熱處理知識介紹

熱處理知識介紹第1頁/共60頁課程大綱一、熱處理介紹二、退火熱處理三、球化退火熱處理四、球化退火工藝五、影響球化組織的幾大因素六、影響鋼材氧化、脫碳的幾大因素第2頁/共60頁一、熱處理介紹熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。第3頁/共60頁熱處理在早期的應(yīng)用公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟（ji三聲），其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。第4頁/共60頁馬氏體組織第5頁/共60頁熱處理在早期的應(yīng)用隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和水的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。第6頁/共60頁熱處理的概念熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。第7頁/共60頁熱處理工藝圖第8頁/共60頁第9頁/共60頁熱處理分類第10頁/共60頁熱處理分類正火、退火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。另還可分為調(diào)質(zhì)、滲碳、滲氮、碳氮共滲、感應(yīng)、高頻等等，這里不作一一介紹。第11頁/共60頁熱處理分類——正火正火是將鋼材或鋼件加熱到A3（或Acm）以上適當(dāng)溫度，保溫適當(dāng)時間后再空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。第12頁/共60頁熱處理分類——退火將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢ǖ臅r間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為退火第13頁/共60頁熱處理分類——淬火把鋼加熱到臨界點Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到亞穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝方法稱為淬火。第14頁/共60頁熱處理分類——回火鋼的回火是將淬火鋼加熱至A1以下的某一溫度，保溫一段時間，然后冷卻到室溫的一種熱處理工藝。消除鋼淬火時產(chǎn)生的亞穩(wěn)定組織。第15頁/共60頁二、退火熱處理退火熱處理是將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時間，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?？傊嘶鸾M織是接近平衡狀態(tài)的組織。第16頁/共60頁退火熱處理目的①降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。②細(xì)化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織準(zhǔn)備。③消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂。第17頁/共60頁退火熱處理分類退火可分為：完全退火、不完全退火、擴(kuò)散退火、球化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火、軟化退火。第18頁/共60頁完全退火是將亞共析碳鋼加熱到Ac3+（20~60oC），保溫一定時間，隨爐緩慢冷卻到600oC以下，然后出爐在空氣中冷卻。這種退火主要用于亞共析成分的碳鋼和合金鋼的鑄件，鍛件及熱扎型材，目的是細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力與組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為隨后的切削加工和淬火做好準(zhǔn)備第19頁/共60頁不完全退火將鋼件加熱至Ac1和Ac3(或Acm)之間，經(jīng)保溫并緩慢冷卻，以獲得接近平衡的組織，這種熱處理工藝稱為不完全退火。主要用于共析鋼和過共析鋼，類似球化退火。第20頁/共60頁擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火也叫均勻化退火，實用范圍：合金鋼鑄錠和鑄件，擴(kuò)散退火就是將金屬鑄錠、鑄件或鍛坯，在略低于固液線的溫度下長期加熱，消除或減少化學(xué)成分偏析及顯微組織的不均勻性，以達(dá)到均勻化的熱處理工藝。第21頁/共60頁球化退火將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時間，然后緩慢冷卻，使鋼中的碳化物球狀化，或獲得“球狀珠光體”的退火工藝稱為球化退火。目的：球化滲碳體，硬度下降，改善切削加工性能及冷加工性能，并為淬火做好準(zhǔn)備。第22頁/共60頁去應(yīng)力退火（低溫退火）將工件緩慢加熱到500~650°C，保溫一定的時間，然后隨爐緩慢冷卻到200°C再出爐空冷。用于消除鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件以及機(jī)加工件中的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力在以后機(jī)加工或使用中潛在地會產(chǎn)生變形或開裂。第23頁/共60頁再結(jié)晶退火、軟化退火再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時間，使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。軟化退火類似于去應(yīng)力退火（低溫退火）。第24頁/共60頁三、球化退火球化退火第25頁/共60頁球化退火分類球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫，等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，等溫球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度。第26頁/共60頁球化退火應(yīng)用球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。第27頁/共60頁球化退火應(yīng)用而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時也可采用球化退火。

第28頁/共60頁四、球化退火工藝在第三節(jié)中我們講到了球化退火最常用的兩種工藝是普通球化退火3和等溫球化退火2。即:第29頁/共60頁公司1018球化退火工藝第30頁/共60頁公司50BV30球化退火工藝第31頁/共60頁公司6A球化退火工藝第32頁/共60頁五、影響球化組織的幾大因素我們先通過一組案例圖片來了解一下影響球化組織的因素有哪些？第33頁/共60頁線材原始組織（低碳）第34頁/共60頁線材原始組織（高碳）第35頁/共60頁球化組織（正常）第36頁/共60頁球化退火欠熱組織第37頁/共60頁細(xì)球狀珠光體第38頁/共60頁中等球狀珠光體第39頁/共60頁粗球狀珠光體（保溫時間長）第40頁/共60頁過熱球化組織第41頁/共60頁過熱球化組織第42頁/共60頁細(xì)片狀和點、球狀珠光體（欠熱+冷速快）第43頁/共60頁影響球化組織的因素由上述案例得知，影響球化組織的因素主要為以下三點：

A、溫度（欠熱、過熱）

B、保溫時間

C、冷卻速度第44頁/共60頁六、影響鋼材氧化、脫碳的幾大因素加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。鋼在加熱時，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低。第45頁/共60頁氧化、脫碳2Fe＋O2→2FeO

Fe＋H2O→FeO＋H2

Fe3C＋CO2→3Fe＋2COFe3C+O2→3Fe+CO2Fe3C+H2O→3Fe+H2+CO2FeO＋H2→Fe＋H2O

FeO＋CO→Fe＋O2第46頁/共60頁具有氧化、脫碳作用的氣體由上訴反應(yīng)公式知，除氧之外，二氧化碳和水蒸氣的作用和氧一樣，在高溫下同樣能使鋼鐵零件產(chǎn)生氧化和脫碳。因此，在可控氣氛熱處理爐中應(yīng)嚴(yán)格控制這兩種氣體的含量。第47頁/共60頁具有還原作用的氣體氫和一氧化碳是屬于這類氣體。它們不僅能在高溫加熱保護(hù)鋼鐵零件不氧化、不脫碳，不有能使氧化鐵還原成鐵的作用。CH3OHCO+2H2甲醇裂解第48頁/共60頁中性氣體氮?dú)庠诟邷丶訜釙r和鋼鐵不發(fā)生任何作用，即不氧化。不脫碳、也無還原和增碳作用，故為中性氣體。第49頁/共60頁氧化案例第50頁/共60頁脫碳案例第51頁/共60頁脫碳+粗晶案例第52頁/共60頁脫碳+粗晶案例第53頁/共60頁脫碳+粗晶案例第54頁/共60頁影響鋼材氧化、脫碳因素主要因素為：熱處理爐中混有氧氣、二氧化碳、水蒸氣等氣體。第55頁/共60頁對策所以要使線材在加熱時少產(chǎn)生氧化、脫碳，1.需降低爐內(nèi)H2O、O2、CO2。2.減少爐內(nèi)產(chǎn)生氧化：2Fe＋O2→2FeO

Fe＋H2O→FeO＋H2

FeC＋CO2→Fe＋2CO

還原：FeO＋H2→Fe＋H2OFeO＋CO→Fe＋CO2第56頁/共60頁對策

所以我們必須做到：

1.減少盤圓料自身帶的FeO（盤圓料的酸洗可以減少FeO）；

2.降低爐內(nèi)的CO、H2在適當(dāng)?shù)谋戎岛途€材來減少O2、H2O脫碳性氣體（加氮?dú)饨档蜖t內(nèi)CO、H2的體積百分比），加瓦斯,丙烯可以分解成甲烷與爐內(nèi)的H2O、