热处理工艺——钢的热处理举例处理.ppt

1 齿轮热处理轴承热处理弹簧热处理工具热处理轴的热处理 基本思路 工作条件 载荷 环境 失效形式 性能要求 钢的热处理举例 2 3 1 工作条件 用于传递动力 改变方向或速度的重要零件 受力情况复杂 2 常见失效形式齿轮接触面磨损或齿面塑性变形 表面硬度不足 齿轮面剥落 疲劳损坏 点蚀 断齿 强度低或超载 一 齿轮热处理 4 3 齿轮的技术要求齿面高的硬度 接触疲劳 耐磨损性能 齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性 4 齿轮用钢 低 中碳 轻载齿轮 45 调质或正火中载齿轮 45 40Cr 调质 耐磨部位表面淬火重载齿轮 20Cr 20CrMnTi 渗碳淬火高精度齿轮 38CrMoAlA 调质 渗氮 5 1 渗碳齿轮材料 20CrMnTi 20Cr 30CrMnTiA等服役场合 高速重载 汽车齿轮 下料 工艺路线 锻造 正火 切削加工 渗碳 淬火 低温回火 5 齿轮热处理工艺 精加工 掌握各热处理工序的目的 工艺 组织 6 1 正火细化晶粒 调整硬度 便于切削加工加热至Ac3 30 50 空冷 组织细珠光体 少量铁素体 2 渗碳提高表面含碳量920 930 保温3 9h 3 渗碳后淬火获得马氏体 提高表面硬度直接淬火或一次淬火表面 高碳M Ar 碳化物 过渡层 M Ar 心部 低碳M F 少量 4 回火消除淬火应力 低温200 M M回 工艺路线 7 20CrMnTi钢制造齿轮的热处理工艺曲线 8 加工工艺路线 2 中载齿轮 中碳钢 热处理 表面淬火 适用于35 55 40Cr 35CrMn 35CrMo 42SiMn等材料齿轮 正火 调质 表面淬火 低温回火 9 1 正火 或完全退火 细化晶粒 调整硬度加热至Ac3 30 50 空冷 细珠光体 少量铁素体 2 调质热处理使心部具有良好强韧性加热至Ac3 30 50 后淬火 500 600 高温回火 回火索氏体 3 表面感应淬火 表面火焰淬火 提高表面硬度表面加热至Ac3 30 50 心部没有加热 淬火后表面获得马氏体 残余奥氏体 过渡层马氏体 F 残余奥氏体 心部回火索氏体 4 低温回火消除淬火应力 低温200 M M回 10 轻载齿轮 45 调质或正火中载齿轮 45 40Cr 调质 耐磨部位表面淬火重载齿轮 20Cr 20CrMnTi 渗碳淬火高精度齿轮 38CrMoAlA 调质渗氮 11 12 二 滚动轴承热处理 1 工作条件高载荷 交变应力高转速 一定冲击 13 接触疲劳破坏 2 失效形式 14 塑性变形 15 磨损 16 3 性能要求 内外圈和滚动体 高的硬度和耐磨性 高的接触疲劳强度 足够的韧性和耐蚀性 尺寸稳定性 17 4 轴承用钢 GCr15 高碳 Wc 0 95 1 15 18 GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线 锻造机加工 球化退火 淬火 冷处理 60 80 1h 低温回火 正火 磨削加工 稳定化处理 120 150 5 10h 19 5 热处理工艺 预备热处理 正火 消除网状碳化物 细化晶粒球化退火 降低硬度 提高韧性 为淬火组织准备 淬火 获得马氏体组织810 860 温度偏高 让Cr尽量溶入A 又不致于导致晶粒粗大 A含碳过高 油冷 冷处理 获得马氏体组织 减少Ar 低温回火 消除残余应力 保持高硬度 20 弹簧丝 21 三 弹簧热处理1 工作条件储存能量和减轻震动 主要承受拉力 压力 扭力 交变载荷 2 失效形式 疲劳断裂 永久变形3 性能要求 高的强度极限 弹性极限 疲劳极限 成型加工性能 塑性成型 热处理性能 4 常用材料65 65Mn 60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢 22 5 热处理工艺 一 冷成形弹簧 小弹簧 由强化过的钢丝 铅淬冷拔 冷拔 淬火 回火的钢丝 冷卷成弹簧 只需进行去应力退火 加热温度250 300 以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力 稳定尺寸 二 热成形弹簧采用热轧钢丝或钢板制成 如汽车板簧 淬火 提高强度 中温回火 消除应力 提高弹性极限 淬火温度Ac3以上 回火温度350 450 组织 回火屈氏体 去应力退火 淬火 中温回火 或采用等温淬火 或采用等温淬火 得到贝氏体组织 23 三 沉淀硬化处理对于17 7PH 0Cr17Ni7Al 沉淀硬化钢 在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧 主要工艺过程如下 1 固溶处理 奥氏体化 获得均匀一致的奥氏体组织 2 成型加工 3 调整热处理 或淬火处理 加热到奥氏体化稍低温度 冷却 获得低碳马氏体 残余奥氏体组织 4 深冷处理 使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体 根据需要确定 5 沉淀硬化处理在480 550 保温1小时左右 使碳化物析出弥散强化 24 四 弹簧的其它强化处理 1 形变热处理对于60Si2Mn 55Si2Mn等中碳钢具有较高的形变强化效果 因此这类弹簧适合于热成型 淬火 回火 2 化学热处理对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料 可以不改变弹簧整体强度 韧性和弹性极限情况下 化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度 典型工艺热成型加工 淬火 回火 化学渗处理 3 喷丸强化使弹簧零件表面获得压应力 提高弹簧的使用寿命5 10倍 25 五 弹簧的稳定化处理为了减少弹性不完整性 或滞弹性 对弹簧进行加荷 或机械稳定 或加温加荷处理 以保证弹簧在使用过程中弹性稳定 26 工具一般包括刃具 模具 量具常用钢包括 碳素工具钢 低合金工具钢 高合金工具钢 高速钢等 四 工具热处理 成分特点 高碳 27 4 1刃具热处理 性能要求高硬度 HRC60 主要取决于含碳量 高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到 红硬性 即高温下保持高硬度的能力足够的韧性 以防止脆断和崩刃 刃具用钢碳素工具钢 T7 T12 0 7 1 2 C 木工凿 手锤 28 碳工钢热处理及组织热处理 正火 球化退火 淬火 低温回火球化退火目的 降低硬度 便于加工 为淬火作组织准备 使用状态下的组织 M回 颗粒状碳化物 AR 少量 29 低合金工具钢 CrWMn 9SiCr热处理及组织同碳素工具钢 只是淬火介质为油 碳工钢为水 板牙 丝锥 30 9SiCr钢板牙热处理工艺曲线 板牙 31 W18Cr4V的生产工艺及热处理 铸造锻造球化退火机加工淬火 三次高温回火磨削加工 高合金刃具钢 高速钢 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 32 W18Cr4V铸态组织420 铸造 高速钢属于莱氏体钢 铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C 钢的韧性大幅下降 33 锻造 鱼骨状碳化物不能用热处理 正火 来消除 只能依靠反复多次锻打来击碎 W18Cr4V锻造组织210 34 W18Cr4V球化退火组织420 球化退火 消除应力 降低硬度 便于机加工 调整组织 为淬火作好组织准备 球化退火后的组织 S 粒状Cm 球化退火温度830 880 易于机械加工 35 淬火 1200 1300 淬火后的组织 M Cm AR 20 25 温度高 让C和Me充分溶入A 淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应 提高硬度提高红硬性 高速钢淬火温度高的原因 36 三次高温回火 在560 回火时 产生二次硬化多次回火 获得更多碳化物析出让残余奥氏体转变 回火组织 S回 碳化物 Ar 1 2 淬火后A残约20 25 第一次回火后A残约剩15 18 第二次回火后A残约剩3 5 第三次回火后A残约剩1 2 组织硬度为HRC65以上 37 W18Cr4V钢的热处理过程示意图 进展 现在对这种热处理工艺还不满意 对高速钢淬火 回火后 再进行TiN沉积 38 4 2冷作模具热处理 性能要求 高硬度 HRC50 60 高耐磨性 强度和韧性 热处理变形小 汽车冲压模具 应用 冷冲模 冷镦模 冷挤模 搓丝板等 冷作模具用钢 碳素工具钢 T7 T8低合金工具钢 9SiCr 9Mn2V CrWMn或GCr15高合金工具钢 Cr12 Cr12MoV C1 4 2 3 Cr11 12 39 Cr12型冷作模具钢的热处理 C1 4 2 3 Cr11 12 球化退火冷作模具钢铸态组织极不均匀 含有大量共晶碳化物 需反复锻打后退火处理 球化退火温度830 880 获得细化碳化物 珠光体组织 易于机械加工 淬火 回火一次硬化法 较低温度淬火 980 低温回火回火组织为M回 碳化物 Ar二次硬化法 较高温度淬火 1050 2 3次高温回火回火组织为S回 碳化物 Ar 少量 40 4 3热作模具热处理 性能要求 应用 热作模具用钢 使热金属或液态金属成型的模具 包括热锻模 热挤压模和压铸模等 高的热硬性 高温耐磨性 高的热强性和足够高的韧性 高的热疲劳抗力和导热性 中碳0 3 0 6 热变形模具钢 5CrNiMo 5CrMnMo压铸模具 3Cr2W8V 41 曲轴模具 5CrMnMo热处理 热处理工艺 完全退火 淬火 550 回火 热处理后的组织 S回 42 3Cr2W8V钢热处理 热处理工艺 淬火 550 三次回火回火时二次硬化现象HRC47 汽车四缸压铸模 43 4 4量具热处理 性能要求 量具用钢 高的硬度 HRC62 和耐磨性 热处理变形小 尺寸稳定 保证尺寸精度 卡尺 量规 千分尺 碳素工具钢 T8 T12低合金工具钢 淬透性高 用于精度要求较高的量具 CrWMn 4Cr13 GCr15 9SiCr 44 特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织 下限温度淬火及冷处理 目的是减少A 长时间低温时效 以消除内应力 降低马氏体的正方度 淬火冷处理 70 80 低温回火时效处理 120 130 几十小时 热处理 45 CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺 46 受力 弯曲和扭转应力 且在轴的截面上分布是不均的 表面应力最大 中心应力为零 性能 此类零件调质时不需要整个截面淬透 只要保证表面淬硬层为其半径的1 4即可 选材 多用40 45