鋼絲拉拔生產第四章鋼絲熱處理

1、鋼絲拉拔生產第四章鋼絲熱處理第1頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.1熱處理的目的和種類4.2連續(xù)式索氏體化處理4.3鋼絲熱處理常見的缺陷和防止辦法內容簡要第2頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.1熱處理的目的和種類第3頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.1鋼絲熱處理的目的和種類一、鋼絲熱處理的目的1、為了消除冷加工造成的加工硬化現象，以利于進一步冷加工。金屬在再結晶溫度以下的加工處理，稱為冷加工。鋼絲的拉拔過程是在室溫下進行的，鋼的再結晶溫度為450500左右，拉絲屬于冷加工。冷加工硬化：金屬由于冷加工變形，使其強

2、度、硬度增高，而塑性與韌性降低的現象，稱為冷加工硬化。第4頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.1鋼絲熱處理的目的和種類2、為了確保成品鋼絲的最終機械性能或物理性能。 (1)成品鋼絲的最終熱處理，即成品鋼絲以熱處理狀態(tài)交貨的。例如：針布鋼絲以淬火回火狀態(tài)交貨；合金工具鋼絲、低碳通訊架空線鋼絲要以退火狀態(tài)交貨；預應力鋼絲要回火狀態(tài)交貨。(2)為拉拔成具有高綜合機械性能的成品鋼絲，而對線坯進行顯微組織準備的熱處理。例如：拉拔制繩鋼絲或輪胎鋼絲，對成品的坯料進行索氏體化處理，從而經拉拔后使成品鋼絲具有高強度和良好的韌性。3、為了提高熱軋線材的塑性及消除其組織的不均勻性，以利于

3、拉拔的預先熱處理。 例如：對盤條進行退火或正火處理。第5頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三二、鋼絲熱處理的種類4.1鋼絲熱處理的目的和種類5、調質處理1、正火處理2、等溫淬火處理3、退火處理4、回火處理第6頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.1鋼絲熱處理的目的和種類1、正火處理定義：將鋼絲或線材加熱到Ac3（亞共析鋼）或Acm（過共析鋼）以上一定的溫度，保溫一段時間，隨后在空氣中進行冷卻，以獲得珠光體組織的熱處理方式，稱為正火處理。用途：正火處理往往作為碳素鋼絲的中間處理過程，而不作為鋼絲拉制的成品處理。主要目的：軟化鋼絲。第7頁，共45頁，2

4、022年，5月20日，22點50分，星期三2、等溫淬火處理定義：將鋼絲或線材加熱到Ac3或Acm以上的溫度（8501000），保溫一段時間，隨后在熔融的鉛、鹽、堿、沸水中或沸騰粒子床等恒溫介質中進行冷卻轉變，以獲得索氏體組織的熱處理稱為等溫淬火處理，又稱為索氏體化處理。大多數廠家冷卻介質采用熔融的鉛，所以工廠中習慣稱為鉛淬火。也有用熔鹽或沸水作為淬火介質的，俗稱鹽淬火或沸水淬火。目的：獲得索氏體組織。用途：生產高碳鋼絲時，一般采用索氏體化處理作為拉拔成品前的熱處理。如，生產制繩鋼絲、輪胎鋼絲、預應力鋼絲、碳素彈簧鋼絲和琴鋼絲等。4.1鋼絲熱處理的目的和種類第8頁，共45頁，2022年，5月20

5、日，22點50分，星期三3、退火處理退火是將金屬和合金加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過共析鋼則是粒狀珠光體。退火組織是接近平衡狀態(tài)的組織。目的： (1)消除熱軋線材中組織缺陷、非平衡組織和粗大晶粒，使機械性能均勻。 (2)消除由于拉拔過程所引起的硬化和脆性，提高其塑性和韌性，以利于加工過程繼續(xù)進行。 (3)保證成品鋼絲獲得所需要的機械性能和金相組織。分類：球化退火、再結晶退火、低溫退火等。4.1鋼絲熱處理的目的和種類第9頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三（1）球化退火鋼絲加熱到一定的溫度(通常取A

6、cl與Ac3或Acm之間的溫度)，保溫一段時間后，再以不大于50/ h的冷卻速度隨爐冷卻到550600，然后出爐空冷，使片狀碳化物變?yōu)轭w粒狀，即得到所謂球化組織。球化退火處理不僅使鋼絲的硬度下降，有利于冷加工和切削加工，而且能為鋼絲再加工成零件而需淬火時作原始組織準備。球化退火多用于工具、儀器儀表、滾珠軸承、縫紉機針、醫(yī)療器械等高碳鋼絲與合金鋼絲的生產。（2）再結晶退火將冷拉鋼絲加熱到再結晶溫度以上(碳鋼的再結晶溫度為450500)，通常取略低于Acl點（或在Acl點），稍加保溫，然后根據鋼種不同，進行緩冷或急冷，使冷拉鋼絲組織轉變成新的等軸結晶(再結晶)，即為再結晶退火。通過再結晶退火，可消

7、除加工硬化，利于繼續(xù)拉拔。使鋼絲軟化的中間退火以及某些軟狀態(tài)交貨的低碳鋼絲最終熱處理，常用再結晶退火。鋼絲再結晶退火也有采用連續(xù)作業(yè)方式進行的，此時鋼絲在連續(xù)爐內加熱到低于Acl 1015保溫數十秒，隨后空冷即可，這種處理稱為鋼絲連續(xù)式再結晶退火。（3）低溫退火低溫退火是將鋼絲或線材加熱到適當溫度（通常在Acl溫度以下），經保溫后直接空冷，以消除內應力，恢復塑性。多用于合金鋼絲生產。如，合金彈簧鋼絲、合金工具鋼絲等。4.1鋼絲熱處理的目的和種類第10頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4、回火處理定義：將鋼絲加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定的時間，然后以一定的冷卻速度冷

8、卻到室溫的處理，稱回火處理。用于鋼絲處理時，將冷拉后鋼絲加熱到250370，保溫短時間，再進行冷卻。目的：清除不均勻殘余應力，使鋼絲的抗拉強度、屈服極限和伸長率增加，并增大其抗蠕變性能。鋼絲的回火分為三種：1、低溫回火：回火溫度為150250。這是對于經淬火后要求保持高硬度、高強度和耐磨性的工件或鋼絲所采用。2、中溫回火：回火溫度為350450。這是為保證高的屈服強度和一定的韌性，得到回火屈氏體。3、高溫回火：回火溫度為500650，得到回火索氏體。高溫回火幾乎完全消除淬火內應力，并使鋼絲可得到高強度和高韌性最良好配合的機械性能。4.1鋼絲熱處理的目的和種類第11頁，共45頁，2022年，5月

9、20日，22點50分，星期三5、調質處理調質處理就是淬火加高溫回火，即加熱到Ac3或Acm以上的適當溫度，在淬火介質中急冷，然后在熔鹽或熔鉛以及其它中性介質中加熱到低于Ac1以下的某一溫度進行回火。也稱為油淬火。調質處理采用的回火溫度較高(400500)，以便獲得回火索氏體組織，具有較高的強度、彈性和良好的韌性、耐疲勞性能。常作為成品鋼絲的最終熱處理。經過這一熱處理的成品鋼絲在高的抗拉強度下具有良好的彈性、平直度、韌性、耐疲勞性能，并且組織和性能穩(wěn)定，承受的工作溫度也優(yōu)于冷拔鋼，使用這種鋼絲的閥門彈簧使用壽命大大提高。廣泛用于各種彈簧鋼絲，如發(fā)動機閥門彈簧、壓縮機氣閥彈簧、汽車離合器和油泵咀彈

10、簧、以及紡織用彈性針布鋼絲的最終熱處理上。4.1鋼絲熱處理的目的和種類第12頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三 4.2連續(xù)式索氏體化處理第13頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式索氏體化處理鉛淬火工藝工藝參數主要有： 1.加熱溫度 2.加熱時間 3.淬火介質的溫度 4. 淬火時間 第14頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式索氏體化處理 加熱目的：為了得到均勻一致的奧氏體。 1.加熱溫度鋼絲加熱溫度對鋼絲性能的影響，主要是通過對奧氏體晶粒大小和淬火時的過冷度的改變來實現的。第15頁，共45頁，2022年，

11、5月20日，22點50分，星期三影響鋼絲加熱溫度的因素：（1）鋼絲的含碳量（2）其它合金元素（3）鋼絲的直徑 （4）原始組織4.2連續(xù)式索氏體化處理第16頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三鋼絲加熱溫度計算的經驗公式： 式中： TD鋼絲的加熱溫度（） C鋼絲含碳量（%） D鋼絲直徑（mm）。 以弧度表示的角度4.2連續(xù)式索氏體化處理鋼絲的直徑對加熱溫度的影響： 第17頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三例：已知鋼絲直徑3.0毫米，含碳量為0.7%，需要進行索氏體化處理，求加熱溫度？解： 由 得 TD=930500.7%+53=910 由 得4.2連續(xù)

12、式索氏體化處理第18頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三 鋼絲加熱溫度在920以下，鋼絲抗拉強度隨著線溫的升高而提高，這主要是由于隨著線溫的升高，碳溶解到奧氏體中的量逐漸增加，經鉛淬火后，滲碳體的量也有所增加，故抗拉強度提高。 線溫超過920后，碳的這個作用就不明顯了，而是由于線溫的升高，奧氏體晶粒變得愈來愈粗大，使晶界強化作用減弱，所以鋼絲抗拉強度隨線溫升高而降。 不同含碳量的鋼絲抗拉強度與加熱溫度的關系（460鉛淬火） 4.2連續(xù)式索氏體化處理第19頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三鋼絲加熱時間的選擇原則： 使鋼絲加熱后得到完全均勻一致的奧氏體

13、，即完全奧氏體化。但加熱時間又不宜過長，以防止奧氏體晶粒的粗大、鋼絲表面氧化鐵皮增多或造成表面脫碳。 2.加熱時間加熱時間確定方法：理論計算法，經驗歸納法、實驗法等。4.2連續(xù)式索氏體化處理第20頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式索氏體化處理（1）理論計算法所得結果與實際情況誤差很大，工廠生產所定的鋼絲加熱時間，多不用理論計算方法。 （2）經驗歸納法鋼絲加熱時間主要與鋼絲直徑、鋼絲加熱溫度、爐子的形式和爐溫曲線等有關。為此，按不同爐型和溫度制度，分析總結歸納大量實際資料，建立一些經驗公式或圖表，可用來估算所需的加熱時間。經驗公式有： =（3060）D （s）

14、 （3-3） = 48 + 2.18D2 （s） （3-4） =（14 + 6D）D （s） （3-5） =（12 + 10D）D （s） （3-6）式中：D鋼絲直徑（mm） 鋼絲加熱時間（s）適用于臥式馬弗爐中加熱各種碳素鋼絲適用于臥式三段式馬弗爐加熱各種碳素鋼絲，但3-5適于粗規(guī)格，3-6適于較小規(guī)格的鋼絲。第21頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式索氏體化處理 （3）實驗法 工廠生產所定的鋼絲加熱時間，多為通過實驗法來測定的，實驗法測定時的時間較可靠，且測定方便。實驗法：借助加熱時間(即鋼絲運行速度)與鋼絲抗拉強度之間有一定的關系，從而根據鋼絲強度來斷定

15、最適宜的加熱時間。原理：當鋼絲以不同速度進行連續(xù)加熱時，若速度太快，奧氏體未能充分形成，則鋼絲強度將會降低。降低速度，以使碳化物充分溶解到奧氏體中，從而會使鋼絲強度升高。當鋼絲強度上升到最大值時，便可認為已形成均一的奧氏體。若繼續(xù)減慢速度，則由于奧氏體晶粒長大，鋼絲強度將再度下降。通過上述試驗，獲得鋼絲強度最大時的速度就是最大允許速度(也就可得出最短的加熱時間)。第22頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式索氏體化處理當試驗求出某一線徑的最高允許速度后，則將該線徑乘以其最高允許速度，并假設其乘積為一常數K，而其它線徑的速度可按下式求出： DS = K 式中：D鋼

16、絲直徑，毫米 S鋼絲熱處理速度，米分 K常數，毫米米分對于小直徑的鋼絲，速度應有一定的限制。因為往往按照公式會得出不切實際的速度，即速度過高，以致放線速度過快，引起拉力負荷過大（大于加熱鋼絲的破斷拉力），使鋼絲發(fā)生斷裂。遇到這種情況應減慢熱處理速度，并適當降低爐溫，以防止鋼絲過熱。 經驗公式一：第23頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三按上式計算表明，鋼絲直徑愈大，鋼絲熱處理速度則愈小。但該式所得的爐子小時產量（即單位時間里通過爐子的鋼絲的重量）卻與鋼絲直徑成正比例（因小時產量與D2S=KD成正比）。但是，爐子的最大小時產量卻取決于燃燒器的燃燒能力。因此，當爐子達到最大的

17、小時產量后，將不再遵循上式公式，而應當控制爐子的小時產量為恒定的方法來調整速度，即按下式來計算： Q = 0.375D2S (38) 式中：Q加熱爐的小時產量，公斤小時 D鋼絲直徑，毫米 S鋼絲的熱處理速度，米分經驗公式一：4.2連續(xù)式索氏體化處理第24頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三3.淬火介質的溫度（鉛浴溫度）4.2連續(xù)式索氏體化處理鋼絲經鉛淬火 均勻的索氏體第25頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三（1）鉛浴溫度的選擇鉛浴溫度的選擇取決于鋼絲的含碳量和其它元素的含量以及鋼絲的直徑。4.2連續(xù)式索氏體化處理第26頁，共45頁，2022年，5月

18、20日，22點50分，星期三亞共析鋼鉛浴溫度的度選擇與鋼的含碳量和含錳量有關。 含碳量(或含錳量)增加 奧氏體穩(wěn)定性增強 含碳量(或含錳量)減少 奧氏體穩(wěn)定性減弱 先共析鐵素體 應適當降低鉛液溫度，以增加鋼絲在鉛槽中的冷卻速度，使其盡 可能達到臨界冷卻速度，以避免(或減少)先共析鐵素體的出現，得到 均勻一致的索氏體組織。 通常含碳量每減少0.1，鉛浴溫度降低約10。高碳鋼絲因為過冷奧氏體較穩(wěn)定，冷卻過程中不易(或不會)析出先共析鐵素體，因此可取較高的鉛浴溫度。較高溫下轉變4.2連續(xù)式索氏體化處理含碳量和合金元素的影響：第27頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式

19、索氏體化處理鋼絲直徑的影響：鋼絲直徑鋼絲直徑增大，鉛浴溫度應降低。原因：（1）在連續(xù)式鋼絲鉛淬火時，鋼絲直徑愈大，則帶入鉛浴中的熱量愈多，造成鉛浴溫度梯度愈大，即靠近加熱爐處0.51.0m的過熱區(qū)溫度愈高（生產粗鋼絲當鉛槽無循環(huán)鉛液或降溫措施時，該處溫度可高達700800)。這樣勢必會減慢鋼絲在鉛浴中的冷卻速度，造成奧氏體在較高溫度下轉變。（2）粗鋼絲在鉛槽中散熱較困難。因為當直徑增加，雖然鋼絲表面積與直徑成正比增加，但鋼絲需要散發(fā)給鉛液的熱量增大更多。因為鋼絲含的熱量與鋼絲直徑的平方成正比的（即與鋼絲體積成正比），故必將降低鋼絲在鉛槽中的冷卻速度。綜上所述，鋼絲直徑增大時，可采取降低鉛浴溫度

20、（以及提高鋼絲加熱溫度）的辦法，來提高鉛浴的冷卻能力。第28頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4.2連續(xù)式索氏體化處理計算鉛浴溫度的經驗公式： 式中： TB鉛浴溫度（） C鋼絲含碳量（%） D鋼絲直徑（mm）該式適用于高線溫、低鉛溫、快車速的熱處理工藝制度。第29頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三鉛浴溫溫度的高低直接影響鋼絲的組織與性能，主要是通過改變珠光體片層間距的大小和先共析鐵素體的量來實現的。因此，改變鉛液溫度，就會使鋼絲鉛淬火的性能發(fā)生變化。鉛淬火時的鉛浴溫度愈低，鋼絲抗拉強度愈高。對彎曲、扭轉的影響是： 鉛浴溫度愈高，彎曲值愈低、扭轉值

21、愈高； 鉛浴溫度愈低，彎曲值愈高、扭轉值愈低。 圖4-1 鉛浴溫度與熱處理后抗拉強度的關系 （0.6%C、5.5mm鋼絲）鉛浴溫度對鋼絲性能的影響：4.2連續(xù)式索氏體化處理第30頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三4、在鉛時間的確定（在鉛時間）鋼絲在鉛浴中停留的時間必須大于奧氏體分解所需時間。在鉛浴中停留的時間小于奧氏體分解所需時間，奧氏體等溫轉變不完全，殘留的過冷奧氏體在鋼絲離開鉛槽以后，將在低溫時轉變?yōu)轳R氏體。于是，鉛淬火后的鋼絲將出現脆性，不能進行拉拔。為此鋼絲在鉛時間常大大超過奧氏體完全分解時間，以防止馬氏體的出現。實際生產中，為了提高熱處理速度，及考慮防止意外的

22、因素，鉛槽一般設計的較長，以確保鋼絲在鉛時間。4.2連續(xù)式索氏體化處理第31頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三影響奧氏體等溫轉變時間的因素：1）鋼的成分幾乎所有的合金元素（除鈷以外），都會增加鋼的奧氏體穩(wěn)定性，從而延緩奧氏體的分解時間。2）鉛浴溫度鉛浴溫度在450550之間，奧氏體分解所需的時間隨鉛浴溫度的升高而縮短，其中分解最短時間約在鉛溫為500550。3）奧氏體的實際晶粒度鋼絲進入鉛槽時，奧氏體的實際晶粒度大小也會影響奧氏體的分解速度。晶粒愈大，奧氏體愈穩(wěn)定，分解速度愈慢，在鉛時間應愈長。奧氏體的實際晶粒度與鋼的加熱溫度、保溫時間、鋼的冶煉方法有關。鋼絲的加熱溫度

23、若超過AC3點以上愈多，會使奧氏體的實際晶粒度粗大，從而會使奧氏體轉變時間延緩。4、在鉛時間的確定（在鉛時間）4.2連續(xù)式索氏體化處理2022/9/1232第32頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三鉛浴溫度對鋼絲強度的影響圖3-4 鉛浴溫度與熱處理后抗拉強度的關系 （0.6%C、5.5mm鋼絲）4.2連續(xù)式索氏體化處理第33頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三 4.3鋼絲熱處理常見的缺陷和防止辦法第34頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三一、鋼絲的各種熱處理常見缺陷及防止方法 1、過熱與過燒 過熱：指加熱溫度過高或保溫時間過長，

24、致使奧氏體晶粒顯著粗化的現象。 過熱的鋼絲隨后冷卻的結果，使機械性能惡化，韌性極低。 過燒：指加熱溫度接近于熔化溫度時，由于溫度過高，其表層沿晶界處被氧氣侵入而生成氧化物，或在晶界處的一些低熔點相發(fā)生熔化現象。 過燒后，其強度很低，脆性很大，無法再繼續(xù)加工。 過熱和過燒的預防方法：嚴格按工藝規(guī)程控制鋼絲加熱溫度，并經常檢查熱工儀表，控制爐溫。可通過正火來消除無法補救2022/9/1235第35頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三一、鋼絲的各種熱處理常見缺陷及防止方法2、氧化與脫碳O2、CO2和H 2 O等氧化性氣氛能與鋼中的鐵起化學反應，使鋼絲表面了形成一層松脆的氧化皮，

25、這種現象稱為氧化。 鋼絲表面氧化不僅損耗金屬，而且在酸洗時會增加酸耗，故在熱處理時應盡量減少表面氧化皮的生成量?；瘜W反應：防止氧化辦法：除控制爐氣外，常采用有保護性氣氛的無氧化加熱爐加熱等方法。2022/9/1236第36頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三CO2、H2O、O2和H 2等能與鋼中表層的碳結合，形成氣體，使鋼絲表面的碳被燒掉，這種現象稱為脫碳。產生脫碳的化學反應： 脫碳的結果：鋼絲表面的含碳量降低，表面硬度和耐磨性下降，降低疲勞強度。參加化學反應的C是滲碳體中的碳一、鋼絲的各種熱處理常見缺陷及防止方法2022/9/1237第37頁，共45頁，2022年，5月

26、20日，22點50分，星期三防止鋼絲表面的氧化與脫碳的方法：（1）控制爐氣。（2）采用有保護性氣氛的無氧化加熱爐加熱。一、鋼絲的各種熱處理常見缺陷及防止方法2022/9/1238第38頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三二、鋼絲索氏體化處理的常見缺陷及其防止方法1、鋼絲抗拉強度值很低，且拉拔時承受冷變形能力差2、鋼絲脆斷3、鋼絲掛鉛4、鋼絲通條性能不均勻2022/9/1239第39頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三1、鋼絲抗拉強度值很低，拉拔時承受冷變形能力差原因：(1)加熱溫度過低，或在爐時間不足，奧氏體轉變不完全、不穩(wěn)定，從而在索氏體化處理后，

27、有著大量鐵素體存在；(2)鋼絲直徑粗大，且鉛液溫度較高，造成冷卻速度過慢，使先共析鐵素體析出量過多。防止辦法：嚴格控制線溫和鉛浴溫度，粗規(guī)格鋼絲鉛淬火，應在鉛槽靠加熱爐端的過熱區(qū)采取降溫措施，并控制熱處理線速度等。先共析鐵素體析出過多2022/9/1240第40頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三2、鋼絲脆斷 在生產小直徑鋼絲時，常易出現馬氏體線段引起脆斷。例如在正火時，由于線溫過高，奧氏體非常穩(wěn)定，或冷卻過快(如室溫偏低)；或鉛淬火時鋼中含有較多的延緩奧氏體轉變的合金元素，造成鋼絲在鉛槽中停留時間不夠?；蚍兴慊饡r，操作不當，造成冷膜提前破裂。在上述情況下均會造成鋼絲出現馬氏體線段，引起鋼絲脆斷。 2022/9/1241第41頁，共45頁，2022年，5月20日，22點50分，星期三3、鋼絲掛鉛掛鉛：鉛淬火后鋼絲表面局部粘著鉛。危害：（1）粘著的鉛和它所復蓋的鐵皮，在酸洗時不易除去，拉拔時則留在?？變?，易使鋼絲表面拉毛；（2）在拉拔時，由于鉛在模口的不斷積累，會形成一團鉛錐體