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加工開發(fā)部教育訓(xùn)練常用熱處理工藝積極參與!共同進(jìn)步!發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)反饋!JEFFERY
鋼的熱處理就是通過(guò)加熱、保溫、冷卻的方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種加工技術(shù)。一、根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同,鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理、表面熱處理及形變處理。二、根據(jù)處理零件在整個(gè)生產(chǎn)工藝過(guò)程中位置和作用的不同,可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。如退火和正火屬于預(yù)備熱處理,但對(duì)性能要求不高的零件,也可作為最終熱處理。鋼的常用熱處理JEFFERY鋼的常用熱處理工藝1、退火:5、調(diào)質(zhì):2、正火:6、表面處理:3、淬火:4、回火7、深冷處理:JEFFERYFe-C相圖ABCD以上------液相區(qū)(L)AHNA------δ固溶體區(qū)(δ)NJESGN------奧氏體區(qū)(γ或A)GPQG------鐵素體區(qū)(α或F)DFKL------滲碳體區(qū)(Fe3C或Cm)MO------鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變線A01------滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變線HJB------包晶轉(zhuǎn)變線ECF------共晶轉(zhuǎn)變線PSK------共析轉(zhuǎn)變線GS線------又稱A3線,是奧氏體與鐵素體互相轉(zhuǎn)變線ES線------碳在奧氏體中溶解度曲線PQ線------碳在鐵素體中溶解度曲線包晶轉(zhuǎn)變------LB+δH
γJ(1495℃)共晶轉(zhuǎn)變------LCγE+Fe3C(1148℃)共析轉(zhuǎn)變------γsαP+Fe3CFe-C相圖說(shuō)明(1)JEFFERYFe-C相圖說(shuō)明(2)符號(hào)溫度/℃ωc×100說(shuō)明符號(hào)溫度/℃ωc×100說(shuō)明A15380純鐵的熔點(diǎn)J14950.17包晶點(diǎn)B14950.53包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的成分K7276.69滲碳體的成分C11484.3共晶點(diǎn)M7700純鐵的磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)D12276.69滲碳體的熔點(diǎn)N13940γ-Fe與δ-Fe互相轉(zhuǎn)變溫度E11482.11碳在γ-Fe中的最大溶解度O770≈0.5ωc≈0.5%合金的磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)F11486.69滲碳體的成分P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度G9120α-Fe與γ-Fe互相轉(zhuǎn)變溫度(A3)S7270.77共析點(diǎn)(A1)H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度Q6000.0057600℃時(shí)碳在α-Fe中的溶解度JEFFERY鐵碳合金按有無(wú)共晶轉(zhuǎn)變分為碳鋼和鑄鐵:碳鋼:ωc<2.11%
鑄鐵:ωc>2.11%按含碳量劃分為以下七種類型:工業(yè)純鐵:ωc<0.0218%
共析鋼:ωc=0.77%
亞共析鋼:ωc=0.0218-0.77%
過(guò)共析鋼:ωc=0.77-2.11%
共晶白口鐵:ωc=4.3%
亞共晶白口鐵:ωc=2.11-4.3%
過(guò)共晶白口鐵:ωc=4.3-6.69%鐵碳合金的分類JEFFERY1、定義:退火是將鋼加熱至臨界點(diǎn)Ac1以上或以下溫度,保溫后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。2、目的:均勻鋼的化學(xué)成分及組織,細(xì)化晶粒,調(diào)整硬度,消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化,改善鋼的成形及切削加工性能,并為淬火作好組織準(zhǔn)備3、分類:臨界溫度(Ac1或Ac3)以上:
a、完全退火:主要用于亞共析鋼,以細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力,降低硬度
b、擴(kuò)散退火:主要用于鋼錠、鑄件、鍛坯,以使成分和組織均勻化。
c、不完全退火:主要用于過(guò)共析鋼獲得珠光體組織,以消除應(yīng)力、降低硬度、改善加工性
d、球化退火:主要用于共析鋼、過(guò)共析鋼、合金工具鋼,以降低硬度,均勻組織退火JEFFERY臨界溫度(Ac1或Ac3)以下:
a、再結(jié)晶退火:將金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上,保持適當(dāng)時(shí)間,使變形晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶粒,以消除加工硬化,鋼的機(jī)械性能恢復(fù)到冷變形前的狀態(tài)。
b、去應(yīng)力退火:消除變形加工及鑄造、焊接過(guò)程引起的殘余內(nèi)應(yīng)力,以降低硬度、提高尺寸穩(wěn)定性,防止工件變形和開裂。去應(yīng)力退火后冷卻應(yīng)緩慢,以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。退火JEFFERY1、定義:正火是將鋼加熱到Ac3(或Acm)以上適當(dāng)溫度,保溫后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。2、目的:細(xì)化晶粒、消除應(yīng)力、消除魏氏組織和帶狀組織,為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài),消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀炭化物,為球化退火作好組織準(zhǔn)備,提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能;3、應(yīng)用:適用于含碳量小于0.25%的低碳鋼,正火工藝周期短,操作簡(jiǎn)便,工藝成本低,在工藝性能允許的情況下,盡可能用正火代替退火。正火JEFFERY1、定義:淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac3或Ac1以上一定溫度,保溫后以大于臨界冷卻速度的冷卻速度得到馬氏體(或下貝氏體)的熱處理工藝。2、目的:使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體,并配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。EX:a、淬火+低溫回火→提高工具、軸承、滲碳零件或高強(qiáng)度耐磨件的硬度和耐磨性
b、淬火+中溫回火→顯著提高彈簧鋼的彈性極限
c、淬火+高溫回火→可以得到強(qiáng)韌結(jié)合的優(yōu)良綜合機(jī)械性能3、淬火溫度:
a、亞共析鋼:Ac3以上30-50℃b、共析鋼、過(guò)共析鋼:Ac1以上30-50℃4、淬火冷卻介質(zhì):水、油、NaCl(NaOH)水溶液、有機(jī)水溶液(乙烯醇+防腐劑+防銹劑+消泡劑)淬火JEFFERY常用淬火介質(zhì)的冷卻特性名稱最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度備注所在溫度/℃冷卻速度/℃S-1650-550℃300-200℃靜止自來(lái)水20℃3407751354501、冷卻速度由φ20銀球所測(cè)。
2、各冷卻速度值均根據(jù)冷卻速度特性曲線估算。靜止自來(lái)水40℃285545110410靜止自來(lái)水60℃2202758018510%NaCl溶液20℃58020001900100015%NaCl溶液20℃5602830275077520%NaCl溶液20℃4301640114082010#機(jī)油,20℃430230606510#機(jī)油,80℃43023070553#錠子油,20℃50012010050淬火JEFFERY1、定義:回火是將鋼在A1以下溫度加熱,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,并一適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s到室溫的過(guò)程。2、目的:主要目的是減少或消除淬火應(yīng)力,保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變,提高鋼的韌性和塑性,獲得硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性的適當(dāng)配合,以滿足各種用途工件的性能要求。3、分類:a、低溫回火:回火溫度約為150-250℃,回火組織為回火馬氏體。和淬火馬氏體相比,回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性,又適當(dāng)提高了鋼的韌性,適用于刀具、量具、滾動(dòng)軸承、滲碳件及高頻表面淬火工件。低溫回火鋼大部分是淬火高碳鋼和高碳合金鋼。b、中溫回火:回火溫度在350-500℃之間,回火組織為回火屈氏體。對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼,中溫回火后具有高的彈性極限,較高的強(qiáng)度和硬度,良好的塑性和韌性,中溫回火主要用于各種彈簧零件和熱鍛模具。c、高溫回火:回火溫度約為500-650℃,回火組織為回火索氏體。高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼,用來(lái)制作曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車半軸、機(jī)床主軸及齒輪等重要的機(jī)器零件。這些零件在使用中要求較高的強(qiáng)度并能承受沖擊和交變負(fù)荷的作用?;鼗餔EFFERY調(diào)質(zhì)處理1、定義:淬火和隨后的高溫回火叫做調(diào)質(zhì)處理。2、作用:鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。一、鋼的表面淬火:1、定義:是將工件快速加熱到淬火溫度,然后迅速冷卻,僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。2、作用:滿足工藝上要求零件表面具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性,心部具一定的強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性。3、分類:感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、電解液加熱以及激光加熱。表面處理JEFFERY表面處理感應(yīng)加熱:1、定義:利用電磁感應(yīng)原理,在工件表面產(chǎn)生密度很高的感應(yīng)電流,并使之迅速加熱至奧氏體狀態(tài),隨后快速冷卻獲得馬氏體組織的方法2、分類:根據(jù)不同的電流頻率,可將感應(yīng)加熱表面淬火分為三類:
a、高頻感應(yīng)加熱表面淬火:常用電流頻率80-1000KHz,可獲得表硬化層深度為0.5-2mm,主要用于中小摸數(shù)齒輪和小軸的表面淬火。
b、中頻感應(yīng)加熱表面淬火:常用電流頻率2500-8000Hz,可獲得3-6mm深的硬化層,主要用于要求淬硬層較深的零件,如發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、凸輪軸、大模數(shù)齒輪、較大尺寸的軸和鋼軌的表面淬火。
c、工頻感應(yīng)加熱表面淬火:常用電流頻率為50Hz,可獲得10-15mm
以上的硬化層。適用于大直徑鋼材的穿透加熱及要求淬硬層深的大工件的表面淬火。3、說(shuō)明:感應(yīng)加熱缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用昂貴,不適用于單件生產(chǎn)。JEFFERY化學(xué)熱處理1、定義:將金屬工件放入含某種活性原子的化學(xué)介質(zhì)中,通過(guò)加熱使介質(zhì)中的原子擴(kuò)散滲入工件一定深度的表層,改變其化學(xué)成分和組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。和表面淬火不同之處是鋼在化學(xué)熱處理后工件表面的組織有變化。2、分類:根據(jù)滲入元素的不同,化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、碳、氮共滲、滲硼和滲金屬等等。3、作用:化學(xué)熱處理可獲得比表面淬火更高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度,心部在具有良好塑性和韌性的同時(shí),還可獲得叫高的強(qiáng)度。適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)熱處理還可使工件表層具有減磨、耐腐蝕等特殊性能。4、過(guò)程:化學(xué)熱處理的一般過(guò)程由分解、吸附和擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程組成。JEFFERY滲碳1、定義:將低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中,在900-950℃加熱保溫,使活性碳原子滲入鋼件表面并獲得高滲碳層的工藝方法。2、分類:固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳。3、說(shuō)明:為充分發(fā)揮滲碳層的作用,使零件表面獲得高硬度和高耐磨性,心部保持足夠的強(qiáng)度和韌性,零件在滲碳后必須進(jìn)行熱處理。
a、對(duì)于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,通常滲碳后可預(yù)冷至淬火溫度,直接淬火,然后進(jìn)行180-220℃低溫回火。
b、對(duì)于固體滲碳零件、本質(zhì)粗晶粒鋼滲碳后不能直接淬火的零件,也可從滲碳溫度直接空冷后再次加熱淬火,然后進(jìn)行低溫回火。表層組織為高碳細(xì)針狀回火馬氏體組織加細(xì)晶粒狀滲碳體,硬度為HRC58-62。
c、根據(jù)滲層組織和性能要求,一般零件表層含碳量最好控制在0.85--1.05%左右,滲層厚度一般為0.5-2mm。JEFFERY滲氮1、定義:向鋼件表面滲入氮元素,形成富氮硬化層的化學(xué)熱處理稱為滲氮。2、分類:液體滲氮、氣體滲氮。3、說(shuō)明:
a、和滲碳相比,鋼件滲氮后具有更高的表面硬度和耐磨性,氮化后硬度可達(dá)到HRC65-72。
b、氮化層穩(wěn)定性好,高硬度和耐磨性可保持到560-600℃不降低
c、比滲碳具有更好的疲勞強(qiáng)度。
d、氮化后在鋼件表面形成致密氮化物薄膜,具有良好抗蝕性能
e、氮化溫度低(500-600℃),氮化后工件不需熱處理,因此滲氮件變形很小,適用于精密零件的最終熱處理。4、用途:磨床主軸、鏜床鏜桿、精密機(jī)床絲杠、內(nèi)燃機(jī)曲軸、各種精密齒輪和量具等。JEFFERY深冷處理1、定義:將淬火后的工件,在0度以下的低溫介質(zhì)中繼續(xù)冷卻,一般到零下60-80℃,待工件截面冷到溫度均勻一致后,取出空冷。2、介質(zhì):常用介質(zhì)為液氮。3、用途:可提高工件硬度,抗拉強(qiáng)度和穩(wěn)定工件尺寸,主要適用于合金鋼制成的精密刀具、量具和精密零件,如量規(guī)、量塊、鉸刀、樣板、高精度的絲杠、齒輪等,還可使磁鋼更好的保持磁性。JEFFERY常用碳素工具鋼牌號(hào)、成分、熱處理、用途鋼號(hào)化學(xué)成分熱處理應(yīng)用舉例ωCωMnωSiωSωP淬火回火溫度℃冷卻介質(zhì)硬度HRC溫度℃硬度HRCT7T7A0.65-0.740.65-0.740.2-0.40.15-0.30.15-0.350.15-0.3≤0.03≤0.02≤.035≤0.03800-820水水61-63180-20060-62制造承受震動(dòng)與沖擊載荷,要求較高韌性的工具,如鑿子、打鐵用模、各種錘子、木工工具、石鉆(軟巖石用)等T8T8A0.75-0.840.75-0.840.2-0.4.15-0.300.15-0.350.15-0.3≤0.03≤0.02≤.035≤0.03780-800水水61-63180-20060-62制造承受震動(dòng)與沖擊載荷,要求較高韌性的工具,如簡(jiǎn)單模子、沖頭、剪切金屬用剪刀木工工具、煤礦用鑿子等T10T10A0.95-1.040.95-1.04.15-.35.15-.300.15-0.350.15-0.3≤0.03≤0.02≤.035≤0.03770-790水油水油62-64180-20060-62制造不受震動(dòng)、在刃口上要求有少許韌性的工具,如刨刀、沖模、絲錐、板牙、手鋸鋸條、卡尺等T12T12A1.15-1.241.15-1.24.15-0.35.15-.30
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