—熱處理的基本方法精選資料PPT教案

1、熱處理的基本方法精選資料熱處理的基本方法精選資料 機器零件和工具一般要經(jīng)過的加工過程： 選原料鍛造 預(yù)先熱處理 （退火和正火） 機械加工最后熱處理第1頁/共111頁退火的定義退火的定義 退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。一、一、 退火、正火退火、正火第2頁/共111頁退火的目的退火的目的1、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工。、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工。2、細化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處理做好組織準(zhǔn)備。、細化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱

2、處理做好組織準(zhǔn)備。3、消除參與內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形與開裂。、消除參與內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形與開裂。退火的種類退火的種類按加熱溫度按加熱溫度在臨界溫度以上的退火在臨界溫度以上的退火（相變重結(jié)晶退火）（相變重結(jié)晶退火）完全退火完全退火不完全退火不完全退火擴散退火擴散退火球化退火球化退火在臨界溫度以下的退火在臨界溫度以下的退火軟化退火軟化退火再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火第3頁/共111頁第4頁/共111頁 將鋼件或鋼材加熱到Ac3以上，使之完全奧氏體化，然后緩慢冷卻，獲得接近于平衡組織的熱處理工藝稱為完全退火。定義目的 不宜過高，一般在Ac3以上2030，適用于0.30.6%C的中碳鋼。退

3、火溫度：第5頁/共111頁 (h)4/5 . 8 Q 一般較長。因為完全退火時加熱溫度超過Ac3不多，相變進行得較慢，特別是粗大鐵素體或碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻過程，均需要較長時間。保溫時間：加熱速度: 常用結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及熱作模具鋼鋼錠，加熱速度100200/h。 常用結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及熱作模具鋼鋼錠，保溫時間冷卻速度： 緩慢，以保證奧氏體在Ar1點以下不大的過冷度情況下進行珠光體轉(zhuǎn)變，以免硬度過高。第6頁/共111頁 完全退火主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛件、熱軋件，有時也用于焊件。 注意！第7頁/共111頁 將過共析鋼工件加熱到Ac1以上（2030），保溫后，以極慢的冷速通過A1，使珠光

4、體P中的滲碳體和二次滲碳體成為球狀或粒狀的熱處理工藝稱為球化退火。定義目的第8頁/共111頁第9頁/共111頁第10頁/共111頁T12鋼球化退火組織 F+Fe3C第11頁/共111頁注意：第12頁/共111頁（1）低于）低于Ac1點溫度的球化退火。點溫度的球化退火。（2）往復(fù)球化退火）往復(fù)球化退火周期退火，目的是加速球化過程。（3）一次球化退火）一次球化退火 目前生產(chǎn)上最常用的球化退火工藝，是不完全退火。退火前的原始組織為細片狀珠光體，不允許有滲碳體網(wǎng)存在。球化退火工藝球化退火工藝：第13頁/共111頁 為了去除由于形變加工、鍛造、焊接等所所引起的及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力（但不引起組織的變化）

5、而進行的退火，稱為去應(yīng)力退火。定義退火溫度 退火溫度范圍很寬。由于材料成分、加工方法、內(nèi)應(yīng)力大小及分布的不同，以及去除程度的不同，去應(yīng)力退火的加熱溫度范圍很寬。 鋼500650；鑄件500550；焊件500600。 去應(yīng)力退火后，應(yīng)緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。 一般在A1以下進行，組織并未發(fā)生變化，在緩慢冷卻的過程中，工件各部分均勻冷卻和收縮，消除了鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，避免在使用或隨后的加工過程中產(chǎn)生變形或開裂第14頁/共111頁第15頁/共111頁名稱名稱目的目的工藝制度工藝制度組織組織應(yīng)用應(yīng)用完全完全退火退火細化晶粒，消除鑄細化晶粒，消除鑄造偏析，降低硬度，造

6、偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加熱到加熱到AC32050，爐冷，爐冷至至550 左右空左右空冷冷 FP亞共析鋼的亞共析鋼的鑄、鍛、軋鑄、鍛、軋件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韌性，為淬火作組韌性，為淬火作組織準(zhǔn)備織準(zhǔn)備加熱到加熱到AC12040，然后，然后緩冷緩冷片狀珠光體和片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體組網(wǎng)狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙羁椶D(zhuǎn)變?yōu)榍驙罟参?、過共共析、過共析鋼及合金析鋼及合金鋼的鍛件、鋼的鍛件、軋件等軋件等去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火消除殘余應(yīng)力，提消除殘余應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性高尺寸穩(wěn)定性加熱到加熱到500650 緩冷至緩冷至200

7、空冷空冷 無變化無變化鑄、鍛、焊、鑄、鍛、焊、冷壓件及機冷壓件及機加工件加工件第16頁/共111頁正正 火火（1）作為預(yù)備熱處理工藝，為下續(xù)熱處理工藝）作為預(yù)備熱處理工藝，為下續(xù)熱處理工藝 提供適宜的組織狀態(tài)提供適宜的組織狀態(tài)（2）作為最終熱處理工藝，提供合適的機械性能）作為最終熱處理工藝，提供合適的機械性能2、 鋼的正火鋼的正火 將鋼加熱到AC3以上溫度并保溫，出爐空冷至室溫的熱處理工藝。 由于正火比退火加熱溫度略高，冷卻速度大，故珠光體的分散度大，先共析鐵素體的數(shù)量少，因而正火后強度、硬度較高。（3）用來消除某些處理缺陷）用來消除某些處理缺陷第17頁/共111頁用正火作為性能要求的一般結(jié)構(gòu)

8、件的最終熱處理。亞共析鋼采用正火來調(diào)整硬度，改善切削加工性能。 過共析鋼的正火可消除網(wǎng)狀碳化物。第18頁/共111頁3、 退火、正火后鋼的組織和性能退火、正火后鋼的組織和性能第19頁/共111頁 鋼在加熱時奧氏體的形成過程又稱為。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。 第20頁/共111頁 鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。 奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。 奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進行的。第21頁/共111頁 滲碳體全部溶解完畢時，奧氏

9、體的成分是不均勻的，只有延長保溫時間，通過碳原子的擴散才能獲得均勻化的奧氏體。AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 331 第22頁/共111頁各種退火和正火工藝示意圖各種退火和正火工藝示意圖第23頁/共111頁 退火、正火后鋼的組織差別退火、正火后鋼的組織差別正火正火退火退火珠光體珠光體亞共析鋼：亞共析鋼：先共析鐵素體少，珠光體數(shù)量較先共析鐵素體少，珠光體數(shù)量較多，珠光體片間距較小，珠光體團的尺寸較小多，珠光體片間距較小，珠光體團的尺寸較小過共析鋼：過共析鋼：珠光體片間距較小及團的尺寸較珠光體片間距較小及團的尺寸較小，可以抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體的析出小，可以抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體

10、的析出亞共析鋼：亞共析鋼：先共析鐵素體多，珠光體數(shù)量較先共析鐵素體多，珠光體數(shù)量較少，珠光體片間距較大，珠光體團的尺寸較大少，珠光體片間距較大，珠光體團的尺寸較大過共析鋼：過共析鋼：珠光體片間距較大及團的尺寸較珠光體片間距較大及團的尺寸較大，有網(wǎng)狀滲碳體存在大，有網(wǎng)狀滲碳體存在第24頁/共111頁狀態(tài)狀態(tài)機機 械械 性性 能能bs%akMN/m2Kg/m2Nm/cm2Kgm/cm2退火退火正火正火64373965.675.435744136.44502120.953.576.054.976.55.67.8第25頁/共111頁由表可得出結(jié)論：第26頁/共111頁 生產(chǎn)上退火和正火工藝的選擇應(yīng)根據(jù)

11、鋼種、冷、熱的使用熱加工工藝、零件的使用性能及經(jīng)濟綜合考慮。第27頁/共111頁第28頁/共111頁第29頁/共111頁 退火和正火若由于加熱或冷卻不當(dāng)時會出現(xiàn)一些異常組織，造成缺陷，常見的如下：(1)過燒： 由于加熱溫度過高，晶界被氧化，甚至晶界局部溶解，使工件報廢。(2)黑脆：第30頁/共111頁第31頁/共111頁粗大的滲碳體粗大的滲碳體滲碳體網(wǎng)很寬滲碳體網(wǎng)很寬第32頁/共111頁第33頁/共111頁 當(dāng)銼刀、銑刀完成機械粗加工后，當(dāng)銼刀、銑刀完成機械粗加工后，為滿足其使用性能，必須再提高它們的為滿足其使用性能，必須再提高它們的強度、硬度并保持一定的韌性，以承受強度、硬度并保持一定的韌性

12、，以承受工作時受到擠壓、摩擦和沖擊。為此，工作時受到擠壓、摩擦和沖擊。為此，粗加工之后、精加工之前，還要對它們粗加工之后、精加工之前，還要對它們進行淬火和回火。進行淬火和回火。第34頁/共111頁第35頁/共111頁第36頁/共111頁為什么過共析鋼淬火加熱溫度在Ac1 +3050 ，而不是Acm +3050？）第37頁/共111頁 加熱時間加熱時間=升溫時間 + 心表溫度一致時間 + 保溫時間 加熱介質(zhì)對保溫時間影響較大。保溫時間：達到熱處理工藝規(guī)范要求的恒溫保溫時間。保溫時間 ： = K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)裝爐量有關(guān)系數(shù)裝爐量有關(guān)系數(shù)一般一般

13、K = 11.5加熱系數(shù)加熱系數(shù),與鋼種與鋼種及加熱介質(zhì)有關(guān)及加熱介質(zhì)有關(guān)第38頁/共111頁2. 淬火工藝第39頁/共111頁單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火時間時間溫度MsA1第40頁/共111頁二、 淬火介質(zhì)理想淬火介質(zhì)具備：高溫慢冷；奧氏體鼻子溫度快冷；馬氏體轉(zhuǎn)變慢冷。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf理想淬火冷卻介質(zhì)第41頁/共111頁二、 淬火介質(zhì)第42頁/共111頁二、 淬火介質(zhì)第43頁/共111頁第44頁/共111頁第45頁/共111頁常用的淬火冷卻介質(zhì)常用的淬火冷卻

14、介質(zhì) 名名 稱稱 最大冷卻速度時最大冷卻速度時平均冷卻速度平均冷卻速度/(s-1)所在溫度所在溫度/ 冷卻速度冷卻速度 /( s-1)650550 300200 20靜止水靜止水34077513545040靜止水靜止水28554511041060靜止水靜止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010號機油號機油43023060658010號機油號機油4302307055203號錠子油號錠子油50012010050第46頁/共111頁單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火時間時

15、間溫度MsA1第47頁/共111頁n淬透性是鋼的主要熱處理性能。n是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。第48頁/共111頁 工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系示意圖工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系示意圖（a）零件截面的不同冷卻速度）零件截面的不同冷卻速度; （b）未淬透區(qū)的示意圖）未淬透區(qū)的示意圖ab第49頁/共111頁M量和硬度隨深量和硬度隨深度的變化度的變化如果工件中心在淬火后獲得了50以上的M，則認為工件已經(jīng)被淬透。第50頁/共111頁淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響未淬透未淬透淬透淬透HRCHRC第51頁/共111頁2、影響淬透性的因素決定因素決

16、定因素: :臨界冷卻速度臨界冷卻速度; ; 取決于取決于A A成分。成分。因此使因此使C C曲線右移的元素均使淬透性提高曲線右移的元素均使淬透性提高; ;奧氏體化溫度越高奧氏體化溫度越高, ,保溫時間越長保溫時間越長, ,則晶粒越粗大則晶粒越粗大, ,成分越均勻成分越均勻, ,過冷奧氏體越穩(wěn)定過冷奧氏體越穩(wěn)定,C,C曲線越向右移曲線越向右移, ,淬淬火臨界冷卻速度越小火臨界冷卻速度越小, ,鋼的淬透性越好鋼的淬透性越好第52頁/共111頁n同一材料的淬硬層深度與工件的尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強，淬硬層深。n淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間的比較。是在尺寸

17、、冷卻介質(zhì)相同時，用不同材料的淬硬層深度來進行比較的。 第53頁/共111頁n注意區(qū)別：注意區(qū)別： 淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性淬硬性淬硬性: 鋼在理想條件下淬火后所能鋼在理想條件下淬火后所能 達到的達到的最高硬度。最高硬度。影響因素: 主要取決于馬氏體的含碳量。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%第54頁/共111頁 淬硬性與淬透性淬硬性與淬透性: （兩個完全不同的概念）（兩個完全不同的概念）淬透性淬硬性鋼 種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼 ( 20 )小高碳素工具鋼( T12A )大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼( 20Cr2Ni4A )大高高碳高合金工具鋼( W18Cr4V )第55頁/共

18、111頁第56頁/共111頁hhDHD直觀，準(zhǔn)確，但繁瑣直觀，準(zhǔn)確，但繁瑣用于結(jié)構(gòu)鋼用于結(jié)構(gòu)鋼第57頁/共111頁臨界直徑D0 理想臨界直徑DiH值第58頁/共111頁第59頁/共111頁第60頁/共111頁dHRCJ即用即用 表示，表示，J 表示末端淬透性，表示末端淬透性，d 至水冷端距離至水冷端距離 HRC該處硬度值。該處硬度值。第61頁/共111頁馬氏體馬氏體索氏體第62頁/共111頁第63頁/共111頁高強螺高強螺栓栓柴油機柴油機連桿連桿齒齒輪輪第64頁/共111頁淬透性曲線應(yīng)用求不同直徑棒狀工件截面上的硬度分布例：采用45Mn2制造50mm的軸，試求水淬后其截面上硬度分布曲線。第65

19、頁/共111頁第66頁/共111頁第67頁/共111頁靜水中淬火靜水中淬火靜油中淬火靜油中淬火第68頁/共111頁第69頁/共111頁第70頁/共111頁第71頁/共111頁第72頁/共111頁第73頁/共111頁第74頁/共111頁四、淬火缺陷第75頁/共111頁第76頁/共111頁四、淬火缺陷第77頁/共111頁四、淬火缺陷第78頁/共111頁第79頁/共111頁第80頁/共111頁4. 其它淬火缺陷 淬火硬度不足 氧化和脫碳 軟點第81頁/共111頁第82頁/共111頁一、回火時鋼的組織轉(zhuǎn)變一、回火時鋼的組織轉(zhuǎn)變 隨溫度升高，淬火組織將發(fā)生五個階段變化： 馬氏體中碳原子偏聚（80100）

20、馬氏體的分解（80250） 產(chǎn)物：M回 殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200300） 產(chǎn)物：M回（主要）+ B下（微量） 碳化物析出和轉(zhuǎn)變（250400） 產(chǎn)物：T回 相狀態(tài)變化及碳化物聚集長大（400 ) 產(chǎn)物： S回第83頁/共111頁第84頁/共111頁第85頁/共111頁第86頁/共111頁第87頁/共111頁3.殘余奧氏體分解（200-300 ） 淬火后的殘余奧氏體是不穩(wěn)定組織，在本階段，殘余奧氏體分解為低碳馬氏體和碳化物，此組織為回火馬氏體。第88頁/共111頁回火屈氏體 + + + + + + + + + （穩(wěn)定的回火屈氏體）中碳鋼： + + （穩(wěn)定的回火屈氏體）低碳鋼： + （穩(wěn)定的回火屈

21、氏體）第89頁/共111頁回火索氏回火索氏體體第90頁/共111頁第91頁/共111頁硬度硬度第92頁/共111頁強度第93頁/共111頁三、合金元素對回火的影響三、合金元素對回火的影響提高鋼的回火抗力提高鋼的回火抗力第94頁/共111頁第95頁/共111頁引起二次硬化第96頁/共111頁四、回火脆性四、回火脆性 在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的韌性顯著下降的現(xiàn)象。第97頁/共111頁 第一類（低溫）回火脆性:l是指淬火鋼在250-350回火時出現(xiàn)的脆性。l這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法。l除彈簧鋼之外，其它零件淬火后應(yīng)避免在250350回火。第98頁/共111頁第二類（高溫）回火脆性：（500650） 是指淬火鋼在500-650范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性。 回火后快冷不出現(xiàn)。多發(fā)生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金鋼中， 是一種可逆性的回火脆性。 預(yù)防措施：（1）高溫回火后，在水中快速冷卻。 一般適用于較小截面的零件。（2）加入降低回火脆性傾向的元素Mo或W。 適用大截面零件或合金鋼(如Cr-Ni鋼等)。第99頁/共