2022年鋼的熱處理工藝培訓(xùn)課件

1、 材料科學(xué)與工程基礎(chǔ) 鋼的熱處理工藝2鋼的普通熱處理劍的制造過(guò)程煉鋼鍛打淬火研磨回火裝配4、鋼的淬火定義：將鋼件加熱到Ac3或 Ac1以上某一溫度， 保溫后以大于臨界冷 卻速度的速度冷卻得 到馬氏體（或下貝氏 體）的熱處理工藝。目的：為了獲得馬氏體（或 貝氏體）組織，提高 鋼的硬度、強(qiáng)度和耐 磨性，并保持足夠的 韌性。淬火必要條件：V=Vk(臨界淬火速度) 1、碳鋼 亞共析鋼 淬火溫度為Ac3+30-50。 預(yù)備熱處理組織為退火或正火組織。(一)淬火溫度碳鋼的淬火加熱溫度范圍 得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則亞共析鋼淬火組織：0.5%C時(shí)為M0.5%C時(shí)為M+A。65MnV鋼(0.65%C) 淬

2、火組織45鋼(含0.45%C)淬火組織 共析鋼淬火溫度為Ac1+30-50；淬火組織為M+A。碳鋼的淬火加熱溫度范圍 共析鋼(0.77%C) 淬火組織碳鋼的淬火加熱溫度范圍 過(guò)共析鋼淬火溫度: Ac1+30-50。溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高，淬火后馬氏體晶粒粗大、A量增多，使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開(kāi)裂傾向增加。淬火組織: M+Fe3C顆粒+A。(預(yù)備組織為P球)T12鋼（含1.2%C）淬火組織熱處理后的組織 : M+Fe3C+A殘 Ac1+3050過(guò)共析鋼 M + A殘 Ac1+3050 共析鋼 M + A殘 Ac3+3050亞共析鋼Wc0.5% M Ac3+3050

3、亞共析鋼Wc0.5% 最終組織淬火溫度() 鋼種2、合金鋼 由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。 亞共析鋼淬火溫度為Ac3+ 50-100。共析鋼、過(guò)共析鋼淬火溫度為Ac1+50-100。 (二) 淬火介質(zhì)理想淬火介質(zhì)的冷卻能力時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf在A1650緩慢冷卻，以減少熱應(yīng)力；在過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定區(qū)域（650400 ），快速冷卻而在MS附近的溫度區(qū)域冷速比較緩慢，它可以減少淬火組織應(yīng)力，避免淬火變形開(kāi)裂。常用的淬火冷卻介質(zhì) 名 稱 最大冷卻速度

4、時(shí)平均冷卻速度/(s-1)所在溫度/ 冷卻速度 /( s-1)650550 300200 20靜止水34077513545040靜止水28554511041060靜止水2202758018510%NaCl 溶液58020001900100010%NaOH 溶液560283027507752010號(hào)機(jī)油43023060658010號(hào)機(jī)油4302307055203號(hào)錠子油50012010050理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。常用淬火介質(zhì)是水和油。水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理

5、想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間，用于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).（三） 常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火等溫淬火時(shí)間溫度MsA11、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。易產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致工件變形或開(kāi)裂。 適用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼，合金鋼工件； 對(duì)碳鋼直徑大于35mm的工件水中淬火，更小的可采用油淬； 各類合金鋼則以油為常用淬火介質(zhì)。適用條件 2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻躲過(guò)鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)

6、中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷。優(yōu)點(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。必須嚴(yán)格控制工件在水中的停留時(shí)間。尺寸較大的碳素鋼工件。適用條件 3、分級(jí)淬火法將奧氏體狀態(tài)的工件在Ms附近的鹽浴或堿浴中保溫，待內(nèi)外溫度均勻后再取出空冷，完成馬氏體轉(zhuǎn)變。特點(diǎn)工件內(nèi)外溫度均勻并在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變，減小了熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減小變形與開(kāi)裂傾向?？朔p液淬火出水入油時(shí)間難以控制的缺點(diǎn)。適用條件尺寸較小的工件，如刀具、量具和要求變形小的精密工件。 4、等溫淬火法將工件在高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小，等溫淬火后不需要回

7、火。適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件，如模具、刀具、齒輪。適用條件網(wǎng)帶式淬火爐淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。（四）鋼的淬透性淬透性的概念淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來(lái)表示。工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系未淬透鋼淬透鋼HRCHRC淬透性的大小對(duì)鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響M量和硬度隨深度的變化淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.淬透性與淬硬性的區(qū)別（1）淬透性概念：指淬火時(shí)獲得馬氏體的難易程度；影響因素：主要和鋼的過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性有關(guān)或

8、者說(shuō)與鋼的臨界淬火冷卻速度有關(guān)。淬透性是鋼材本身固有的一個(gè)屬性。（2）淬硬性概念：是指淬成馬氏體可得到的硬度，影響因素：主要和鋼中含碳量有關(guān)。淬硬性是鋼淬火后獲得馬氏體的最高硬度。淬硬性與淬透性之間的關(guān)系: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 )鋼的淬透性 鋼材本身的固有屬性，與外部因素?zé)o關(guān)工件的淬透深度 取決于鋼材淬透性, 還與冷卻介質(zhì) 工件尺寸等外部因素有關(guān)。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(qiáng)，淬硬層深。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)

9、無(wú)關(guān)。它只用于不同材料之間的比較。是在尺寸、冷卻介質(zhì)相同時(shí)，用不同材料的淬硬層深度來(lái)進(jìn)行比較的。 注意區(qū)別：端淬試樣冷卻后，沿其長(zhǎng)度方向磨出一狹條平面，每隔一定距離測(cè)量硬度值，繪出淬透性曲線.淬透性端淬法測(cè)定淬透性表示方法： d測(cè)試點(diǎn)至水冷端的距離（mm）HRC測(cè)試點(diǎn)處的硬度值J表示末端淬透性例如：即表示：距水冷端5mm處試樣硬度值為42HRC即表示：距水冷端10mm處試樣硬度值為30 35HRC淬透性的實(shí)際意義 1、對(duì)于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。 選用高淬透性鋼2、對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為半徑的1/21/3），如軸類。低淬透性鋼淬硬層

10、深度與工件尺寸有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。 高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿齒輪5、鋼的回火(1)定義: 把淬火后的零件重新加溫到Ac1線以下某個(gè)溫度,保溫一段時(shí)間,然后冷卻到室溫。(2)目的:（1） 減小或消除淬火應(yīng)力，防零件變形和開(kāi)裂。（2） 穩(wěn)定組織，防止組織轉(zhuǎn)變引起的零件形狀、尺寸和性能變化。（3） 獲得所需力學(xué)性能。 淬火回火1、低溫回火（150-250C ）組織： M回=0.3%C+ 目的：保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，降低淬火力，減少鋼的脆性。硬度為58-64HRC。應(yīng)用：刃具、量具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳淬火件和表面淬火件。回火馬氏體組織金相圖2、中溫回火（350-500C ）組織：T回=F針

11、+Fe3C粒目的：獲得高的彈性極限、屈服點(diǎn)和較好的韌性。又稱彈性處理。硬度為35-45 HRC。應(yīng)用：彈性零件及熱鍛模具等。回火托氏體組織金相圖3、高溫回火（500-650C ）組織：S回=F塊+Fe3C球目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能。硬度為25-35HRC.應(yīng)用：各種重要結(jié)構(gòu)零件如螺栓、齒輪及軸承。淬火 + 高溫回火 = 調(diào)質(zhì)處理回火索氏體組織金相圖(4) 回火脆性1、第一類回火脆性（250-350C ）不可逆回火脆性回火時(shí)應(yīng)避開(kāi)這一溫度范圍2、第二類回火脆性（500-650C ）可逆回火脆性回火后快冷，加入合金元素W、Mo。 馬氏體分解時(shí)沿馬氏體片界面析出斷續(xù)的薄殼狀碳化物，降低了晶界的斷

12、裂強(qiáng)度，使之成為裂紋擴(kuò)展路徑 回火時(shí)雜質(zhì)元素向奧氏體晶界偏聚，減弱了奧氏體晶界上原子的結(jié)合力，降低晶界斷裂強(qiáng)度。淬火缺陷與防止措施氧化，是指鐵的氧化，即在工件表面形成一層松脆的氧化鐵皮。氧化不僅造成金屬的損耗，還影響工件的承載能力和表面質(zhì)量等。脫碳，是指氣體介質(zhì)和鋼表面的碳起作用而逸出，使材料表面含碳量降低。脫碳會(huì)降低工件表層的強(qiáng)度、硬度和疲勞強(qiáng)度，對(duì)于彈簧、軸承和各種工具、模具等，脫碳是嚴(yán)重的缺陷。為了防止氧化和脫碳，對(duì)重要受力零件和精密零件，通常應(yīng)在鹽浴爐內(nèi)加熱。真空加熱或可控氣氛加熱。1、氧化與脫碳2、過(guò)熱和過(guò)燒鋼在淬火加熱時(shí)，由于加熱溫度過(guò)高或高溫下停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而發(fā)生奧氏體晶粒顯著粗化的現(xiàn)象，稱為過(guò)熱。加熱溫度達(dá)到固相線附近，使晶界氧化并部分熔化的現(xiàn)象稱為過(guò)燒。工件過(guò)熱后，晶粒粗大，不僅降低鋼的力學(xué)性能（尤其是韌性），也容易引起變形和開(kāi)裂。過(guò)熱可以用正火處理予以糾正，而過(guò)燒后的工件只能報(bào)廢。為了防止工件的過(guò)熱和過(guò)燒，必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間。淬火內(nèi)