鋼的熱處理工藝

1、第三章鋼的熱處置工藝熱處置工藝：將工件放入一定的介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻，經(jīng)過(guò)改動(dòng)組織來(lái)控制其性能的操作；制定根底： 熱處置原理種類： 普通熱處置退火、正火、淬火和回火 外表熱處置外表淬火和化學(xué)熱處置 形變熱處置位置：. 鋼的退火 可作為：預(yù)備熱處置和最終熱處置；鋼的退火定義： 鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上或以下，保溫后隨爐慢冷以獲得近于平衡形狀的組織的工藝。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； 為淬火作組織上的預(yù)備；.種類： 按加熱溫度分如圖重結(jié)晶退火完全退火分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

2、式分：等溫退火和延續(xù)退火. 退火工藝 、完全退火定義：將鋼加熱到c3以上一定溫度，獲得完全的、均勻的奧氏體后緩冷，得到近于平衡組織的熱處置工藝過(guò)程稱為完全退火。目的： 消除組織缺陷； 細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力；降低硬度、改善切削加工性。 適用鋼種： 0.30.6%C的亞共析鋼主要缺陷：鍛件和焊接件的魏氏組織、晶粒粗大、帶狀組織，低碳鋼和過(guò)共析鋼不適用。.工藝參數(shù)：加熱溫度：2030原那么：得到單相，又防止晶粒粗大保溫時(shí)間：在箱式爐中：?jiǎn)挝? min, K=1.5 2.0min/mm，D:工件有效厚度: mm)對(duì)鍛、軋材：=(3 4)+(0.2 0.5)Q (單位: h , Q為裝如量，單

3、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；.、等溫退火： 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；適用：中碳0.250.6%C合金鋼 優(yōu)點(diǎn)：縮短了工藝周期；保證工件內(nèi)外在同一溫度轉(zhuǎn)變； 缺陷：大件、大批量不適 目的：A轉(zhuǎn)變?yōu)镻 工藝參數(shù)：等溫溫度、等溫時(shí)間、冷卻；. 、亞共析鋼的不完全退火：定義：將鋼加熱到c以上3050、保溫、得到不完全奧氏體后，緩冷得到近于平衡組織的熱處置工藝。目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，降低硬度，減小內(nèi)應(yīng)力，改善切削加工性適用鋼種：亞共析鋼中無(wú)大缺陷工藝參數(shù)：加熱溫度C12030, 加熱時(shí)間、冷卻同上

4、。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、節(jié)時(shí). 、球化退火定義：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(guò)程目的：降低硬度，均勻組織，改善切削加工性，為淬火作預(yù)備。適用鋼種：共析鋼、過(guò)共析鋼、合金工具鋼。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(shí)間：普通為24小時(shí)或按公式計(jì)算 冷卻速度：爐冷或Ar1以下20 長(zhǎng)時(shí)間等溫， 600 以后出爐空冷。 .工藝類型： 普通球化退火、等溫球化退火、循環(huán)球化退火留意：普通球化退火效果較差，等溫球化退火效果較好，循環(huán)球化退火的效果最正確，但思索消費(fèi)本錢，普通用等溫球化退火，本錢不高效果又好。. 、分散退火均勻化退火定義：將鋼錠或鍛件加熱到稍低于固相線以下

5、某溫度長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后緩冷以消除化學(xué)成分的不均勻景象，稱為分散退火。目的：均勻成分，均勻組織適用鋼種：中、高合金鋼工藝參數(shù)：加熱溫度：Ac3Acm+150300碳鋼 1100 1200 ；合金鋼 1200 1300 保溫時(shí)間：與鋼種和偏析程度有關(guān)， 3060min/25mm 或1.52.5min/mm 按裝爐量Q計(jì)算：./小時(shí) ：裝爐量噸，普通為； .問(wèn)題：普通分散退火加熱溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，晶粒會(huì)粗大，分散退火之后要進(jìn)展一次完全退火或正火來(lái)進(jìn)展細(xì)化晶粒，消除過(guò)熱缺陷。周期長(zhǎng)、能耗大、氧化脫碳嚴(yán)重、本錢高 故：有時(shí)可采用完全退火來(lái)替代。. 、去應(yīng)力退火定義：為消除鑄鍛焊件的內(nèi)應(yīng)力而進(jìn)展的退火叫作去

6、應(yīng)力退火。目的：去應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，防止變形和開(kāi)裂。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)加熱部分退火。保溫時(shí)間：由工件的尺寸和裝爐量決議。鋼3min/mm，鑄鐵6min/mm。冷卻：緩冷，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。. 7、再結(jié)晶退火定義：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置工藝過(guò)程。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(shí)間：1-3h。冷卻方式：空冷。中間退火或最終熱處置。.2 鋼的正火正常化或?；x：將鋼加熱到c3

7、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。目的：改善切削加工性能：消除熱加工缺陷；普通構(gòu)造件：要求不高，可以作為最終熱處置來(lái)運(yùn)用；. 適用鋼種：碳鋼，低、中合金鋼； 工藝參數(shù)： 加熱溫度：c3或cm3050 對(duì)一些合金鋼，c3100150； 原那么：晶粒不粗化的前提； 加熱時(shí)間：工件燒透，采用閱歷公式即可，與成分、 原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備。 冷卻：空冷、風(fēng)冷、. 正火后的組織： 含碳量0.6：少量； 含碳量在0.61.4之間： 正火的本質(zhì)： 奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變； 正火與退火的比較： 本質(zhì)上：正火是退火的一個(gè)特例； 共同點(diǎn)：；分散型相變，得到軟韌組織 不同點(diǎn)

8、：工藝上，組織上，性能上；.正火的運(yùn)用改善鋼的切削加工性含碳低于0.25%的-HB140-190；消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，為球化退火作預(yù)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構(gòu)造鋼鑄、鍛、軋件、焊接件的魏氏組織、粗大晶粒、帶狀組織提高普通構(gòu)造件的機(jī)械性能. 退火和正火的選取原那么0.25的低碳鋼，采用正火，利于切削加工；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，因本錢低；.5.75%的中高碳鋼，普通采用完全退火；.75% 的高碳鋼，普通采用球化退火，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

9、和貝氏體，應(yīng)高溫回火。.3鋼的淬火定義： 將鋼加熱到臨界點(diǎn)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置工藝叫做淬火。目的：強(qiáng)硬化；工藝特點(diǎn)： 關(guān)鍵：加熱溫度、冷速足夠大； 帶來(lái)的問(wèn)題：內(nèi)應(yīng)力；.1、淬火應(yīng)力 1)熱應(yīng)力：工件加熱或冷卻時(shí)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，其外表和心部溫度及熱應(yīng)力。影響要素:冷速、加熱溫度、截面尺寸、導(dǎo)熱系數(shù)、線膨脹系數(shù)。.2)組織應(yīng)力 工件在冷卻過(guò)程中，由于內(nèi)外溫差呵斥組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)，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

10、，體積膨脹。 與熱應(yīng)力正好相反。外表：壓拉影響要素：化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、鋼件構(gòu)造尺寸、導(dǎo)熱性、冷速、淬透性等。.3)實(shí)踐工件的淬火應(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%高，馬氏體的比容提高，組織應(yīng)力提高； C%高，Ms點(diǎn)下降，組織應(yīng)力下降?？傊?，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)力均添加。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(diǎn) 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。.2、淬火加熱溫度：原那么：得到均勻細(xì)小的組織，以便冷卻后得

11、到均勻細(xì)小的馬氏體組織；亞共析鋼：c33050共析、過(guò)共析鋼：c13050合金鋼: 低合金鋼：c1或c3+ 50100 ； 高合金鋼：溫度更高； 思索合金元素的作用，淬火加熱溫度應(yīng)相應(yīng)提高，以使合金元素的作用充分發(fā)揚(yáng)亞共析鋼組織 :細(xì)小板條M +少量剩余奧氏體；過(guò)共析鋼組織:隱晶M 細(xì)小碳化物剩余奧氏體.淬火加熱溫度選取緣由： 假設(shè)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，呵斥軟點(diǎn)；也不能超越Ac3太多，否那么晶粒粗大。 假設(shè)過(guò)共析鋼于cm以上溫度淬火，奧氏體的含碳量提高，Ms和Mf點(diǎn)降低，將使剩余奧氏體量添加，導(dǎo)致淬硬性的降低；同時(shí)，粗化，將會(huì)在淬火組織中出現(xiàn)粗大的片狀高碳孿晶馬

12、氏體，添加鋼的脆性。例：球狀珠光體的T8鋼分別在600 、780 、1000 淬火：.4、淬火冷卻介質(zhì)對(duì)淬火介質(zhì)的要求： 冷速大于臨界淬火速度； 理想的冷速； 無(wú)毒、無(wú)公害； 價(jià)錢廉價(jià)、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(shí)間： 原那么：保證零件內(nèi)外到達(dá)規(guī)定的溫度， 完成組織轉(zhuǎn)變；. 常用冷卻介質(zhì)：表10-1所示：水：中-慢，低-快。 運(yùn)用溫度：； 適用于：尺寸不大，外形簡(jiǎn)單的碳鋼工件鹽水、堿水：中-快，低-快。運(yùn)用溫度：；適用于：碳鋼、低合金鋼；油： 中-慢，低-慢運(yùn)用溫度：；適用于：合金鋼；低溫硝鹽：50%KNO3+50%NaNO2;熔點(diǎn)：145；運(yùn)用

13、溫度：160500;適用于：油淬不硬，水淬開(kāi)裂的碳鋼；.、常用淬火方法單液淬火法：圖適用：外形簡(jiǎn)單、尺寸較大的工件；優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；缺陷：易變形、開(kāi)裂；預(yù)冷淬火法雙液淬火法水淬油冷：圖優(yōu)點(diǎn)：減少變形；缺陷：難以控制；分級(jí)淬火法：冷卻介質(zhì)為低溫鹽浴、堿浴.圖適用：尺寸較小，外形復(fù)雜的工件；優(yōu)點(diǎn)：減小內(nèi)應(yīng)力，減小變形、開(kāi)裂；缺陷：工件尺寸不能太大；. 等溫淬火法：在點(diǎn)以上一定溫度等溫一定時(shí)間，獲得下貝氏體的操作。圖 等溫溫度：； 等溫時(shí)間：根據(jù)曲線確定； 優(yōu)點(diǎn)：變形小，不開(kāi)裂，可不回火； 適用：尺寸小，薄厚不均，要求強(qiáng)度高、 韌性好的工件； .、鋼的淬透性：如圖1) 淬透性概念：鋼在淬

14、火時(shí)獲得馬氏體的才干大小，普通用在一定的條件下淬火獲得的淬透層深度來(lái)表示。 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；淬透層確實(shí)定：由外表到半馬氏體處的厚度；緣由 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要素： 、成分 、介質(zhì)的冷卻才干、工件尺寸.2) 影響淬透性的要素：過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性； 留意:淬透性與淬透層深度的區(qū)別： 淬透性是鋼的固有屬性，鋼的成分一定，那么鋼 的淬透性就定了。淬透層深度工件外表到半 馬氏體區(qū)的間隔與詳細(xì)條件有關(guān)； 留意:淬硬性與淬透性的區(qū)別： 淬硬性：鋼淬火時(shí)，獲得的的最高硬度鋼 淬火時(shí)的硬化才干；取決于M中的含碳量 . 3)淬透性

15、的測(cè)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)一樣。Dc油 Dc水-，但- 概念直觀，但測(cè)定費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 意義：選擇鋼種、熱處置工藝、淬火介質(zhì)。末端淬火法 奧氏體化后，迅速放入實(shí)驗(yàn)安裝。水溫20-30，水柱高為655mm，兩側(cè)各磨去0.2-0.5mm，隔1.5mm。.根據(jù)淬透性曲線，通常用JHRC/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。鋼的淬透性對(duì)機(jī)械性能的影響：淬透的鋼回火后性能由外表到心部都一致；沒(méi)淬透的鋼，回火到與同一硬度時(shí)，表心組織不同，

16、性能不同，心部的強(qiáng)度和韌性低；選材時(shí)應(yīng)留意：淬透性、變形、開(kāi)裂。. 4鋼的回火定義： 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)姆绞娇绽淅鋮s到室溫的熱處置工藝過(guò)程稱為回火。類型： 低溫回火 、中溫回火、 高溫回火.、低溫回火： 回火溫度：150250的回火； 回火組織：回火馬氏體 性能特點(diǎn)：堅(jiān)持馬氏體的高硬度和高耐磨性， 適當(dāng)?shù)奶岣吡隧g性； 適用：刃具、量具、滾動(dòng)軸承、滲碳件及 高頻外表淬火的工件。 特點(diǎn)：較高的硬度和強(qiáng)度.、中溫回火：回火溫度：回火組織：回火屈氏體性能特點(diǎn)：高的彈性極限適用：彈性元件的熱處置.、高溫回火：回火溫度：50060回火組織：回火索氏體性能特點(diǎn)：綜

17、合機(jī)械性能優(yōu)良適用：各種軸類、連桿、連桿螺栓、汽車半軸、 機(jī)床主軸及齒輪的熱處置；調(diào)質(zhì)處置：淬火高溫回火；.、工藝參數(shù)： 回火時(shí)間：；如圖所示； 回火冷卻：空冷對(duì)于存在高溫回脆的工件： 空冷水冷、油冷低溫回火 回火溫度：所要求的硬度越高，回火溫度越低； 高合金鋼在600-680 軟化退火。. 三、淬火加熱的缺陷 、過(guò)熱：概念：加熱溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，呵斥的粗大的晶粒組織；危害：淬火裂紋；體粗大；補(bǔ)救方法：延伸回火時(shí)間輕；退火后重新加熱淬火嚴(yán)重 、過(guò)燒：概念：加熱溫度過(guò)高呵斥的部分晶界熔化景象。危害：設(shè)備失靈只能報(bào)廢：. 、氧化：概念：工件外表與O2、H2O、CO2等反響生成了 氧化鐵，使金

18、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(shí)加熱；鹽浴加熱、維護(hù)氣氛加熱或刷涂料； .、脫碳： 概念：工件外表的碳參與反響而燒損； 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：改動(dòng)爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)；維護(hù)加 熱或刷涂料。.5其它類型的熱處置 一、鋼的形變熱處置定義： 將塑性變形和熱處置有機(jī)的結(jié)合在一同的一種復(fù)合熱處置工藝優(yōu)點(diǎn)： 強(qiáng) 、塑、韌、節(jié)能分類： 高溫形變熱處置、低溫形變熱處置：.1、高溫形變熱處置 性能：強(qiáng)度高， 塑

19、性、低溫韌性都提高 適用：普通碳鋼、低合金鋼 強(qiáng)韌化緣由：.、低溫形變熱處置 適用：合金鋼 性能：提高抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度強(qiáng)化緣由：晶粒、亞晶細(xì)化、K細(xì)小、孿晶減少。缺陷：工藝難.二、鋼的外表淬火概念：將工件外表快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻后，使工件外表層獲得淬火組織的熱處置方法。目的：表硬心韌；種類：感應(yīng)加熱外表淬火火焰加熱外表淬火電解液加熱外表淬火電接觸加熱外表淬火激光加熱外表淬火.、感應(yīng)加熱外表淬火概念:利用電磁感應(yīng)景象，在工件外表產(chǎn)生密度很高感生電流，使工件外表迅速被加熱的一種淬火方法。普通,電流的頻率越高，加熱深度就越小，加熱速度越快。.種類:高頻加熱外表淬火 電流頻率：801000K

20、Hz，硬化層深度：0.5mm； 適用：中小模數(shù)齒輪、小軸中頻加熱外表淬火 電流頻率：25008000Hz；硬化層深度： 36mm； 適用：曲軸、凸輪軸、大模數(shù)齒輪、鋼軌工頻加熱外表淬火 電流頻率：50Hz；硬化層深度: 1015mm 適用：大直徑鋼材、大工件。.特點(diǎn):加熱速度快;工件外表構(gòu)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??；消費(fèi)率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化消費(fèi)。 6 設(shè)備費(fèi)用高。. 工藝：淬火加熱溫度：AC3150200，不保溫冷卻：噴水；低溫回火：150180，降應(yīng)力。 預(yù)處置：對(duì)于心部性能要求高的零件:調(diào)質(zhì)處置;對(duì)于心部性能要求

21、不高的零件:正火處置； 適用：中碳鋼、中碳合金構(gòu)造鋼；.三、鋼的化學(xué)熱處置定義： 將工件放入某種化學(xué)介質(zhì)中，經(jīng)過(guò)加熱、保溫暖冷卻使介質(zhì)中的某些元素的原子分散到表層中，以改動(dòng)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。優(yōu)點(diǎn)：可獲得表硬心韌的性能；分類：根據(jù)滲入元素的不同，可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等；. 根本操作： 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；滲氮氨氣分解出N。 活性原子被吸附，并溶入工件外表，構(gòu)成固溶體，在活性原子的濃度很高時(shí)，還可以構(gòu)成化合物； 滲入原子

22、在一定溫度下，由表層向內(nèi)分散，構(gòu)成一定的分散層；.1、鋼的滲碳：定義：向鋼的外表層滲入碳原子的過(guò)程。目的：使工件在熱處置后外表具有高硬度和高耐磨性，而心部仍堅(jiān)持一定的強(qiáng)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；.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、使鋼件外表層增碳的過(guò)程；. 1.1.1 氣相反響： CH4C+2H2；2COC+CO2；CO+H2C+H2O； 活性碳原子溶入高溫奧氏體中，而后向鋼的內(nèi)部分散，實(shí)現(xiàn)滲碳； 1.1.2 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(guò)高，會(huì)使鋼件中的晶粒長(zhǎng)大，使鋼變脆；保溫時(shí)間：所需的滲碳層滲碳時(shí)間；. 1.1.3 滲碳后的組織:低碳鋼滲碳后緩冷： 外表層：P+Fe3C；滲碳后表層的最正確含碳量為：0.851.05% 心部:F+P心部為原資料的含碳量：010.25% 中間為過(guò)渡層, 越接近外表鐵素體越少;如圖 .1.1.4 滲碳后的熱處