金屬熱處理工藝課件

第八講：鋼的熱處理工藝

主講：曹光明第八講：鋼的熱處理工藝主講：曹光明1鋼的熱處理工藝一、退火1、完全退火

2、等溫退火3、球化退火

4、擴散退火5、去應(yīng)力退火

6、再結(jié)晶退火二、正火

三、淬火1、淬火溫度

2、淬火介質(zhì)3、淬火方法

4、鋼的淬透性五、回火

六、鋼的表面熱處理1、表面淬火2、表面化學(xué)熱處理

1、回火的對象

2、回火的目的

3、回火分類、組織及性能4、回火后的力性

鋼的熱處理工藝一、退火1、完全退火2、等溫退火3、球化2鋼的熱處理工藝一、鋼的退火什么是退火？退火的分類。1、完全退火①工藝：加熱至Ac3以上20~30℃，保溫后爐冷。②目的：細化組織，消除應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工。③適于鋼種：亞共析鋼（包括合金鋼）的鑄、鍛、焊件。低碳鋼及過共析鋼不宜。④組織：珠光體P2、等溫退火除冷卻方式外，其他均與完全退火相同將鋼A化后快冷至Ar1以下的珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)某一溫度等溫，使A→P后空冷。與完全退火相比，退火時間縮短，組織更均勻鋼的熱處理工藝一、鋼的退火什么是退火？退火的分類。1、完3鋼的熱處理工藝3、球化退火①工藝：②目的：降低硬度，改善切削性能，為淬火作好準備。③適于鋼種：（過）共析碳鋼及合金鋼。④組織：球狀P。說明球化過程：若退火前有嚴重的Fe3CⅡ網(wǎng)，先施以正火，再行球化退火。4、擴散退火①工藝：加熱至Ac3+（150~300℃），長時間保溫，然后爐冷。②目的：消除成分偏析。③適于鋼種：合金鋼鑄件及鍛坯。④組織：不變。但可能出現(xiàn)過熱，且工件燒損嚴重。鋼的熱處理工藝3、球化退火①工藝：②目的：降低硬度，改善4鋼的熱處理工藝5、去應(yīng)力退火①工藝：②目的：去應(yīng)力，以防鋼件的變形及開裂。③適于工件：鑄、鍛、焊接件及冷加工件。④組織：不變。6、再結(jié)晶退火①工藝：加熱加熱至T再+150~250℃，保溫后空冷。②目的：消除加工硬化，恢復(fù)原來的組織。③適于鋼件：冷扎、冷拉、冷沖等冷加工件。加熱至Ac1以下100~200℃，保溫，爐冷至200℃以下空冷。鋼的熱處理工藝5、去應(yīng)力退火①工藝：②目的：去應(yīng)力，以防5鋼的熱處理工藝二、鋼的正火定義：完全A化后空冷。（1）工藝：加熱，Ac3+100~150℃將鋼加熱至臨界點以上30~50℃或更高，低碳鋼：中碳鋼：Ac3+50~100℃高碳鋼：Accm+30~50℃冷卻：空冷。（2）組織及性能P組織，但比退火的更細。σb、HR↑，αk↑，ψ、δ不下降。（3）正火應(yīng)用①作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。②作為低、中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)先熱處理，可獲得合適硬度，便于切削加工。③用于過共析鋼消除網(wǎng)狀的Fe3CⅡ，為球化退火做好組織準備。鋼的熱處理工藝二、鋼的正火定義：完全A化后空冷。（1）6鋼的熱處理工藝三、鋼的淬火定義：以大于臨界冷速的速度進行冷卻，以得到M組織的熱處理工藝。把鋼加熱至A化后，1、淬火溫度一般在臨界點以上30~50℃。亞共析鋼：Ac3+（30~50℃），過高，M粗大，鋼件易變形開裂；過低，容易出現(xiàn)淬火軟點。組織主要為M板。（過）共析鋼：Ac1+（30~50℃），合金鋼淬火溫度可適當提高，組織為M+Fe3C。加熱至Accm以上完全A化反而有害:①Ar↑，鋼的耐磨性、硬度↓；②A粗化，淬后M粗大，使鋼的性能下降；③氧化、脫碳；④淬火應(yīng)力↑，工件易變形、開裂。鋼的熱處理工藝三、鋼的淬火定義：以大于臨界冷速的速度進行冷7鋼的熱處理工藝2、淬火介質(zhì)淬火難操作矛盾為得到M需要快冷；快冷又導(dǎo)致很大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼件易變形和開裂。解決此矛盾，方法有二：一是選擇理想的淬火介質(zhì)（具有理想冷速的淬火介質(zhì)）。一是改進淬火的冷卻方法。什么是理想冷速？常用的淬火介質(zhì)：（1）水。冷速快，但和理想冷速相反，主要用于小尺寸形狀簡單碳鋼工件的淬火。（2）鹽水。冷速更快，較為理想：在C曲線的鼻溫附近冷速快，但300℃以下仍很快，鋼件易變形及開裂。（3）油。冷卻能力差，在300℃以下冷速低，有利于減少變形與開裂，主要用于形狀復(fù)雜的中小合金鋼工件的淬火。（4）堿浴和鹽浴。主要用于尺寸小、形狀復(fù)雜、對變形要求嚴格的工模具鋼工件的淬火。鋼的熱處理工藝2、淬火介質(zhì)淬火難操作矛盾為得到M需要快冷8鋼的熱處理工藝3、淬火的方法①單液淬火法。②雙液淬火法。③分級淬火法。適用于形狀復(fù)雜的對變形要求嚴格的小尺寸合金鋼工件（C鋼也可）。④等溫淬火法。適用于各種形狀復(fù)雜，尺寸要求精確，且硬、韌性要求高的冷熱沖模及成型刃具等。鋼的熱處理工藝3、淬火的方法①單液淬火法。②雙液淬火法。③9鋼的熱處理工藝4、鋼的淬透性（1）定義：（2）影響淬透性的因素。鋼的淬透性與鋼的臨界冷速有關(guān)。νc↓，淬透性↑；（3）淬透性對鋼的力學(xué)性能的影響鋼淬火后獲得淬硬層深度的能力。反之，νc↑，淬透性↓。因此，所有影響臨界冷速（即A的穩(wěn)定性）的因素都是影響淬透性的因素。（4）淬透性與淬硬性不同淬透性是指淬硬層的深度，淬硬性是指淬火后表面硬度的高低。淬透性好，淬硬性不一定好，如低碳鋼；淬硬性好，淬透性不一定好，如高碳鋼。鋼的熱處理工藝4、鋼的淬透性（1）定義：（2）影響淬透性的10鋼的熱處理工藝四、鋼的回火什么是回火？1、回火的對象淬火鋼。淬火組織為M+Ar，不穩(wěn)定，加熱時都要分解；且淬火鋼件內(nèi)應(yīng)力較大。2、回火的目的穩(wěn)定組織及性能，消除或減少淬火內(nèi)應(yīng)力。3、回火分類、組織及性能①低溫回火（150~250℃）。去應(yīng)力及脆性，保留M的高硬度及耐磨性。組織為M回（過飽和的正方M+ε-Carbide），58~64HRC。主要用于高碳工、模具鋼，滾動軸承鋼，滲碳鋼等鋼件的處理。②中溫回火（350~500℃）。組織為T回（針狀F+粒狀Fe3C），35~45HRC，高的σs、σe、αk，即彈韌性好，主要用于彈簧的處理。③高溫回火（500~650℃）。組織為S回

（多邊形F+球狀Fe3C），25~35HRC綜合機械性能比較好。工業(yè)生產(chǎn)上，淬火+高溫回火→S回=調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)組織在硬度相同情況下，塑性及韌性比正火要好。鋼的熱處理工藝四、鋼的回火什么是回火？1、回火的對象淬火11鋼的熱處理工藝4、回火后的力性總的規(guī)律是：T回↑，δ、ψ、αk↑。σb、HR↓，但不是單調(diào)變化。300~400℃時，σe→σemax；600℃時，αk→αkmax，且存在兩個回火脆性區(qū)。低溫回火脆：在250~400℃，αk值下降，一般認為與ε-carbide在晶界析出有關(guān)，具有不可逆性，唯一辦法是避免在該區(qū)溫度回火。高溫回火脆：在500~650℃，αk值下降，一般認為與Sb、Sn、P、As等雜質(zhì)元素在晶界偏聚有關(guān)，具有可逆性。鋼的熱處理工藝4、回火后的力性總的規(guī)律是：T回↑，δ、ψ12鋼的熱處理工藝五、鋼的表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理。1、表面淬火表面淬成M—硬；心部保持正火或調(diào)質(zhì)態(tài)—韌。（1）感應(yīng)加熱表面淬火①原理：交流電→交變磁場→工件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流）+工件內(nèi)阻→產(chǎn)生焦耳熱→加熱工件。②熱源：“渦流效應(yīng)”產(chǎn)生的焦耳熱。③為什么只能表面加熱？因為渦流的“集膚效應(yīng)”，電流透入深度δ∝1/，且δ熱態(tài)＞δ冷態(tài)。④頻率選用⑤鋼種：中碳鋼及中碳低合金鋼。⑥高頻淬火的特點：a：V加熱↑t時間↓b：σ-1↑←殘余壓應(yīng)力，M細，比普通淬火硬度高2~3HRC，且韌性好；c：生產(chǎn)率高。→氧化、脫碳，過熱、變形等淬火缺陷；鋼的熱處理工藝五、鋼的表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理。13鋼的熱處理工藝2、表面化學(xué)熱處理（1）什么是化學(xué)熱處理？所謂化學(xué)熱處理，就是把工件放在一定溫度的化學(xué)介質(zhì)中保溫，元素滲入工件的表層，改變表面的化學(xué)成分，進而改變組織及性能的熱處理工藝。讓一些化學(xué)鋼件和鑄鐵件非金屬元素、金屬元素C、N、O、S、B，與Fe形成間隙固溶體和化合物，強化表面，提高表面的力性與Fe形成置換固溶體，Cr提高抗蝕性、Al提高抗氧化性、Si提高抗酸性能（2）化學(xué)熱處理的三個基本過程①滲劑分解：分解出活性原子；②吸附：活性原子在工件表面吸附；③擴散：活性原子向工件內(nèi)部擴散（遷移），形成擴散層（滲層）。常用工藝：滲C、滲N（氮化）、氣體C、N共滲。鋼的熱處理工藝2、表面化學(xué)熱處理（1）什么是化學(xué)熱處理？14第八講：鋼的熱處理工藝

主講：曹光明第八講：鋼的熱處理工藝主講：曹光明15鋼的熱處理工藝一、退火1、完全退火

2、等溫退火3、球化退火

4、擴散退火5、去應(yīng)力退火

6、再結(jié)晶退火二、正火

三、淬火1、淬火溫度

2、淬火介質(zhì)3、淬火方法

4、鋼的淬透性五、回火

六、鋼的表面熱處理1、表面淬火2、表面化學(xué)熱處理

1、回火的對象

2、回火的目的

3、回火分類、組織及性能4、回火后的力性

鋼的熱處理工藝一、退火1、完全退火2、等溫退火3、球化16鋼的熱處理工藝一、鋼的退火什么是退火？退火的分類。1、完全退火①工藝：加熱至Ac3以上20~30℃，保溫后爐冷。②目的：細化組織，消除應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工。③適于鋼種：亞共析鋼（包括合金鋼）的鑄、鍛、焊件。低碳鋼及過共析鋼不宜。④組織：珠光體P2、等溫退火除冷卻方式外，其他均與完全退火相同將鋼A化后快冷至Ar1以下的珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)某一溫度等溫，使A→P后空冷。與完全退火相比，退火時間縮短，組織更均勻鋼的熱處理工藝一、鋼的退火什么是退火？退火的分類。1、完17鋼的熱處理工藝3、球化退火①工藝：②目的：降低硬度，改善切削性能，為淬火作好準備。③適于鋼種：（過）共析碳鋼及合金鋼。④組織：球狀P。說明球化過程：若退火前有嚴重的Fe3CⅡ網(wǎng)，先施以正火，再行球化退火。4、擴散退火①工藝：加熱至Ac3+（150~300℃），長時間保溫，然后爐冷。②目的：消除成分偏析。③適于鋼種：合金鋼鑄件及鍛坯。④組織：不變。但可能出現(xiàn)過熱，且工件燒損嚴重。鋼的熱處理工藝3、球化退火①工藝：②目的：降低硬度，改善18鋼的熱處理工藝5、去應(yīng)力退火①工藝：②目的：去應(yīng)力，以防鋼件的變形及開裂。③適于工件：鑄、鍛、焊接件及冷加工件。④組織：不變。6、再結(jié)晶退火①工藝：加熱加熱至T再+150~250℃，保溫后空冷。②目的：消除加工硬化，恢復(fù)原來的組織。③適于鋼件：冷扎、冷拉、冷沖等冷加工件。加熱至Ac1以下100~200℃，保溫，爐冷至200℃以下空冷。鋼的熱處理工藝5、去應(yīng)力退火①工藝：②目的：去應(yīng)力，以防19鋼的熱處理工藝二、鋼的正火定義：完全A化后空冷。（1）工藝：加熱，Ac3+100~150℃將鋼加熱至臨界點以上30~50℃或更高，低碳鋼：中碳鋼：Ac3+50~100℃高碳鋼：Accm+30~50℃冷卻：空冷。（2）組織及性能P組織，但比退火的更細。σb、HR↑，αk↑，ψ、δ不下降。（3）正火應(yīng)用①作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。②作為低、中碳結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)先熱處理，可獲得合適硬度，便于切削加工。③用于過共析鋼消除網(wǎng)狀的Fe3CⅡ，為球化退火做好組織準備。鋼的熱處理工藝二、鋼的正火定義：完全A化后空冷。（1）20鋼的熱處理工藝三、鋼的淬火定義：以大于臨界冷速的速度進行冷卻，以得到M組織的熱處理工藝。把鋼加熱至A化后，1、淬火溫度一般在臨界點以上30~50℃。亞共析鋼：Ac3+（30~50℃），過高，M粗大，鋼件易變形開裂；過低，容易出現(xiàn)淬火軟點。組織主要為M板。（過）共析鋼：Ac1+（30~50℃），合金鋼淬火溫度可適當提高，組織為M+Fe3C。加熱至Accm以上完全A化反而有害:①Ar↑，鋼的耐磨性、硬度↓；②A粗化，淬后M粗大，使鋼的性能下降；③氧化、脫碳；④淬火應(yīng)力↑，工件易變形、開裂。鋼的熱處理工藝三、鋼的淬火定義：以大于臨界冷速的速度進行冷21鋼的熱處理工藝2、淬火介質(zhì)淬火難操作矛盾為得到M需要快冷；快冷又導(dǎo)致很大的內(nèi)應(yīng)力，使鋼件易變形和開裂。解決此矛盾，方法有二：一是選擇理想的淬火介質(zhì)（具有理想冷速的淬火介質(zhì)）。一是改進淬火的冷卻方法。什么是理想冷速？常用的淬火介質(zhì)：（1）水。冷速快，但和理想冷速相反，主要用于小尺寸形狀簡單碳鋼工件的淬火。（2）鹽水。冷速更快，較為理想：在C曲線的鼻溫附近冷速快，但300℃以下仍很快，鋼件易變形及開裂。（3）油。冷卻能力差，在300℃以下冷速低，有利于減少變形與開裂，主要用于形狀復(fù)雜的中小合金鋼工件的淬火。（4）堿浴和鹽浴。主要用于尺寸小、形狀復(fù)雜、對變形要求嚴格的工模具鋼工件的淬火。鋼的熱處理工藝2、淬火介質(zhì)淬火難操作矛盾為得到M需要快冷22鋼的熱處理工藝3、淬火的方法①單液淬火法。②雙液淬火法。③分級淬火法。適用于形狀復(fù)雜的對變形要求嚴格的小尺寸合金鋼工件（C鋼也可）。④等溫淬火法。適用于各種形狀復(fù)雜，尺寸要求精確，且硬、韌性要求高的冷熱沖模及成型刃具等。鋼的熱處理工藝3、淬火的方法①單液淬火法。②雙液淬火法。③23鋼的熱處理工藝4、鋼的淬透性（1）定義：（2）影響淬透性的因素。鋼的淬透性與鋼的臨界冷速有關(guān)。νc↓，淬透性↑；（3）淬透性對鋼的力學(xué)性能的影響鋼淬火后獲得淬硬層深度的能力。反之，νc↑，淬透性↓。因此，所有影響臨界冷速（即A的穩(wěn)定性）的因素都是影響淬透性的因素。（4）淬透性與淬硬性不同淬透性是指淬硬層的深度，淬硬性是指淬火后表面硬度的高低。淬透性好，淬硬性不一定好，如低碳鋼；淬硬性好，淬透性不一定好，如高碳鋼。鋼的熱處理工藝4、鋼的淬透性（1）定義：（2）影響淬透性的24鋼的熱處理工藝四、鋼的回火什么是回火？1、回火的對象淬火鋼。淬火組織為M+Ar，不穩(wěn)定，加熱時都要分解；且淬火鋼件內(nèi)應(yīng)力較大。2、回火的目的穩(wěn)定組織及性能，消除或減少淬火內(nèi)應(yīng)力。3、回火分類、組織及性能①低溫回火（150~250℃）。去應(yīng)力及脆性，保留M的高硬度及耐磨性。組織為M回（過飽和的正方M+ε-Carbide），58~64HRC。主要用于高碳工、模具鋼，滾動軸承鋼，滲碳鋼等鋼件的處理。②中溫回火（350~500℃）。組織為T回（針狀F+粒狀Fe3C），35~45HRC，高的σs、σe、αk，即彈韌性好，主要用于彈簧的處理。③高溫回火（500~650℃）。組織為S回

（多邊形F+球狀Fe3C），25~35HRC綜合機械性能比較好。工業(yè)生產(chǎn)上，淬火+高溫回火→S回=調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)組織在硬度相同情況下，塑性及韌性比正火要好。鋼的熱處理工藝四、鋼的回火什么是回火？1、回火的對象淬火25鋼的熱處理工藝4、回火后的力性總的規(guī)律是：T回↑，δ、ψ、αk↑。σb、HR↓，但不是單調(diào)變化。300~400℃時，σe→σemax；600℃時，αk→αkmax，且存在兩個回火脆性區(qū)。低溫回火脆：在250~400℃，αk值下降，一般認為與ε-carbide在晶界析出有關(guān)，具有不可逆性，唯一辦法是避免在該區(qū)溫度回火。高溫回火脆：在500~650℃，αk