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文檔簡(jiǎn)介
1、鋼的熱處理工藝簡(jiǎn)介鋼的熱處理工藝簡(jiǎn)介 鋼的退火鋼的退火一、一、鋼的退火鋼的退火: 將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上,保溫一定時(shí)間,然后緩 慢冷卻(爐冷、坑冷、灰冷)到600以下再空冷 (一)退火目的(一)退火目的1 1、降低硬度,提高切削加工性、降低硬度,提高切削加工性 經(jīng)鑄、鍛、焊成形的工件,硬度偏高,退火 后硬度降至200250Hv。2 2、提高塑性,便于冷變形加工提高塑性,便于冷變形加工 消除加工硬化,塑性便于進(jìn)行隨后的冷 沖、冷軋、冷撥等(一)退火目的(一)退火目的3 3、消除組織缺陷,改善性能、消除組織缺陷,改善性能 鑄、鍛、焊等壓力加工時(shí),沿壓延方向出現(xiàn)兩種組 織交替層狀分布(帶狀組織),造成
2、鋼材各向異 性,橫向塑性、韌性明顯降低 (帶狀組織?)4 4、淬火過熱反修、消除偏析、脫除氧氣等、淬火過熱反修、消除偏析、脫除氧氣等 退火消除過熱影響再淬火,擴(kuò)散退火消除偏析、脫 氫退火脫除氫氣return鋼的退火鋼的退火1 1、完全退火完全退火 主要用于亞共析鋼,目的是細(xì)化晶粒、消除過熱缺陷,塑性,便于冷加工 加熱溫度加熱溫度 t=Act=Ac3 3+ +(20502050) 加熱速度、不加限制(但對(duì)高合金鋼和大型件,加熱不善易引起變形開裂) 保溫時(shí)間 1h/25 mm 冷卻冷卻 保證保證A A1 1650 650 發(fā)生轉(zhuǎn)變發(fā)生轉(zhuǎn)變 C素鋼V冷 100200/h 600出爐鋼的退火鋼的退火2
3、 2、等溫退火(與、等溫退火(與1 1類似)類似) 奧氏體化的鋼快冷至A1以下某溫度并保 溫,保證工件內(nèi)外部在同一溫度轉(zhuǎn)變,使 工件各部分得到的組織和性能均勻一致。 利用C曲線確定等溫溫度和時(shí)間 與普通退火相比:組織性能更均勻,與普通退火相比:組織性能更均勻, 工藝可控性增強(qiáng),盡量采用。工藝可控性增強(qiáng),盡量采用。鋼的退火鋼的退火3 3、擴(kuò)散退火、擴(kuò)散退火 主要用于合金鋼鑄錠和鑄件,消除晶內(nèi)偏析,使 成份均勻化(合金元素的原子充分?jǐn)U散) 加熱溫度加熱溫度 t=Ac3+(150-200) 保溫時(shí)間保溫時(shí)間:1015h左右 溫度高、時(shí)間長、高成本工藝,不僅能耗高、 燒損,設(shè)備折舊大。且組織易過熱,必
4、須完全 退火細(xì)化晶粒,所以不是十分重要的零件或工具 不采用此工藝鋼的退火鋼的退火4 4、去應(yīng)力退火、去應(yīng)力退火 (鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機(jī)加工件), 在精加工或淬火前去應(yīng)力(提高尺寸穩(wěn)定性或防止 淬火變形開裂) 加熱溫度低于加熱溫度低于A A1 1,在500-600之間緩冷,至 200出爐鋼的退火鋼的退火5 5、球化退火球化退火 所有共析鋼、過共析鋼共析鋼、過共析鋼都必須運(yùn)用的熱處理方法。共析鋼和過共析鋼主要用于制造硬度要求高的零件或工具,如軸承,刀具,模具,量具等。這類鋼的特點(diǎn)是淬透性很強(qiáng),即十分容易得到高硬度的馬氏體,有的甚至在空氣中冷卻即可得到馬氏體,如 W18Cr4V。 高的硬
5、度使切削加工無法進(jìn)行,球化退火硬度便于機(jī)加工,并為淬火作準(zhǔn)備。球化退火球化退火組織:粒狀珠光體組織:粒狀珠光體加熱和保溫所得組織要求:加熱和保溫所得組織要求:奧氏體中保留大量未溶的C化物顆粒,C濃度的顯微不均勻,使C化物均勻彌散析出并球化。工藝特點(diǎn):低溫短時(shí)加熱 t=Act=Ac1 1+ +(20-5020-50) A A1 1AcAccmcm之間之間,兩相區(qū)加熱,冷卻要緩慢。奧氏體化越均勻充分,冷速越要小,否則冷速可大些,600出爐空冷共析鋼原始組織的粗大網(wǎng)狀共析鋼原始組織的粗大網(wǎng)狀C C化物,先正火,再球化退火化物,先正火,再球化退火鋼的正火鋼的正火 過程:過程:將鋼加熱至上臨界點(diǎn)(Ac3
6、,Accm)以上, 進(jìn)行完全奧氏體化,然后在空氣中冷卻 (夏天有時(shí)吹風(fēng)或噴霧)正火目的:正火目的:1、細(xì)化組織,消除熱加工中造成的過熱缺陷;2、用于低碳鋼(C0.3%),提高硬度,改善切削性 能,硬度太低,“粘刀”,且光潔度很差。正火增 加P彌散度和偽共析量,提高硬度。3、用于高碳鋼,消除網(wǎng)狀C化物便于球化退火。(Fe C相圖,網(wǎng)狀C化物的形成)4、過熱淬火件返修,大件熱處理代替淬火等等,不太 重要的工件在正火狀態(tài)下使用。6.676.67Lreturn 1H: 0.09J: 0.17B :0.53Areas:, ANH,NJBES, AHB, NHJ,JECB,CDF,GPS,ESKF, Li
7、nes:HJB, ECF,PSKPoints:E, S, CA鋼的正火工藝鋼的正火工藝1 1、加熱溫度加熱溫度 低低C C鋼鋼 t=Act=Ac3 3+ +(100150100150) 中中C C鋼鋼 t=Act=Ac3 3+(50100) +(50100) 高高C C鋼鋼 t=Act=Accmcm+ +(30503050) 加熱溫度高于退火,加熱溫度高于退火, 含含C C量量,正火溫度,正火溫度 含含C C多,多,C C化物多,相界面積大,有利形核長大(形化物多,相界面積大,有利形核長大(形成什么核?);成什么核?);2 2、冷卻方式、冷卻方式:空氣冷卻,對(duì)大件或環(huán)境溫度高時(shí)空氣冷卻,對(duì)大件
8、或環(huán)境溫度高時(shí) 可吹風(fēng)或噴霧??纱碉L(fēng)或噴霧。鋼的淬火鋼的淬火 鋼的淬火:鋼的淬火:將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上,保溫一定時(shí)間, 然后在水或油等冷卻介質(zhì)中快速冷卻。淬火目的:淬火目的:為了得到馬氏體。馬氏體回火得到最終所需要的 組織1 1、提高硬度和耐磨性、提高硬度和耐磨性,刃具、模具、量具、軸承,要求硬 而耐磨馬氏體或下貝氏體 + 低溫回火。2 2、提高彈性,、提高彈性,彈簧鋼、要求強(qiáng)度高,彈性好,中C、高C鋼制 造并淬火成馬氏體+中溫回火, 3 3、提高強(qiáng)韌性、提高強(qiáng)韌性,軸、齒輪等,要求強(qiáng)度高,韌性好,用中低 C鋼制造,淬火高溫或低溫回火,提高強(qiáng)韌性。 齒輪的制造?總之淬火可提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐
9、磨性,強(qiáng)性韌性、疲勞強(qiáng)度等。常用的淬火冷卻方式常用的淬火冷卻方式1 1、預(yù)冷淬火、預(yù)冷淬火,工件從加熱爐中取出,先預(yù)冷到一定溫度再淬火,(減少激冷程度,減少工件內(nèi)外溫差,從而減少淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形開裂 兩種方式:空氣中預(yù)冷,或移至另一爐中等溫預(yù)冷。2 2、單液淬火、單液淬火:冷卻特性不理想,難免變形開裂。3 3、雙液淬火、雙液淬火:工件先在一種快速冷卻劑中冷卻,300左右,立即轉(zhuǎn)入另一種緩和的介質(zhì)中冷卻,降降低馬氏體區(qū)的冷速,減小淬火應(yīng)力,防止變開裂。低馬氏體區(qū)的冷速,減小淬火應(yīng)力,防止變開裂。 缺點(diǎn):雙淬轉(zhuǎn)換時(shí)刻不好掌握,過早淬不硬,過遲,易淬裂。常用的淬火冷卻方式常用的淬火冷卻方式4 4
10、、分級(jí)淬火、分級(jí)淬火 將奧氏體化的工件淬入略高于或略低于Ms的熔鹽(鹽?。┲?,待工件內(nèi)外溫度均勻后,從熔鹽中取出,置于空氣中冷卻。適用于小尺寸工件,刀具、量具,要求精密度高,內(nèi)外均溫后進(jìn)入馬氏體區(qū),大大減小淬火應(yīng)力,防止變形開裂。 分級(jí)時(shí)間,工件內(nèi)外均溫即可,一般25分鐘。常用的淬火冷卻方式常用的淬火冷卻方式5 5、等溫淬火、等溫淬火 將奧氏體化后工件淬于略高于Ms ,溫度的熔鹽中,停留足夠時(shí)間,使工件恒溫轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑惢w,轉(zhuǎn)變結(jié)束后將工件取出空氣中冷卻,適用于中碳以上的鋼,下貝氏體與淬火回火(針狀馬氏體)時(shí)相比,硬度相當(dāng),但韌性好,變形小,處理刀具、模具、齒輪等形狀復(fù)雜或尺寸要求精確的工件。
11、低C鋼一般不用等溫淬火,因?yàn)榈虲貝氏體性能不如回火馬氏體好。分級(jí)淬火分級(jí)淬火:分級(jí)時(shí)間短(25min),不發(fā)生任何轉(zhuǎn) 變,全部為馬氏體轉(zhuǎn)變。等溫淬火等溫淬火:等溫時(shí)間長(0.5h)以上至數(shù)小時(shí),下貝 氏體。 加熱溫度加熱溫度,亞共析鋼 t=Ac3+(30-70) 共析、過共析鋼 t=Ac1+(3070)亞共析鋼:亞共析鋼:完全淬火,Ac3以上,不完全淬火導(dǎo)致殘存鐵素體,(馬氏體中有如“孔洞”)嚴(yán)重影響鋼的強(qiáng)度,韌性。過共析鋼過共析鋼:Ac1Accm ,不完全淬火,使淬火組織中保留一定數(shù)量細(xì)小,彌散的C化物顆粒,以提高耐磨性(通過控制C化物數(shù)量,控制A的C濃度及合金濃度;從而控制馬氏體成分,組織
12、和性能)碳素工具鋼碳素工具鋼:t=Ac1+30-70, 合金鋼,高合金鋼,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Ac1接近Accm,保證中可能高的合金濃度。(二)淬火加(二)淬火加熱熱加熱或冷卻速度對(duì)臨界溫度的影響 PSA3Ac3Ar3AccmArcmAcmA1Ac1Ar1C, wt.%T,Greturn淬火加熱淬火加熱生產(chǎn)中不允許過共析鋼加熱到生產(chǎn)中不允許過共析鋼加熱到AcAccmcm以上完全淬火以上完全淬火因?yàn)槿粢驗(yàn)槿鬋 C化物完全溶入化物完全溶入有多方面害處:有多方面害處:1、C化物完全溶入,C濃度過高,淬火時(shí)全部形成針狀馬氏體,脆性大。并且殘 ,尺寸不穩(wěn)定性。2、C化物完全溶入 ,淬火后,組織中失去硬而耐磨的C化物
13、顆料,耐磨性3、C化物全部溶解,失去阻礙晶粒長大的C化物顆粒,易過熱,淬火后馬氏體粗大,脆性增大,強(qiáng)度下降,抗疲勞性能4、C化物溶解太多,C濃度過高,比容變化,變形 開裂傾向。5、C化物溶解太多,加劇脫C,不易淬硬,反淬裂。鋼的淬火鋼的淬火(三)淬火冷卻:(三)淬火冷卻:冷卻是淬火的關(guān)鍵工序,關(guān)系到淬火質(zhì)量的好壞。 快冷:碳鋼水冷 合金鋼油冷 目的:防止過冷A在Ms點(diǎn)以上發(fā)生任何分解。 600400溫度分解快,只要在此期間快冷,其它溫度不需要,Ms點(diǎn)以下反而希望冷卻慢些,以防止變形開裂。 冷卻介質(zhì)的選擇原則 快冷并非越快冷越好,在保證淬硬的前提下,盡量選擇緩和的介質(zhì),以減小淬火變形和開裂。 對(duì)
14、冷卻介質(zhì)的要求是:要求的淬火硬度和深度、淬火變形不超過公差范圍,不出現(xiàn)淬火組織缺陷,不開裂鋼的淬火鋼的淬火(四)鋼的淬透性(四)鋼的淬透性 鋼的熱處理工藝性能,表示鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層深度。淬透性取決于奧氏體的化學(xué)成分淬透性取決于奧氏體的化學(xué)成分(注意:而非鋼材成分)、晶粒度、均勻性決定的過冷奧氏體的穩(wěn)定性,或鋼的臨界冷卻速度。1 1、奧氏體化學(xué)成份、奧氏體化學(xué)成份:C濃度越接近共析,越穩(wěn)定,淬透性越 大,合金元素,淬透性(Co 除外)。2 2、成份均勻性、成份均勻性: 越均勻、淬透性越大。3 3、奧氏體晶粒:、奧氏體晶粒: 越粗大,淬透性好4 4、未溶第二相:、未溶第二相:未溶第二相越
15、少,淬透性越高。(為什么第 二相的數(shù)量越多,淬透性越低?)(五)冷處理:(五)冷處理:室溫淬火過程在零下溫度的繼續(xù),零下淬 火,(通常冷卻至-60 -80),目的是為了減 少殘余奧氏體量,以提高硬度。 組織應(yīng)力組織應(yīng)力 冷卻或加熱中由于工件內(nèi)外存在溫差,使得組織轉(zhuǎn)變先表面后心部先表面后心部,從而內(nèi)外比容變化不同,造成“組織應(yīng)力”或“相變應(yīng)力”(六)淬火變形和開裂(六)淬火變形和開裂 : 淬火變形開裂的原因是淬火應(yīng)力。 淬火應(yīng) 力分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,成因和作用不 同。 熱應(yīng)力熱應(yīng)力:由于工件各部分存在溫度差,因 而熱脹冷縮不一致所造成的內(nèi)應(yīng)力。鋼的回火鋼的回火回火回火,將淬火鋼重新加熱到A1點(diǎn)
16、以下的預(yù)定溫度,保溫預(yù)定 時(shí)間,然后冷卻下來。回火緊接在淬火后,決定著鋼 在使用狀態(tài)的組織和性能。 回火中鋼組織性能的變化前已敘述,生產(chǎn)中實(shí)際采用的回火方式:低溫回火低溫回火(150200),回火馬氏體,硬而耐磨,強(qiáng)度 高,多用于刃具,量具、冷中模具,滾動(dòng)軸承等。中溫回火中溫回火:(400-500),回火屈氏體,(屈強(qiáng)比)彈性 好,彈簧。高溫回火高溫回火(500650),回火索氏體,強(qiáng)度和韌性的綜合 性能高,用于軸類,連桿等,“調(diào)質(zhì)”處理。高溫軟化回火高溫軟化回火,低于A1(2040),馬氏體鋼的軟化 等,代替球化退火。 鋼的表面淬火鋼的表面淬火 表面淬火:表面淬火:快速加熱表層奧氏體化,然后
17、淬火,心部組織并不變化。有感應(yīng)加熱表面淬火,火焰加熱表面淬火,鹽浴加熱表面淬火等一、感應(yīng)加熱表面淬火一、感應(yīng)加熱表面淬火:利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象:利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象 工件置于感應(yīng)線圈內(nèi),線圈通電產(chǎn)生交變磁場(chǎng),工件表面層產(chǎn)生巨大渦流快速加熱。隨后噴水或浸水淬火。電流頻率越高,淬硬層越薄,(但表面升溫速度快)高頻: 8mm 50HZ優(yōu)點(diǎn):加熱速度快,生產(chǎn)率高鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理二、火焰加熱表面淬火二、火焰加熱表面淬火, (0.86mm)深的淬火硬化層。 氣體燃料與在氧氣或空氣中燃燒(2000以上),當(dāng)乙炔和氧氣1:1時(shí),火焰溫度最高,可達(dá)3000,氧炔焰。優(yōu)點(diǎn):設(shè)備簡(jiǎn)單,使用方便成本低等。缺點(diǎn):不
18、易控制加熱溫度,易過熱,且淬火質(zhì)量不易均一。鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理 鋼件置于一定溫度的化學(xué)活性介質(zhì)中,使一種或幾種元素的原子滲入鋼件表面,改變鋼件表層化學(xué)成份,獲得預(yù)期的組織和性能??衫肅素鋼,低合金鋼代替高合金鋼,降低成本。 一、鋼的滲一、鋼的滲C C 用于齒輪、活塞、銷軸等工件,需承受彎、扭,交變載荷,沖擊載荷,很大接觸應(yīng)用和磨損的情況低C鋼件,滲C性介質(zhì)(COC+CO2(放熱)、(CH4C+H2(吸)、(固體滲C劑),加熱至單相奧氏體區(qū)(930左右),保溫足夠長時(shí)間,使表面層C濃度提高,。C鋼件都是C0.10.25%的低C鋼(C素鋼、低合金鋼),而表面C0.81.1%,合適滲C層厚度。滲C后工件進(jìn)行淬火+低溫回火 心部:低心部:低C C回火馬氏體回火馬氏體+ +殘殘A A(或或+ +P+P) 表面:細(xì)針、隱晶馬氏體表面:細(xì)針、隱晶馬氏體+ +殘殘A A鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理用于表面要求高硬度、高耐磨性,而心部強(qiáng)而韌的合金工模鋼(表面Hv9501200)相當(dāng)于HRC6572),超過工模具本身熱處理所能得到的硬度。向鋼表面滲入氮,形成富氮硬化層。表面N化物硬,由外向內(nèi),分別為Fe2N、 Fe3N、
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