面淬火 火焰表面淬火，工廠常用氧一乙炔燃燒火焰來淬火，火焰表面淬火，工廠常用氧一乙炔燃燒火焰來淬火，特點：設備費用低、簡單容易進行，方法靈活，可特點：設備費用低、簡單容易進行，方法靈

20、活，可對大型零件的局部進行快速表面淬火，但難以控制對大型零件的局部進行快速表面淬火，但難以控制適中的加熱溫度，軟點、軟帶缺陷難以控制，淬透適中的加熱溫度，軟點、軟帶缺陷難以控制，淬透層深度不穩(wěn)定層深度不穩(wěn)定 高頻感應加熱淬火，高頻感應加熱是基于電磁感應高頻感應加熱淬火，高頻感應加熱是基于電磁感應的原理，將零件放在交流電源的交變磁中由于電磁的原理，將零件放在交流電源的交變磁中由于電磁感應在零件表面產生渦流，從而使零件本身得到加感應在零件表面產生渦流，從而使零件本身得到加熱，這樣方法為高頻感應加熱淬火。特點：淬透層熱，這樣方法為高頻感應加熱淬火。特點：淬透層深度可以控制，一般在深度可以控制，一般在

21、0.50.52mm 2mm 之間，加熱速度之間，加熱速度快，時間短，零件脫碳少，淬火變形小快，時間短，零件脫碳少，淬火變形小 表面淬火硬度比普通淬火硬度高表面淬火硬度比普通淬火硬度高2-3HRC2-3HRC，這樣提高，這樣提高了零件表面耐磨性和疲勞極限。但是加熱設備成本了零件表面耐磨性和疲勞極限。但是加熱設備成本高維修比較復雜，并且，由于感應器形狀制作有一高維修比較復雜，并且，由于感應器形狀制作有一定的限制表面局部淬火有一定局限性。在閥門中，定的限制表面局部淬火有一定局限性。在閥門中，表面淬火的零件由閥桿、閥瓣及密封圈等表面淬火的零件由閥桿、閥瓣及密封圈等5 5、回火、回火 把淬火后的零件加熱

22、到低于相變溫度（把淬火后的零件加熱到低于相變溫度（Ac1Ac1）的某一個溫度，并在此溫度下保持一定的時間，的某一個溫度，并在此溫度下保持一定的時間，然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫的熱處理工然后以一定的冷卻速度冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火藝稱為回火 其目的是為了消除因淬火造成的內應力，提高其目的是為了消除因淬火造成的內應力，提高鋼的韌性，并獲得所需要的各項機械性能鋼的韌性，并獲得所需要的各項機械性能 回火可分為，高溫回火、中溫回火及低溫回火回火可分為，高溫回火、中溫回火及低溫回火三種回火方法三種回火方法 經正常淬火后的鋼，其機械性能隨回火溫度的經正常淬火后的鋼，其機械性能隨回火溫度的不同而變化

23、，一般說來，回火溫度越高，硬度不同而變化，一般說來，回火溫度越高，硬度和強度越低，而塑性和韌性越高和強度越低，而塑性和韌性越高6 6、調質、調質 把淬火后的零件進行高溫回火，這種把淬火和把淬火后的零件進行高溫回火，這種把淬火和高溫回火結合在一起的熱處理方法，高溫回火結合在一起的熱處理方法， 通常稱通常稱為調質處理為調質處理 通過調質后的零件材料金相組織為回火索低體，通過調質后的零件材料金相組織為回火索低體，其目的是得到強度硬度，塑性和韌性良好的綜其目的是得到強度硬度，塑性和韌性良好的綜合機械性能調質處理在閥門中的零件是常用的合機械性能調質處理在閥門中的零件是常用的熱處理工序熱處理工序 調質處理

24、用作于馬氏體不銹鋼（調質處理用作于馬氏體不銹鋼（1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、1Cr17Ni21Cr17Ni2）及合金鋼軟化手段，它可作為預先）及合金鋼軟化手段，它可作為預先熱處理，也可作為最終熱處理熱處理，也可作為最終熱處理 作為預選熱處理，一方面是為了滿足切削加工作為預選熱處理，一方面是為了滿足切削加工上的需要，如降低硬度，另一方面也是為最終上的需要，如降低硬度，另一方面也是為最終熱處理作好組織準備調質處理，得到回火索氏熱處理作好組織準備調質處理，得到回火索氏體組織，其機械性能比正火要優(yōu)越得多，如碳體組織，其機械性能比正火要優(yōu)越得多，如碳鋼鋼4545鋼調質后屈服極限和沖擊韌性

25、，比正火處鋼調質后屈服極限和沖擊韌性，比正火處理高理高40%40%，而強度極限和斷面收縮率也比正火，而強度極限和斷面收縮率也比正火高高5-6%5-6%，調質后的性能是與零件的淬透性密切，調質后的性能是與零件的淬透性密切相關的，只有當零件淬透時才能獲得最佳的機相關的，只有當零件淬透時才能獲得最佳的機械性能械性能 調質作為最終熱處理是為了零件得到良好綜合機調質作為最終熱處理是為了零件得到良好綜合機械性能特別是高的沖擊韌性，尤其閥門零件，閥械性能特別是高的沖擊韌性，尤其閥門零件，閥桿、閥瓣及內腔零件，有一些外腔零件如螺栓、桿、閥瓣及內腔零件，有一些外腔零件如螺栓、壓板等，在動載荷下工作受到各種沖擊、壓力、壓板等，在動載荷下工作受到各種沖擊、壓力、拉伸、扭曲的作用，采用調質處理工藝能保證零拉伸、扭曲的作用，采用調質處理工藝能保證零件抵抗的能力，達到使用要求。調質后的回火索件抵抗的能力，達到使用要求。調質后的回火索氏體組織實際在金相顯微鏡中看到