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文檔簡介
1、922鋼的淬火與回火淬火:將鋼加熱至略界點Au誡Ac以上某一溫度,保溫 以后以大于I缶界冷卻速度(匚)冷卻,以得到介穩(wěn) 定狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。主要目的:1. 提高硬度、強度及耐磨性2. 獲得良好的綜合機械性能3. 改善鋼的特殊性能必要條件:1丿川熱淚度:必須嵩于臨界點以二以獲得奧 氏體組織:7冷卻速丿H必須人丁臨界冷卻速丿更人淬火厲的狛織:IhtHBlii;!.淬火方法分類 按加熱溫度不同 完全淬火:加熱溫度高于 Ac3,全部A化后冷卻,適用于亞共析鋼和共析鋼; 不完全淬火:加熱溫度高于Ac1,適用于過共析鋼。按冷卻方式不同單介質淬火、雙介質淬火、分級淬火、等溫淬火9.2.
2、2.1淬火工藝參數(shù)及加熱介質的選定一、淬火溫度的選擇淬火溫度即鋼的奧氏體化溫度,是淬 火的主要工藝參數(shù)之一。選擇淬火溫度的原則 是獲得均勻細小的奧氏體組織。1、確定淬火溫度的一般依據(jù)鋼的化學成分(主要是臨界點Ac1、Ac3),是最主要的因素;工件的尺寸、形狀與技術參數(shù);A的晶粒長大傾向;采用的淬火介質與淬火方法。2、碳鋼的淬火溫度 亞共析鋼亞共析鋼的淬火溫度一般為 Ac3以上30C - 50 C,原因:亞共析鋼加熱到 Ac3以下 時,淬火組織中會保留先共析F,淬火后會出現(xiàn)軟點,使硬度達不到要求;同時由于這種組織的不均勻性,還可能影響回火后的機械性能。但為了不致于引起A晶粒的粗化以及盡可能減小淬
3、火缺陷,溫度還不能過高,一般為Ac3以上30C - 50C。LDGAiw5i =7irP4F2 吐M+護*乜uJ4III|Er II zr1191Md 一 A 才i+F曠I I!-、手:LFdgill _ aa ? i-iT-0-s1.& 盞 ito砂共析鋼過共析鋼的淬火溫度一般為 Ac1以上30C - 50C,原因:過共析鋼在淬火加熱前都 要經過球化處理(如果網狀滲碳體存在,則應先正火予以消除,然后再加熱淬火),故加熱至Ac1以上時,其組織是 A和一部分未溶的粒狀碳化物(滲碳體)。淬火后,A轉變?yōu)镸,未溶碳化物被保留下來,這不但不會降低鋼的硬度,反而對提高耐磨性有利。如果把過共析鋼加熱到 A
4、cm以上,從單相 A狀態(tài)淬火,結果不但無益,反而有害,原因:A中溶入C量增加使Ms點降低,淬火后殘余 A量增多,使鋼的硬度下降;A的晶粒粗化,淬火后得到粗大M,增大脆性;鋼的脫碳氧化嚴重,降低淬火鋼的表面質量; 增大淬火應力,從而增大工件變形與開裂傾向。3、合金鋼淬火溫度A化,合金鋼的淬火溫度也根據(jù)其臨界點確定,但考慮合金元素的作用,為了加速般選為 Ac1 或 Ac3 + 50 C 100C .4、確定淬火溫度的其它考慮因素工件尺寸:小工件采用較低的淬火溫度,大工件采用較高的淬火溫度。工件形狀:形狀復雜、容易變形或開裂的工件,在保證性能要求的前提下盡量采用較低的淬 火溫度。淬火介質與淬火方法A
5、晶粒長大傾向:對本質細晶粒鋼,可采用較高的淬火溫度。二、加熱時間的確定加熱時間由升溫時間和保溫時間組成。升溫時間:由零件入爐溫度升至淬火溫度所需的時間,并以此作為保溫時間的開始。保溫時間:指零件溫度均勻化并完成奧氏體化過程所需要的時間。加熱時間通常根據(jù)經驗公式估算或通過實驗確定。生產中往往要通過實驗確定合理的加熱及保溫時間,以保證工件質量。保溫時間的影響因素C量和合金元素增加會化學成分:含 C量和合金元素增加都會使保溫時間延長,原因:含降低鋼的導熱性,而且合金元素一般均阻礙C原子的擴散,其本身的擴散速度也比C小得多,顯著延緩鋼中的組織轉變,故高碳鋼比低碳鋼、合金鋼比碳素鋼、高合金鋼比低合金鋼的
6、保溫時間要長些。工件的形狀與尺寸:保溫時間隨工件厚度或直徑的增大而延長,對形狀復雜或尺寸較大的工件應進行預熱。加熱介質:在常用的加熱介質中,以鉛浴爐加熱最快,鹽浴爐次之,空氣電阻爐最慢。裝爐情況:工件在爐中的放置方法及排列情況對工件的受熱條件有明顯影響,從而影響到保溫時間。實際裝爐時應照顧到最大的裝爐量、最短的加熱時間以及工件最均勻的加熱條件等幾方面。爐溫:提高爐溫時縮短加熱保溫時間的有效措施之一。三、加熱介質的選擇采用不同的加熱設備,與工件接觸的介質也就不同。目前常用的加熱介質有空氣、 氣體燃燒產物、各種鹽浴與可控氣氛等。故需要合工件在淬火加熱過程中, 必須重視其氧化脫碳問題并應盡量減少或防
7、止, 理選擇加熱介質。1液體介質液體加熱介質中常用的是鹽浴加熱。其優(yōu)點是與空氣介質相比液體介質爐溫容易控 制、工件受熱均勻、加熱速度快、工件不易氧化脫碳、變形小且易于局部加熱等。鹽雖然是中性的,但使用不當仍會使工件產生脫碳或麻點(受腐蝕),故必須對鹽浴進行脫氧處理。常用的脫氧劑有TiO2、SiO2 (硅膠)、Na2B4O7 (硼砂)、及硅鈣鐵等。2、流動粒子(流態(tài)化粒子)采用固體粒子(石墨、石英砂或剛玉等)作為加熱介質,當通入一定流速的氣流時, 粒子就會呈懸浮狀象流體一樣地運動(在粒子堆表面呈沸騰狀態(tài),內部粒子則呈快速湍流運般均通過電加熱(內熱或外熱式)使動),這種狀態(tài)稱為流化狀態(tài)(或稱粒子被
8、流態(tài)化).流動粒子很快被加熱到所需溫度,靠它們來加熱工件。流動粒子具有升溫快、使用范圍廣等優(yōu)點 淬火冷卻介質:為實現(xiàn)淬火目的所用的冷卻介質。9.222淬火介質一、淬火的要求淬火過程是冷卻非??斓倪^程。為了得到馬氏體組織,淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度 Vk。但是,冷卻速度快必然產生很大的淬火內應力, 這往往會引起工件變形。淬火的目的是得到馬氏體組織,同時又要避免產生變形和開裂,即達到理想淬火冷卻方式。只要在 鼻尖”溫度附近快冷,使冷卻曲線躲 過鼻尖”不碰上C曲線,就能得到馬氏體。也就 是說,在 鼻尖”溫度以上,在保證不出現(xiàn)珠光體類 型組織的前提下,可以盡量緩冷;在鼻尖”溫度附近則必須快冷,以
9、躲開 鼻尖”保證不產生非馬氏體相變; 減輕馬氏體轉變時的相變應力。但是到目前為止,還找不到完全理想的淬火冷卻介質。 水:650550 C和300200 C范圍內冷卻能力較大,易造成零件變形和開裂。淬火用水溫度 一般控制在30C以下,主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。礦物油:300200C范圍內冷卻能力低,有利于減少工件變形;但在650550 C范圍內冷卻能力也低,不利于淬硬,油一般用于合金鋼的淬火。鹽?。禾攸c是沸點高,冷卻能力介于水和油之間,可減少零件淬火時的變形,主要用于分級淬火和等溫淬火,以處理形狀復雜、尺寸較小、變形要求嚴格的工具等。新型淬火劑 水玻璃淬火劑 過飽和硝鹽水溶液-
10、3號淬火劑 氯化鋅-堿溶液 合成淬火劑9.223鋼的淬透性一、基本概念1鋼的淬透性鋼的淬透性:鋼接受淬火時形成馬氏體的能力。不同成分的鋼淬火時形成馬氏體的能力不同,容易形成馬氏體的鋼淬透性高(好) 反之則低(差)。例如:40CrNiMo比45鋼的淬透性好。2、淬透層深度 淬透層深度從試樣表面至半馬氏體區(qū)(馬氏體和非馬氏體組織各占一半 )的距離。在同樣淬火條件下, 淬透層深度越大,則反映鋼的淬透性越好。半馬氏體組織的確定 F直怵V100TO752旨氏 -flI IfJL” /%rj1 rUKEK)A、硬度測試法:M中含非M組 織不多時,硬度變化不大;非M 組織量增至50%時,硬度陡然下 降,曲線
11、出現(xiàn)明顯轉折點。lEKtI fl0Mi30泮火試樣斯川1 L b氏體吊綿I鰹廈的S化B、斷口觀察法:淬火試樣的斷 口上,以馬氏體為界,發(fā)生由脆 性斷裂向韌性斷裂的變化, 并且 其酸蝕斷面呈現(xiàn)明顯的分界線。 半馬氏體組織的硬度主要與碳 質量分數(shù)有關,而與合金元素質 量分數(shù)關系不大.淬透性、淬透層深度和淬硬性的 區(qū)別 淬透性是鋼在淬火時形成馬氏體的能力,是鋼在規(guī)定條件下的一種工藝性能。 淬透層深度是指實際工件在具體條件下淬火得到表面馬氏體到半馬氏體處的距離,它與鋼的淬透性、工件的截面尺寸和淬火介質的冷卻能力有關。淬透性好,工件截面尺寸小,淬火介質的冷卻能力強,則淬透層深度越大。淬硬性指鋼淬火后能達
12、到的最高硬度,主要取決于馬氏體的含碳量。二、影響淬透性的因素鋼的淬透性由其臨界冷卻速度決定,臨界冷卻速度越小,即奧氏體越穩(wěn)定,則鋼的淬透性越好。因此,凡影響奧氏體穩(wěn)定性的因素,均影響鋼的淬透性。1碳含量在碳鋼中,碳含量影響鋼的臨界冷卻速度。共析鋼的臨界冷速最小,淬透性最好;亞共析鋼隨碳含量減少,臨界冷速增加,淬透性降低;過共析鋼隨碳含量增加, 臨界冷速增加,淬透性降低。???原因:亞共析鋼含碳量越低,先共析鐵素體量越多,提高了A分解時P的形核率,降低A穩(wěn)定性,提高臨界冷卻速度,降低淬透性;過共析鋼含碳量越高,先共析Fe3Cn越多,同樣降低A穩(wěn)定性,提高臨界冷卻速度,降低淬透性。2、合金元素除C
13、o和Al以外,其余合金元素溶于奧氏體后,使C曲線右移,降低臨界冷卻速度,提高鋼的淬透性,因此合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。3、奧氏體化溫度提高奧氏體化溫度,將使奧氏體晶粒長大、成分均勻,可減少珠光體的生核率,降低鋼的臨界冷卻速度,增加其淬透性。4、鋼中未溶第二相鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物,可成為奧氏體分解 的非自發(fā)核心,使臨界冷卻速度增大,降低淬透性。三、淬透性曲線的應用可比較不同鋼種的淬透性,方便選材。仙)胡他和沖Of仙的淬透怦Illi紅(h) 丫$氏休便度打械碩扯仆數(shù)的關系腳絃淬透性不同的鋼材經調質處理后,沿截面的組織和機械性能差別很大。-4aEH40CrNiMo
14、完全淬透HESbS40Cre)淬透較大厚廈截面較大、形狀復雜以及受力較苛刻的螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等工件,要求截面機械性能均勻,應選用淬透性好的鋼。而承受彎曲或扭轉載荷的軸類零件、外層受力較大, 心部受力較小,可選用淬透性較低的鋼種。1單介質淬火定義:將奧氏體狀態(tài)的工件放入一種淬火介質中一直冷卻到室溫的淬火方法。優(yōu)點:操作簡單,容易實現(xiàn)機械化,應用較廣;缺點是水淬變形開裂傾向大,油淬冷卻速度 小,淬透直徑小,大件淬不硬。適用性:單介質淬火適用于形狀簡單的碳鋼和合金鋼工件。Ms點溫度時,再立即2、雙介質淬火 定義:先將奧氏體狀態(tài)的工件在冷卻能力強的淬火介質中冷卻至接近 轉入冷卻能力較弱的淬火介質
15、中冷卻,直至完成馬氏體轉變。關鍵工序:控制工件在第一種介質中的停留時間,或者說工件由第一種介質轉入第二種介質時的溫度。優(yōu)點:既保證淬硬,又不出現(xiàn)較大變形和開裂。 適用性:碳鋼制造的中型零件和合金鋼制造的較大尺寸零件。3、分級淬火定義:將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入略高于鋼的Ms點的鹽浴或堿浴爐中保溫,當工件內外溫度均勻后,再從浴爐中取出空冷至室溫,完成馬氏體轉變。優(yōu)點:分級淬火能有效地減少熱應力和相變應力,降低工件變形和開裂的傾向。缺點:在200C左右冷速較慢,淬透性鋼中的過冷 A容易分解,故一般只適用于于形狀復雜 和截面不大的工件的淬火。4、等溫淬火(或稱貝氏體淬火)定義:將奧氏體化后的工件在稍
16、高于 Ms溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間,從而獲 得下貝氏體組織的淬火方法。優(yōu)點:該方法大大降低內應力,減少變形。適用性:適合處理復雜和精度要求高的小件,如彈簧、螺栓等。缺點是生產周期長、生產效 率低。5、預冷淬火(或稱冷待淬火)待工件溫度降至臨界點定義:將奧氏體化后的工件先在空氣或熱水中經過一段時間的預冷, 稍上一點溫度后再淬入冷卻介質中的淬火方法。優(yōu)點:減少熱應力,減小變形與開裂。關鍵工序:控制預冷時間或預冷溫度,具體工件的預冷時間由實驗確定。9.225淬火應力、變形及開裂、,亍 Ju iij 丨 mo pj 丿戈f M丿I . fl /I - ;J|丈機 ;并* ? h女盤、川站令
17、糾i訂ZJ 桿小I hU 1卜細忖百嚴 W -勺I人I八匚上丿夕丿J令和纟餐 廣灶余作 L f牛內制mj, M .11勺丈典丿W丿J出丨11 mri fl)池丿妥?. J門進血 ,; 加Jl塵八工丿觸人.石II1沾,V -血人liJ嚴V L l l人.1-1 J 杓盤h 億 * 泉發(fā)殳直 2 XJ X I:分 11 irj ;帕J I M 小:)er偽;t.r門勺11向:介儲K,越i:i&山i JIOM丿J什I.趙 小.扌ew丿J1TI越人。)“血丿己索門勺影II向:力II入ce:丿痰數(shù) 卜 阱:- 導3汝點Jj才H I紗12/ ZUW丿川O)i:rrj吞忡廿兄:越y(tǒng)V?.:以 Z 丿J牛導彳
18、d ,越I !IJ iiik。 4?卒,丿門勺丿m:以I弘二迓彳匕妙iH|tC 1 |”卒丿1詢丿門夕11幺只5彳匕iWJh口“勺PN利玄丿I鄉(xiāng)C 2處、MV;丿廠丿 I ,kZ riJ 丿 FQ【人 “ifcD IZC 3 I0UM丿J J I,也門勺疋胡人竺丿IM12.;;杉叩小;卒丿 “2:幵幻門IM 衣=C 11彩II向仃卜儀疋刃纟*11丿F幻収,逆丿1?門勺I人I 4不M V卒火八彳丿丿門勺;曲I帕JI人I 4 - +丫: O12)IJi II向 11、E r北丿比 ri 火i ;?(勿和1;療:|犬纟11夕只乂寸?卒 JC玄丿站!勺:;創(chuàng)1向 AL ;xL丿 、j宓bd、門勺丿 L
19、f對 /zKz?|5bv i幺 ill; r ML尙iJ Z/J-d “(b) r Yi:補戈Ifii丿FGi人4bdMit 4/i-j卜II衣hh褻心心沐ri勺深皮鮫 人f lJ裂紋O血i押: 餉材沿軋制力 向 仃借孤火朵物,或作淬火 W I-U拉心Jj n-JiJh Ell陳Yr I IJ農蟲、 裂紋擴 mj丿攻-它fl甘1:/“劌fT比個Pi香怙孑兄卜2. 地向理芻連和弭“咚-裂總文4Jj-yiI.: ejl 尸軸線方向,iiiiAin-外臥裂,n;n;rs-木淬誘怙呪下丿比蟲,丿施|押:丿加乎加2力所忌.仃在:7忙農41 J -人中.車山茨1; f牛上“s.口圏3-1 叫 向裂紋3-1
20、4 惴問箱或3 衣宙究纟文 丄疋不爾I網辛Z織)卜/打/k匸FI :員II【1*打宋 &打交/J、ri裂勢甩屋O.GQ.7 mmd1.01.3mm:次,態(tài) E L衣川村料酌叫件 必彳hi小* /k 扌工2 力仆川 卜 不行總監(jiān)W翌卄如I寸京尤 H汀見這利I裂纟2a曩級諫歷 Q2mm層b)E13-15 to魁絞探度 O. 5mmVV火劊紋產I打I勺人;I人I儀分仆丿武:切I1M足鋼f卜l lJ和1裂紋,空I莎鋼件汽火I -.產中產q打【勺Ki陰從分 C M 浪多I旳,Yj IN M 心玄?只;l3 J TMirj,曲樸H制HJ怙況找山以i虬確心右-效防I口卄施.9.226鋼的回火工藝為什么淬火鋼
21、需要進行回火處理?原因:淬火雖然使鋼獲得了較高的硬度和強度,但鋼的彈性、塑性、韌性較低,淬火內應力較大,組織也不穩(wěn)定。淬火件未經回火在室溫下長期放置,淬火組織將由亞穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)轉變,并伴隨有應力的變化及體積的改變,可能導致工件變形、裂紋甚至斷裂?;?火可以減小淬火鋼件的內應力、降低脆性,提高塑性、韌性和組織穩(wěn)定性,得到強韌性良好配合的最佳使用性能。對某些含氫量較高易于產生氫脆的鋼件,回火還可以起到除氫的作用。回火:將淬火的合金過飽和固溶體加熱到低于相變臨界點(A1 )溫度,保溫一段時間后再冷卻到室溫的熱處理工藝方法?;鼗鸬哪康墨@得所需組織以改善性能;穩(wěn)定組織與尺寸;消除內應力?;鼗鸹旧?/p>
22、是熱處理的最后一道工序,其工藝參數(shù)基本上決定了工件的使用性能和壽命。鋼的回火轉變過程M中C的偏聚與群集化;M的分解;殘余A的轉變;碳化物的析出和變化;a相的回復、再結晶。除了組織變化外,回火過程中還產生回火脆性和二次硬化等現(xiàn)象?;鹛刂慊鹚鹴cl火莎的力7: ri-能,皆亍UA “山及農衡;亡O 洽火伽1卩11火肩打勺百出及 匸竺耳乂次-廠I,12k沽昭文9.、1. M火溫支I為選抒-利irffl足1低瀛15火(狎亍淋度低2509 的I制火)獲得回火 皿冃織 低注汁I火訂佼川廠以下兒種怙況獲得回火“組織Q) I:. I4L乍川叮火.b)柑譏務ht M利周柿)狂啊己01【勺紐j構寺f I火JTf
23、lJl火。 (C低f諛巧氏休I旳低淋I叫火.參做伽打卒火Z火.回火M:高碳鋼在350C以下回火時,M分解后形成的a相(a相仍保持針狀形態(tài)) 和彌散 的 碳化物組成的復相組織。3)門種j |mH;1廣處単!曲“過7網。I.r;?.i.i.ItHI J:( A 5ooT; ri ;心 -湍,rj找 | u IH丨打c 門勺 r rr. 覽眾即;f二如意避免回火脆性夕II夕只n 和1|、 .A,呼含3= 曳,.R 1 t y J-綃2 !拓r j - - y欠f収1 f匕I勺 逑 宋 m e血,參/姚餉牛|火|. ;J介O /聖扌齷b; I 心 M匸:14 m鈴角乍d LU.屮空M利,打仝 辿彳r和
24、Iq安Lil LU f木打必H木匕f彳匚ri勺丿lIlL f;PI-丿止Lj.-次0汽iR nj /-tE ili歹戈 氽一理 氏fd甲點址丿應 T1主注意避免回火脆性氏MP心汽h U火朵LE彳彳11 火槁冬選fF:6oeu 収 1tih】生和、辻杓11躲們、也扌住申兒十郴I、 初木i卅山儀回火回火回火S:淬火鋼在500 600C回火時,滲碳體聚集成較大的顆粒, 形成多邊形的F,這種F和粗粒狀滲碳體的機械混合物稱為回火T:針狀a相和與之無共格關系的細小粒狀與片狀滲碳體組成的機械混合物。 T:針狀a相和與之無共格關系的細小粒狀與片狀滲碳體組成的機械混合物。同時M的針狀形態(tài)消失, So2.卜火nu
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27、II 1 ;V V卒火?;.上丿低門勺汛迂卜yV- gn ill I的丿丄捉韶沖1 ? 吻FI:fM. 1笄彳匚;令片危鉉:空和丿.址也 XI叢U險汁卩貞向件3、1 k渝汽:人刈門門叨M;. V門1徐f-二AJ應性甲n 1歹宋_ fl:妥l lJ總:乂 . 兀、曲汚火門勺Wdf1 - M打令咎訃入淪-火:宋川冋-個溫丿密; “3卜鄉(xiāng)及鴛齊H汽二疋/ 、 I匚汽圮匕匯液仝I汽火彳丿、:斗苗1 MT門一扌玄V僭入96飛?門勺7俊”呑勺A J I I * I -們-竺川鄉(xiāng).J卜:趙車交k: ;茁迎復山訥.I L /E -Ziif| 、丿1知&刃冥尸O, 1們:&令;|勾仝*iIHl更川乞1J9.22
28、8淬火、回火缺陷及其預防、淬火缺陷AHi!防、補救鋼件淬火時垠常見的缺陷行淬火變形,丿I:裂、氣化、 脫碳、蝕段個足或不均勻1們腐蝕過燒、過熱儀其它 按質応檢查初;Kh規(guī)定金相紅釘1不介格等。汽;火嗖丿漢丿卜裂(1)(2)M宦做到均勻力11T:從及l(fā) i 1確力11熱。iil確選扌羊7令去11 h濃和冷卻介丿瓦威木原則足:(a)丿e庁能采川預冷,即件匚件淬入淬火介丿瓦訶,盡川能緩慢也冷卻令ArW近以減少匚件內溫必;b. 6:保i在洶圮泮換皮淤咬儀碩度咬求的詢捉下,M nJ能采川冷卻綏慢的淬火介質;C.盡)可能減陽作Ms點以下11令卻速度;d.合J- I!也選抹和采丿I分級或等冰汽火一 2。(3) 止確選抒汽火I/I也入汽火介丿近的力丄弋利運動方向 J.U木如刺丿上=曰淬火11寸應盡h ;:保11H能紂到垠上勻勻的冷卻。 b.以皿小肌力向汽入.(4) 述行儀時、W 確1旳|小火“淬火不冷例辰 并儀時H 火.昱防【I:幵紐119 n效4;施O 幻形耳人IX雜的川J嵌伸和I. M磁介金剛,淬火丿片反時 U火兀為IE竺2、過熱與過燒過熱:淬火加熱溫度過高,或在相當高的溫度下停留時間過長,都會使A晶粒粗大,淬火后得到粗針狀 M。工件過熱后,因其組織的粗大及淬火應力的增加,使鋼的脆性增高,甚至淬火后即開裂。輕微的過熱,可采用延長回火時間來補救(消除內應力),對嚴重的過熱則要通過細
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