熱處理工藝介紹和制訂規(guī)范

1、熱處理工藝介紹和制訂規(guī)范預(yù)備熱處理最終熱處理退火：完全退火、等溫退火、球化退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。正火普通熱處理：淬火、回火表面熱處理：表面淬火（感應(yīng)、火焰）化學(xué)熱處理（滲碳、滲氮等）預(yù)備熱處理機(jī)加工機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）最終熱處理退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時才作為最終熱處理。 一、退火退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻 (爐冷) 的熱處理工藝調(diào)整硬度，便于切削加工消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形細(xì)化晶粒、做組織準(zhǔn)備退火的目的完全退火等溫退火球化退火擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火退火的種類真空退火爐完全退火將工件加熱到Ac3+3050

2、保溫后緩冷的退火工藝，主要用于亞共析鋼 . 高速鋼等溫退火與普通退火的比較等溫退火亞共析鋼加熱到Ac3+3050, 共析、過共析鋼加熱到Ac1+3050，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間，更適合于孕育期長的合金鋼. 球化退火將工件加熱到Ac1+ 30-50 保溫后緩冷，或者加熱后冷卻到略低于 Ar1 的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。主要用于共析、過共析鋼。球狀珠光體 球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體, 用P球表示。對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀.正

3、火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30 50，共析鋼加熱到Ac1+3050，過共析鋼 加熱到Accm+30 50保溫 后空冷的工藝。正火比退火冷卻速度大。1、正火后的組織： 0.6%C時，組織為F+S； 0.6%C時，組織為S 。 正火溫度二、正火正火2、正火的目的 對于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退火的相同。 對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。 普通件最終熱處理。 要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火.熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度三、 鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體的熱處理工

4、藝. 淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.真空淬火爐1、淬火溫度碳鋼（1） 亞共析鋼淬火溫度為Ac3+30-50。亞共析鋼淬火組織：0.5%C時為M0.5%C時為M+A。65MnV鋼(0.65%C) 淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織在Ac1 Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火。35鋼（含0.35%C）亞溫淬火組織 亞溫淬火組織為F+M，強(qiáng)度、硬度低，但塑韌性好.（2）共析鋼淬火溫度為Ac1+30-50；淬火組織為M+A。 過共析鋼淬火溫度: Ac1+30-50.溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A量增多。使鋼硬度、

5、耐磨性下降，脆性、變形開裂傾向增加。淬火組織: M+Fe3C顆粒+A。(預(yù)備組織為P球)T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織合金鋼由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對奧氏體晶粒長大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。 亞共析鋼淬火溫度為Ac3+ 50100。 共析鋼、過共析鋼淬火溫度為Ac1+50100。 鋼坯加熱2、淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油.水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用

6、于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).3、淬火方法采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。1）單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡單，易實現(xiàn)自動化。各種淬火方法示意圖1單液淬火法2雙液淬火法3分級淬火法4等溫淬火法2）雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。3）分級淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，

7、待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。鹽浴爐4）等溫淬火法將工件在稍高于 Ms 的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。淬火方法第六節(jié) 鋼的淬透性淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。網(wǎng)帶式淬火爐1、淬透性的概念淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。M量和硬度隨深度的變化淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.2、淬透性與

8、淬硬層深度的關(guān)系 同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，淬硬層深。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間的比較，是通過尺寸、冷卻介質(zhì)相同時的淬硬層深度來確定的。 3、影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk， Vk越小，淬透性越高。Vk取決于C曲線的位置，C 曲線越靠右，Vk越小。 因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.即除Co 外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時間長也使鋼的淬透性提高。 不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)ST+M+A等溫淬火B(yǎng)下M+A分級淬火M+A淬火(

9、水冷)(油冷)A1MSMf時間溫度淬火PP均勻A細(xì)A？四、鋼的回火螺桿表面的淬火裂紋回 火指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝?；鼗鹉康臏p少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力獲得所需要的力學(xué)性能穩(wěn)定尺寸防止使用時變形高淬透性的鋼采用回火軟化 未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。注意鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變馬氏體的分解殘余奧氏體分解-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3CFe3C聚集長大和鐵素體多邊形化回火馬氏體回火馬氏體回火索氏體回火托氏體透射電鏡下的回火馬氏體形貌回火馬氏體 回火托氏體回火索氏體淬火鋼硬度隨回火溫度的變化40鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系回火時的性能

10、變化回火時力學(xué)性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。200以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。200-300，由于高碳鋼中A轉(zhuǎn)變?yōu)镸回, 硬度再次升高。大于300,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。（3）回火脆性淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。 1）第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350回火時出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法。回火時應(yīng)避開這一溫度范圍。 2

11、、第二類回火脆性 又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在500-650范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性. 回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。防止辦法： 回火后快冷。 加入合金元素W (約1%)、 Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。 （四）、回火種類根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類： 淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡稱調(diào)質(zhì)。廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。 適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。 應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時，具有良好的塑性和韌性。 提高e及s，同時使工件具有一定韌性 。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降

12、低內(nèi)應(yīng)力。 回火目的S回 T回 M回 回火組織500-650350-500150-250 回火溫度 高溫回火 中溫回火 低溫回火 適用于彈簧熱處理彈簧熱處理五 鋼的表面淬火表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法?；鹧婕訜岣袘?yīng)加熱表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限; 心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于：承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。軸的感應(yīng)加熱表面淬火1、表面淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；

13、 鑄鐵 提高其表面耐磨性。機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪2、預(yù)備熱處理工藝：對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。目的:為表面淬火作組織準(zhǔn)備；獲得最終心部組織。 回火索氏體索氏體 3、表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200?；鼗鹉康臑榻档蛢?nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。 4、表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)淬火機(jī)床感應(yīng)加熱表面淬火示意圖5、表面淬火常用加熱方法 感應(yīng)加熱: 利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。感應(yīng)加熱分為：高頻感應(yīng)加熱 頻率為250-300K

14、Hz，淬硬層深度傳動軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖中頻感應(yīng)加熱 頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸工頻感應(yīng)加熱 頻率為50Hz,淬硬層深度10-15 mm各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱 火焰加熱: 利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。 激光熱處理: 利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好?；鹧婕訜岜砻娲慊鹗疽鈭D激光表面熱處理火焰加熱表面淬火激光表面熱處理六 鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其

15、性能的熱處理工藝。與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐1、化學(xué)熱處理的基本過程 （1）介質(zhì)(滲劑)的分解: 分解的同時釋放出活性原子。 如：滲碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N（2）工件表面的吸收: 活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。（3）原子向內(nèi)部擴(kuò)散。 氮化擴(kuò)散層鋼的滲碳是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。（1）滲碳目的 提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時保持心部良好的韌性。（2）滲碳用鋼為含

16、0.1-0.25%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪2、鋼的滲碳?xì)怏w滲碳法示意圖（3）滲碳方法1） 氣體滲碳法 將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。 滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。 優(yōu)點: 質(zhì)量好, 效率高；缺點: 滲層成分與深度不易控制。2）固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。滲劑為木炭。優(yōu)點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。（4）滲碳溫度：為900-950。滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）： 一般為。滲碳層表面含碳量：以0.85-1. 05為最好。滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3C; 心部為F+P; 中

17、間為過渡區(qū)。低碳鋼滲碳緩冷后的組織（5）滲碳后的熱處理淬火+低溫回火, 回火溫度為160-180。淬火方法有： 預(yù)冷淬火法滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。滲碳后的熱處理示意圖一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。 二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50，細(xì)化心部；第二次加熱為Ac1+30-50，細(xì)化表層。 滲碳后的熱處理示意圖常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50淬火+低溫回火。此時組織為：表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量)心部：M回+F（淬透時）滲碳淬火后的表層組織M+F3、鋼的氮化氮化是指向鋼的表面滲入氮原子的過程。1、氮化用鋼為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼。常用鋼號為38CrMoAl。2、氮化溫度為500-570氮化層厚度不超過。井式氣體氮化爐3、常用氮化方法氣體氮化法與離子氮化法。氣體氮化法與氣