T12鋼熱處理工藝

1、湖南有色金屬職業(yè)技術學院熱處理課程設計金屬材料與熱處理技術課程設計題 目：T12鋼熱處理工藝課程設計 院 （系）： 冶金材料系 專業(yè)年級： 材料1201 負 責 人： 陳博 唐磊，楊亞西， 合 作 者： 譚平，潘佳偉，多杰仁青 指導老師： 羅珍 2013年12月湖南有色金屬職業(yè)技術學院熱處理課程設計熱處理工藝課程設計任務書系部冶金材料系專 業(yè)金屬材料與熱處理技術學 生 姓 名陳博，楊亞西，唐磊，譚平，多杰仁青，潘佳偉課程設計題目T12設計任務：1，課程設計的目的：為了使我們更好地了解碳素工具鋼的性能及其熱處理工藝流程。培養(yǎng)學生綜合運用所學的熱處理課程的知識去解決工程問題的能力，并使其所學知識得

2、到鞏固和發(fā)展。學習熱處理工藝設計的一般方法，熱處理設備選用和裝夾具設計等進行熱處理設計的基礎技能訓練。2. 課程設計的任務分組（碳素工具鋼T12）：銼刀的熱處理工藝 （唐 磊）：熱處理后的組織金相分析 （陳 博）：淬火 （潘佳偉）：回火 （多杰仁青）：局部淬火 （譚 平）：缺陷分析 （楊亞西）3. 課程設計的內(nèi)容：T12鋼熱處理工藝設計流程4參考文獻：【1】詹艷然，吳樂堯，王仲仁金屬體積成形過程中溫度場的分析塑性工程學報，2001，8(4)【2】葉衛(wèi)平，張覃軼熱處理實用數(shù)據(jù)速查手冊機械工業(yè)出版社2005，59-60 【3】許天己鋼鐵熱處理實用技術化學工業(yè)出版社2005，134"136

3、 設計進度安排：第一周 周一周二 鋼的普通熱處理工藝設計理論學習 周三周五 分組進行典型金屬材料的熱處理工藝設計第二周 周一周三 撰寫設計說明書 周四周五 答辯指導教師（簽字）： 年 月 日熱處理工藝卡 熱處理工藝卡材料牌號T12零件重量銼刀400g工藝路線 熱軋鋼板沖壓下料退火校直銑或刨側面粗磨半精磨剁齒淬火加回火。技術條件檢驗方法硬度HRC60-62，HB207洛氏硬度計，布氏硬度計金相組織珠光體，馬氏體和滲碳體金相觀察力學性能硬度：退火，207HB，壓痕直徑4.20mm；淬火：62HRC布氏法，洛氏法工序號工序名稱設備裝爐方式及數(shù)量加熱溫度保溫時min冷卻介質(zhì)溫度冷卻時間min1預熱加熱

4、爐-550-650加熱時間的5-6倍-2球化退火退火爐-760-7702-4h空氣550-6004h3淬火保護氣氛爐-770-780-水150-200104低溫回火回火爐-160-1800.75-1h空氣15060編制人陳博編制日期2013.12.11審核日期2湖南有色金屬職業(yè)技術學院熱處理課程設計目錄基本資料.4工藝規(guī)范.5T12銼刀熱處理.61銼刀材料的選擇 .62銼刀的熱處理工藝 .62.1 球化退火的具體工藝.6 2.2 T12鋼制銼刀，其工藝路線如下：.62.3淬火.7 2.4回火.8 2.5 局部淬火 .9 3 熱處理后組織金相分析 .9 4質(zhì)量檢驗 .145缺陷分析.15參考文獻

5、.1616序號牌號化學成分CMnSiSP不大于1T70.65-0.740.40 0.35 0.030 0.0352T80.75-0.843T8Mn0.80-0.900.40-0.604T90.85-0.940.405T100.95-1.046T111.05-1.147T121.15-1.248T131.25-1.35表1、碳素工具鋼化學成分工藝規(guī)范1、 臨界點溫度 (近似值)Ac1 =730°C 、, Accm =820°C 、 Ar1 =700°C2、 正火規(guī)范正火溫度 850870°c, 空冷, 硬度 269 341HBW3、普通退火規(guī)范退火溫度 7

6、60 770°C, 保溫2 4h, 再以 <30°C/h 冷速, 隨爐緩冷到 500 600°C,出爐空冷。4、等溫球化退火規(guī)范1) 760 770°C ×2 4h, 680700°C ×4 6h, 等溫后爐冷到 500 600°C, 出爐空冷, 硬度207HBW2) 750 770°C ×12h, 680 700°C ×2 -3h, 硬度 179 207HBW, 珠光體組織24級, 網(wǎng)狀碳化物等級2級。5、調(diào)質(zhì)處理規(guī)范淬火溫度800820°C,油冷; 回火溫

7、度640680°C,保溫時間23h, 球化級別：3 5 級, 硬度 183 207HBW。6、普通淬火、回火規(guī)范淬火溫度760780°C,水冷、油雙液冷卻或堿浴冷卻. 硬度62HRC, 回火溫度(180 ±10)°C 。7、薄片切斷刀微變形處理1) 調(diào)質(zhì)處理: 760 770°C ×4. 25min 淬入三硝水介質(zhì), 600 610°C × 1h 空冷回火。2) 最終熱處理: 850 860°C × 80s 淬三硝水 2 3s 后, 入硝鹽 180 190°C ×4min空冷

8、, 270 280°c × 1h 空冷, 硬度 56 57HRC.T12鋼的物理性能T12銼刀熱處理1銼刀材料的選擇 據(jù)上面的分析得知銼刀的材料選用必須具備高硬度、高耐磨性和足夠的韌性，故應選擇T11或T12鋼。 2銼刀的熱處理工藝 路線：熱軋鋼板（帶）下料鍛（軋）柄部球化退火機加工淬火低溫回火 2.1 球化退火的具體工藝 普通（緩冷）球化退火，緩冷適用于多數(shù)鋼種，尤其是裝爐量大時，操作比較方便，但生產(chǎn)周期長；等溫球化退火，適用于多數(shù)鋼種，特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼（如滾動軸承鋼）；其生產(chǎn)周期比普通球化退火短，不過需要有能夠控制共析轉變前冷卻速率的爐子；周期球

9、化退火，適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼，其生產(chǎn)周期也比普通球化退火短，不過在設備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變溫度，故在生產(chǎn)中未廣泛采用；低溫球化退火，適用于經(jīng)過冷形變加工的鋼以及淬火硬化過的鋼（后者通常稱為高溫軟化回火）；形變球化退火，形變加工對球化有加速作用,將形變加工與球化結合起來,可縮短球化時間。它適用于冷、熱形變成形的鋼件和鋼材（如帶材）是在Acm或Ac3與Ac1之間進行短時間、大形變量的熱形變加工者；或是在常溫先予以形變加工者；也可以是利用鍛造余熱進行球化者）。 球化退火：將毛坯加熱到760-770，保溫2-4h然后以30-50h的速度冷卻到550-600出爐后空冷，處

10、理后組織為球化體，硬度為180-200HB。 淬火 溫度為770-780，可用鹽溶液、高頻感應加熱或在保護氣氛爐中加熱，以防止表面脫碳和氧化。加熱后水冷，由于銼刀柄部要求較低，在淬火時先將齒部放在水中冷卻，待柄部顏色變成暗紅色時才全部 傾入水中。當銼刀冷卻到150-200時，提出水面。木錘校直。 低溫回火：溫度為160-180，事時間0.75-1h，空冷。 成品板銼表面刃部硬度64-67HRC，柄部35HRC2.2 T12鋼制銼刀，其工藝路線如下： 鍛造熱處理機加工熱處理精加工。 銼刀由T12鍛成，然后退火磨削校正，經(jīng)剁銼機剁出銼齒后在淬火，硬度一般62-67HRC。 預熱：為了減少銼刀加熱時

11、內(nèi)部產(chǎn)生應力，使之彎曲小和防止裂紋，對銼刀在加熱之前要進行預熱以達到以上目的。預熱溫度為550650，時間為加熱時間的56倍。 鍛后熱處理也叫退火得到的是球化珠光體組織，硬度一般為機械加工能夠加工的動的范圍，機加工后的熱處理叫淬火+回火，一般采用較低的溫度回火，得到的是回火馬氏體+碳化物，硬度較高T12鋼780水淬、低溫回火后為回火馬氏體和碳化物. 鍛造后，晶粒破碎，硬度強度增大。第一次熱處理應該為退火。 目的：降低材料的硬度，使組織均勻，利于機械加工，此時的組織為鐵素體加滲碳體的機械混合物。HRC不會超過30。第二次熱處理后，對于銼刀，其硬度應該大于50HRC，同時保證材料的耐磨性。此時組織

12、為馬氏體和少量的奧氏體。淬火溫度760780，回火溫度16180，回火后硬度大于HRC60T12是碳素工具鋼，含碳量1.2 退火：（圖8） 放煤氣爐上面燒到紅色，然后關掉爐子，把刀子放在爐子上冷卻，或者空氣冷卻也可以 退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。 2.3淬火：（圖6、圖7） 放煤氣爐上面燒到亮紅色（稍微有點泛白），然后迅速拿出，刀尖向下垂直插入油中，保持一段時間，取出，然后迅速回火 淬火的目的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等。

13、淬火裂紋的特征 在淬火過程中，當淬火產(chǎn)生的巨大應力大于材料本身的強度并超過塑性變形極限時，便會導致裂紋產(chǎn)生。淬火裂紋往往是在馬氏體轉變開始進行后不久產(chǎn)生的，裂紋的分布則沒有一定的規(guī)律，但一般容易在工件的尖角、截面突變處形成。 在顯微鏡下觀察到的淬火開裂，可能是沿晶開裂，也可能是穿晶開裂；有的呈放射狀，也有的呈單獨線條狀或呈網(wǎng)狀。因在馬氏體轉變區(qū)的冷卻過快而引起的淬火裂紋，往往是穿晶分布，而且裂紋較直，周圍沒有分枝的小裂紋。因淬火加熱溫度過高而引起的淬火裂紋，都是沿晶分布，裂紋尾端尖細，并呈現(xiàn)過熱特征：結構鋼中可觀察到粗針狀馬氏體；工具鋼中可觀察到共晶或角狀碳化物。表面脫碳的高碳鋼工件，淬火后容

14、易形成網(wǎng)狀裂紋。這是因為，表面脫碳層在淬火冷卻時的體積脹比未脫碳的心部小，表面材料受心部膨脹的作用而被拉裂呈網(wǎng)狀。非淬火裂紋的特征 淬火后發(fā)現(xiàn)的裂紋，如果裂紋兩側有氧化脫碳現(xiàn)象，則可以肯定裂紋在淬火之前就已經(jīng)存在。淬火冷卻過程中，只有當馬氏體轉變量達到一定數(shù)量時，裂紋才有可能形成。與此相對應的溫度，大約在250以下。在這樣的低溫下，即使產(chǎn)生了裂紋，裂紋兩側也不會發(fā)生脫碳和出現(xiàn)明顯氧化。所以，有氧化脫碳現(xiàn)象的裂紋是非淬火裂紋。 如果裂紋在淬火前已經(jīng)存在，又不與表面相通，這樣的內(nèi)部裂紋雖不會產(chǎn)生氧化脫碳，但裂紋的線條顯得柔軟，尾端圓禿，也容易與淬火裂紋的線條剛健有力，尾端尖細的特征區(qū)別開來。分析

15、當工件在鍛造過程中形成裂紋時，淬火加熱即引起裂紋兩側氧化脫碳。隨著脫碳過程的進行，裂紋兩側的碳含量降低，鐵索體晶粒開始生核。當沿裂紋兩側生核的鐵素體晶粒長大到彼此接觸后，便向離裂紋兩側較遠的基體方向生長。由于裂紋兩側在脫碳過程中碳濃度的下降，也是由裂紋的開口部位向內(nèi)部發(fā)展，因而為鐵素體晶粒的不斷長大提供了條件，故最終長大為晶界與裂紋相垂直的柱狀晶體。2.4 回火：（圖9） 爐子開小火焰，銼刀不要靠火焰太近，最好是用砂紙將剛淬火后的刀子磨出一些金屬本色，在回火的時候掌握不要讓刀子變藍色就可以回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產(chǎn)生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等

16、。回火脆性 ：是指淬火鋼回火后出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象。淬火鋼在回火時，隨著回火溫度的升高，硬度降低，韌性升高，但是在許多鋼的回火溫度與沖擊韌性的關系曲線中出現(xiàn)了兩個低谷，一個在 200400之間，另一個在450650之間。隨回火溫度的升高，沖擊韌性反而下降的現(xiàn)象，回火脆性可分為第一類回火脆性和第二類回火脆性。第一類回火脆性 第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性，低溫回火脆性，主要發(fā)生在回火溫度為 250400時。特征 （1） 具有不可逆性；（2）與回火后的冷卻速度無關；（3）斷口為沿晶 脆性斷口。 1、 產(chǎn)生的原因三種觀點：（1） 殘余A轉變理論2）碳化物析出理論（3）雜質(zhì)偏聚理論 2、 防止方法 無

17、法消除,不在這個溫度范圍內(nèi)回火，沒有能夠有效抑制產(chǎn)生這種回火脆性的合金元素 （1） 降低鋼中雜質(zhì)元素的含量； （2） 用Al脫氧或加入Nb、V、Ti等合金元素細化A晶粒； （3） 加入Mo、W等可以減輕； （4） 加入Cr、Si調(diào)整溫度范圍（推向高溫）； （5） 采用等溫淬火代替淬火回火工藝。第二類回火脆性 第二類回火脆性又稱可逆回火脆性，高溫回火脆性。發(fā)生的溫度在 400650， 特征 （1） 具有可逆性； （2） 與回火后的冷卻速度有關；回火保溫后，緩冷出現(xiàn)，快冷不出現(xiàn)，出 現(xiàn)脆化后可重新加熱后快冷消除。 （3） 與組織狀態(tài)無關，但以M的脆化傾向大； （4） 在脆化區(qū)內(nèi)回火，回火后脆化與冷

18、卻速度無關； （5） 斷口為沿晶脆性斷口。 3、 影響第二類回火脆性的因素 （1） 化學成分（2）A晶粒大小（3）熱處理后的硬度 4、 產(chǎn)生的機理 出現(xiàn)回火脆性時，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚，都集中在23個原子厚度的晶界上，回火脆性隨雜質(zhì)元素的增多而增大。Ni、Cr不僅自身偏聚，而且促進雜質(zhì)元素的偏聚。（2）淬火未回火或回火未經(jīng)脆化處理的，均未發(fā)現(xiàn)合金元素及雜質(zhì)元素的偏聚現(xiàn)象。（3）合金元素Mo能抑制雜質(zhì)元素向A晶界的偏聚，而且自身也不偏聚。 以上說明：Sb、Sn、P等雜質(zhì)元素向原A晶界偏聚是產(chǎn)生第二類回火脆性的主要原因，而Ni、Cr不僅促進雜質(zhì)元素的偏聚，且本身也偏聚，從而

19、降低了晶界的斷裂強度，產(chǎn)生回火脆性5、 防止方法 （1） 提高鋼材的純度，盡量減少雜質(zhì)； （2） 加入適量的Mo、W等有益的合金元素； （3） 對尺寸小、形狀簡單的零件，采用回火后快冷的方法； （4） 采用亞溫淬火（A1A3）： 細化晶粒，減少偏聚。加熱后為A+F（F 為細條狀），雜質(zhì)會在F中富集，且F溶解雜質(zhì)元素的能力較大，可抑制雜質(zhì)元素向A晶界偏聚。 （5） 采用高溫形變熱處理，使晶粒超細化，晶界面積增大，降低雜質(zhì) 元素偏聚的濃度。2.5 局部淬火：淬火的時候把前面的油換成很淺的水（5mm左右），下水的時候刀刃向下，注意一點，淬水以后一定馬上回火，否則易開裂 （a）在水中淬火 圖 2 為試

20、樣在900和800以10s¹應變速率經(jīng)30%變形后立即水淬的顯微組織，給出了試樣心部和邊部形貌?？梢钥闯鲈嚇有牟亢瓦叢拷M織有一定差異。如圖2 的（a）和（b），試樣在900變形，邊部基本上為馬氏體/貝氏體，只有少量的先共析鐵素體組織在原奧氏體晶界處析出；心部的鐵素體量有所增加。當變形溫度為800時，如圖2 （c）、（d），組織結構同900時沒有較大差別，邊部的鐵素體量比心部鐵素體量增多。低碳碳素鋼變形在水中淬火后析出的先共析鐵素體基本上為魏氏組織型鐵素體，且沿原奧氏體晶界析出。圖2 試樣在900和800以10s¹應變速率經(jīng)30%變形后立即水淬的顯微組織 當溫度為800時，無

21、論是邊部和心部其先共析的鐵素體量都比900時多，而且晶粒尺寸都明顯增大。亞共析鋼在連續(xù)冷卻過程中，如果冷卻速度低于鐵素體析出的臨界冷卻速度，將會發(fā)生從奧氏體中析出先共析鐵素體的相變。在水中淬火，即使是在試樣的邊部仍然有先共析的鐵素體出現(xiàn)，說明冷卻速度較低，碳素鋼在水中的淬透性較差。 (b) 在干冰酒精溶液中淬火 圖3為試樣在900和800以10s¹應變速率經(jīng)30%變形后立即淬火的顯微組織，淬火介質(zhì)為-60的干冰酒精溶液。試樣心部和邊部的組織 有明顯差別，為鐵素體和珠光體混合組織。但當變形溫度為900時，如圖3（a），鐵素體為等軸狀且晶粒尺寸較大，珠光體含量多而且珠光體團尺寸大；變形溫

22、度降低，如圖3（b），鐵素體由等軸化逐漸變成拉長且晶粒尺寸減小，珠光體尺寸和含量都明顯減少。 從圖3中可見，與在水中淬火相比，雖然干冰酒精溶液溫度很低（-60）但試樣在其中的冷卻速度卻極低，高溫的奧氏體組織全部轉變成鐵素體-珠光體組織，對研究低碳碳素鋼在變形誘導鐵素體相變過程中組織演變十分不利。圖3 試樣在900和800以10s¹應變速率經(jīng)30%變形后立即淬火的顯微組織(c) 在冰鹽水中淬火 圖4為試樣在900以10s¹應變速率30%變形后立即放入含有50%NaCl的冰鹽水中淬火的顯微組織，給出了試樣邊部、距邊部1/2處和心部的形貌，試樣經(jīng)變形后厚度為10.5mm?？梢钥闯?/p>

23、試樣心部和邊部組織差距較大。試樣邊部全部為馬氏體/貝氏體組織，沒有先共析鐵素體析出；距邊距1/2 處組織基本上為馬氏體/貝氏體組織，有少量先共析鐵素體形成；心部組織中鐵素體含量略有增加。先共析鐵素體基本上為魏氏組織型鐵素體和少量塊狀鐵素體，且沿原奧氏體晶界析出。 比較圖2和圖3可發(fā)現(xiàn)，低碳鐵素體鋼在鹽水中淬透性增加，鋼在鹽水中的冷卻速度比在水中幾乎可提高兩倍。邊部的冷卻速度快，淬火后可得到全部的淬火組織，即使在心部冷卻速度降低，先共析鐵素體的含量和晶粒尺寸都減小。 不僅淬火介質(zhì)對鋼的淬透性有很大的影響，試樣的尺寸效應對冷卻速度影響也很大。其他變形條件相同，變形量增大70%，試樣經(jīng)變形后厚度為4

24、.5mm，圖5給出了試樣邊部和心部的形貌。試樣的心部大部分為淬火態(tài)的馬氏體/貝氏體板條狀組織，在試樣的心部大部分為淬火的馬氏體/貝氏體板條狀組織，只有極少量鐵素體形成，而且鐵素體的形貌發(fā)生變化。粗大的魏氏組織明顯減少，鐵素體晶粒尺寸很小。 比較圖4和5的組織狀態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，當變形量小的時候，其式樣的尺寸較大，則淬火是冷卻速度降低，在邊部能夠得到淬火后的組織，把高溫的組織保留下來，但心部的冷卻速度不夠，所以仍然有較多的且尺寸較大的先共析鐵素體析出。若變形量提高，試樣尺寸減小，則淬火時冷卻速度加快，在邊部能夠得到淬火后的組織，把高溫的奧氏體組織保留下來，心部冷卻速度也增大，先共析鐵素體量明顯減少。

25、圖4 試樣在900以10s¹應變速率30%變形后放入冰鹽水中的淬火顯微組織 圖5 900以10s¹應變速率70%變形在冰鹽水中淬火的顯微組織 （a） 邊部 （b）心部 3 熱處理后組織金相分析 淬火后組織說明：加熱到830，在160硝鹽中停留2分鐘后空冷，得到淬火馬氏體碳化物以及殘余奧氏體。 針狀馬氏體呈竹葉狀或凸透鏡狀，在空間形似鐵餅。針狀馬氏體之間通常互成60°或120°角，一般限制在奧氏體晶粒內(nèi)，最初形成的馬氏體針貫穿奧氏體晶粒，后形成的馬氏體較短，先形成的馬氏體較易浸蝕。所以完全轉變的馬氏體為大小不同，分布不規(guī)則，顏色深淺不一的針狀組織。 退火后

26、組織說明：珠光體 珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間,強韌性較好.其抗拉強度為750 900MPa,180 280HBS,伸長率為20 25%,沖擊功為24 32J.力學性能介于鐵素體與滲碳體之間,強度較高,硬度適中,塑性和韌性較好b=770MPa,180HBS,=20%35%,AKU=2432J)。 經(jīng)2-4%硝酸酒精溶液浸蝕后,在不同放大倍數(shù)的顯微鏡下可以觀察到不同特征的珠光體組織.當放大倍數(shù)較高時可以清晰地看到珠光體中平行排列分布的寬條鐵素體和窄條滲碳體;當放大倍數(shù)較低時,珠光體中的滲碳體只能看到一條黑線;而當放大倍數(shù)繼續(xù)降低或珠光體變細時,珠光體的層片狀結構就不能分辨了,此時珠光體呈黑

27、色的一團?；鼗鸾M織說明：索氏體 回火索氏體的定義及組織特征?；鼗鹚魇象w(tempered sorbite)是馬氏體于回火時形成的，在在光學金相顯微鏡下放大500600倍以上才能分辨出來，其為鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物（包括滲碳體）球粒的復合組織。它也是馬氏體的一種回火組織，是鐵素體與粒狀碳化物的混合物。此時的鐵素體已基本無碳的過飽和度，碳化物也為穩(wěn)定型碳化物。常溫下是一種平衡組織。4質(zhì)量檢驗檢驗內(nèi)容及方法硬度 先以標準塊校對硬度計，確認后方可進行測試硬度。 檢驗硬度前，應將零件表面清理干凈，去除氧化皮，脫碳層及毛刺等且表面不應有明顯的機加工痕跡，被測零件的溫度以室溫為準，或略高于室溫但以人手能穩(wěn)

28、穩(wěn)抓住為限。淬火部位檢查硬度不少于1處，每處不少于3點，不均勻度應在要求的范圍內(nèi)。 一般的正火、退火件、調(diào)質(zhì)件采用布氏硬度計檢驗。對于尺寸較大者可用錘擊式硬度檢驗，淬火件用洛氏硬度計檢驗。對于尺寸較大者，允許用肖氏硬度計代替。滲碳或硬化層較薄的零件，用維化硬度計檢驗。當使用銼刀檢驗零件硬度時，必須注意銼痕的位置，應不影響零件的最后硬度。有色金屬檢驗以布氏、HRB為宜。選擇加載負荷時，應以零件的具體要求，被測部位的大小、厚薄等作為選擇依據(jù)，要求換算精度要高、要準確。 2）變形 板挫在檢驗平臺上用塞尺檢驗其不平度。 3）外觀 經(jīng)熱處理后，均應用肉眼或低度放大鏡觀察其表面有無裂紋、燒傷、碰傷、麻點、銹蝕等。對重要零