熱處理知識(shí)介紹

熱處理知識(shí)介紹第1頁(yè)/共60頁(yè)課程大綱一、熱處理介紹二、退火熱處理三、球化退火熱處理四、球化退火工藝五、影響球化組織的幾大因素六、影響鋼材氧化、脫碳的幾大因素第2頁(yè)/共60頁(yè)一、熱處理介紹熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。第3頁(yè)/共60頁(yè)熱處理在早期的應(yīng)用公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國(guó)河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟（ji三聲），其顯微組織中都有馬氏體存在，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。第4頁(yè)/共60頁(yè)馬氏體組織第5頁(yè)/共60頁(yè)熱處理在早期的應(yīng)用隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國(guó)蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說(shuō)明中國(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和水的冷卻能力。中國(guó)出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。第6頁(yè)/共60頁(yè)熱處理的概念熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。第7頁(yè)/共60頁(yè)熱處理工藝圖第8頁(yè)/共60頁(yè)第9頁(yè)/共60頁(yè)熱處理分類第10頁(yè)/共60頁(yè)熱處理分類正火、退火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。另還可分為調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮、碳氮共滲、感應(yīng)、高頻等等，這里不作一一介紹。第11頁(yè)/共60頁(yè)熱處理分類——正火正火是將鋼材或鋼件加熱到A3（或Acm）以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后再空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。第12頁(yè)/共60頁(yè)熱處理分類——退火將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為退火第13頁(yè)/共60頁(yè)熱處理分類——淬火把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到亞穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。第14頁(yè)/共60頁(yè)熱處理分類——回火鋼的回火是將淬火鋼加熱至A1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝。消除鋼淬火時(shí)產(chǎn)生的亞穩(wěn)定組織。第15頁(yè)/共60頁(yè)二、退火熱處理退火熱處理是將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過(guò)共析鋼則是粒狀珠光體?？傊嘶鸾M織是接近平衡狀態(tài)的組織。第16頁(yè)/共60頁(yè)退火熱處理目的①降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。②細(xì)化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鹘M織準(zhǔn)備。③消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂。第17頁(yè)/共60頁(yè)退火熱處理分類退火可分為：完全退火、不完全退火、擴(kuò)散退火、球化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火、軟化退火。第18頁(yè)/共60頁(yè)完全退火是將亞共析碳鋼加熱到Ac3+（20~60oC），保溫一定時(shí)間，隨爐緩慢冷卻到600oC以下，然后出爐在空氣中冷卻。這種退火主要用于亞共析成分的碳鋼和合金鋼的鑄件，鍛件及熱扎型材，目的是細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力與組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為隨后的切削加工和淬火做好準(zhǔn)備第19頁(yè)/共60頁(yè)不完全退火將鋼件加熱至Ac1和Ac3(或Acm)之間，經(jīng)保溫并緩慢冷卻，以獲得接近平衡的組織，這種熱處理工藝稱為不完全退火。主要用于共析鋼和過(guò)共析鋼，類似球化退火。第20頁(yè)/共60頁(yè)擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火也叫均勻化退火，實(shí)用范圍：合金鋼鑄錠和鑄件，擴(kuò)散退火就是將金屬鑄錠、鑄件或鍛坯，在略低于固液線的溫度下長(zhǎng)期加熱，消除或減少化學(xué)成分偏析及顯微組織的不均勻性，以達(dá)到均勻化的熱處理工藝。第21頁(yè)/共60頁(yè)球化退火將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻，使鋼中的碳化物球狀化，或獲得“球狀珠光體”的退火工藝稱為球化退火。目的：球化滲碳體，硬度下降，改善切削加工性能及冷加工性能，并為淬火做好準(zhǔn)備。第22頁(yè)/共60頁(yè)去應(yīng)力退火（低溫退火）將工件緩慢加熱到500~650°C，保溫一定的時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻到200°C再出爐空冷。用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件以及機(jī)加工件中的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力在以后機(jī)加工或使用中潛在地會(huì)產(chǎn)生變形或開裂。第23頁(yè)/共60頁(yè)再結(jié)晶退火、軟化退火再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時(shí)間，使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。軟化退火類似于去應(yīng)力退火（低溫退火）。第24頁(yè)/共60頁(yè)三、球化退火球化退火第25頁(yè)/共60頁(yè)球化退火分類球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫，等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度。第26頁(yè)/共60頁(yè)球化退火應(yīng)用球化退火主要適用于共析鋼和過(guò)共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過(guò)程中也容易變形和開裂。第27頁(yè)/共60頁(yè)球化退火應(yīng)用而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開裂傾向小。另外對(duì)于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時(shí)也可采用球化退火。

第28頁(yè)/共60頁(yè)四、球化退火工藝在第三節(jié)中我們講到了球化退火最常用的兩種工藝是普通球化退火3和等溫球化退火2。即:第29頁(yè)/共60頁(yè)公司1018球化退火工藝第30頁(yè)/共60頁(yè)公司50BV30球化退火工藝第31頁(yè)/共60頁(yè)公司6A球化退火工藝第32頁(yè)/共60頁(yè)五、影響球化組織的幾大因素我們先通過(guò)一組案例圖片來(lái)了解一下影響球化組織的因素有哪些？第33頁(yè)/共60頁(yè)線材原始組織（低碳）第34頁(yè)/共60頁(yè)線材原始組織（高碳）第35頁(yè)/共60頁(yè)球化組織（正常）第36頁(yè)/共60頁(yè)球化退火欠熱組織第37頁(yè)/共60頁(yè)細(xì)球狀珠光體第38頁(yè)/共60頁(yè)中等球狀珠光體第39頁(yè)/共60頁(yè)粗球狀珠光體（保溫時(shí)間長(zhǎng)）第40頁(yè)/共60頁(yè)過(guò)熱球化組織第41頁(yè)/共60頁(yè)過(guò)熱球化組織第42頁(yè)/共60頁(yè)細(xì)片狀和點(diǎn)、球狀珠光體（欠熱+冷速快）第43頁(yè)/共60頁(yè)影響球化組織的因素由上述案例得知，影響球化組織的因素主要為以下三點(diǎn)：

A、溫度（欠熱、過(guò)熱）

B、保溫時(shí)間

C、冷卻速度第44頁(yè)/共60頁(yè)六、影響鋼材氧化、脫碳的幾大因素加熱時(shí)，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。鋼在加熱時(shí)，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低。第45頁(yè)/共60頁(yè)氧化、脫碳2Fe＋O2→2FeO

Fe＋H2O→FeO＋H2

Fe3C＋CO2→3Fe＋2COFe3C+O2→3Fe+CO2Fe3C+H2O→3Fe+H2+CO2FeO＋H2→Fe＋H2O

FeO＋CO→Fe＋O2第46頁(yè)/共60頁(yè)具有氧化、脫碳作用的氣體由上訴反應(yīng)公式知，除氧之外，二氧化碳和水蒸氣的作用和氧一樣，在高溫下同樣能使鋼鐵零件產(chǎn)生氧化和脫碳。因此，在可控氣氛熱處理爐中應(yīng)嚴(yán)格控制這兩種氣體的含量。第47頁(yè)/共60頁(yè)具有還原作用的氣體氫和一氧化碳是屬于這類氣體。它們不僅能在高溫加熱保護(hù)鋼鐵零件不氧化、不脫碳，不有能使氧化鐵還原成鐵的作用。CH3OHCO+2H2甲醇裂解第48頁(yè)/共60頁(yè)中性氣體氮?dú)庠诟邷丶訜釙r(shí)和鋼鐵不發(fā)生任何作用，即不氧化。不脫碳、也無(wú)還原和增碳作用，故為中性氣體。第49頁(yè)/共60頁(yè)氧化案例第50頁(yè)/共60頁(yè)脫碳案例第51頁(yè)/共60頁(yè)脫碳+粗晶案例第52頁(yè)/共60頁(yè)脫碳+粗晶案例第53頁(yè)/共60頁(yè)脫碳+粗晶案例第54頁(yè)/共60頁(yè)影響鋼材氧化、脫碳因素主要因素為：熱處理爐中混有氧氣、二氧化碳、水蒸氣等氣體。第55頁(yè)/共60頁(yè)對(duì)策所以要使線材在加熱時(shí)少產(chǎn)生氧化、脫碳，1.需降低爐內(nèi)H2O、O2、CO2。2.減少爐內(nèi)產(chǎn)生氧化：2Fe＋O2→2FeO

Fe＋H2O→FeO＋H2

FeC＋CO2→Fe＋2CO

還原：FeO＋H2→Fe＋H2OFeO＋CO→Fe＋CO2第56頁(yè)/共60頁(yè)對(duì)策

所以我們必須做到：

1.減少盤圓料自身帶的FeO（盤圓料的酸洗可以減少FeO）；

2.降低爐內(nèi)的CO、H2在適當(dāng)?shù)谋戎岛途€材來(lái)減少O2、H2O脫碳性氣體（加氮?dú)饨档蜖t內(nèi)CO、H2的體積百分比），加瓦斯,丙烯可以分解成甲烷與爐內(nèi)的H2O、