熱處理之?dāng)U散PPT課件

1、 鋼的退火 可作為：預(yù)備熱處理和最終熱處理；q鋼的退火定義： 鋼加熱到臨界點Ac1以上或以下，保溫后隨爐慢冷以獲得近于平衡狀態(tài)的組織的工藝。目的： 消除鑄鍛焊件的內(nèi)應(yīng)力； 均勻成分、組織，細(xì)化晶粒； 消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化； 改善鋼的成型性、切削加工性； 為淬火作組織上的準(zhǔn)備；第1頁/共70頁種類： 按加熱溫度分如圖重結(jié)晶退火完全退火擴散退火不完全退火球化退火低溫退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火 按冷卻方式分：等溫退火和連續(xù)退火第2頁/共70頁第3頁/共70頁v定義：第4頁/共70頁5v工藝參數(shù)： 加熱溫度：2030 原則：得到單相，又防止晶粒粗大 保溫時間： 在箱式爐中：（單位: min, K=1.5

2、 2.0min/mm，D:工件有效厚度: mm) 對鍛、軋材：=(3 4)+(0.2 0.5)Q (單位: h , Q為裝如量，單位為t） 冷卻方式：爐冷，600 以后出爐空冷 組織： 性能：硬度低，塑性好；第5頁/共70頁、等溫退火：v 定義：將鋼奧氏體化后，根據(jù)硬度要求快冷到低于r的某一溫度，等溫停留到轉(zhuǎn)變完成，再空冷；v適用：中碳（0.250.6%C）合金鋼v 優(yōu)點：縮短了工藝周期；保證工件內(nèi)外在同一溫度轉(zhuǎn)變；v 缺點：大件、大批量不適v 目的：A轉(zhuǎn)變?yōu)镻v 工藝參數(shù)：等溫溫度、等溫時間、冷卻；第6頁/共70頁 、亞共析鋼的不完全退火：v定義：將鋼加熱到c以上3050、保溫、得到不完全奧

3、氏體后，緩冷得到近于平衡組織的熱處理工藝。v目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，降低硬度，減小內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性v適用鋼種：亞共析鋼中無大缺陷v工藝參數(shù)：加熱溫度C12030, 加熱時間、冷卻同上。優(yōu)點是節(jié)能、節(jié)時第7頁/共70頁 、球化退火v定義：將鋼中的碳化物轉(zhuǎn)化為球狀或粒狀的一種不完全退火工藝過程v目的：降低硬度，均勻組織，改善切削加工性，為淬火作準(zhǔn)備。v適用鋼種：共析鋼、過共析鋼、合金工具鋼。v工藝參數(shù)：球化前要消除網(wǎng)狀碳化物； 加熱溫度：2030 加熱時間：一般為24小時或按公式計算 冷卻速度：爐冷或Ar1以下20 長時間等溫， 600 以后出爐空冷。 第8頁/共70頁9v工藝類型： 普通

4、球化退火、等溫球化退火、循環(huán)球化退火注意：普通球化退火效果較差，等溫球化退火效果較好，循環(huán)球化退火的效果最佳，但考慮生產(chǎn)成本，一般用等溫球化退火，成本不高效果又好。第9頁/共70頁 、擴散退火（均勻化退火）v定義：將鋼錠或鍛件加熱到稍低于固相線以下某溫度長時間保溫，然后緩冷以消除化學(xué)成分的不均勻現(xiàn)象，稱為擴散退火。v目的：均勻成分，均勻組織v適用鋼種：中、高合金鋼v工藝參數(shù)： 加熱溫度：Ac3（Acm）+150300（碳鋼 1100 1200 ；合金鋼 1200 1300 ） 保溫時間：與鋼種和偏析程度有關(guān)， （3060）min/25mm 或（1.52.5）min/mm 按裝爐量Q計算：./（

5、小時） ：裝爐量（噸），一般為； 第10頁/共70頁11v 問題： 一般擴散退火加熱溫度高，時間長，晶粒會粗大，擴散退火之后要進行一次完全退火或正火來進行細(xì)化晶粒，消除過熱缺陷。 周期長、能耗大、氧化脫碳嚴(yán)重、成本高 故：有時可采用完全退火來代替。第11頁/共70頁 、去應(yīng)力退火v定義：為消除鑄鍛焊件的內(nèi)應(yīng)力而進行的退火叫作去應(yīng)力退火。v目的：去應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，防止變形和開裂。v工藝： 加熱溫度：小于Ac1，500650，鑄件為500550，焊件為500600（大焊件用火焰或工頻感應(yīng)加熱局部退火）。 保溫時間：由工件的尺寸和裝爐量決定。鋼3min/mm，鑄鐵6min/mm。 冷卻：緩冷，以免產(chǎn)

6、生新的應(yīng)力。第12頁/共70頁 7、再結(jié)晶退火v定義：將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，使變形的晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蚣?xì)小的等軸晶粒而消除加工硬化的熱處理工藝過程。v工藝： 加熱溫度：T 再150250 T 再：與成分、變形度有關(guān)，純鐵：450 鋼：650700。 保溫時間：1-3h。 冷卻方式：空冷。 中間退火或最終熱處理。第13頁/共70頁2 鋼的正火（正?；虺；﹙定義：將鋼加熱到c3（或cm）以上的某溫度，完全化后，保溫，空冷以得到珠光體類型的組織，稱為正火。v目的：改善切削加工性能：消除熱加工缺陷；普通結(jié)構(gòu)件：要求不高，可以作為最終熱處理來應(yīng)用；第14頁/共70頁第15頁/共70頁v

7、正火后的組織： 含碳量0.6：少量； 含碳量在0.61.4之間：v 正火的實質(zhì)： 奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變；v 正火與退火的比較： 實質(zhì)上：正火是退火的一個特例； 共同點：；擴散型相變，得到軟韌組織 不同點：工藝上，組織上，性能上；第16頁/共70頁17v正火的應(yīng)用 改善鋼的切削加工性（含碳低于0.25%的-HB140-190）； 消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作準(zhǔn)備 （抑制二次碳化物的析出，獲得偽共析體。） 消除熱加工缺陷（中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件、焊接件的魏氏組織、粗大晶粒、帶狀組織） 提高普通結(jié)構(gòu)件的機械性能第17頁/共70頁v 退火和正火的選取原則（）0.25的低碳鋼，采用正火，利于切

8、削加工；防止游離三次滲碳體的析出，提高工件的冷變形性。（）0.250.5的中碳鋼，也采用正火，因成本低；（）.5.75%的中高碳鋼，一般采用完全退火；（）.75% 的高碳鋼，一般采用球化退火，便于降低硬度，改善切削加工性。 （ 5 ）含碳量、合金元素高，奧氏體穩(wěn)定高，緩冷得到馬氏體和貝氏體，應(yīng)高溫回火。第18頁/共70頁3鋼的淬火v定義： 將鋼加熱到臨界點（c3或c1）以上的某溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度的冷速冷卻以獲得馬氏體（或下貝氏體）組織的熱處理工藝叫做淬火。v目的：強硬化；v工藝特點： 關(guān)鍵：加熱溫度、冷速足夠大； 帶來的問題：內(nèi)應(yīng)力；第19頁/共70頁1、淬火應(yīng)力 1)熱應(yīng)力：工件

9、加熱或冷卻時由于內(nèi)外溫差導(dǎo)致熱脹冷縮不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 將工件加熱到Ac1以下保溫后快冷，其表面和心部溫度及熱應(yīng)力。 影響因素:冷速、加熱溫度、截面尺寸、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)。第20頁/共70頁2)組織應(yīng)力 工件在冷卻過程中，由于內(nèi)外溫差造成組織轉(zhuǎn)變不同時，引起內(nèi)外比容的不同變化，而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 奧氏體-珠光體-貝氏體-馬氏體，比容逐漸增大，體積膨脹。 與熱應(yīng)力正好相反。表面：壓拉 影響因素：化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、鋼件結(jié)構(gòu)尺寸、導(dǎo)熱性、冷速、淬透性等。第21頁/共70頁3)實際工件的淬火應(yīng)力 組織應(yīng)力和熱應(yīng)力的迭加，很復(fù)雜。 與鋼中的碳和合金元素、工件尺寸、 淬火介質(zhì)、冷卻方法有關(guān)； C%

10、高，馬氏體的比容提高，組織應(yīng)力提高； C%高，Ms點下降，組織應(yīng)力下降。總之，含碳量越高，組織應(yīng)力越大。 合金元素：導(dǎo)熱性下降，熱、組應(yīng)力均增加。奧氏體越穩(wěn)定，組織應(yīng)力越大。 工件尺寸：大，心部不易得到M，熱應(yīng)力越大。 淬火介質(zhì)：高溫區(qū)冷卻快，熱應(yīng)力大；Ms點 冷卻快，組織應(yīng)力大。 減小工件淬火應(yīng)力的方法： 溫差減小。第22頁/共70頁2、淬火加熱溫度：v原則：得到均勻細(xì)小的組織，以便冷卻后得到均勻細(xì)小的馬氏體組織；v亞共析鋼：c33050v共析、過共析鋼：c13050v合金鋼: 低合金鋼：c1或c3+ 50100 ； 高合金鋼：溫度更高； （考慮合金元素的作用，淬火加熱溫度應(yīng)相應(yīng)提高，以使合

11、金元素的作用充分發(fā)揮） 亞共析鋼組織 :細(xì)小板條M +少量殘余奧氏體； 過共析鋼組織:隱晶M 細(xì)小碳化物殘余奧氏體第23頁/共70頁v淬火加熱溫度選取原因： 若亞共析鋼于c3以下溫度淬火，在淬火組織中將出現(xiàn)鐵素體，造成軟點；也不能超過Ac3太多，否則晶粒粗大。 若過共析鋼于cm以上溫度淬火，奧氏體的含碳量提高，Ms和Mf點降低，將使殘余奧氏體量增加，導(dǎo)致淬硬性的降低；同時，粗化，將會在淬火組織中出現(xiàn)粗大的片狀高碳孿晶馬氏體，增加鋼的脆性。 例：球狀珠光體的T8鋼分別在600 、780 、1000 淬火：第24頁/共70頁254、淬火冷卻介質(zhì)對淬火介質(zhì)的要求： 冷速大于臨界淬火速度； 理想的冷速

12、； 無毒、無公害； 價格便宜、性能穩(wěn)定； 慢650快慢400 ; 圖為理想淬火介質(zhì)冷卻曲線。3、淬火加熱時間： 原則：保證零件內(nèi)外達(dá)到規(guī)定的溫度， 完成組織轉(zhuǎn)變；第25頁/共70頁 常用冷卻介質(zhì)：表10-1所示：水：中-慢，低-快。 使用溫度：； 適用于：尺寸不大，形狀簡單的碳鋼工件鹽水、堿水：中-快，低-快。使用溫度：；適用于：碳鋼、低合金鋼；油： 中-慢，低-慢使用溫度：；適用于：合金鋼；低溫硝鹽：50%KNO3+50%NaNO2;熔點：145；使用溫度：160500;適用于：油淬不硬，水淬開裂的碳鋼；第26頁/共70頁第27頁/共70頁28、常用淬火方法v單液淬火法：圖適用：形狀簡單、尺

13、寸較大的工件；優(yōu)點：簡便、易于實現(xiàn)機械化；缺點：易變形、開裂；預(yù)冷淬火法v雙液淬火法（水淬油冷）：圖優(yōu)點：減少變形；缺點：難以控制；v分級淬火法：冷卻介質(zhì)為低溫鹽浴、堿浴.圖適用：尺寸較小，形狀復(fù)雜的工件；優(yōu)點：減小內(nèi)應(yīng)力，減小變形、開裂；缺點：工件尺寸不能太大；第28頁/共70頁第29頁/共70頁第30頁/共70頁、鋼的淬透性：如圖 淬透層（淬硬層）：冷卻速度大于臨界淬火速度，淬成馬氏體的部分；淬透層的確定：由表面到（半馬氏體）處的厚度；原因 如圖鋼中半馬氏體的硬度主要取決于含碳量，如圖影響淬硬層深度的因素： 、成分 、介質(zhì)的冷卻能力、工件尺寸第31頁/共70頁v 注意:v 注意:淬硬性與淬

14、透性的區(qū)別： 淬硬性：鋼淬火時，獲得的的最高硬度（鋼 淬火時的硬化能力）；取決于M中的含碳量 第32頁/共70頁第33頁/共70頁第34頁/共70頁第35頁/共70頁 3)淬透性的測定方法臨界淬火直徑法：是指鋼在某種淬火介質(zhì)中能完全淬透（心部馬氏體的體積分?jǐn)?shù)為50%或90%、95%）的最大直徑（Dc）。 Dc越大，鋼的淬透性越好。條件是淬火介質(zhì)相同。Dc油 Dc水-，但- 概念直觀，但測定費時費力。 意義：選擇鋼種、熱處理工藝、淬火介質(zhì)。末端淬火法 奧氏體化后，迅速放入實驗裝置。水溫20-30，水柱高為655mm，兩側(cè)各磨去0.2-0.5mm，隔1.5mm。第36頁/共70頁37第37頁/共7

15、0頁38根據(jù)淬透性曲線，通常用J（HRC/）表示鋼的淬透性，例如，（40/6）表示在淬透性帶上距末端6處的硬度為HRC40。v鋼的淬透性對機械性能的影響：淬透的鋼回火后性能由表面到心部都一致；沒淬透的鋼，回火到與同一硬度時，表心組織不同，性能不同，心部的強度和韌性低；選材時應(yīng)注意：淬透性、變形、開裂。第38頁/共70頁 4鋼的回火v 定義： 將淬火鋼加熱到以下某溫度，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當(dāng)?shù)姆绞剑绽洌├鋮s到室溫的熱處理工藝過程稱為回火。v 類型： 低溫回火 、中溫回火、 高溫回火第39頁/共70頁、低溫回火：v 回火溫度：150250的回火；v 回火組織：回火馬氏體v 性能特點：

16、保持馬氏體的高硬度和高耐磨性， 適當(dāng)?shù)奶岣吡隧g性；v 適用：刃具、量具、滾動軸承、滲碳件及 高頻表面淬火的工件。v 特點：較高的硬度和強度第40頁/共70頁、中溫回火：v回火溫度：v回火組織：回火屈氏體v性能特點：高的彈性極限v適用：彈性元件的熱處理第41頁/共70頁42、高溫回火：v回火溫度：50060v回火組織：回火索氏體v性能特點：綜合機械性能優(yōu)良v適用：各種軸類、連桿、連桿螺栓、汽車半軸、 機床主軸及齒輪的熱處理；v調(diào)質(zhì)處理：淬火高溫回火；第42頁/共70頁、工藝參數(shù)：v 回火時間：；如圖所示；v 回火冷卻：空冷（對于存在高溫回脆的工件： 空冷水冷、油冷低溫回火） v 回火溫度：所要求

17、的硬度越高，回火溫度越低；v 高合金鋼在600-680 軟化退火。第43頁/共70頁第44頁/共70頁 三、淬火加熱的缺陷 、過熱：概念：加熱溫度過高、保溫時間過長，造成的粗大的晶粒組織；危害：淬火裂紋；體粗大；補救辦法：延長回火時間（輕）；退火后重新加熱淬火（嚴(yán)重） 、過燒：概念：加熱溫度過高造成的局部晶界熔化現(xiàn)象。危害：設(shè)備失靈只能報廢：第45頁/共70頁 、氧化：概念：工件表面與O2、H2O、CO2等反應(yīng)生成了 氧化鐵，使金屬鐵被損失掉；加熱溫度570 ，F(xiàn)e3O4致密; 570 ，F(xiàn)eO松散。危害：尺寸、性能不均、光潔度防止：低溫短時加熱；鹽浴加熱、保護氣氛加熱或刷涂料； 第46頁/共

18、70頁、脫碳： 概念：工件表面的碳參與反應(yīng)而燒損； C-Fe+O2=CO2， C-Fe+ CO2=2CO C-Fe+H2O=CO+H2 ，C-Fe+ 2H2=CH4 危害：硬度、耐磨性、疲勞性。 防止：改變爐內(nèi)氣氛（碳勢）；保護加 熱或刷涂料。第47頁/共70頁485其它類型的熱處理 一、鋼的形變熱處理v定義： 將塑性變形和熱處理有機的結(jié)合在一起的一種復(fù)合熱處理工藝v優(yōu)點： 強 、塑、韌、節(jié)能v分類： 高溫形變熱處理、低溫形變熱處理：第48頁/共70頁1、高溫形變熱處理v 性能：強度高， 塑 性、低溫韌性都提高v 適用：普通碳鋼、低合金鋼v 強韌化原因：第49頁/共70頁、低溫形變熱處理v 適

19、用：合金鋼v 性能：提高抗拉強度和疲勞強度v強化原因：晶粒、亞晶細(xì)化、K細(xì)小、孿晶減少。v缺點：工藝難第50頁/共70頁二、鋼的表面淬火v概念：將工件表面快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻后，使工件表面層獲得淬火組織的熱處理方法。v目的：表硬心韌；v種類： 感應(yīng)加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火 電解液加熱表面淬火 電接觸加熱表面淬火 激光加熱表面淬火第51頁/共70頁、感應(yīng)加熱表面淬火 概念:利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在工件表面產(chǎn)生密度很高感生電流，使工件表面迅速被加熱的一種淬火方法。 一般,電流的頻率越高，加熱深度就越小，加熱速度越快。第52頁/共70頁53 種類:）高頻加熱表面淬火 電流頻率：801000

20、KHz，硬化層深度：0.5mm； 適用：中小模數(shù)齒輪、小軸）中頻加熱表面淬火 電流頻率：25008000Hz；硬化層深度： 36mm； 適用：曲軸、凸輪軸、大模數(shù)齒輪、鋼軌）工頻加熱表面淬火 電流頻率：50Hz；硬化層深度: 1015mm 適用：大直徑鋼材、大工件。第53頁/共70頁 特點:）加熱速度快;）工件表面形成隱晶馬氏體，壓應(yīng)力，有利于疲勞壽命的提高;）硬度、耐磨性比普通淬火的耐磨性高;）不易產(chǎn)生氧化和脫碳，變形??；）生產(chǎn)率高，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。 6 ）設(shè)備費用高。第54頁/共70頁n 工藝：淬火加熱溫度：AC3（150200），不保溫冷卻：噴水；低溫回火：150180，降應(yīng)力。n

21、預(yù)處理：對于心部性能要求高的零件:調(diào)質(zhì)處理;對于心部性能要求不高的零件:正火處理；n 適用：中碳鋼、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼；第55頁/共70頁三、鋼的化學(xué)熱處理v定義： 將工件放入某種化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻使介質(zhì)中的某些元素的原子擴散到表層中，以改變表層的化學(xué)成分和組織，從而使其表層具有與心部不同的特殊性能的一種操作。v優(yōu)點：可獲得表硬心韌的性能；v分類：根據(jù)滲入元素的不同，可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等；第56頁/共70頁v 基本操作： 將工件加熱到一定溫度，從而有利于吸收 滲入元素的“活性原子”；由化合物分解或離子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素的“活性原子”；例如：滲碳CO、CH4分解出C；滲氮氨氣分

22、解出N。 活性原子被吸附，并溶入工件表面，形成固溶體，在活性原子的濃度很高時，還可以形成化合物； 滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)擴散，形成一定的擴散層；第57頁/共70頁1、鋼的滲碳： 定義：向鋼的表面層滲入碳原子的過程。 目的：使工件在熱處理后表面具有高硬度和高耐磨性，而心部仍保持一定的強度和較高的塑性和韌性； 分類：氣體滲碳法、固體滲碳法、液體滲碳法； 適用: 低碳鋼；第58頁/共70頁1.1 氣體滲碳法：將工件置于密封的加熱爐中，通入氣體滲碳劑（如：滴入煤油、通入甲烷、丙烷等），在900950加熱，保溫、使鋼件表面層增碳的過程；第59頁/共70頁 氣相反應(yīng)： CH4C+2H2；2COC

23、+CO2；CO+H2C+H2O； 活性碳原子溶入高溫奧氏體中，而后向鋼的內(nèi)部擴散，實現(xiàn)滲碳； 工藝參數(shù)： 加熱溫度：Ac3以上5080，即900950，T滲碳速度滲碳層； 但溫度過高，會使鋼件中的晶粒長大，使鋼變脆； 保溫時間：所需的滲碳層滲碳時間；第60頁/共70頁 滲碳后的組織: 低碳鋼滲碳后緩冷： 表面層：P+Fe3C；（滲碳后表層的最佳含碳量為：0.851.05%） 心部:F+P（心部為原材料的含碳量：010.25%） 中間為過渡層, 越靠近表面鐵素體越少;如圖 第61頁/共70頁滲碳后的熱處理:n滲碳后應(yīng)進行適當(dāng)?shù)臒崽幚?以獲得表硬心韌的性能,一般為淬火+低溫回火,具體做法有:直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法；n熱處理后組織： 表層：針狀回火馬氏體+滲碳體+少量殘