熱處理工第二章課件

1、第二章第一節(jié)熱處理的基礎(chǔ)知識一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用二、鋼的淬火工藝及種類三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響四、淬透性及淬硬性的概念五、退火、正火的工藝方法六、鑄、鍛件預(yù)備熱處理的作用七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用1.等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用(1)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的概念圖2-1為共析鋼的等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖，即奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖。圖2-1共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用(2)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的意義1)在等溫過程中，過冷奧氏體并不是瞬間發(fā)生轉(zhuǎn)變的，而是需要一段準(zhǔn)

2、備時(shí)間才開始轉(zhuǎn)變，這段準(zhǔn)備時(shí)間稱為孕育期。2)孕育期和轉(zhuǎn)變終了所需時(shí)間隨轉(zhuǎn)變溫度而變化。3)根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度和產(chǎn)物的不同，可將奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖分為三個(gè)區(qū)域：從A1到鼻子溫度(A1550)為高溫轉(zhuǎn)變區(qū)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠光體，故又稱珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)；從鼻子溫度到Ms(550230)為中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是貝氏體，故稱貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)；從Ms到Mf為低溫轉(zhuǎn)變區(qū)，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是馬氏體，故稱馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用4)低于Ms(230)時(shí)，過冷奧氏體將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。(3)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)中的運(yùn)用奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖反映了過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的全部過程，是鋼熱處理的重要理論依據(jù)之一。1

3、)用來制定合理的熱處理工藝，選擇等溫?zé)崽幚?等溫退火、等溫淬火及分級淬火)和形變熱處理的溫度與等溫時(shí)間。2)用來分析鋼熱處理后的組織和性能，以便合理選用鋼種。3)用來估計(jì)鋼的淬透性大小和選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸾橘|(zhì)。一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用4)用來比較各合金元素對鋼的淬透層深度和Ms點(diǎn)的影響。5)目前生產(chǎn)中常用鋼種的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖均可從有關(guān)手冊中查出。2.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用(1)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖與等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖的比較連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖)和等溫轉(zhuǎn)變圖(奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖)都反映了不同過冷度對奧氏體轉(zhuǎn)變的影響，兩者在本質(zhì)上是一致的，因而它們之間具有內(nèi)在聯(lián)系，

4、其轉(zhuǎn)變過程和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型基本上也能互相對應(yīng)，特別是在高溫區(qū)。一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用1)連續(xù)冷卻時(shí)，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成的，故連續(xù)冷卻得到的組織不很均勻，往往是幾種組織的混合物。2)共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)，如冷卻速度緩慢，過冷奧氏體將全部轉(zhuǎn)變成珠光體；如冷卻速度過快，過冷奧氏體在中溫區(qū)的停留時(shí)間尚沒達(dá)到貝氏體轉(zhuǎn)變所必需的孕育期，就已降至Ms點(diǎn)，開始馬氏體轉(zhuǎn)變。3)奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖比奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖向右下移動，說明轉(zhuǎn)變溫度較低，孕育期較長，這也說明從奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖上確定的臨界冷卻速度比從奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖上得到的臨界冷卻速度大。一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)

5、冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用2Z7.eps(2)奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖反映了不同冷卻條件下，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變過程、產(chǎn)物及硬度。1)分析熱處理及熱加工后的組織和性能：根據(jù)奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖和工件尺寸及工件在某一介質(zhì)中冷卻時(shí)截面上各部分的冷卻速度，可以估計(jì)冷卻后工件截面上各部分所得到的組織和性能。一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用2)制定鋼的熱處理工藝及選擇淬火介質(zhì)：奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖反映了鋼的臨界冷卻速度大小，根據(jù)已知的工件尺寸，就可以通過選擇合理的淬火介質(zhì)，以達(dá)到工件的技術(shù)要求，對于大件熱處理特別有用。3)合理選用鋼種：當(dāng)工件尺寸和技術(shù)要求確定后，

6、工件的冷卻速度也就隨之而定。圖2-2常用淬火方法冷卻曲線示意圖一、等溫冷卻轉(zhuǎn)變圖和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖在生產(chǎn)上的運(yùn)用4)為研究新鋼種提供依據(jù)：奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖還反映了不同合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變影響的規(guī)律，這就為新鋼種的成分設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。二、鋼的淬火工藝及種類1.單液淬火2.雙介質(zhì)淬火(1)經(jīng)驗(yàn)公式法水中冷卻時(shí)間按35mm/s計(jì)算。(2)水聲判斷法工件淬入水后會發(fā)出“絲絲”響聲，隨工件溫度降低，聲音逐漸變?nèi)?，具體操作時(shí)可在聲音消失之前瞬間出水入油。(3)振動判斷法工件淬入水中，通過淬火的吊掛工具如拎鉤等，手上會感到明顯振動，隨溫度下降，振動逐漸減弱，到振動大為減弱時(shí)，立即出水入油。3.馬氏

7、體分級淬火4.貝氏體等溫淬火二、鋼的淬火工藝及種類5.預(yù)冷淬火6.局部淬火7.冷處理圖2-3不同形狀工件淬火浸入方式二、鋼的淬火工藝及種類8.淬火操作方法1)對長軸類(包括絲錐、鉆頭、鉸刀等長形工具)、圓筒類工件，應(yīng)軸向垂直淬入。2)圓盤形工件應(yīng)使其軸向與淬火介質(zhì)液面保持水平淬入。3)薄刃工件應(yīng)使其整個(gè)刃口同時(shí)淬入；薄片件應(yīng)垂直淬入，使薄片兩面同時(shí)冷卻，大型薄片件應(yīng)快速垂直淬入。4)厚薄不均的工件，應(yīng)使厚的部分先淬入。5)對有凹面或不通孔的工件，應(yīng)使凹面和孔朝上淬入，以利排除孔內(nèi)的氣泡。二、鋼的淬火工藝及種類6)長方形有貫通孔的工件(如沖模)，應(yīng)垂直斜向淬入，以增加孔部的冷卻。三、淬火鋼回火的

8、金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響1.回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變(1)碳原子的偏聚和聚集在20100范圍內(nèi)，雖然鐵和合金元素原子尚難以擴(kuò)散，但碳原子已能作短距離的擴(kuò)散，在轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織的自發(fā)傾向驅(qū)使下，馬氏體中過飽和的碳原子會自發(fā)地進(jìn)行偏聚。(2)馬氏體的分解所謂馬氏體的分解是指在100250，馬氏體內(nèi)過飽和的碳原子脫溶，沉淀析出亞穩(wěn)相-碳化物，使固溶體趨于平衡成分。三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響圖2-4為1.09%鋼回火時(shí)馬氏體三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響圖2-5馬氏體碳濃度與三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響(3)殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變碳素鋼殘留奧氏體的轉(zhuǎn)變溫度在300之

9、間。(4)碳化物的析出、轉(zhuǎn)化和長大自馬氏體分解開始，-碳化物就不斷從馬氏體中析出。(5)鐵素體的回復(fù)與再結(jié)晶隨著回火溫度升高，碳化物不斷析出，致使固溶體中的含碳量接近于平衡，這意味著鐵素體開始回復(fù)。2.回火后的力學(xué)性能(1)回火對淬火鋼硬度的影響當(dāng)回火溫度不超過200250范圍時(shí)，回火后的組織是回火馬氏體，其硬度較淬火馬氏體只是稍有下降。三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響圖2-6不同含碳量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的碳鋼回火溫度與硬度的關(guān)系三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響(2)回火對鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性的影響圖2-7描述了低碳、中碳及高碳鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系。圖2-7碳鋼的力學(xué)

10、性能與回火溫度的關(guān)系a)低碳鋼(=0.2%)b)中碳鋼(=0.41%)c)高碳鋼(=0.82%)三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響3.二次硬化、回火脆性及耐回火性(1)二次硬化所謂二次硬化是指鐵碳合金在一次或多次回火后提高硬度的現(xiàn)象，這種硬化現(xiàn)象是由于特殊碳化物的離位析出和(或)殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體所致。1)馬氏體轉(zhuǎn)變過程中的彌散強(qiáng)化作用：鋼中含有強(qiáng)烈碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等，富集于滲碳體中。三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響2)殘留奧氏體轉(zhuǎn)變成回火馬氏體或下貝氏體：這類鋼中的殘留奧氏體在回火加熱、保溫過程中不發(fā)生分解，而在隨后的回火冷卻過

11、程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或下貝氏體，這種現(xiàn)象稱為二次淬火。(2)回火脆性一般情況下，淬火鋼回火時(shí)其沖擊韌度值隨回火溫度的升高而增大。1)第一類回火脆性：鋼淬火后在300左右回火時(shí)所產(chǎn)生的回火脆性稱為第一類回火脆性或不可逆回火脆性。三、淬火鋼回火的金相組織轉(zhuǎn)變對鋼的性能的影響2)第二類回火脆性：含有鉻、錳、鉻-鎳等元素的合金鋼淬火后，在脆化溫度(450550)區(qū)回火，或經(jīng)更高溫度回火后緩慢冷卻通過脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的脆性，稱為第二類回火脆性或可逆回火脆性。(3)耐回火性淬火鋼在回火時(shí)抵抗軟化的能力稱耐回火性。四、淬透性及淬硬性的概念1.淬透性及淬硬性的概念(1)淬硬性淬硬性是以鋼在理想條件下淬火所能達(dá)到的

12、最高硬度來表征的材料特征。(2)淬透性淬透性是指以在規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。圖2-8工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系四、淬透性及淬硬性的概念2.淬透性的測定方法(1)臨界直徑法鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時(shí)的最大直徑稱為臨界直徑，用Dc表示。(2)頂端淬火法即端淬試驗(yàn)，用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的端淬試樣(25mm100mm)，經(jīng)奧氏體化后，在專用設(shè)備上對其一端面噴水冷卻。圖2-9端淬法試驗(yàn)原理圖四、淬透性及淬硬性的概念圖2-10幾種鋼的淬透性帶四、淬透性及淬硬性的概念3.各種因素對淬透性的影響(1)化學(xué)成分的影響碳的影響是主要的，當(dāng)鋼的wC低于1.2%時(shí)，

13、隨奧氏體中碳濃度的提高，顯著降低臨界冷卻速度，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖右移，鋼的淬透性增大；但當(dāng)wC大于1.2%時(shí)，鋼的臨界冷卻速度反而升高，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖左移，淬透性下降。(2)奧氏體晶粒大小的影響奧氏體的實(shí)際晶粒度對鋼的淬透性有較大的影響，粗大的奧氏體晶粒能使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖右移，降低了鋼的臨界冷卻速度，所以粗晶粒的鋼具有較高的淬透性。四、淬透性及淬硬性的概念(3)奧氏體均勻程度的影響在相同過冷度條件下，奧氏體成分越均勻，珠光體的形核率就越低，轉(zhuǎn)變的孕育期增長，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖右移，臨界冷卻速度減慢，鋼的淬透性越高。(4)鋼的原始組織的影響鋼中原始組織的粗細(xì)和分布對奧氏體的成分將有重大影響。五、

14、退火、正火的工藝方法1.退火(1)完全退火完全退火是目前廣泛應(yīng)用于中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、軋制件等的退火工藝。1)完全退火工藝曲線：見圖2-11。圖2-11完全退火工藝曲線五、退火、正火的工藝方法2)常用結(jié)構(gòu)鋼退火溫度與退火后的硬度：見表2-1。表2-1常用結(jié)構(gòu)鋼的完全退火溫度與硬度值3)裝爐方法：中、小件可直接裝入退火溫度的爐內(nèi)，也可低溫裝爐，隨爐升溫。五、退火、正火的工藝方法4)保溫時(shí)間：保溫時(shí)間是指從爐子儀表到達(dá)規(guī)定退火加熱溫度開始計(jì)算至工件在爐內(nèi)停止加熱開始降溫時(shí)的全部時(shí)間。5)冷卻方式：保溫完成后，一般停電關(guān)閉爐門緩冷至500時(shí)出爐空冷。(2)等溫球化退火等溫球化退火是主要適用于

15、共析鋼和過共析鋼的退火工藝。1)等溫球化退火工藝曲線：見圖2-12。五、退火、正火的工藝方法圖2-12等溫球化退火工藝曲線五、退火、正火的工藝方法2)常用工具鋼、軸承鋼等溫退火溫度及硬度：見表2-2。五、退火、正火的工藝方法表2-2工具鋼、軸承鋼的等溫退火溫度及硬度值五、退火、正火的工藝方法表2-2工具鋼、軸承鋼的等溫退火溫度及硬度值3)等溫球化退火工藝規(guī)范：裝爐方法、保溫時(shí)間與完全退火相同。4)等溫保溫時(shí)間：主要根據(jù)裝爐量與鋼材種類選取，一般34h。(3)去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是將工件加熱到A1以下適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻的工藝方法。五、退火、正火的工藝方法1)去應(yīng)力退火工藝曲線：見圖

16、2-13。圖2-13去應(yīng)力退火工藝曲線五、退火、正火的工藝方法2)不同工件去應(yīng)力退火工藝：工藝參數(shù)見表2-3。3)去應(yīng)力退火的溫度：通常比最后一次回火溫度低2030，以免降低硬度及力學(xué)性能。4)對薄壁、易變形件，退火溫度應(yīng)低于下限。5)低溫時(shí)效：用于工件的半加工之后(如粗磨或第一次精磨之后)，一般采用較低溫度。6)鑄鐵件低溫退火：見本書第一章第四節(jié)鑄鐵及其熱處理。五、退火、正火的工藝方法表2-3去應(yīng)力退火工藝及低溫時(shí)效工藝(4)退火操作要領(lǐng)五、退火、正火的工藝方法1)操作前應(yīng)根據(jù)工件材料、技術(shù)要求、尺寸大小、形狀特征及數(shù)量多少等具體情況制定工藝方法，并安排生產(chǎn)。2)抽查待處理零件的變形量是否符

17、合工藝要求。3)檢查設(shè)備儀表運(yùn)行情況。4)去應(yīng)力退火一般采用箱式或井式電爐；低溫時(shí)效多在油浴中進(jìn)行。5)細(xì)長軸類工件宜在井式爐或井式油浴中處理。6)低溫時(shí)效工件裝出爐時(shí)應(yīng)避免碰撞，輕拿輕放，細(xì)長軸類等工件應(yīng)垂直吊掛存放，以防因自重變形。五、退火、正火的工藝方法7)去應(yīng)力退火或低溫時(shí)效后的工件，如需校直，則校直后必須重新進(jìn)行去應(yīng)力退火或低溫時(shí)效。2.正火(1)目的及應(yīng)用1)作為低碳鋼和某些低合金結(jié)構(gòu)鑄鋼及鍛件消除應(yīng)力，細(xì)化組織，改善可加工性能和淬火前的預(yù)備熱處理。2)消除網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作組織準(zhǔn)備。3)用于某些碳鋼、低合金鋼工件在淬火返修時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力和細(xì)化組織，以防重新變形和開裂。4)作

18、為某些結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。(2)工藝規(guī)范五、退火、正火的工藝方法1)表2-4列出了常用鋼號的正火加熱溫度及硬度值。表2-4常用鋼號的正火溫度及硬度值五、退火、正火的工藝方法2)正火保溫時(shí)間可參照淬火保溫時(shí)間計(jì)算。3)正火工件一般為空冷，大件正火也可采用風(fēng)冷、噴霧冷卻等，以獲得最佳效果。(3)操作要領(lǐng)1)工藝規(guī)范(正火溫度)相近的工件允許同爐處理。2)對表面質(zhì)量要求高的工件加熱時(shí)應(yīng)采取防止氧化、脫碳的保護(hù)措施。3)工件一般采用工作溫度或略高于工作溫度裝爐。4)工件應(yīng)均勻放置在爐子的有效工作區(qū)內(nèi)。5)工件出爐后，應(yīng)散放在干燥處空冷，不得堆積和放在潮濕處。六、鑄、鍛件預(yù)備熱處理的作用1.鑄件(1)鑄

19、件的缺陷1)晶粒粗大：常出現(xiàn)粗大片狀珠光體，周圍有又粗又厚的鐵素體網(wǎng)或粗大的鐵素體晶粒。2)魏氏組織：鐵素體以針狀出現(xiàn)，脆性較大。3)枝晶偏析：造成成分不均勻。4)內(nèi)應(yīng)力較大：這是由于凝固和冷卻的不均勻引起的。(2)鑄件的預(yù)備熱處理方法鑄件的預(yù)備熱處理，一般是在鑄造后立即進(jìn)行退火或正火。1)低碳鋼應(yīng)選用正火處理，以獲得均勻的鐵素體加細(xì)片狀珠光體組織。六、鑄、鍛件預(yù)備熱處理的作用2)中碳鋼及合金鋼一般采用完全退火或等溫球化退火，獲得鐵素體加片狀(或球狀)珠光體組織。3)如僅為了清除鑄造應(yīng)力，則采用去應(yīng)力退火即可。4)較大的大型鑄件，往往會出現(xiàn)枝晶偏析，這時(shí)可采用均勻化退火處理。2.鍛件(1)鍛件

20、的缺陷鍛件在鍛造過程中由于鍛造溫度不易控制，坯件各部位變形不均勻，或鍛后冷卻速度不均勻等原因，造成鍛件微觀組織不均勻，晶粒粗細(xì)不均勻，硬度偏高且不均勻。六、鑄、鍛件預(yù)備熱處理的作用(2)鍛件的預(yù)備熱處理方法對于鍛件中一般的缺陷，通?？刹扇∠率鲱A(yù)備熱處理的方法加以消除。1)對于wC低于0.45%的碳鋼和wC低于0.40%的低合金結(jié)構(gòu)鋼，采用正火比較合適。2)對于wC在0.45%0.70%之間的碳素結(jié)構(gòu)鋼和彈簧鋼，以及wC高于0.40%的合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼鑄件，一般應(yīng)采用完全退火。3)對于工具鋼應(yīng)采用球化退火。4)對于需要滲氮或高頻感應(yīng)加熱淬火的小型鍛件，以及合金元素含量較高的鋼種，如18Cr

21、2Ni4WA等退火不易軟化的鋼種，可采用調(diào)質(zhì)處理作為預(yù)備熱處理。六、鑄、鍛件預(yù)備熱處理的作用(3)防止白點(diǎn)的熱處理對于大型鍛、軋件中出現(xiàn)的白點(diǎn)，則應(yīng)分析其產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的預(yù)防白點(diǎn)退火處理。1)白點(diǎn)的形成：白點(diǎn)常在大件鍛、軋后，在冷卻速度較快的情況下，在一定溫度范圍內(nèi)(一般是在20200間)形成。2)防止白點(diǎn)熱處理：鋼中氫含量和內(nèi)應(yīng)力是形成白點(diǎn)的最主要因素，因此防止白點(diǎn)的熱處理，實(shí)際上就是用長時(shí)間退火使存在于鋼中的氫擴(kuò)散出來，并降低鋼材中的內(nèi)應(yīng)力，這種熱處理也稱為預(yù)防白點(diǎn)退火。六、鑄、鍛件預(yù)備熱處理的作用圖2-14預(yù)防白點(diǎn)退火工藝曲線a)碳鋼及低合金鋼b)中合金鋼c)高合金鋼七、熱處理常見

22、缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法1.鋼的加熱缺陷及其防止措施(1)欠熱、過熱和過燒欠熱、過熱和過燒都是加熱時(shí)的組織缺陷，它們都因加熱不當(dāng)形成非正常組織，導(dǎo)致材料的性能下降甚至報(bào)廢。1)欠熱：欠熱也叫加熱不足，是由于加熱溫度過低或加熱時(shí)間太短，未充分進(jìn)行奧氏體化而引起的組織缺陷。2)過熱：工件加熱溫度偏高而使晶粒過度長大，以致力學(xué)性能顯著降低的現(xiàn)象稱為過熱。3)過燒：工件加熱溫度過高，致使晶界氧化和部分熔化的現(xiàn)象稱為過燒。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法圖2-15魏氏組織七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法(2)氧化與脫碳1)氧化：金屬加熱時(shí)，介質(zhì)中的氧、二氧化碳和水蒸氣等與金

23、屬反應(yīng)生成氧化物的過程稱為氧化。2)脫碳：工件加熱時(shí)介質(zhì)與工件中的碳發(fā)生反應(yīng)，使表層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的現(xiàn)象稱為脫碳。3)變形、開裂：熱處理工件在加熱過程中有產(chǎn)生變形與開裂的可能。2.鋼的淬火缺陷及其防止措施(1)淬火內(nèi)應(yīng)力鋼件在加熱和冷卻的過程中，不僅因熱脹冷縮會發(fā)生體積變化，而且還會因相變時(shí)新舊兩相質(zhì)量體積的不同而發(fā)生體積的變化。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法1)熱應(yīng)力：工件在加熱和(或)冷卻時(shí)，由于不同部位出現(xiàn)溫差而導(dǎo)致熱脹和(或)冷縮的不一致所引起的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力。2)相變應(yīng)力：熱處理過程中因工件不同部位組織轉(zhuǎn)變不同而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，稱為相變應(yīng)力。(2)淬火變形1)淬火變形的

24、形式：淬火變形有兩種主要形式，一種是工件幾何形狀的變化，它表現(xiàn)為尺寸及外形的變化，常稱為扭曲或翹曲，系淬火應(yīng)力所引起；另一種是體積的變化，它表現(xiàn)為工件體積按比例的脹大或縮小，系相變時(shí)的質(zhì)量體積變化所引起。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法2)淬火變形的趨向：由內(nèi)應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變所引起的變形趨向是不同的。 熱應(yīng)力引起的變形趨向。工件在熱應(yīng)力的作用下，冷卻初期心部受壓應(yīng)力，而且在高溫下塑性較好，故心部沿長度方向縮短，再加上隨后冷卻過程中的進(jìn)一步收縮，結(jié)果其變形趨勢是工件沿軸向縮短，平面凸起，棱角變圓。 相變應(yīng)力引起的變形趨向。淬火過程中相變應(yīng)力的變化情況恰巧與熱應(yīng)力相反，所以它引起的變形趨

25、向也與之相反，表現(xiàn)為工件沿最大尺寸方向伸長，力圖使平面內(nèi)凹，棱角突出。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法 組織轉(zhuǎn)變造成的變形趨向。組織轉(zhuǎn)變所引起的體積變化稱體積效應(yīng)，一般總是使工件體積在各個(gè)方向上作均勻的膨脹與縮小。不過對圓(方)孔工件(尤其是壁厚較薄的)來說，則當(dāng)其體積增大或縮小，往往是高度、外徑和內(nèi)腔等尺寸均同時(shí)增大或縮小。這主要是由于體積變化時(shí)所引起的內(nèi)腔周長尺寸變化超過了壁厚方向上的尺寸變化所致。表2-5各種典型鋼件的淬火變形趨向七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法表2-5各種典型鋼件的淬火變形趨向3)淬火變形的影響因素：淬火變形的影響因素主要包括鋼的成分及原始組織、

26、零件的幾何形狀、熱處理工藝本身等等。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法 鋼的化學(xué)成分的影響。鋼的化學(xué)成分中以含碳量對淬火變形的影響最大。隨著鋼中含碳量的升高，馬氏體的質(zhì)量體積增大，因組織轉(zhuǎn)變而引起的體積變化及因相變應(yīng)力而引起的淬火變形便越大。但高碳鋼由于殘留奧氏體量的增加，抵消了一部分馬氏體轉(zhuǎn)變的膨脹作用，而使體積變化相對減小。 鋼的原始組織的影響。由于鋼淬火前原始組織不同，其質(zhì)量體積也就不同，故通過淬火，鋼的體積變化就不同。如層片狀珠光體的質(zhì)量體積不如球狀珠光體的大，因此要求淬火后變形小的零件及工具，若淬火前進(jìn)行一次預(yù)先調(diào)質(zhì)處理，可以減少變形。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)

27、救方法 零件尺寸及形狀對變形的影響。工件的壁厚越大，則在一定條件下其淬透層越淺，因而熱應(yīng)力的作用就越大；反之則以相變應(yīng)力變形為多。 熱處理工藝的影響。提高淬火溫度使熱應(yīng)力和相變應(yīng)力都相應(yīng)增加，因而使零件變形增大。冷卻方式對淬火變形也有較大影響，降低在馬氏體點(diǎn)以上的冷卻速度，可減少因熱應(yīng)力而引起的變形；降低在馬氏體點(diǎn)以下的冷卻速度，可減少因相變應(yīng)力而引起的變形。因此，分級及等溫淬火均是減少淬火變形的有效方法。(3)淬火裂紋淬火裂紋多數(shù)在淬火冷卻后期產(chǎn)生的。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法1)縱向裂紋：工件的縱向裂紋又稱軸向裂紋，見圖2-16。圖2-16淬火工件的縱向裂紋2)橫向裂紋：

28、橫向裂紋又稱弧形裂紋。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法圖2-17高碳鋼工件中的弧形裂紋七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法3)應(yīng)力集中裂紋：有些零件由于結(jié)構(gòu)上的需要，或設(shè)計(jì)不合理而具有尖角、切口、凹槽等，這些部位往往易于產(chǎn)生應(yīng)力集中。4)網(wǎng)狀裂紋：網(wǎng)狀裂紋是一種表面裂紋，其深度較淺，在2mm范圍內(nèi)。5)淬火過熱裂紋：淬火加熱溫度過高必然引起奧氏體晶粒粗大，因而降低了其強(qiáng)度和塑性。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法(4)防止淬火變形及裂紋的措施為了減少及防止工件淬火變形和裂紋，一是應(yīng)合理的設(shè)計(jì)零件：工件結(jié)構(gòu)盡量對稱，減少截面的厚薄懸殊，避免尖角和薄邊及厚薄交界處應(yīng)平

29、滑過渡；二是要合理選材：對于易變形、淬裂的零件選用合金鋼，對硬度要求不高的結(jié)構(gòu)件，在滿足硬度要求的情況下，盡可能選用碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的碳鋼以減少變形；三是制定的熱處理技術(shù)要求要合理：在滿足性能要求的前提下，盡量降低硬度要求，或采用局部和表面淬硬等方法；七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法最后零件毛坯應(yīng)進(jìn)行正確的熱加工(鑄、鍛、焊)和預(yù)先熱處理：鋼材中某些冶金缺陷，如結(jié)構(gòu)鋼中的帶狀組織、高碳合金鋼中的碳化物偏析等，會加劇淬火變形并降低鋼的性能，需通過良好的鍛造來改善此類冶金缺陷。1)合理的選擇加熱溫度：在保證淬硬的前題下，一般應(yīng)盡量選擇低一些的淬火溫度。2)合理的進(jìn)行加熱：應(yīng)盡量做到均勻加

30、熱，減少加熱時(shí)的熱應(yīng)力。3)正確選擇冷卻方法和冷卻介質(zhì)：盡可能選用預(yù)冷淬火、分級淬火和分級冷卻方法。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法4)正確掌握淬火操作方法：正確選擇工件淬入介質(zhì)的方式，保證工件得到最均勻的冷卻并沿著最小阻力方向淬入淬火介質(zhì)，將冷卻最慢的面朝著淬火介質(zhì)的液面運(yùn)動。3.其他缺陷(1)淬火硬度不足硬度不足是指整個(gè)工件或較大區(qū)域內(nèi)硬度達(dá)不到技術(shù)要求。1)欠熱：欠熱使奧氏體的碳和合金元素含量不夠，甚至沒有完全奧氏體化，組織中殘存有未轉(zhuǎn)變的珠光體和鐵素體。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法2)過熱：過共析鋼因過熱奧氏體溶有過量的碳和合金元素，使Ms點(diǎn)降低，以致淬火后

31、因殘留大量奧氏體而降低硬度。3)冷卻速度不夠：工件在淬火過程中，因冷卻速度不夠而發(fā)生或部分發(fā)生奧氏體珠光體轉(zhuǎn)變。4)操作不當(dāng)：如預(yù)冷淬火時(shí)間過長，雙液淬火時(shí)在水中停留時(shí)間太短，分級淬火時(shí)分級溫度太高或停留時(shí)間過長等，均會造成奧氏體分解而在最終組織中出現(xiàn)非馬氏體組織，使硬度降低。(2)軟點(diǎn)工件上硬度不足的小區(qū)域稱為軟點(diǎn)。1)原材料缺陷：如鋼中存在大塊鐵素體或帶狀組織。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法2)欠熱：因加熱溫度太低或保溫時(shí)間不足，使奧氏體成分不均勻，或亞共析鋼中鐵素體未全部溶入奧氏體。3)冷卻不均：工件在淬火介質(zhì)中攪動不充分、淬火加熱時(shí)堆放在一起、工件表面有氧化皮等污物附著以

32、及淬火介質(zhì)中混有肥皂、油污等，都會造成工件冷卻不均勻，使局部小區(qū)域發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變而形成軟點(diǎn)。4)表面脫碳：工件表面局部脫碳或滲碳后表面存在低碳濃度區(qū)，也會形成軟點(diǎn)。(3)回火缺陷1)硬度不合格：回火后硬度過高通常情況下是回火不充分所致，補(bǔ)救辦法是按正常回火規(guī)范重新回火。七、熱處理常見缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防和補(bǔ)救方法2)韌性過低：在第一類回火脆性區(qū)回火或具有第二類回火脆性敏感的鋼材，回火后未進(jìn)行快冷，都會使工件回火后的脆性增加。第二節(jié)合金元素在鋼中的作用一、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響二、合金元素對鋼熱處理的影響三、合金元素對鋼性能的影響第二節(jié)合金元素在鋼中的作用2Z8.eps一、合金元素對F

33、e-Fe3C相圖的影響1.合金元素與鐵的作用(1)擴(kuò)大相區(qū)的元素Ni、Mn、C、N、Cu等都是擴(kuò)大相區(qū)的元素，如圖2-18a所示，這類元素的特點(diǎn)是使A3點(diǎn)(Fe-Fe3C相圖中的GS線)下降，A4點(diǎn)(Fe-Fe3C相圖中NJ線)上升。(2)縮小相區(qū)的元素Si、Cr、Mo、W、Al、Ti等都是縮小相區(qū)的元素，如圖2-18b所示，這類元素的特點(diǎn)是使A3點(diǎn)將上升，A4點(diǎn)將下降。一、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響圖2-18合金元素對相區(qū)的影響a)擴(kuò)大相區(qū)類型b)縮小相區(qū)類型一、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響2.合金元素與碳的作用(1)非碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al、Cu、N等元素，它們

34、與碳不形成碳化物，在鋼中幾乎都溶于鐵素體和奧氏體中，少數(shù)可形成其他化合物。(2)碳化物形成元素按合金元素形成碳化物的穩(wěn)定程度，將它們由強(qiáng)到弱順序排列為：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe。3.合金元素對相變點(diǎn)的影響(1)對共析點(diǎn)S的影響一般情況下所有合金元素溶入奧氏體中都能使共析碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，即S點(diǎn)左移。一、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響(2)對共析溫度(A1)的影響所有擴(kuò)大相區(qū)的元素均降低A1溫度；反之，所有縮小相區(qū)的元素均提高A1溫度。二、合金元素對鋼熱處理的影響1.合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響(1)合金元素對奧氏體形成速度的影響合金元素是通過改變碳的擴(kuò)散速度來影響奧氏

35、體的形成速度的。(2)合金元素對奧氏體晶粒長大的影響1)強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長大的元素：V、Ti、Nb、Zr、Al(少量)等。2)中等程度阻止奧氏體晶粒長大的元素：W、Mo、Cr等。3)稍許阻止奧氏體晶粒長大的元素：Si、Co、Ni、Cu等。4)促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素：P、Mn等。二、合金元素對鋼熱處理的影響2.合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響(1)合金元素對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的影響合金元素對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的影響，清晰地反映在鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖上。1)含非碳化物形成元素(如Si、Ni、Cu)及弱碳化物形成元素(如Mn)的合金鋼只使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖右移，但不改變奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的形狀。2)含一定

36、量碳化物形成元素時(shí)，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖中同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)“鼻子”。二、合金元素對鋼熱處理的影響3)含Cr量高的鋼，如1Cr13、2Cr13等，貝氏體轉(zhuǎn)變被大大推遲或基本被抵制，其奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖只有珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變，見圖2-19c。4)含W、Mo的合金鋼與含Cr的相反，它們對珠光體轉(zhuǎn)變的推遲作用比貝氏體轉(zhuǎn)變要更強(qiáng)烈，因此使奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖上只出現(xiàn)貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，見圖2-19d。5)過冷奧氏體穩(wěn)定性元素含量很高的合金鋼，如1Cr18Ni9Ti、Mn13等，其奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖沒有珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，只有馬氏體轉(zhuǎn)變，見圖2-19e所示。二、合金元素對鋼熱處理的影響圖2-19合金鋼奧氏體等溫

37、轉(zhuǎn)變圖的五種形式(2)合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響由于馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴(kuò)散型的轉(zhuǎn)變，二、合金元素對鋼熱處理的影響合金元素對其影響主要表現(xiàn)在對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度(MsMf)的改變，進(jìn)而影響淬火鋼中殘留奧氏體量的多少。1)對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響：除Co、Al提高馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度Ms點(diǎn)以外，其他合金元素均使Ms降低。圖2-20合金元素對點(diǎn)的影響二、合金元素對鋼熱處理的影響2)對淬火鋼中殘留奧氏體量的影響：一般來說，淬火鋼中殘留奧氏體量多少與Ms點(diǎn)的位置密切相關(guān)。(3)合金元素對鋼淬透性的影響1)根據(jù)合金元素對鋼淬透性的影響，大致可分為三類： 提高淬透性元素，作用由強(qiáng)至弱依次為Mn、Mo、Cr、Si、Cu、

38、P、B、N。微量的B(wB為0.001%0.005%)即能顯著提高鋼的淬透性。 Ti、Nb、V、Zr等元素，如形成碳化物則降低鋼的淬透性，如溶入奧氏體中，則提高鋼的淬透性。 Co降低淬透性，Al對淬透性的影響尚不清楚。二、合金元素對鋼熱處理的影響2)合金鋼較好的淬透性，對于實(shí)際生產(chǎn)具有十分重要的意義 合金鋼淬火時(shí)大都可使用冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)(如油等)，或采用分級、等溫淬火等方式，這樣可大大減少工件變形與開裂傾向。 可增加大截面工件的淬透層深度，從而獲得較高的、沿截面均勻分布的力學(xué)性能。 某些合金鋼(如高速鋼、某些不銹鋼)由于含有大量提高淬透性的合金元素，過冷奧氏體極穩(wěn)定，即使空冷也可獲得馬

39、氏體，這類馬氏體鋼退火較困難。3.合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響二、合金元素對鋼熱處理的影響(1)高回火穩(wěn)定性由于合金元素溶入馬氏體后，使原子擴(kuò)散速度減慢，導(dǎo)致馬氏體在回火過程中不易分解，碳化物析出困難和難以聚集長大，這樣合金鋼在相同溫度回火后強(qiáng)度、硬度下降較少，即具有比碳鋼高的回火穩(wěn)定性。(2)某些高合金鋼在回火時(shí)產(chǎn)生“二次硬化”如W18Cr4V、Cr12鋼等在回火后都有明顯的二次硬化現(xiàn)象產(chǎn)生。(3)某些合金元素使鋼在回火時(shí)產(chǎn)生第二類回火脆性合金鋼在250400與碳鋼相似，會有第一類回火脆性。三、合金元素對鋼性能的影響1.合金元素對鋼力學(xué)性能的影響(1)對退火(正火)態(tài)鋼力學(xué)性能的影響結(jié)構(gòu)鋼

40、在退火(或正火)狀態(tài)下的基本組成相都是鐵素體和碳化物。(2)對淬火、回火態(tài)鋼力學(xué)性能的影響合金元素對鋼最顯著的影響，表現(xiàn)在其對淬火、回火態(tài)鋼力學(xué)性能的影響上。1)對低溫回火鋼力學(xué)性能的影響：合金元素在淬火、低溫回火后得到回火馬氏體組織。2)對中溫回火鋼力學(xué)性能的影響：淬火鋼中溫回火后的組織一般為回火托氏體組織，它由合金鐵素體與極細(xì)小的合金碳化物組成。三、合金元素對鋼性能的影響3)對高溫回火鋼力學(xué)性能的影響：合金鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，與碳鋼一樣為回火索氏體組織。 合金元素能提高鋼的淬透性，可使大型零件在淬火后沿截面獲得較均勻的馬氏體組織，經(jīng)高溫回火后可得到比較均勻的回火索氏體組織，從而大大提高大截面零

41、件的綜合力學(xué)性能。 合金元素能阻止鋼在高溫回火時(shí)碳化物的聚集、長大，故能獲得高度彌散分布的細(xì)小碳化物，從而使調(diào)質(zhì)后合金鋼有較高的強(qiáng)度(包括熱強(qiáng)性)和韌性。三、合金元素對鋼性能的影響 合金元素能提高鐵素體的再結(jié)晶溫度，因此在高溫回火能得到細(xì)小鐵素體晶粒，使調(diào)質(zhì)后的鋼具有較高的強(qiáng)度及韌性。 合金元素固溶于鐵素體中，能強(qiáng)化調(diào)質(zhì)鋼；能細(xì)化奧氏體晶粒的合金元素均可增加調(diào)質(zhì)鋼的韌性。2.合金元素對鋼工藝性能的影響(1)合金元素對鋼鑄造性能的影響鋼中加入合金元素后，特別是熔點(diǎn)較高的難熔元素后，鋼在液態(tài)時(shí)的粘度增加，使鋼的鑄造性能變壞。三、合金元素對鋼性能的影響(2)合金元素對鋼可鍛性能的影響大多數(shù)合金鋼，特

42、別是含有大量碳化物的合金鋼，其熱塑性明顯下降，鍛造時(shí)易開裂；由于合金鋼高溫強(qiáng)度遠(yuǎn)高于碳鋼，鍛造時(shí)需要較大的變形力；合金鋼的導(dǎo)熱性差，鍛造加熱必須緩慢，冷卻也必須緩慢，以防開裂。B2T6.eps三、合金元素對鋼性能的影響(3)合金元素對鋼焊接性能的影響對焊接性能影響最大的是鋼中含碳量，含碳量越低，焊接性能越好。(4)合金元素對鋼切削性能的影響許多合金鋼含有大量硬而脆的碳化物，即使在較適于切削加工的硬度范圍內(nèi)(170230HBS)，其加工性能也比碳鋼差。2Z9.eps第三節(jié)常用鋼的熱處理工藝方法一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理三、滾動軸承鋼及其熱處理四、刃具鋼及刀具的熱處理五、模具

43、鋼及其熱處理六、量具鋼及量具的熱處理一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理1.對調(diào)質(zhì)鋼基本性能的要求(1)良好的綜合力學(xué)性能為保證調(diào)質(zhì)零件的使用性能，要求調(diào)質(zhì)鋼具有良好的力學(xué)性能。(2)足夠的淬透性調(diào)質(zhì)鋼必須具有足夠的淬透性，才能保證零件獲得調(diào)質(zhì)后的正常組織(回火索氏體)，從而發(fā)揮其良好的綜合力學(xué)性能。2.調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分與熱處理特點(diǎn)(1)化學(xué)成分特點(diǎn)1)碳的作用：調(diào)質(zhì)鋼的wC一般在0.25%0.50%范圍內(nèi)，以此保證淬透性的要求，并保證有足夠體積的碳化物相，使其起到彌散強(qiáng)化的作用。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理2)調(diào)質(zhì)鋼中合金元素的作用 提高淬透性。在調(diào)質(zhì)鋼中加入錳、硅、鉻、鎳這些元素，目的是提高鋼的淬透性。錳、鉻是提高淬

44、透性的最有利的元素，而且價(jià)格便宜，所以合金調(diào)質(zhì)鋼都以錳、鉻為主加元素。鎳對淬透性的貢獻(xiàn)次之，在含鉻的鋼中加入鎳，可明顯增加淬透性。但是由于鎳的價(jià)格昂貴，所以一般不作為調(diào)質(zhì)鋼的主加元素。研究和實(shí)踐證明，鋼中加入微量的硼(wB為0.001%0.005%)能顯著提高淬透性。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 提高回火穩(wěn)定性。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后得到回火索氏體組織，這種組織是在再結(jié)晶的細(xì)晶粒鐵素體上分布著彌散的粒狀碳化物，它的強(qiáng)度(或硬度)主要取決于鐵素體的強(qiáng)度和碳化物的彌散強(qiáng)化作用。因此，凡是提高回火穩(wěn)定性的元素，以及能強(qiáng)化鐵素體或能增加碳化物的彌散度的元素，均可提高回火后的強(qiáng)度。對鐵素體強(qiáng)化效果最佳的元素是硅、錳，其次是鎳

45、、鎢、鉬，再次是鉻。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 細(xì)化奧氏體晶粒。加入調(diào)質(zhì)鋼中細(xì)化晶粒的元素有釩、鈦等。釩在含錳的鋼中少部分可溶入奧氏體中，略能提高淬透性，而大部分則以碳化物或氮化物形式存在，從而起到細(xì)化晶粒的作用。由于釩的碳化物很難溶于奧氏體中，且達(dá)到一定含量時(shí)反而會降低淬透性，故應(yīng)用較少。 抑制第二類回火脆性。鋼中含有鉻、錳、鎳、硼等元素時(shí)，會增加鋼對第二回火脆性的敏感性，當(dāng)鉻、錳、鎳同時(shí)存在時(shí)，產(chǎn)生的影響更甚。抑制第二類回火脆性，除采用回火后快冷外，還可以在鋼中加入適量的鉬或鎢元素。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理(2)熱處理特點(diǎn)由于調(diào)質(zhì)鋼碳含量均在中碳范圍，加上合金元素的強(qiáng)烈影響，所以許多鋼在熱加工后組織上存

46、在較大的差異。1)淬火：鋼件在Ac3以上(3050)范圍內(nèi)加熱，溫度過高，會導(dǎo)致奧氏體晶粒粗大，冷卻時(shí)加大變形和開裂的傾向。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理表2-7常用調(diào)質(zhì)鋼淬火工藝參數(shù)2)回火：調(diào)質(zhì)鋼一般的回火溫度在500650之間，具體溫度根據(jù)調(diào)質(zhì)件的性能確定。3.常用調(diào)質(zhì)鋼一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理(1)碳素調(diào)質(zhì)鋼一般用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的中碳鋼作為調(diào)質(zhì)鋼，例如3550鋼或40Mn等，其中45鋼應(yīng)用最廣。(2)合金調(diào)質(zhì)鋼合金元素加入，極大地提高了這類鋼的淬透性以及綜合力學(xué)性能。1)低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油冷淬火臨界直徑為2040mm，鋼中合金元素種類少，質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，一般不大于2.5%。2)中淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類

47、鋼的油冷淬火臨界直徑為4060mm，通常含有兩種以上合金元素，如鉻鎳鋼、鉻錳鋼、鉻鉬鋼、鉻錳硅鋼以及一些含硼鋼種。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理3)高淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油冷淬火臨界直徑大于或等于60100mm，合金元素的總含量比上述鋼多，主要鋼種有鉻鎳鉬鋼、硅錳鉬釩硼鋼等。4.典型調(diào)質(zhì)零件的熱處理及常見缺陷和預(yù)防措施(1)柴油機(jī)連桿的選材及熱處理1)連桿的工作條件及性能要求：連桿在工作時(shí)，除了受到氣缸的爆發(fā)力外，還受到往復(fù)慣性力和旋轉(zhuǎn)慣性力。2)加工路線：下料鍛造成形調(diào)質(zhì)機(jī)加工；也可以采用鍛造余熱淬火的工藝，該工藝加工路線為：下料鍛造成形余熱淬火、回火機(jī)加工。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理3)熱處理工藝：連桿鍛造

48、成形后，除了個(gè)別與其他零件配合的部位需要加工外，其余部分的形狀都不再改變，因此連桿表面不能有裂紋、折疊、過燒、氧化等缺陷。 淬火。為了獲得均勻的馬氏體組織，按理論計(jì)算淬火加熱溫度應(yīng)選擇810850。但是為了增加淬硬層深度，減少游離鐵素體的含量，以及考慮到加熱爐的特點(diǎn)、測溫的情況、連桿出爐后表面降溫和冷卻劑的選用等一系列因素，故生產(chǎn)上將淬火加熱溫度提高到86010。加熱時(shí)爐內(nèi)通入保護(hù)氣氛。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 回火?；鼗饻囟葹?20640，時(shí)間為12h，出爐后水冷(2040)，以防止回火脆性的產(chǎn)生?；鼗鸷笥捕仍?27255HBS之間。一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理表2-8連桿熱處理常見缺陷及預(yù)防或補(bǔ)救措施(2

49、)機(jī)床主軸的熱處理一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理1)機(jī)床主軸的工作條件及性能要求：磨床主軸工作時(shí)除了承受扭轉(zhuǎn)、彎曲和一些沖擊載荷外，軸頸和拆裝部分還受到摩擦作用。2)機(jī)床主軸的加工路線：下料鍛造退火粗車調(diào)質(zhì)精車去應(yīng)力處理粗車探傷滲氮精磨。3)機(jī)床主軸的熱處理工藝一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 退火。鍛造后毛坯退火目的是降低硬度，改善加工性能，消除鍛造應(yīng)力，細(xì)化晶粒，并為調(diào)質(zhì)處理做好組織準(zhǔn)備。由于38CrMoAlA鋼的脫碳傾向較大，退火溫度不宜太高，生產(chǎn)上采用920，保溫時(shí)間3h ，隨爐冷卻至500左右出爐空冷，退火后的硬度為230280HBS。 調(diào)質(zhì)處理。包括：一、調(diào)質(zhì)鋼的熱處理 去應(yīng)力處理。目的是消除機(jī)械加工生產(chǎn)的

50、內(nèi)應(yīng)力和回火過程中尚未去除殘余應(yīng)力，保證在滲氮時(shí)組織的穩(wěn)定和軸不變形。去應(yīng)力處理的溫度低于回火溫度約2030，在630左右。保溫時(shí)間，以便充分消除應(yīng)力，保溫后爐冷至350時(shí)，出爐空冷。 滲氮。滲氮前表面進(jìn)行嚴(yán)格清洗，不允許有任何油污和鐵銹。非滲氮部位用鍍錫或涂料加以保護(hù)。滲氮采用冷爐裝料，主軸最好垂直懸掛，以防止變形。裝爐后要密封。二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理1.彈簧鋼的基本性能要求1)應(yīng)具有高的強(qiáng)度極限：對減振彈簧，從吸收能量方面考慮，要求有高的彈性極限。2)應(yīng)具有高的疲勞極限：以免發(fā)生早期疲勞失效。3)應(yīng)具有一定的韌性及較好的工藝性能：以保證彈簧工作時(shí)安全可靠和制造過程中的加工成形。4)

51、對于淬火、回火的彈簧：要求不易脫碳，有足夠的淬透性，低的過熱敏感性。2.彈簧鋼的化學(xué)成分與熱處理特點(diǎn)(1)化學(xué)成分彈簧鋼分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼。(2)熱處理特點(diǎn)二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理1)熱成形彈簧：線徑或厚度在10mm以上的螺旋彈簧或板簧都是用熱成形方法制造的。2)冷成形彈簧：一般用于線徑或厚度在10mm以下的小型彈簧，采用冷拉彈簧鋼絲冷繞成形。表2-9彈簧熱處理常見缺陷及其對策二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理表2-9彈簧熱處理常見缺陷及其對策3.常用彈簧鋼二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理(1)碳素彈簧鋼一般用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的高碳鋼，如60、6585鋼。(2)錳彈簧鋼主要牌號是65M

52、n鋼。(3)硅-錳系彈簧鋼最典型的是55Si2Mn。(4)鉻系彈簧鋼最常用的鋼號是50CrVA。4.典型彈簧零件的熱處理(1)氣閥螺旋彈簧的熱處理常用50CrVA鋼絲制造的內(nèi)燃機(jī)氣閥彈簧外形見圖2-21。二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理圖2-21氣閥彈簧二、彈簧鋼及其典型零件的熱處理(2)汽車板簧的熱處理汽車板簧常用55Si2Mn或60Si2Mn鋼制造，外形見圖2-22。圖2-22汽車板簧總成結(jié)構(gòu)圖表2-10板簧厚度與淬火加熱時(shí)間的關(guān)系三、滾動軸承鋼及其熱處理1.滾動軸承鋼的基本性能1)具有高的接觸疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。2)高的淬硬性和必要的淬透性以保證在熱處理后獲得高而且均勻的表面硬度。3)高的

53、彈性極限，防止在高載荷作用下軸承發(fā)生過量的塑性變形。4)一定的韌性，防止軸承在承受沖擊載荷作用時(shí)發(fā)生破壞。5)良好的尺寸穩(wěn)定性，防止軸承在長期存放或使用中因尺寸變化而降低精度。三、滾動軸承鋼及其熱處理6)一定的抗腐蝕性能，在大氣和潤滑劑中應(yīng)不易生銹或被腐蝕。7)良好的工藝性能，如冷、熱成形性能、加工性能、熱處理性能等，以便適應(yīng)大批量生產(chǎn)的要求。2.滾動軸承鋼的化學(xué)成分和熱處理特點(diǎn)(1)滾動軸承鋼的化學(xué)成分1)高碳：為了軸承在淬火和低溫回火后得到高硬度、高耐磨性和高的接觸疲勞性能。2)主加元素為鉻：wCr小于1.65%。3)加入Si、Mn元素：進(jìn)一步提高淬透性，適合制造大型軸承。三、滾動軸承鋼及

54、其熱處理4)嚴(yán)格控制有害元素P、S含量：P在加熱時(shí)會促使晶粒長大并增加鋼的脆性，降低強(qiáng)度，增加淬火開裂傾向。(2)滾動軸承鋼的熱處理1)預(yù)先熱處理三、滾動軸承鋼及其熱處理 正火。如果毛坯鍛造工藝不當(dāng)，出現(xiàn)沿奧氏體晶界析出的二次網(wǎng)狀碳化物、粗大片狀珠光體和條狀碳化物組織時(shí)，因?yàn)樗鼈冊陔S后的球化退火過程中不能完全消除，從而影響零件的使用壽命，所以采用正火工藝來消除這些組織。有粗大網(wǎng)狀碳化物的GCr15鋼采用900950的加熱溫度，工件透熱后保溫3050min。冷卻速度不小于4050/min。三、滾動軸承鋼及其熱處理 球化退火。經(jīng)過鍛造后的零件，其顯微組織為細(xì)片狀珠光體時(shí)，可直接進(jìn)行球化退火。其目的

55、是：降低硬度便于切削加工；獲得均勻分布的細(xì)顆粒狀珠光體，為淬火做好準(zhǔn)備；改善熱處理的綜合力學(xué)性能；消除加工硬化，增加塑性。GCr15等鋼，通常采用等溫球化退火，其工藝是將鋼材加熱到780810，保溫1h。然后在700720保溫34h，以便組織全部球化。790被認(rèn)為是最佳的球化加熱溫度。因?yàn)榧訜釡囟冗^高，大量碳化物溶解，球化結(jié)晶核心少，球化后為粗大的球狀珠光體或部分片狀組織；加熱溫度偏低，球化退火后組織中仍保留尚沒轉(zhuǎn)變的片狀珠光體。三、滾動軸承鋼及其熱處理2)最終熱處理：一般采用淬火和低溫回火。3.常用滾動軸承鋼表2-11常用軸承鋼的牌號、化學(xué)成分及用途4.典型滾動軸承鋼的熱處理(1)GCr15

56、軸承鋼零件的加工路線三、滾動軸承鋼及其熱處理1)套圈：鍛造球化退火機(jī)械加工淬、回火磨削加工至尺寸要求。2)滾珠：冷鐓淬火、低溫回火。(2)GCr15軸承鋼的熱處理1)球化退火：常用的球化退火工藝有一般球化退火和等溫球化退火兩種，見圖2-23a、b。圖2-23GCr15球化退火工藝a)普通球化退火b)等溫球化退火三、滾動軸承鋼及其熱處理 加熱溫度。球化退火溫度一般采用Ac1+2050。加熱溫度過高，由于碳化物大量溶解和奧氏體成分趨于均勻，將導(dǎo)致片狀珠光體形成，無法達(dá)到降低硬度的目的。溫度過低，片狀珠光體溶解不充分，奧氏體成分不均勻，碳化物在冷卻時(shí)沿原來的片層析出，或呈細(xì)小的鏈狀，從而也會造成硬度

57、值的偏高。 保溫時(shí)間。鍛造組織正常的GCr15鋼，在780時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變需要40100min；如果鍛造組織中有細(xì)網(wǎng)狀碳化物存在時(shí)，在800保溫30110min。保溫時(shí)間由工件的大小、裝爐方式、裝爐量決定。三、滾動軸承鋼及其熱處理 冷卻速度。退火冷卻速度決定了碳化物的彌散度。冷卻速度過快(100300/h)，將形成極細(xì)密的碳化物，使鋼的硬度偏高。生產(chǎn)上冷卻速度一般控制在1030/h范圍內(nèi)，冷至650出爐空冷。硬度低于210HBS。采用等溫球化退火工藝可縮短退回時(shí)間，加熱790左右，保溫一定時(shí)間后，盡快冷卻至720左右等溫，保溫不超過1h即可。2)淬火和低溫回火三、滾動軸承鋼及其熱處理 淬火。GC

58、r15鋼的淬火溫度在840左右。淬火溫度偏低，奧氏體中含碳量、含鉻量不足，淬透性和淬硬性低；淬火溫度過高，碳化物溶解過多，則會引起過熱，奧氏體晶粒粗大，淬火后馬氏體針粗大，綜合力學(xué)性能降低，還會使奧氏體含量增多，變形及氧化脫碳加重。淬火溫度視工件尺寸、淬火介質(zhì)而定。尺寸較大的零件采用較高的淬火溫度，以提高淬透性，獲得較深的淬透深度和較高的硬度。同一規(guī)格的軸承零件，在箱式電爐中加熱比鹽爐加熱稍高5左右；淬油比淬水的零件加熱溫度高510。三、滾動軸承鋼及其熱處理 低溫回火。淬火后組織中的馬氏體和殘余奧氏體是不穩(wěn)定相，在室溫下長期停留會發(fā)生組織轉(zhuǎn)變而導(dǎo)致零件尺寸的變化，從而影響軸承的精度。因此，零件

59、淬火后需要經(jīng)150170、23h的低溫回火。低溫回火不僅穩(wěn)定零件的尺寸，而且消除應(yīng)力。回火在電爐或油爐中進(jìn)行，油爐的傳熱均勻、速度快，回火質(zhì)量較好?；鼗饡r(shí)間比電爐回火的時(shí)間略短。三、滾動軸承鋼及其熱處理表2-12軸承鋼淬火缺陷及預(yù)防措施三、滾動軸承鋼及其熱處理表2-12軸承鋼淬火缺陷及預(yù)防措施四、刃具鋼及刀具的熱處理1.刃具鋼的基本性能要求(1)高的硬度和耐磨性刃部的硬度只有高于被加工材料的硬度時(shí)，才能進(jìn)行切削。(2)高的熱穩(wěn)定性即高溫下保持高硬度的能力(60HRC)，與鋼的回火穩(wěn)定性有關(guān)。(3)足夠的強(qiáng)度與韌性保證刀具在復(fù)雜切削力的作用下及沖擊震動時(shí)不發(fā)生脆性斷裂或崩刃。2.碳素刃具鋼及低合

60、金刃具鋼(1)碳素刃具鋼1)成分：wC為0.65%1.35%。四、刃具鋼及刀具的熱處理2)特點(diǎn)：碳素刃具鋼的優(yōu)點(diǎn)是容易鍛造及切削加工，而且價(jià)格便宜，生產(chǎn)量約占全部工具鋼的60%。3)熱處理工藝特點(diǎn) 鍛造。碳素刃具鋼雖然可鍛性能較好，但鍛造過程中有表面脫碳現(xiàn)象，所以加熱時(shí)間應(yīng)盡量縮短。其次，要嚴(yán)格控制鍛壓比，一般要大于4。鍛造后，空氣冷卻。四、刃具鋼及刀具的熱處理 球化退火。目的是改善切削性能，并為最終淬火作組織準(zhǔn)備。加熱溫度一般在730800。加熱時(shí)一部分滲碳體溶于奧氏體，殘留的滲碳體自發(fā)地趨于球形以減少表面能，在隨后的緩慢冷卻過程中，獲得細(xì)而均勻分布的球狀珠光體。硬度一般低于217HBW。四