淺析鋼的熱處理技術(shù)

1、摘 要鋼的熱處理： 是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝 。熱處理不僅可用于強(qiáng)化鋼材，提高機(jī)械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點(diǎn)是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。關(guān)鍵詞：鋼；處理；目 錄概述1一、鋼的熱處理原理11.1熱處理的三階段2二、鋼的退火32.1目的32.2類(lèi)型32.3實(shí)例4三、鋼的正火43.1目的43.2組織43.3工藝43.4實(shí)例4四、鋼的淬火54.1淬火溫度的選擇54.2淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳54.3實(shí)例5五、鋼的回火 65.1目的65.2淬火鋼在回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變65.3回火方法65.4回火時(shí)間65.5回

2、火冷卻65.6實(shí)例6總結(jié)7致謝8參考文獻(xiàn)9淺析鋼的熱處理技術(shù)概述熱處理工藝在機(jī)械制造與維修過(guò)程中有著廣泛的應(yīng)用，鋼經(jīng)過(guò)熱處理后，能充分發(fā)揮材料的潛力，改善其使用性能與工藝性能，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，減少工件重量，節(jié)約金屬材料，能顯著地提高經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在機(jī)械制造工業(yè)中有6080的零件都要進(jìn)行熱處理，尤其是工具類(lèi)及滾動(dòng)軸承幾乎百分之百都要進(jìn)行熱處理。熱處理是將金屬或合金在固態(tài)采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需要的組織與性能的一種工藝。為簡(jiǎn)明表示熱處理摹本工藝過(guò)程，通常用溫度時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線，如圖1所示。鋼的熱處理工藝在加熱或冷卻時(shí)的理論溫度是在al、a3和acm線

3、上的對(duì)應(yīng)溫度，即臨界點(diǎn)。但在實(shí)際生產(chǎn)中加熱速度和冷卻速度不是極其緩慢的，受其過(guò)熱度和過(guò)冷度的圖1 熱處理工藝曲線 圖-2 鋼加熱（冷卻）fe-fe3c狀態(tài)圖上各臨界點(diǎn)的位置影響，與理論的臨界點(diǎn)要略高或略低一些。因此，加熱與冷卻的實(shí)際臨界點(diǎn)用ac1、ac3、accm與ar1、ar3、arcm上的對(duì)應(yīng)溫度表示。如圖2所示。根據(jù)熱處理的目的、加熱和冷卻方法不同，常把熱處理大致分為以下幾種：、 一、鋼的熱處理原理熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強(qiáng)化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省和

4、能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。熱處理工藝分類(lèi)：（根據(jù)熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類(lèi)如下）1、 整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)； 2、 表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(pvd)和化學(xué)氣相沉積(cvd)等； 3、 化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。 1.1熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻1、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 加熱的目的：使鋼奧氏體化(1)奧氏體（a）的形成奧氏體晶核的形成以共析鋼為例a1點(diǎn)則w c 0.0218（體心立方晶格f）w c 6.69（復(fù)雜斜方滲碳體）當(dāng)t 上升到a c1 后w c 0.77（面心立方的a）由此可見(jiàn)轉(zhuǎn)變過(guò)程中

5、必須經(jīng)過(guò)c和fe原子的擴(kuò)散，必須進(jìn)行鐵原子的晶格改組，即發(fā)生相變，a在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。有兩個(gè)有利條件 此相界面上成分介于鐵素體和滲碳體之間原子排列不規(guī)則，空位和位錯(cuò)密度高。（2）奧氏體晶粒的長(zhǎng)大奧氏體大小用奧氏體晶粒度來(lái)表示。分為 00，0，1，210等十二個(gè)等級(jí)，其中常用的110級(jí)，4級(jí)以下為粗晶粒，5-8級(jí)為細(xì)晶粒，8級(jí)以上為超細(xì)晶粒。 影響 a晶粒粗大因素二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變。生產(chǎn)中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續(xù)冷卻 （1） 過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 a在相變點(diǎn)a1以上是穩(wěn)定相，冷卻至a1 以下就成了不穩(wěn)定相。 1、 共析碳鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫

6、1） 高溫珠光體型轉(zhuǎn)變： a1550 （1）珠光體（p）a1650 粗層狀 約0.3m馬氏體臨界冷卻速度v k 時(shí)，奧氏體發(fā)生m轉(zhuǎn)變，即碳溶于fe 中的過(guò)飽和固溶體，稱為 m（馬氏體）。1） 轉(zhuǎn)變特點(diǎn)： m 轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行（ms mf）,m 轉(zhuǎn)變是在一個(gè)非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變(碳、鐵原子不能擴(kuò)散） ,m 轉(zhuǎn)變速度極快 （大于v k ） ,m 轉(zhuǎn)變具有不完全性（少量的殘a）,m轉(zhuǎn)變只有fe、fe的晶格轉(zhuǎn)變 .二、鋼的退火2.1目的：（1）降低硬度，提高塑性。（2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷。 （3）消除內(nèi)應(yīng)力。（4）為淬火作好組織準(zhǔn)備。 2.2類(lèi)型：根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（ac1或ac3）以

7、上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。（1） 完全退火：1） 目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。2）工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過(guò)冷奧氏體在ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時(shí)間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至 600左右即可出爐空冷。（2） 均勻化退火

8、（擴(kuò)散退火）1） 工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到 ac3 以上150100，保溫1015h后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。 2） 目的：消除結(jié)晶過(guò)程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過(guò)熱缺陷。 3） 注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本很高。只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來(lái)細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。（3） 去應(yīng)力退火1) 工藝：將工件緩慢加熱到 ac1以下

9、100200（500600）保溫一定時(shí)間（13h）后隨爐緩冷至200，再出爐冷卻。 鋼的一般在 500600；鑄鐵一般在 500550超過(guò)550容易造成珠光體的石墨化； 焊接件一般為 500600。2.3實(shí)例：加工s7332型銑床的精密絲桿時(shí)，粗車(chē)后須進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除加工的殘余應(yīng)力。三、鋼的正火3.1目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。3.2組織：共析鋼p、亞共析鋼f+p、過(guò)共析鋼fe3cp 3.3工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大

10、件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。3.4實(shí)例：車(chē)床的主軸一般選用45鋼，主鍛造之后，必須進(jìn)行正火處理，消除鍛造尖力，得到合適的硬度，便于機(jī)械加工。四、鋼的淬火 4.1淬火溫度的選擇1）碳鋼的淬火加熱溫度由fefe3c相圖來(lái)確定，其目的是為了 淬火后得到全部細(xì)小的m；淬火后希望硬度高。 亞共析鋼ac3 +(3050),可獲得細(xì)小的均勻的m，如溫度過(guò)高則有晶粒粗化現(xiàn)象，淬火后獲得粗大的m，使鋼的脆性增大；如溫度過(guò)低則淬火后m+f，有鐵素體出現(xiàn)，淬火硬度不足。 共析鋼與過(guò)共析鋼ac1 +(3050)，由于有高硬度的滲碳體和m存在，能保證得到高的硬度

11、和耐磨性。如果加熱溫度超過(guò)accm 將會(huì)使碳化物全部溶入a中，使a中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；淬火溫度過(guò)高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。 2）合金鋼對(duì)含有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的強(qiáng)碳化物形成元素（如ti、nb等），淬火溫度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，獲得較好的淬火效果 .對(duì)含有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素（如mn等），淬火加熱溫度應(yīng)低一些，以防止晶粒粗大。理想冷卻速度： 650以上應(yīng)當(dāng)慢冷，以盡量降低淬火熱應(yīng)力。650400之間應(yīng)當(dāng)快速冷卻，以通過(guò)過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域，避免發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變。 40

12、0以下至ms點(diǎn)附近應(yīng)當(dāng)緩以盡量減小馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。具有這種冷卻特性的冷卻介質(zhì)可以保證在獲得m組織條件下減少淬火應(yīng)力、避免工件產(chǎn)生變形或開(kāi)裂。4.2淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳淬火加熱時(shí)，鋼件與周?chē)訜峤橘|(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔度降低，并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點(diǎn)或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此，淬火加熱時(shí)，在獲得均勻化奧氏體時(shí)，必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。 在空氣介質(zhì)爐中加熱時(shí)，防止氧化和脫碳最簡(jiǎn)單的方法是在爐子升溫加熱時(shí)向爐內(nèi)加入無(wú)水分的木炭，以改變爐內(nèi)氣氛，減少氧

13、化和脫碳。此外，采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面，或是在工件表面熱涂硼酸等方法都可有效地防止或減少工件的氧化和脫碳。4.3實(shí)例：加工麻花鉆采用的是鍛造成形，由于使用的是高速鋼，導(dǎo)熱性差，在12701280的淬火時(shí)，還需進(jìn)行預(yù)熱。五、鋼的回火 5.1目的：1） 穩(wěn)定組織，消除淬火應(yīng)力 2） 調(diào)整硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性 5.2淬火鋼在回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變 1）馬氏體的分解（ 100）2）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200300） 3）碳化物的轉(zhuǎn)變（250450） 4）滲碳體的聚集長(zhǎng)大和鐵素體再結(jié)晶（ 450） 5.3回火方法：（1）低溫回火（150250）。（）中溫回火（350500）。（）高溫回火（500650）。5.4回火時(shí)間：一般為13h 。5.5回火冷卻：一般空冷。一些重要的機(jī)器和工模具，為了防止重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形、開(kāi)裂，通常都采用緩慢的冷卻方式。對(duì)于有高溫回火脆性的鋼件，回火后應(yīng)進(jìn)行油冷或水冷，以抑制回火。5.6實(shí)例：在齒輪的加工中，為提高齒輪的硬度和耐磨性，并消除淬火應(yīng)力，高頻淬火后應(yīng)進(jìn)行低溫回火?？偨Y(jié) 通過(guò)我對(duì)金屬材料及熱處理學(xué)習(xí)，使我對(duì)鋼熱處理有了更深刻的了解。實(shí)踐表明，確定適當(dāng)熱處理工藝，妥善安排工藝路線對(duì)充分發(fā)揮金屬材料本身的性能潛力，提高產(chǎn)品零件的質(zhì)量，節(jié)省金屬材料，降低生產(chǎn)成本等方面有著重大的影響。致 謝在本論文的寫(xiě)作中，我也參照了大量