熱處理工藝——鋼的熱處理舉例處理

1、1齒輪熱處理齒輪熱處理軸承熱處理軸承熱處理彈簧熱處理彈簧熱處理工具熱處理工具熱處理軸的熱處理軸的熱處理基本思路：基本思路：工作條件（載荷，環(huán)境）工作條件（載荷，環(huán)境）失效形式失效形式性能要求性能要求材料材料熱處理工藝熱處理工藝u鋼的熱處理舉例鋼的熱處理舉例231、工作條件、工作條件用于傳遞動力、改變方向或速度的重要零用于傳遞動力、改變方向或速度的重要零件，受力情況復雜。件，受力情況復雜。2、常見失效形式、常見失效形式 齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）；齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）； 齒輪面剝落（疲勞損壞、點蝕）；齒輪面剝落（疲勞損壞、點蝕）； 斷齒（強度低或超載）斷

2、齒（強度低或超載）一一.齒輪熱處理齒輪熱處理43.3.齒輪的技術(shù)要求齒輪的技術(shù)要求 齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能；齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能； 齒輪根部及齒輪具有高的強度和韌性。齒輪根部及齒輪具有高的強度和韌性。4.4.齒輪用鋼齒輪用鋼: :低、中碳低、中碳 輕載齒輪：輕載齒輪：45， 調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火 中載齒輪：中載齒輪：45、40Cr， 調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火 重載齒輪：重載齒輪：20Cr、20CrMnTi， 滲碳淬火滲碳淬火 高精度齒輪：高精度齒輪：38CrMoAlA， 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-滲氮滲氮51 1）滲碳齒輪）滲碳齒輪材料：材料：20CrMnTi20

3、CrMnTi、 20Cr20Cr、 30CrMnTiA30CrMnTiA等等服役場合：高速重載（汽車齒輪）服役場合：高速重載（汽車齒輪）下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火5.齒輪熱處理工藝齒輪熱處理工藝精加工精加工掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織6(1)(1)正火正火 細化晶粒；調(diào)整硬度，便于切削加工細化晶粒；調(diào)整硬度，便于切削加工 加熱至加熱至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷, , 組織細珠光體組織細珠光體+(+(少量鐵素體少量鐵素體) )(2)(2)滲碳滲碳 提高表面含碳量提高表面含碳量 9209209

4、30930保溫保溫3 39h 9h (3)(3)滲碳后淬火滲碳后淬火 獲得馬氏體，提高表面硬度獲得馬氏體，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火直接淬火或一次淬火 表面：表面：高碳高碳M+Ar+M+Ar+碳化物碳化物, ,過渡層過渡層: :M+Ar,M+Ar, 心部心部: :低碳低碳M+FM+F（少量）（少量） (4)(4)回火回火 消除淬火應力，低溫消除淬火應力，低溫200，MM回回下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火精加工精加工工藝路線工藝路線720 CrMnTi 鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線8加工工藝路線加工工藝路線:下料下料 鍛造鍛

5、造 粗加工粗加工 半精加工半精加工 精車加工精車加工及及 精磨精磨 2）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火） 適用于適用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料等材料齒輪。齒輪。正火正火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)表面淬火表面淬火低溫回火低溫回火9(1)(1)正火正火( (或完全退火）或完全退火） 細化晶粒，調(diào)整硬度細化晶粒，調(diào)整硬度 加熱至加熱至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷, , 細珠光體細珠光體+(+(少量鐵素體少量鐵素體) )(2)(2)調(diào)質(zhì)熱處理調(diào)質(zhì)熱處理 使心部具有良好強韌性使心部具有良好強韌性 加熱至加熱至AcAc3 3

6、+30+305050后淬火后淬火+500+500600600高溫回火高溫回火, , 回火索氏體回火索氏體(3)(3)表面感應淬火表面感應淬火( (表面火焰淬火表面火焰淬火) ) 提高表面硬度提高表面硬度 表面加熱至表面加熱至AcAc3 3+30+305050，心部沒有加熱。，心部沒有加熱。 淬火后淬火后表面表面獲得馬氏體獲得馬氏體+ +殘余奧氏體殘余奧氏體, , 過渡層過渡層馬氏體馬氏體+F+F殘余奧氏體殘余奧氏體, , 心部心部回火索氏體回火索氏體 (4)(4)低溫回火低溫回火 消除淬火應力，低溫消除淬火應力，低溫200，MM回回 10 輕載齒輪：輕載齒輪：45， 調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火 中載

7、齒輪：中載齒輪：45、40Cr， 調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火 重載齒輪：重載齒輪：20Cr、20CrMnTi， 滲碳淬火滲碳淬火 高精度齒輪：高精度齒輪：38CrMoAlA， 調(diào)質(zhì)滲氮調(diào)質(zhì)滲氮1112二、滾動軸承熱處理滾珠軸滾珠軸承承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承1、工作條件、工作條件高載荷，交變應力高載荷，交變應力高轉(zhuǎn)速，一定沖擊。高轉(zhuǎn)速，一定沖擊。13 接觸疲勞破壞接觸疲勞破壞2、失效形式、失效形式14塑性變形塑性變形 15磨損磨損163 3、性能要求、性能要求: :（內(nèi)外圈和滾動體）（內(nèi)外圈和滾動體）v高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性; ;v高的接觸疲勞強度高的接觸疲

8、勞強度; ;v足夠的韌性和耐蝕性足夠的韌性和耐蝕性; ;v尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性滾珠軸承滾珠軸承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承174 4、軸承用鋼、軸承用鋼: :G Cr15 含含Cr量量WCr 1.5 %滾動軸承鋼滾動軸承鋼高碳高碳, Wc = 0.951.15%18GCr15軸承鋼制造軸承的工藝路線軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造鍛造 機加工機加工 球化退火球化退火淬火淬火+ 冷處理冷處理 ( 60 80;1h )低溫回火低溫回火正火正火磨削加工磨削加工穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理 ( 120 150；5 10h )195 5、熱處理工藝、熱處理工藝預備熱處理預備熱處理: :正火：正火：消除網(wǎng)狀碳化物

9、，細化晶粒消除網(wǎng)狀碳化物，細化晶粒球化退火：球化退火：降低硬度，提高韌性，為淬火組織準備降低硬度，提高韌性，為淬火組織準備淬火淬火: :獲得馬氏體組織獲得馬氏體組織 810810860860（溫度偏高），讓（溫度偏高），讓CrCr盡量溶入盡量溶入A A，又不致于導致晶粒粗大，又不致于導致晶粒粗大，A A含碳過高；油冷含碳過高；油冷冷處理冷處理: :獲得馬氏體組織獲得馬氏體組織, ,減少減少ArAr低溫回火低溫回火: :消除殘余應力，保持高硬度消除殘余應力，保持高硬度. .20汽車板簧汽車板簧扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧大型熱卷彈簧彈簧絲21三、彈簧熱處理三、彈簧熱處理1 1、工作條件、工作條件 儲存能量和

10、減輕震動儲存能量和減輕震動, ,主要承受拉力、壓力、扭主要承受拉力、壓力、扭力、交變載荷；力、交變載荷；2 2、失效形式：、失效形式： 疲勞斷裂，永久變形疲勞斷裂，永久變形3 3、性能要求：、性能要求： 高的強度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工高的強度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工性能（塑性成型、熱處理性能）性能（塑性成型、熱處理性能）4 4、常用材料、常用材料 6565、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn等中碳鋼及中碳合金鋼等中碳鋼及中碳合金鋼225 5、熱處理工藝、熱處理工藝（一）冷成形彈簧（小彈簧）（一）冷成形彈簧（小彈簧） 由強化過的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火由強化過

11、的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火+ +回火的鋼絲）回火的鋼絲）冷卷成彈簧，冷卷成彈簧， 只需進行去應力退火（加熱溫度只需進行去應力退火（加熱溫度250 250 300 300 ），以），以消除變形過程中或淬火中形成的殘余應力，穩(wěn)定尺寸。消除變形過程中或淬火中形成的殘余應力，穩(wěn)定尺寸。 （二）熱成形彈簧（二）熱成形彈簧 采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧）采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧） 淬火淬火提高強度，提高強度， 中溫回火中溫回火消除應力，提高彈性極限。消除應力，提高彈性極限。 淬火溫度淬火溫度Ac3Ac3以上，回火溫度以上，回火溫度350 350 450 450 ， 組織：組織：回火屈氏體

12、回火屈氏體大型熱卷彈簧去應力退火去應力退火淬火淬火+中溫回火中溫回火 （或采用等溫淬火）（或采用等溫淬火）或采用等溫淬火，得到貝氏體組織或采用等溫淬火，得到貝氏體組織23（三）沉淀硬化處理（三）沉淀硬化處理對于對于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化鋼，在冷拉或固溶處理狀沉淀硬化鋼，在冷拉或固溶處理狀態(tài)下成型的彈簧。主要工藝過程如下：態(tài)下成型的彈簧。主要工藝過程如下：（1）固溶處理：固溶處理：奧氏體化，獲得均勻一致的奧氏體組織奧氏體化，獲得均勻一致的奧氏體組織（2）成型加工）成型加工（3）調(diào)整熱處理（或淬火處理）調(diào)整熱處理（或淬火處理）加熱到奧氏體化稍低溫度，冷卻，獲得低碳馬氏體加熱到

13、奧氏體化稍低溫度，冷卻，獲得低碳馬氏體+殘余奧殘余奧氏體組織氏體組織（4）深冷處理：深冷處理：使淬火狀態(tài)下殘余奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞际勾慊馉顟B(tài)下殘余奧氏體繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)榈吞捡R氏體（根據(jù)需要確定）馬氏體（根據(jù)需要確定）（5）沉淀硬化處理沉淀硬化處理在在480 550 保溫保溫1小時左右，使碳化物析出彌散強化。小時左右，使碳化物析出彌散強化。24（四）彈簧的其它強化處理（四）彈簧的其它強化處理（1 1）形變熱處理）形變熱處理 對于對于60Si2Mn60Si2Mn、55Si2Mn55Si2Mn等中碳鋼具有較高的形變等中碳鋼具有較高的形變強化效果，因此這類彈簧適合于熱成型強化效果，因此這類彈簧適合于熱成型+

14、 +淬火淬火+ +回火回火（2 2）化學熱處理）化學熱處理 對于在鐵素體狀態(tài)下能進行元素擴散滲的彈簧材對于在鐵素體狀態(tài)下能進行元素擴散滲的彈簧材料，可以不改變彈簧整體強度、韌性和彈性極限情況料，可以不改變彈簧整體強度、韌性和彈性極限情況下，化學滲提高彈簧表面硬度和疲勞強度。典型工藝下，化學滲提高彈簧表面硬度和疲勞強度。典型工藝熱成型熱成型加工加工+ +淬火淬火+ +回火回火-化學滲處理?；瘜W滲處理。（3 3）噴丸強化）噴丸強化 使彈簧零件表面獲得壓應力，提高彈簧的使用壽使彈簧零件表面獲得壓應力，提高彈簧的使用壽命命510510倍。倍。25（五）彈簧的穩(wěn)定化處理（五）彈簧的穩(wěn)定化處理 為了減少彈

15、性不完整性、或滯彈性，對彈簧為了減少彈性不完整性、或滯彈性，對彈簧進行加荷、或機械穩(wěn)定、或加溫加荷處理，以保證進行加荷、或機械穩(wěn)定、或加溫加荷處理，以保證彈簧在使用過程中彈性穩(wěn)定。彈簧在使用過程中彈性穩(wěn)定。26工具一般包括刃具、模具、量具工具一般包括刃具、模具、量具常用鋼包括：常用鋼包括： 碳素工具鋼、碳素工具鋼、 低合金工具鋼、低合金工具鋼、 高合金工具鋼（高速鋼等）高合金工具鋼（高速鋼等）四四.工具熱處理工具熱處理模具模具量具量具刃具刃具成分特點：高碳成分特點：高碳274.1 刃具熱處理刃具熱處理l 性能要求性能要求 高硬度高硬度(HRC60) ：主要取決于含碳量。：主要取決于含碳量。 高

16、耐磨性高耐磨性： 靠高硬度和析出細小均勻靠高硬度和析出細小均勻硬碳化物來達到。硬碳化物來達到。 紅硬性：紅硬性：即高溫下保持高硬度的能力即高溫下保持高硬度的能力 足夠的韌性：足夠的韌性：以防止脆斷和崩刃。以防止脆斷和崩刃。l 刃具用鋼刃具用鋼 碳素工具鋼：碳素工具鋼：T7T7T12T12（0.70.71.2%C1.2%C）木工鑿木工鑿手錘手錘28T12T12鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織球狀珠光體球狀珠光體碳工鋼熱處理及組織碳工鋼熱處理及組織熱處理：熱處理：正火正火+ +球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低溫回火低溫回火球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度，便于加工；降低硬度，便于加工； 為

17、淬火作組織準備。為淬火作組織準備。 使用狀態(tài)下的組織：使用狀態(tài)下的組織： M M回回+ +顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A+AR R( (少量少量) )29低合金工具鋼：低合金工具鋼： CrWMn、9SiCr 熱處理及組織同碳素工具鋼，熱處理及組織同碳素工具鋼， 只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）。只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）。板牙板牙絲錐絲錐30 9 SiCr 鋼板牙熱處理工藝曲線板牙板牙31W18Cr4V的生產(chǎn)工藝及熱處理鑄造鑄造 鍛造鍛造 球化退火球化退火 機加工機加工 淬火淬火+三次高溫回火三次高溫回火 磨削加工磨削加工高合金刃具鋼：（高速鋼）高合金刃具鋼：（高速鋼） W18Cr4V，W6M

18、o5Cr4V232W18Cr4V鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織 420 鑄造鑄造:高速鋼屬于高速鋼屬于萊氏體萊氏體鋼鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。鋼的韌性大幅下降。33鍛造鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除, 只能依靠反復多次鍛打來擊碎。只能依靠反復多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織鍛造組織 210 34 W18Cr4V球化退火組織球化退火組織 420 球化退火球化退火:消除應力消除應力, 降低硬度，便于機加工降低硬度，便于機加工, 調(diào)整組織調(diào)整組織,為淬火作好組織

19、準備。為淬火作好組織準備。 球化退火后的組織球化退火后的組織 : S + 粒狀粒狀 Cm球化退火溫度球化退火溫度830880易于機械加工。易于機械加工。35淬火淬火 : : 1200120013001300 淬火后的組織淬火后的組織: :M+Cm+AM+Cm+AR R(20(2025%)25%)（溫度高）（溫度高） 讓讓C和和Me充分溶入充分溶入A，淬火后得到高合金馬，淬火后得到高合金馬氏體高溫回火時產(chǎn)生二次硬化效應，提高硬度提氏體高溫回火時產(chǎn)生二次硬化效應，提高硬度提高紅硬性高紅硬性高速鋼淬火溫度高的原因高速鋼淬火溫度高的原因36三次高溫回火三次高溫回火在在560560回火時回火時 , ,

20、產(chǎn)生二次硬化多次回火產(chǎn)生二次硬化多次回火, ,獲得更多獲得更多碳化物析出讓殘余奧氏體轉(zhuǎn)變。碳化物析出讓殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?；鼗鸾M織：回火組織： S回回+碳化物碳化物+Ar ( 1 2 % )* *淬火后淬火后A A殘約殘約202025 %25 %。* *第一次回火第一次回火后后A A殘約剩殘約剩151518 %18 %。* *第二次回火第二次回火后后A A殘約剩殘約剩3 35 %5 %。* *第三次回火第三次回火后后A A殘約剩殘約剩1 12 %2 %。組織硬度組織硬度為為HRC65HRC65以上。以上。37 W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖進展進展:現(xiàn)在對這種熱處理工藝還不滿意現(xiàn)在對這種熱處理

21、工藝還不滿意,對高速鋼淬火對高速鋼淬火+回回火后火后,再進行再進行TiN沉積沉積384.2 冷作模具熱處理冷作模具熱處理v 性能要求性能要求: :高硬度（高硬度（HRC50HRC506060）；）；高耐磨性、強度和韌性；高耐磨性、強度和韌性；熱處理變形小熱處理變形小; ;汽車沖壓模具汽車沖壓模具v 應用應用: :冷沖模、冷鐓模、冷沖模、冷鐓模、冷擠模、搓絲板等冷擠模、搓絲板等v 冷作模具用鋼冷作模具用鋼: :碳素工具鋼：碳素工具鋼：T7T7T8T8低合金工具鋼：低合金工具鋼： 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具鋼：高合金工具鋼：

22、Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）39 Cr12型冷作模具鋼的熱處理型冷作模具鋼的熱處理（ C1.4%2.3%、Cr11%12%） 球化退火 冷作模具鋼鑄態(tài)組織極不均勻,含有大量共晶碳化物，需反復鍛打后退火處理。 球化退火溫度830880，獲得細化碳化物+珠光體組織，易于機械加工。 淬火+回火 一次硬化法： 較低溫度淬火（980）低溫回火 回火組織為M回+碳化物+Ar 二次硬化法： 較高溫度淬火（1050）23次高溫回火 回火組織為S回+碳化物+Ar(少量）404.3 熱作模具熱處理熱作模具熱處理v 性能要求性能要求: :v 應用應用: :v 熱作模具用鋼熱作

23、模具用鋼: :使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。高的熱硬性、高溫耐磨性高的熱硬性、高溫耐磨性;高的熱強性和足夠高的韌性高的熱強性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力和導熱性高的熱疲勞抗力和導熱性; 中碳中碳 0.30.6 %;熱變形模具鋼，熱變形模具鋼，5CrNiMo、5CrMnMo壓鑄模具，壓鑄模具，3Cr2W8V41曲軸模具曲軸模具 5 CrMnMo熱處理熱處理: 熱處理工藝熱處理工藝: 完全退火完全退火 淬火淬火 550回火回火 熱處理后的組織熱處理后的組織: S回回42 3 Cr2W8V鋼熱處理鋼熱處理

24、: 熱處理工藝熱處理工藝: 淬火淬火 + 550三次回火三次回火 回火時二次硬化現(xiàn)象回火時二次硬化現(xiàn)象HRC47 434.4 量具熱處理量具熱處理v 性能要求性能要求: :v 量具用鋼量具用鋼: :高的硬度（高的硬度（HRC62）和耐磨性，）和耐磨性，熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定，保證熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定，保證尺寸精度。尺寸精度?？?尺尺量量 規(guī)規(guī)千分尺千分尺碳素工具鋼：碳素工具鋼：T8T12低合金工具鋼：低合金工具鋼：淬透性高，用于精度要求較高的量具。淬透性高，用于精度要求較高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr44千分千分尺尺卡尺卡尺特點特點 預備熱處理組織為球化退火或調(diào)質(zhì)處理組織。預備熱處理組織為球化退火或調(diào)質(zhì)處理組織。 下限溫度淬火及冷處理，目的是減少下