第3章热处理工艺.ppt

第三章热处理与表面工程技术 热处理工艺部分 教学要求 本节是课程的重点 要求熟练掌握 1 各种热处理工艺方法的目的 工艺特点 组织和性能特点及其应用 2 能根据零件材料和性能要求选择合适的热处理方法 Review金属热处理是通过加热 保温 冷却 以改善材料内部结构与性能的工艺方法 根据工艺方法热处理可分为三大类 普通热处理 退火 正火 淬火 回火表面热处理 表面淬火和表面化学热处理其它热处理 形变热处理 超细化热处理 真空热处理等 3 3退火与正火1 定义退火 Annealing 将钢加热到预定温度 保温后缓慢冷却 炉冷 获得接近平衡组织的热处理工艺 正火 Normalizing 将钢加热到奥氏体状态 保温后在空气中冷却的工艺 1 退火与正火 1 目的例 齿轮加工工艺路线毛坯锻造 正火 退火 机加工 热处理 精加工 1 消除应力以减少铸锻焊和其它加工零件变形 开裂倾向 2 细化晶粒 消除组织缺陷为后续热处理作准备 3 调整硬度 改善切削性能 退火可降低硬度 正火可适当提高硬度 正火还可以消除网状渗碳体 利于后续球化退火 2 工艺 1 3 3钢的退火与正火 1 完全退火特点 完全A化缺点 周期很长 成本高 2 等温退火特点 完全A化周期短 成本低 3 球化退火 适用 高碳钢目的 降低硬度 改善切削性能 加热温度 Ac1 30 50 3 选择1 考虑切削性能 刀具最佳切削硬度180 220HBS 表 不同含碳量的钢在正火和退火后的硬度 HBS 中低碳钢采用正火 高碳钢和工具钢采用退火有利于切削 2 考虑使用性能正火比退火硬 正火优先 3 考虑经济性正火生产周期短 成本较低 真空退火炉 3 4钢的淬火淬火 Quenching激冷Hardening硬化把钢加热 保温 快冷使零件硬化的热处理工艺 淬火后获得马氏体或贝氏体组织 3 4 1 1淬火加热温度的选择碳钢的淬火加热温度范围 1 亚共析钢AC3 30 50 2 过共析钢Ac1 30 50 为什么亚共析钢要进行完全淬火 完全淬火 得到完全马氏体 不完全淬火 马氏体组织中有铁素体出现 为什么过共析钢只能进行不完全淬火 完全淬火 马氏体含碳量过高 易开裂和形成大量残余奥氏体 不完全淬火 有细小弥散渗碳体残余 奥氏体含碳量低 因而淬火时不易开裂 且残余渗碳体量少 为什么过共析钢只能进行不完全淬火 1 3 4 1 2淬火冷却介质的选择选用原则 为减少淬火应力 能获得M或B尽可能慢冷 水适用于碳钢 变形开裂倾向大 盐水10 的NaCl水溶液 适用于低碳钢 油常用10号机油 适用于合金钢 不能用于碳钢冷却 理想的淬火冷却曲线图 3 4 2常用淬火方法 1 单液淬火优点 工艺简单 操作方便 缺点 淬火应力大 工件易变形 适用 形状简单的中 低碳钢工件 3 4 2常用淬火方法 双液淬火优点 大大减小工件的淬火应力和变形开裂倾向 缺点 操作难度较高 适用 小批量 3 4 2常用淬火方法 分级淬火优点 操作简单 可有效防止应力和开裂 缺点 需要盐浴炉适用 小工件大批量 3 4 2常用淬火方法 等温淬火目的 得到B下优缺点 同分级淬火 也需要盐浴炉 适用 需要高强韧性的小工件 3 4 2常用淬火方法 单液淬火操作方便 变形大 双液淬火水淬 油冷或油淬 空冷 分级淬火加热零件先在Ms点附近介质中冷却 再取出空冷 等温淬火在贝氏体转变区的介质中冷却 得到贝氏体组织常用淬火方法示意图 3 4 3钢的淬透性 1定义淬透性 Hardenability 直译 钢可淬火硬化的能力 钢淬火时获得马氏体的难易程度 它主要取决于钢中合金元素 合金元素的种类和含量越高 钢的淬透性越高 钢的淬透性对零件淬硬层深度的影响 a b 图3 28淬火时零件截面上的冷速变化及结果a 未淬透b 淬透 2 测定 末端淬火法 GB225 88 图3 29 末端淬示意图钢的淬透性值以J表示 J表示末端淬火法 d mm 为至水冷端距离 HRC为相应距离的硬度值 如 J J J 3 意义 淬透性不同的钢调质后机械性能的比较 淬透性的意义淬透性好的钢材经调质处理后 整个截面都是回火S 力学性能均匀 强韧性高 而淬透性差的钢表层为回火S 心部为片状S F 心部强韧性差 4 应用1 选择材料2 选择淬火冷却介质40Cr钢的淬透性曲线带 3 5 淬火钢的回火回火 Tempering 韧化 淬火钢在A1温度以下加热 保温 冷却的工艺 1 回火的目的1 消除应力 降低脆性 减少变形和开裂 2 稳定组织 使AR RetainedAustenite 分解转变 3 调整和改善性能 通过不同回火工艺提高钢的强韧性 2 回火的组织与性能变化 1 组织变化100 300 200 300 马氏体的分解M 碳化物 回火马氏体 残余奥氏体的转变AR B或M 渗碳体聚集长大 铁素体回复和再结晶 500 组织 块状F 粒状Fe3C 回火索氏体 500 碳化物的形成 碳化物 Fe3C 针状F组织 针状F 细粒状Fe3C 回火托氏体 350 500 400 以上 300 400 2 性能变化随着回火温度升高 淬火钢的强度 硬度下降 塑性升高 韧性呈升高趋势 但中间出现两次下降 回火脆性 图 40钢在不同回火温度的