金屬熱處理工藝基本知識

1、 熱處理熱處理是指通過對工件的加熱、保溫和冷卻，使是指通過對工件的加熱、保溫和冷卻，使金屬或合金的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得預(yù)期的性金屬或合金的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得預(yù)期的性能能( (如機(jī)械性能、加工性能、物理性能和化學(xué)性能等如機(jī)械性能、加工性能、物理性能和化學(xué)性能等) )的操作工藝稱為熱處理。的操作工藝稱為熱處理。 工件熱處理的目的是通過熱處理這一重要手段，工件熱處理的目的是通過熱處理這一重要手段，來來改變改變( (或改善或改善) )工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要的性能并提高工件的使用壽命。的性能并提高工件的使用壽命。 B B 金屬熱處理工藝基本知識金屬

2、熱處理工藝基本知識 熱處理工藝一般包括熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻加熱、保溫、冷卻三個(gè)過三個(gè)過程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互相銜接，不可間斷。相銜接，不可間斷。加熱加熱是熱處理的重要工序之是熱處理的重要工序之一。一。增補(bǔ)章增補(bǔ)章: : 金屬材料與金屬熱處理工藝基本知識金屬材料與金屬熱處理工藝基本知識1. 1. 金屬熱處理工藝基本知識金屬熱處理工藝基本知識熱處理過程中四個(gè)重要因素?zé)崽幚磉^程中四個(gè)重要因素: : 在熱處理時(shí)，因工件的大小不同，形狀不在熱處理時(shí)，因工件的大小不同，形狀不同，材料的化學(xué)成分不同，所以在具體熱處理同，材料的化學(xué)成

3、分不同，所以在具體熱處理過程中，要用不同的加熱速度、最高的加熱溫過程中，要用不同的加熱速度、最高的加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度。通常度、保溫時(shí)間和冷卻速度。通常把加熱速度、把加熱速度、最高加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度稱為工件最高加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度稱為工件熱處理的四個(gè)要素，也稱工藝參數(shù)熱處理的四個(gè)要素，也稱工藝參數(shù)。正確地確。正確地確定和保證實(shí)施好工藝，就能獲得預(yù)期的效果，定和保證實(shí)施好工藝，就能獲得預(yù)期的效果，并將得到滿意的性能。并將得到滿意的性能。 從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看，熱處理的質(zhì)量是溫度和從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)看，熱處理的質(zhì)量是溫度和時(shí)間的函數(shù)，所以工件的熱處理工藝規(guī)范可用時(shí)間的函數(shù)，所以工件的

4、熱處理工藝規(guī)范可用時(shí)間一溫度為坐標(biāo)表示出來，任何工件的熱處時(shí)間一溫度為坐標(biāo)表示出來，任何工件的熱處理，都應(yīng)包括：理，都應(yīng)包括：1. 1. 金屬熱處理工藝基本知識金屬熱處理工藝基本知識圖圖1 1 熱處理規(guī)范示意圖熱處理規(guī)范示意圖（a a）簡單的熱處理規(guī)范）簡單的熱處理規(guī)范 （b)b)復(fù)雜的熱處理規(guī)范復(fù)雜的熱處理規(guī)范都應(yīng)包括都應(yīng)包括 四個(gè)重要因素四個(gè)重要因素: :(1)(1)加熱速度加熱速度V V； (2)(2)最高加熱溫度最高加熱溫度T;T; (3) (3)保溫時(shí)間保溫時(shí)間h; (4)h; (4)冷卻速度冷卻速度V Vt t. . 1） 鋼的退火與正火鋼的退火與正火2.2.鋼的熱處理基本工藝及應(yīng)

5、用鋼的熱處理基本工藝及應(yīng)用 退火與正火的目的退火與正火的目的 調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加工調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加工 消除殘余應(yīng)力消除殘余應(yīng)力 細(xì)化晶粒，改善組織細(xì)化晶粒，改善組織 為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備退火：退火：將鋼加熱、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理將鋼加熱、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。工藝。 退火工藝可分為完全退火、等溫退火、球化退火、退火工藝可分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火等，如圖所示。去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火等，如圖所示。圖圖3 3 箱式爐箱式爐圖圖2 2 各種退火及正火的加熱范圍各種退火及正火的加熱范圍 完全退火完全退火 將亞共

6、析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到A Ac c3 3+30+305050，保溫后緩冷，保溫后緩冷的退火工藝稱為完全退火。的退火工藝稱為完全退火。目的：降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。目的：降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。 等溫退火等溫退火 將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到A Ac c3 3 +30 +305050、過共析、過共析鋼加熱到鋼加熱到A Ac c1 1+30+305050，保溫后快冷到保溫后快冷到ArAr1 1以下以下某一溫度保溫某一溫度保溫，然后出，然后出爐空冷。如圖是高速鋼爐空冷。如圖是高速鋼等溫退火與普通退火的等溫退火與普通退火的比較比較圖圖3 3高速鋼等溫退火與普通退火的比較高速鋼等溫退火與普通退火的比

7、較 球化退火球化退火將共析鋼或過共析鋼加熱到將共析鋼或過共析鋼加熱到 A Ac c1 1 +20 +203030，保溫，保溫適當(dāng)時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為球化退火。適當(dāng)時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為球化退火。 目的：目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球狀降低硬度，改善切削加工性能；形成球狀珠光體，為后面的淬火作組織準(zhǔn)備。珠光體，為后面的淬火作組織準(zhǔn)備。 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為擴(kuò)散退火。卻的熱處理工藝稱為擴(kuò)散退火。 目的：目的：消除成份偏析。消除成份偏析。 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 將工件加熱到

8、將工件加熱到 A Ac1c1以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。 目的：目的：消除鑄、鍛、焊的內(nèi)應(yīng)力。消除鑄、鍛、焊的內(nèi)應(yīng)力。 正火正火是將鋼加熱到是將鋼加熱到 Ac3或或 Accm以上以上30305050，保，保溫后空氣中冷卻的熱處理工藝。溫后空氣中冷卻的熱處理工藝。正火具有以下幾方面的應(yīng)用：正火具有以下幾方面的應(yīng)用： 含碳量含碳量0.25%經(jīng)正火后硬度提高，改善了切削經(jīng)正火后硬度提高，改善了切削加工性能。加工性能。 消除過共析鋼中的二次滲碳體。消除過共析鋼中的二次滲碳體。 作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。作為普通結(jié)構(gòu)

9、零件的最終熱處理。 正火正火的冷卻速度稍快于退火，由的冷卻速度稍快于退火，由C曲線可知，二曲線可知，二者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細(xì)，如圖者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細(xì)，如圖所示。所示。圖圖3 3 正火與退火后組織的比較正火與退火后組織的比較 2） 鋼的淬火鋼的淬火 淬火淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk的速度冷卻的熱處理工藝。的速度冷卻的熱處理工藝。 目的：目的：為了獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能。為了獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能。淬火溫度淬火溫度 選擇淬火溫度的原則是選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細(xì)小的奧氏體。獲得均勻細(xì)小的奧氏

10、體。如圖所示，一般淬火溫度如圖所示，一般淬火溫度在臨界點(diǎn)以上。在臨界點(diǎn)以上。圖圖4 4 碳鋼的淬火溫度范圍碳鋼的淬火溫度范圍 對對亞共析鋼亞共析鋼，淬火溫度為，淬火溫度為Ac3+3050，淬火，淬火組織為馬氏體，如圖所示。組織為馬氏體，如圖所示。 亞溫淬火：亞溫淬火：加熱溫度在加熱溫度在Ac1 Ac3之間，淬火組織之間，淬火組織為馬氏體加鐵素體，如圖所示。亞溫淬火也是一種強(qiáng)為馬氏體加鐵素體，如圖所示。亞溫淬火也是一種強(qiáng)韌化處理方法。韌化處理方法。圖圖6 6 馬氏體加鐵素體馬氏體加鐵素體圖圖5 5 馬氏體馬氏體圖圖7 7 對對共析鋼和過共析鋼共析鋼和過共析鋼 淬火溫度為淬火溫度為Ac1+3050

11、， 組織為細(xì)馬氏體加顆粒狀組織為細(xì)馬氏體加顆粒狀 滲碳體和少量殘余奧氏體，滲碳體和少量殘余奧氏體， 如圖所示。如圖所示。對對合金鋼合金鋼，一般淬火溫度為臨界點(diǎn)以上，一般淬火溫度為臨界點(diǎn)以上5050100100。提高淬火溫度有利于合金元素在奧氏體中充分溶解和提高淬火溫度有利于合金元素在奧氏體中充分溶解和均勻化。均勻化。3) 3) 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)為了保證得到馬氏體為了保證得到馬氏體組織，淬火速度必須大組織，淬火速度必須大于臨界冷卻速度于臨界冷卻速度Vk，但，但往往會引起工件變形和往往會引起工件變形和開裂。開裂。 要想既得到馬氏體又要想既得到馬氏體又避免變形和開裂，理想避免變形和開裂，理想的淬火冷

12、卻曲線如圖所的淬火冷卻曲線如圖所示。示。 最常用的淬火介質(zhì)是水和油。最常用的淬火介質(zhì)是水和油。圖圖8 8 理想的淬火冷卻曲線理想的淬火冷卻曲線 水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)。如表較強(qiáng)的淬火介質(zhì)。如表所示：所示： 油主要用于合金鋼油主要用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的或小尺寸碳鋼工件的淬火。淬火。 熔融狀態(tài)的鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽浴。這熔融狀態(tài)的鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽浴。這類介質(zhì)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(yán)格的小件的類介質(zhì)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(yán)格的小件的分級淬火和等溫淬火。分級淬火和等溫淬火。 近年來出現(xiàn)聚乙烯醇水溶液、三乙醇銨水溶液、近年來出現(xiàn)聚乙烯醇水溶液、三

13、乙醇銨水溶液、高濃度硝鹽水溶液等淬火介質(zhì)。高濃度硝鹽水溶液等淬火介質(zhì)。表表1 1 4 4） 淬火方法淬火方法常用淬火方法如圖所示。常用淬火方法如圖所示。圖圖9 9 各種各種淬火方法示意圖淬火方法示意圖 單液淬火法單液淬火法 將加熱的工件放入一將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法，如至室溫的操作方法，如水淬、油淬等。水淬、油淬等。 將加熱的工件放入一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，將加熱的工件放入一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)冷卻的淬火方法。然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)冷卻的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。雙液淬火主要用于形狀

14、復(fù)雜如水淬油冷或油淬空冷。雙液淬火主要用于形狀復(fù)雜的高碳鋼工件及大型合金鋼工件。的高碳鋼工件及大型合金鋼工件。 雙液淬火法雙液淬火法 分級淬火法分級淬火法 將加熱的工件在將加熱的工件在Ms點(diǎn)附近的鹽浴或堿浴中淬火，點(diǎn)附近的鹽浴或堿浴中淬火，然后取出緩冷的淬火方法。其特點(diǎn)是顯著減少淬火然后取出緩冷的淬火方法。其特點(diǎn)是顯著減少淬火變形與開裂，是用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼變形與開裂，是用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼件。件。 等溫淬火等溫淬火 將加熱工件在稍高于將加熱工件在稍高于Ms點(diǎn)附近溫度的鹽浴或堿點(diǎn)附近溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時(shí)間而獲得下貝氏體組織的淬浴中冷卻并保溫足夠時(shí)間而獲得下貝

15、氏體組織的淬火方法。其特點(diǎn)是工件具有良好的綜合力學(xué)性能，火方法。其特點(diǎn)是工件具有良好的綜合力學(xué)性能，一般不必回火。多用于形狀復(fù)雜和要求較高的小件。一般不必回火。多用于形狀復(fù)雜和要求較高的小件。5) 5) 鋼的淬透性鋼的淬透性 淬透性淬透性 淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。一般規(guī)定由工件表面到半馬氏體區(qū)的深度作為淬硬一般規(guī)定由工件表面到半馬氏體區(qū)的深度作為淬硬層深度。層深度。 淬透性對鋼力淬透性對鋼力學(xué)性能的影響學(xué)性能的影響: :鋼的淬透性直接鋼的淬透性直接影響其熱處理后影響其熱處理后的力學(xué)性能。的力學(xué)性能。圖圖1010 淬透性高的鋼，淬透性高

16、的鋼，其力學(xué)性能沿截其力學(xué)性能沿截面均勻分布面均勻分布 淬透性低的鋼，其截面心部的力學(xué)性能低淬透性低的鋼，其截面心部的力學(xué)性能低 淬透性的測定及其表示方法淬透性的測定及其表示方法 測定鋼的淬透測定鋼的淬透性最常用的方法是性最常用的方法是末端淬火法末端淬火法。將將25100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)奧氏的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)奧氏體化后，對末端進(jìn)體化后，對末端進(jìn)行噴水冷卻。如圖行噴水冷卻。如圖所示。所示。圖圖11 11 末端淬火法末端淬火法 按規(guī)定方法測定硬度值，作出淬透性曲線；按規(guī)定方法測定硬度值，作出淬透性曲線； 利用鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳量關(guān)系圖，和利用鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳量關(guān)系圖，和淬透性淬透性

17、 曲線圖可找出其淬透性的大小。曲線圖可找出其淬透性的大小。 淬透性的表示方法淬透性的表示方法淬透性值可用淬透性值可用 表示。其中表示。其中J表示末端淬透表示末端淬透性，性，d表示至水冷端的距離，表示至水冷端的距離，HRC為該處測得的硬度為該處測得的硬度值。值。dHRCJ鋼的淬透性還可用鋼在某種冷卻介質(zhì)中完全淬透鋼的淬透性還可用鋼在某種冷卻介質(zhì)中完全淬透的最大直徑，即臨界直徑的最大直徑，即臨界直徑D D0 0表示。表示。 淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用: 對于截面尺寸較大和形狀較復(fù)雜的重要零件以及對于截面尺寸較大和形狀較復(fù)雜的重要零件以及要求機(jī)械性能均勻的零件，應(yīng)選用高淬透性的鋼制造。要求機(jī)械性能均勻

18、的零件，應(yīng)選用高淬透性的鋼制造。 對于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，可選對于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，可選用低淬透性的鋼制造。用低淬透性的鋼制造。 在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，必須考慮鋼的熱處理尺寸在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，必須考慮鋼的熱處理尺寸效應(yīng)。效應(yīng)。6) 6) 鋼的回火鋼的回火 回火的目的回火的目的 降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力降低脆性，減少或消除內(nèi)應(yīng)力 獲得工藝所要求的力學(xué)性能獲得工藝所要求的力學(xué)性能 穩(wěn)定工件尺寸穩(wěn)定工件尺寸 對某些高淬透性的合金鋼，可降低硬度，以利加工對某些高淬透性的合金鋼，可降低硬度，以利加工 淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變 回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)

19、變淬火鋼組織發(fā)生以下四階段的變化：淬火鋼組織發(fā)生以下四階段的變化： 馬氏體分解：主要發(fā)生在馬氏體分解：主要發(fā)生在100200， 馬氏體中的碳馬氏體中的碳以以碳化物（碳化物（Fex）的形式析）的形式析出，析出的碳化物以極小片狀出，析出的碳化物以極小片狀分布在馬氏體基體上，這種組分布在馬氏體基體上，這種組織稱為回火馬氏體，用織稱為回火馬氏體，用“M回回”表示。如圖所示。表示。如圖所示。圖圖12 12 回火馬氏體回火馬氏體圖圖1414 殘余奧氏體分解殘余奧氏體分解 主要發(fā)生在主要發(fā)生在200300，殘余奧，殘余奧氏體分解氏體分解 為為碳化物和過飽和碳化物和過飽和，但組織仍是回火馬，但組織仍是回火馬氏

20、體。氏體。 碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟镛D(zhuǎn)變?yōu)镕e3 主要發(fā)生主要發(fā)生在在250400，此時(shí)回火馬氏體轉(zhuǎn)，此時(shí)回火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀滲碳體的組織，體上分布著細(xì)粒狀滲碳體的組織，稱為回火屈氏體，用稱為回火屈氏體，用“T回回”表示。表示。圖圖1313 滲碳體的聚集長大及滲碳體的聚集長大及相再結(jié)晶相再結(jié)晶 主要發(fā)生在主要發(fā)生在400以上以上,此時(shí)此時(shí) 形成顆形成顆粒狀滲碳體，鐵素體由針片狀轉(zhuǎn)變粒狀滲碳體，鐵素體由針片狀轉(zhuǎn)變?yōu)槎噙呅危@種組為多邊形，這種組 織稱為回火索氏織稱為回火索氏體，用體，用“S回回”表示。如圖所示表示。如圖所示。 回火過程

21、中的性能變化回火過程中的性能變化 總的規(guī)律是：隨回火溫度升高，強(qiáng)度、硬度下降，總的規(guī)律是：隨回火溫度升高，強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性上升。如圖為硬度與回火溫度的關(guān)系。塑性、韌性上升。如圖為硬度與回火溫度的關(guān)系。 回火溫度在回火溫度在200200以下以下, ,鋼的硬度不降低鋼的硬度不降低, ,對高碳鋼，對高碳鋼，甚至略有升高。甚至略有升高。 回火溫度在回火溫度在200200300,300,高碳高碳鋼的硬度再次升高鋼的硬度再次升高, ,中、低碳鋼中、低碳鋼硬度緩慢降低。硬度緩慢降低。 回火溫度回火溫度300300以上，鋼的硬以上，鋼的硬度呈直線下降。度呈直線下降。 注意：回火屈氏體、回火索氏注意：

22、回火屈氏體、回火索氏體和球狀珠光體與過冷奧氏體直體和球狀珠光體與過冷奧氏體直接分解得到的屈氏體、索氏體和珠光體的力學(xué)性能有接分解得到的屈氏體、索氏體和珠光體的力學(xué)性能有 顯著區(qū)別。顯著區(qū)別。圖圖15 15 回火的種類回火的種類 中溫回火（中溫回火（350350500500）組織為回火索氏體，具有較高彈性和一定韌性，主要組織為回火索氏體，具有較高彈性和一定韌性，主要 用于彈簧的處理。用于彈簧的處理。 高溫回火（高溫回火（500500650650）組織為回火索氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能。組織為回火索氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能。習(xí)慣習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理上將淬火加高溫回

23、火相結(jié)合的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱簡稱“調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)”。調(diào)質(zhì)廣泛用于處理重要的結(jié)構(gòu)零件，。調(diào)質(zhì)廣泛用于處理重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、齒輪等。如軸、齒輪等。 低溫回火（低溫回火（150150250250）組織為回火馬氏體，能降低組織為回火馬氏體，能降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，并保持高硬內(nèi)應(yīng)力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。用于工具、模度和耐磨性。用于工具、模具、軸承、滲碳件及經(jīng)表面淬火的工件。具、軸承、滲碳件及經(jīng)表面淬火的工件。圖圖16 16 淬火鋼出現(xiàn)沖擊韌性顯淬火鋼出現(xiàn)沖擊韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為著下降的現(xiàn)象稱為“回火回火脆性脆性”，如圖如圖 回火脆性回火脆性 在在250250350350回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為低溫

24、回火脆回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性。一般不在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火。性。一般不在此溫度范圍內(nèi)進(jìn)行回火。 高溫回火脆性高溫回火脆性 在在500500650650回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性?；鼗饡r(shí)出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性。主要發(fā)生在含主要發(fā)生在含CrCr、NiNi、MnMn等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。等合金元素的結(jié)構(gòu)鋼中。 快冷可防止高溫脆性，在鋼中加入（約快冷可防止高溫脆性，在鋼中加入（約1%1%）o o（約（約0.5%0.5%）等合金元素可有效抑制這類脆性的產(chǎn)生。）等合金元素可有效抑制這類脆性的產(chǎn)生。圖圖17 17 淬火回火的工藝缺陷淬火回火的工藝缺陷 硬度不足硬度不足 是由淬火加熱溫度低

25、、表面脫碳、冷速不夠、鋼是由淬火加熱溫度低、表面脫碳、冷速不夠、鋼材淬透性低等原因造成的?？刹捎孟鄳?yīng)措施加以防材淬透性低等原因造成的?？刹捎孟鄳?yīng)措施加以防治。治。 硬度不均勻硬度不均勻 是由原始組織粗大且不均勻、冷卻不均勻等原因是由原始組織粗大且不均勻、冷卻不均勻等原因造成的?？赏ㄟ^正火后重新淬火來消除。造成的?？赏ㄟ^正火后重新淬火來消除。 過熱和過燒過熱和過燒過熱組織可通過重新淬火來消除；工件一旦過燒則過熱組織可通過重新淬火來消除；工件一旦過燒則只能報(bào)廢。只能報(bào)廢。7) 7) 鋼的表面淬火鋼的表面淬火 利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以利用快速加熱將表面層奧氏體化后進(jìn)行淬火，以強(qiáng)強(qiáng)

26、化零件表面的熱處理方法?；慵砻娴臒崽幚矸椒?。 表面淬火用材料含碳量為表面淬火用材料含碳量為0.40.40.5%0.5%的中碳鋼及鑄的中碳鋼及鑄鐵。鐵。 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理為表面淬火作準(zhǔn)備，以獲預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理為表面淬火作準(zhǔn)備，以獲得最終的心部組織。方法有調(diào)質(zhì)和正火等。得最終的心部組織。方法有調(diào)質(zhì)和正火等。 表面淬火后的組織表層組織為回火馬氏體，表面淬火后的組織表層組織為回火馬氏體，心部心部組織為回火索氏體組織為回火索氏體( (調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正調(diào)質(zhì)）或鐵素體加索氏體（正火）?；穑?感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 感應(yīng)加熱的基本原理感應(yīng)加熱的基本原理 感應(yīng)加熱表面淬火的裝置

27、如圖。感應(yīng)加熱表面淬火的裝置如圖。 交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨交變磁場使工件內(nèi)部感生出巨大的渦流大的渦流。 感應(yīng)電流在工件表層密度最大，感應(yīng)電流在工件表層密度最大，而心部密度為零，這種現(xiàn)象稱為而心部密度為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)。 電流透入的深度與感應(yīng)電流的電流透入的深度與感應(yīng)電流的頻率有關(guān)頻率有關(guān)。 電流頻率越高，感應(yīng)電流透入電流頻率越高，感應(yīng)電流透入深度越淺深度越淺。圖圖1818感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火的裝置的裝置 高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱 電流頻率范圍電流頻率范圍250250300kHz300kHz，淬硬層深度為，淬硬層深度為0.50.52.0mm2.0mm，適用于中小模

28、數(shù)的齒輪及中小尺寸的軸類零件。，適用于中小模數(shù)的齒輪及中小尺寸的軸類零件。 中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱 電流頻率范圍電流頻率范圍25002500800kHz800kHz，淬硬層深度，淬硬層深度2 210mm10mm，適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。適用于較大的軸和大中模數(shù)齒輪。 工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱 電流頻率電流頻率50Hz50Hz，淬硬層深度可達(dá)，淬硬層深度可達(dá)101015mm15mm，適用，適用 于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火于較大直徑零件的穿透加熱及大直徑零件如軋輥、火車車輪的表面淬火。車車輪的表面淬火。 感應(yīng)加熱表面淬火后的回火感應(yīng)加熱表面淬火后的回火 一般只進(jìn)行低溫回

29、火，回火溫度一般不高于一般只進(jìn)行低溫回火，回火溫度一般不高于200200。 感應(yīng)加熱的分類感應(yīng)加熱的分類 加熱溫度高。加熱溫度高。 感應(yīng)加熱表面淬火后工感應(yīng)加熱表面淬火后工件表層硬度高，脆性較低。件表層硬度高，脆性較低。 工件表面質(zhì)量好。工件表面質(zhì)量好。 生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)效率高。 感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn) 特點(diǎn)及應(yīng)用：特點(diǎn)及應(yīng)用： 設(shè)備簡單、成本低、設(shè)備簡單、成本低、靈活性大，但淬火質(zhì)量較靈活性大，但淬火質(zhì)量較難控制。主要用于單件小難控制。主要用于單件小批量生產(chǎn)件及大型零件的批量生產(chǎn)件及大型零件的表面淬火。表面淬火。圖圖20 20 圖圖19 19 火焰加熱表面淬火火焰加熱表

30、面淬火 電接觸加熱的原理如圖。電接觸加熱的原理如圖。 電接觸加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火 特點(diǎn)及應(yīng)用：特點(diǎn)及應(yīng)用： 工件變形小，工藝簡單，不需回火，但硬化層工件變形小，工藝簡單，不需回火，但硬化層薄。形狀復(fù)雜的工件不宜采用。薄。形狀復(fù)雜的工件不宜采用。圖圖21 21 8) 8) 模具鋼模具鋼 用作冷沖壓模、熱鍛壓模、擠壓模、壓鑄模等用作冷沖壓模、熱鍛壓模、擠壓模、壓鑄模等模具的鋼稱為模具鋼。根據(jù)性質(zhì)和使用條件的不同，模具的鋼稱為模具鋼。根據(jù)性質(zhì)和使用條件的不同，可分為可分為 冷作模具鋼和熱作模具鋼冷作模具鋼和熱作模具鋼 兩大類。兩大類。 (1)(1)冷作模具鋼冷作模具鋼 冷作模具鋼是用于在室

31、溫下對金屬進(jìn)行變形加工冷作模具鋼是用于在室溫下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模、的模具，包括冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模、落料模等。落料模等。 工作條件和性能要求工作條件和性能要求 處于工作狀態(tài)的冷作模具承受著強(qiáng)烈的沖擊載荷處于工作狀態(tài)的冷作模具承受著強(qiáng)烈的沖擊載荷和摩擦、很大的壓力和彎曲力的作用，主要的失效破和摩擦、很大的壓力和彎曲力的作用，主要的失效破壞形式包括磨損、變形和開裂等，因此冷作模具鋼要壞形式包括磨損、變形和開裂等，因此冷作模具鋼要求具有較高的硬度和耐磨性，良好的韌性和疲勞強(qiáng)度。求具有較高的硬度和耐磨性，良好的韌性和疲勞強(qiáng)度。 (1)(1)冷作模

32、具鋼冷作模具鋼 工作條件和性能要求工作條件和性能要求 ( (續(xù)續(xù)) )截面尺寸較大的模具還要求具有較高的淬透性，高精截面尺寸較大的模具還要求具有較高的淬透性，高精度模具則要求熱處理變形小。度模具則要求熱處理變形小。 化學(xué)成分化學(xué)成分為保證獲得高硬度和高耐磨性，冷作模具鋼碳的質(zhì)量為保證獲得高硬度和高耐磨性，冷作模具鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，大多超過分?jǐn)?shù)較高，大多超過1 1o oC C，有的甚至高達(dá)，有的甚至高達(dá)2 20 0C C。鉻是冷作模具鋼中的主要合金元素，能提高淬透性，鉻是冷作模具鋼中的主要合金元素，能提高淬透性，形成形成Cr7C3Cr7C3。或?；?Cr(Cr，F(xiàn)e)7C3Fe)7C3。等碳化

33、物，能明顯提高。等碳化物，能明顯提高鋼的耐磨性。錳可以提高淬透性和強(qiáng)度，鎢、鉬、釩鋼的耐磨性。錳可以提高淬透性和強(qiáng)度，鎢、鉬、釩等與碳形成細(xì)小彌散的碳化物，除了進(jìn)一步提高淬透等與碳形成細(xì)小彌散的碳化物，除了進(jìn)一步提高淬透性、耐磨性、細(xì)化晶粒外，還能提高回火穩(wěn)定性、強(qiáng)性、耐磨性、細(xì)化晶粒外，還能提高回火穩(wěn)定性、強(qiáng)度和韌性。度和韌性。 (1)(1)冷作模具鋼冷作模具鋼 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) 冷作模具鋼熱處理的目的是最大限度地滿足其性冷作模具鋼熱處理的目的是最大限度地滿足其性能要求，以便能正常工作，現(xiàn)以能要求，以便能正常工作，現(xiàn)以Crl2MoVCrl2MoV 冷作模具專冷作模具專用鋼制造沖孔落料模為

34、例來分析熱處理工藝方法及制用鋼制造沖孔落料模為例來分析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。沖孔落料模的凸、凹模均要求硬度定生產(chǎn)工藝路線。沖孔落料模的凸、凹模均要求硬度在在5860HRC5860HRC之內(nèi)，要求具有較高的耐磨性、強(qiáng)度和之內(nèi)，要求具有較高的耐磨性、強(qiáng)度和韌性，較小的淬火變形。為此，設(shè)計(jì)其生產(chǎn)工藝路線韌性，較小的淬火變形。為此，設(shè)計(jì)其生產(chǎn)工藝路線如下：如下：鍛造一退火一機(jī)加工鍛造一退火一機(jī)加工+ +淬火淬火+ +回火回火+ +精磨或電火花加工精磨或電火花加工一成品一成品 Crl2MoVCrl2MoV鋼的組織與性能與高速鋼相類似，合金元鋼的組織與性能與高速鋼相類似，合金元素含量較高，鍛后

35、空冷易出現(xiàn)馬氏體組織，一般鍛后素含量較高，鍛后空冷易出現(xiàn)馬氏體組織，一般鍛后都采用緩冷。鋼中有萊氏體組織，可以通過鍛造使其都采用緩冷。鋼中有萊氏體組織，可以通過鍛造使其破碎，并均勻分布。鍛后退火工藝與高速鋼的等溫退破碎，并均勻分布。鍛后退火工藝與高速鋼的等溫退火工藝相似，退火后硬度小于火工藝相似，退火后硬度小于255HBS255HBS，可進(jìn)行機(jī)械加，可進(jìn)行機(jī)械加工。工。 Crl2MoVCrl2MoV鋼用淬火十回火工藝，淬火溫度較低，低鋼用淬火十回火工藝，淬火溫度較低，低溫回火后鋼的耐磨性和韌性較高，組織為回火馬氏體溫回火后鋼的耐磨性和韌性較高，組織為回火馬氏體+ +殘余奧氏體殘余奧氏體+ +合

36、金碳化物，硬度為合金碳化物，硬度為585860HRC60HRC。如果。如果要求模具具有較高的紅硬性，能夠在要求模具具有較高的紅硬性，能夠在400450400450條件條件下工作，則要進(jìn)行下工作，則要進(jìn)行“二次硬化法二次硬化法”處理，將淬火加熱處理，將淬火加熱溫度提高到溫度提高到1100115011001150，此時(shí)由于鋼中出現(xiàn)了大量，此時(shí)由于鋼中出現(xiàn)了大量的殘余奧氏體，硬度僅為的殘余奧氏體，硬度僅為424250HRC50HRC，但是隨后在，但是隨后在510510520C520C高溫下三次回火，析出了細(xì)小彌散的合金高溫下三次回火，析出了細(xì)小彌散的合金碳化物及殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，產(chǎn)生碳化物及殘

37、余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，產(chǎn)生“二次硬化二次硬化”現(xiàn)象，硬度回升到現(xiàn)象，硬度回升到606062HRC62HRC，紅硬性也較好，但是，紅硬性也較好，但是淬火加熱溫度較高，組織粗化會導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性下降。淬火加熱溫度較高，組織粗化會導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性下降。 常用冷作模具鋼常用冷作模具鋼 對于幾何形狀比較簡單、截面尺寸和工作負(fù)荷不對于幾何形狀比較簡單、截面尺寸和工作負(fù)荷不太大的模具可用高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼太大的模具可用高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T8AT8A、T10AT10A、T12AT12A和低合金刃具鋼和低合金刃具鋼9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn等，它們等，它們耐磨性較好，淬火變形不

38、太大。對于形狀復(fù)雜、尺寸耐磨性較好，淬火變形不太大。對于形狀復(fù)雜、尺寸和負(fù)荷較大的模具多用和負(fù)荷較大的模具多用Crl2Crl2型鋼如型鋼如Crl2Crl2、Crl2MoVCrl2MoV鋼鋼或或W18Cr4VW18Cr4V等，它們淬透性、耐磨性和強(qiáng)度較高，淬等，它們淬透性、耐磨性和強(qiáng)度較高，淬火變形較小?；鹱冃屋^小。（2 2） 熱作模具鋼熱作模具鋼 熱作模具鋼是用于制造在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行熱作模具鋼是用于制造在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模、變形加工的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模、壓鑄模、高速鍛模等。壓鑄模、高速鍛模等。（2 2） 熱作模具鋼熱作模具鋼

39、工作條件和性能要求工作條件和性能要求 熱作模具鋼在工作時(shí)經(jīng)常接觸熾熱的金屬，型腔熱作模具鋼在工作時(shí)經(jīng)常接觸熾熱的金屬，型腔表面溫度高達(dá)表面溫度高達(dá)400400600600。金屬在巨大的壓應(yīng)力、張。金屬在巨大的壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和沖擊載荷作用下，與型腔作相對運(yùn)應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和沖擊載荷作用下，與型腔作相對運(yùn)動時(shí)，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損。工作過程中還要反復(fù)受到動時(shí)，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損。工作過程中還要反復(fù)受到冷卻介質(zhì)冷卻和熱態(tài)金屬加熱的交替作用，模具工作冷卻介質(zhì)冷卻和熱態(tài)金屬加熱的交替作用，模具工作面出現(xiàn)熱疲勞面出現(xiàn)熱疲勞“龜裂紋龜裂紋”。因此，為使熱作模具正常。因此，為使熱作模具正常工作，要求模具用鋼

40、在較高的工作溫度下具有良好的工作，要求模具用鋼在較高的工作溫度下具有良好的強(qiáng)韌性，較高的硬度、耐磨性、導(dǎo)熱性、抗熱疲勞能強(qiáng)韌性，較高的硬度、耐磨性、導(dǎo)熱性、抗熱疲勞能力，較高的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。力，較高的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。 化學(xué)成分化學(xué)成分 熱作模具鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般保持在熱作模具鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般保持在(0.3(0.3一一0.60.6)C)C之間，以獲得所需的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和韌之間，以獲得所需的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和韌性，碳含量過高，會導(dǎo)致韌性和導(dǎo)熱性下降；碳含量性，碳含量過高，會導(dǎo)致韌性和導(dǎo)熱性下降；碳含量過低，強(qiáng)度、硬度、耐磨性難以保證。鉻能提高淬透過低，強(qiáng)度、硬度、耐磨性難以保證

41、。鉻能提高淬透性和回火穩(wěn)定性；鎳除與鉻共存時(shí)可提高淬透性外，性和回火穩(wěn)定性；鎳除與鉻共存時(shí)可提高淬透性外，還能提高綜合力學(xué)性能；錳能提高淬透性和強(qiáng)度，但還能提高綜合力學(xué)性能；錳能提高淬透性和強(qiáng)度，但是有使韌性下降的趨勢；鉬、鎢、釩等能產(chǎn)生二次硬是有使韌性下降的趨勢；鉬、鎢、釩等能產(chǎn)生二次硬化，提高紅硬性、回火穩(wěn)定性、抗熱疲勞性、細(xì)化晶化，提高紅硬性、回火穩(wěn)定性、抗熱疲勞性、細(xì)化晶粒，鉬和鎢還能防止第二類回火脆性。粒，鉬和鎢還能防止第二類回火脆性。熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) 熱作模具鋼熱處理的目的主要是提高紅硬性、抗熱作模具鋼熱處理的目的主要是提高紅硬性、抗熱疲勞性和綜合力學(xué)性能，最終熱處理一般為淬火斗熱疲勞性和綜合力學(xué)性能，最終熱處理一般為淬火斗高溫高溫( (或中溫或中溫) )回火，以獲得均勻的回火索氏體回火，以獲得均勻的回火索氏體( (或回或回火托氏體火托氏體) )?，F(xiàn)以。現(xiàn)以5CrMnMo5CrMnMo鋼制造板牙熱鍛模為例來分鋼制造板牙熱鍛模為例來分析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。 板牙熱鍛模要求硬度為板牙熱鍛模要求硬度為351387HBS351387HBS，抗拉強(qiáng)度大，抗拉強(qiáng)度大于于12001400MPa12001400MPa，沖擊值大于，沖擊值大于3256J3256J，同時(shí)還要滿，同