（行业）材料热处理

行业 材料热处理 行业 材料热处理 回火定义将淬火后的钢 在AC1以下加热 保温后冷却下来的热处理 工艺 钢的回火回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度 保温一定时 间 然后冷却到室温的热处理工艺 回火一般紧接着淬火进行 其目的是 a 消除工件淬火时产生的残留 应力 防止变形和开裂 b 调整工件的硬度 强度 塑性和韧性 达到使用性能要求 c 稳定组织与尺寸 保证精度 d 改善和提 高加工性能 因此 回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序 按回火温度范围 回火可分为低温回火 中温回火和高温回火 1 低温回火工件在250 以下进行的回火 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性 降低淬火残留应力和脆性 回火后得到回火马氏体 指淬火马氏体低温回火时得到的组织 力学性能58 64HRC 高的硬度和耐磨性 应用范围刃具 量具 模具 滚动轴承 渗碳及表面淬火的零件等 2 中温回火工件在250 500 之间进行的回火 目的是得到较高的弹性和屈服点 适当的韧性 预先热处理回火后得到回火托氏体 指马氏体回火时形成的铁素体 基体内分布着极其细小球状碳化物 或渗碳体 的复相组织 力学性能35 50HRC 较高的弹性极限 屈服点和一定的韧性 应用范围弹簧 锻模 冲击工具等 3 高温回火工件在500 以上进行的回火 目的是得到强度 塑性和韧性都较好的综合力学性能 回火后得到回火索氏体 指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布 着细小球状碳化物 包括渗碳体 的复相组织 力学性能200 350HBS 较好的综合力学性能 应用范围广泛用于各种较重要的受力结构件 如连杆 螺栓 齿轮 及轴类零件等 工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质 调质不仅作最终热处理 也可作一些精密零件或感应淬火件预先热 处理 45钢正火和调质后性能比较见下表所示 45钢 20mm 40mm 正火和调质后性能比较热处理方法力学性能 力学性能力学性能力学性能组织 b Mpa 100Ak J HBS正火700 80015 2040 64163 220索氏体 铁素体调质750 85 020 2564 96210 250回火索氏体 由于百度的表格功能太差 所 以这里不够美观 钢淬火后在300 左右回火时 易产生不可逆回火 脆性 为避免它 一般不在250 350 范围内回火 含铬 镍 锰等元素的合金钢淬火后在500 650 回火 缓冷易产 生可逆回火脆性 为防止它 小零件可采用回火时快冷 大零件可 选用含钨或钼的合金钢 注意事项将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度 保温 适当时间 再冷到室温的一种热处理工艺 回火的目的在于消除淬火应力 使钢的组织转变为相对稳定状态 在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性 以获得所希望的性能 中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高 但很脆 一般需经回火处理才 能使用 钢中的淬火马氏体 是碳在 Fe中的过饱和固溶体 具有体心正方结构 其正方度c a随含碳量的 增加而增大 c a 1 0 045wt C 马氏体组织在热力学上是不稳定的 有向稳定组织过渡的趋势 许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体 也是不稳定的 回火过程 中将发生转变 因此 回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢 使钢中的 热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程 转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织 以及加热温度而 有所不同 见马氏体相变 二次预热 碳钢的回火过程淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都 有代表性 回火过程包括马氏体分解 碳化物的析出 转化 聚集和长大 铁 素体回复和再结晶 残留奥氏体分解等四类反应 低 中碳钢回火过程中的转变示意地归纳在图1中 根据它们的反应温度 可描述为相互交叠的四个阶段 回火第一阶段回火 250 以下 马氏体在室温是不稳定的 填隙的 碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动 产生某种程度的碳偏聚 随着回火温度的升高 马氏体开始分解 在中 高碳钢中沉淀出 碳化物 图2 马氏体的正方度减小 高碳钢在50 100 回火后观察到的硬度增高现象 就是由于 碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果 见脱溶 碳化物具有密排六方结构 呈狭条状或细棒状 和基体有一定的取 向关系 初生的 碳化物很可能和基体保持共格 在250 回火后 马氏体内仍保持含碳约0 25 含碳低于0 2 的马氏体在200 以下回火时不发生 碳化物沉淀 只有碳的偏聚 而在更高的温度回火则直接分解出渗 碳体 回火第二阶段回火 200 300 残留奥氏体转变 回火到200 300 的温度范围 淬火钢中原来没有完全转变的残留 奥氏体 此时将会发生分解 形成贝氏体组织 在中碳和高碳钢中这个转变比较明显 含碳低于0 4 的碳钢和低合金钢 由于残留奥氏体量很少 所以这 一转变基本上可以忽略不计 第三阶段回火 200 350 马氏体分解完成 正方度消失 碳化物转化为渗碳体 Fe3C 这一转化是通过 碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的 最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系 渗碳体往往在 碳化物和基体的界面上 马氏体界面上 高碳马氏体片中的孪晶界 上和原始奥氏体晶粒界上形核 图3 形成的渗碳体开始时呈薄膜状 然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C 回火第四阶段回火 350 700 渗碳体球化和长大 铁素体回复和再 结晶 渗碳体从400 开始球化 600 以后发生集聚性长大 过程进行中 较小的渗碳体颗粒溶于基体 而将碳输送给选择生长 的较大颗粒 位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大 的速度最快 因为在这些区域扩散容易得多 铁素体在350 600 发生回复过程 此时在低碳和中碳钢中 板条马氏体的板条内和板条界上的位错通 过合并和重新排列 使位错密度显著降低 并形成和原马氏体内板 条束密切关联的长条状铁素体晶粒 原始马氏体板条界可保持稳定到600 在高碳钢中 针状马氏体内 孪晶消失而形成的铁素体 此时也仍然保持其针状形貌 在600 700 间铁素体内发生明显的再结晶 形成了等轴铁素体晶 粒 此后 Fe3C颗粒不断变粗 铁素体晶粒逐渐长大 合金元素的影响对一般回火过程的影响合金元素硅能推迟碳化物的 形核和长大 并有力地阻滞 碳化物转变为渗碳体 钢中加入2 左右硅可以使 碳化物保持到400 在碳钢中 马氏体的正方度于300 基本消失 而含Cr Mo W V Ti和Si等元素的钢 在450 甚至500 回火后仍能保持一定的正方度 说明这些元素能推迟铁碳过饱和固溶体的分解 反之 Mn和Ni促进这个分解过程 见合金钢 合金元素对淬火后的残留奥氏体量也有很大影响 残留奥氏体围绕马氏体板条成细网络 经300 回火后这些奥氏体分 解 在板条界产生渗碳体薄膜 残留奥氏体含量高时 这种连续薄膜很可能是造成回火马氏体脆性 300 350 的原因之一 合金元素 尤其是Cr Si W Mo等 进入渗碳体结构内 把渗碳体颗 粒粗化温度由350 400 提高到500 550 从而抑制回火软化过 程 同时也阻碍铁素体的晶粒长大 特殊碳化物和次生硬化当钢中存在浓度足够高的强碳化物形成元素 时 在温度为450 650 范围内 能取代渗碳体而形成它们自己的 特殊碳化物 形成特殊碳化物时需要合金元素的扩散和再分配 而这些元素在铁 中的扩散系数比C N等元素要低几个数量级 因此在形核长大前需要一定的温度回火条件 基于同样理由 这些特殊碳化物的长大速度很低 在450 650 形成的高度弥散的特殊碳化物 即使长期回火后仍保持 其弥散性 图4表明 在450 650 之间合金碳化物的形成对基体产生强化作用 使钢的硬度重新升高 出现峰值 这一现象称为次生硬化 回火钢在回火后的性能淬火钢回火后的性能取决于它的内部显微组 织 钢的显微组织又随其化学成分 淬火工艺及回火工艺而异 碳钢在100 250 之间回火后能获得较好的力学性能 合金结构钢在200 700 之间回火后的力学性能的典型变化如图5所 示 从图5可以看出 随着回火温度的升高 钢的抗拉强度 b单调下降 屈服强度 0 3先稍升高而后降低 断面收缩率 和伸长率 不断改 善 韧性 用断裂韧度K1c为指标 总的趋势是上升 但在300 400 之间和500 550 之间出现两个极小值 相应地被称为低温回火脆 性与高温回火脆性 因此 为了获得良好的综合力学性能 合金结构钢往往在三个不同 温度范围回火 超高强度钢约在200 300 弹簧钢在460 附近 调质钢在550 650 回火 碳素及合金工具钢要求具有高硬度和高强度 回火温度一般不超过20 0 回火时具有次生硬化的合金结构钢 模具钢和高速钢等都在500 65 0 范围内回火 回火回火脆性低温回火脆性许多合金钢淬火成马氏体后在250 400 回火中发生的脆化现象 已经发生的脆化不能用重新加热的方法消除 因此又称为不可逆回 火脆性 引起低温回火脆性的回火软化性原因已作了大量研究 普遍认为 淬火钢在250 400 范围内回火时 渗碳体在原奥氏体 晶界或在马氏体界面上析出 形成薄壳 是导致低温回火脆性的主 要原因 钢中加入一定量的硅 推迟回火时渗碳体的形成 可提高发生低温 回火脆性的温度 所以含硅的超高强度钢可在300 320 回火而不 发生脆化 有利于改进综合力学性能 高温回火脆性许多合金钢淬火后在500 550 之间回火 或在600 以上温度回火后以缓慢的冷却速度通过500 550 区间时发生的脆 化现象 如果重新加热到600 以上温度后快速冷却 可以恢复韧性 因此又 称为可逆回火脆性 已经证明 钢中P Sn Sb As等杂质元素在500 550 温度向原奥 氏体晶界偏聚 导致高温回火脆性 Ni Mn等元素可以和P Sb等杂 质元素发生晶界协同偏聚 cosegregation Cr元素则又促进这种协 同偏聚 所以这些元素都加剧钢的高温回火脆性 相反 钼与磷交互作用 阻碍磷在晶界的偏聚 可以减轻高温回火 脆性 稀土元素也有类似的作用 钢在600 以上温度回火后快速冷却可以抑止磷的偏析 在热处理操 作中常用来避免发生高温回火脆性 调质处理调质淬火 高温回火 调质钢的热处理工艺包括退火 正火 淬火 回火和表面热处理等方法 其中回火又包括调质处理和时效处理 钢的回火按照所希望的机械性能将已经淬火的钢重新加热到 350 650 一定温度之间进行 碳是以细均分布的渗碳体形式析出 随着回火温度的增加 碳化物的颗粒就增大 屈服点和拉伸强度就 下降 降低硬度和脆性 延伸率和收缩率就升高 其目的是消除淬火产生的内应力 以取得预期的力学性能 回火分高温回火 中温回火和低温回火三类 解释调质处理淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理 高温回火是指在500 650 之间进行回火 调质可以使钢的性能 材质得到很大程度的调整 其强度 塑性和 韧性都较好 具有良好的综合机械性能 调质处理后得到回火索氏体 回火索氏体 tempered sorbite 是马氏体于回火时形成的 在在光学金相显微镜下放大500 600倍以上才能分辨出来 其为铁素体基体内分布着碳化物 包括 渗碳体 球粒的复合组织 它也是马氏体的一种回火组织 是铁素体与粒状碳化物的混合物 此时的铁素体已基本无碳的过饱和度 碳化物也为稳定型碳化物 常温下是一种平衡组织 时效处理为了消除精密量具或模具 零件在长期使用中尺寸 形状 发生变化 常在低温回火后 低温回火温度150 250 精加工前 把工件重新加热到100 150 保持5 20小时 这种为稳定精密制件质量的处理 称为时效 对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理 以消除残余应 力 稳定钢材组织和尺寸 尤为重要 应用调质常常应用在中碳 低合金 结构钢 也用在低合金铸钢中 总之对力学要求高的结构零部件都要进行调质处理 金属材料热处理工艺之一 材料在淬火后高温回火叫调质处理 目的是使钢件有很高的韧性和足够的强度 具有综合的优良机械性 能 例如立轴 丝杠 齿轮等 一般是在零件加工后进行 也可将粗坯调质后再进行机械加工 退火定义将金属缓慢加热到一定温度 保持足够时间 然后以适宜 速度冷却 通常是缓慢冷却 有时是控制冷却 的一种金属热处理工 艺 目的是使经过铸造 锻轧 焊接或切削加工的材料或工件软化 改 善塑性和韧性 使化学成分均匀化 去除残余应力 或得到预期的 物理性能 退火工艺随目的之不同而有多种 如重结晶退火 等温退火 均匀 化退火 球化退火 去除应力退火 再结晶退火 以及稳定化退火 磁场退火等等 1 金属工具使用时因受热而失去原有的硬度 2 把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后 使缓慢冷 却 退火可以减低金属硬度和脆性 增加可塑性 也叫焖火 退火的目的 1 降低硬度 改善切削加工性 2 消除残余应力 稳定尺寸 减少变形与裂纹倾向 3 细化晶粒 调整组织 消除组织缺陷 在生产中 退火工艺应用很广泛 根据工件要求退火的目的不同 退火的工艺规范有多种 常用的有 完全退火 球化退火 和去应力退火等 正火定义将钢件加热到上临界点 AC3或Acm 以上40 60 或更高的温 度 保温达到完全奥氏体化后 在空气中冷却的简便 经济的热处 理工艺 正火 又称常化 是将工件加热至Ac3或Am以上30 50 保温一段 时间后 从炉中取出在空气中或喷水 喷雾或吹风冷却的金属热处 理工艺 其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化 简介正火 又称常化 是将工件加热至Ac3或Am以上30 50 保温 一段时间后 从炉中取出在空气中或喷水 喷雾或吹风冷却的金属 热处理工艺 其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化 正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快 因而正 火组织要比退火组织更细一些 其机械性能也有所提高 另外 正火炉外冷却不占用设备 生产率较高 因此生产中尽可能 采用正火来代替退火 正火的主要应用范围有 用于低碳钢 正火后硬度略高于退火 韧 性也较好 可作为切削加工的预处理 用于中碳钢 可代替调质处理作为最后热处理 也可作为用感应 加热方法进行表面淬火前的预备处理 用于工具钢 轴承钢 渗碳钢等 可以消降或抑制网状碳化物的 形成 从而得到球化退火所需的良好组织 用于铸钢件 可以细化铸态组织 改善切削加工性能 用于大型锻件 可作为最后热处理 从而避免淬火时较大的开裂 倾向 用于球墨铸铁 使硬度 强度 耐磨性得到提高 如用于制造汽 车 拖拉机 柴油机的曲轴 连杆等重要零件 过共析钢球化退火前进行一次正火 可消除网状二次渗碳体 以 保证球化退火时渗碳体全部球粒化 正火后的组织亚共析钢为F S 共析钢为S 过共析钢为S 二次渗碳 体 且为不连续 将工件加热到适当温度 Ac3或ACcm以上30 50 见钢铁显微组 织 保温后在空气中冷却的金属热处理工艺 正火主要用于钢铁工件 一般钢铁正火与退火相似 但冷却速度稍大 组织较细 有些临界冷却速度 见淬火 很小的钢 在空气中冷却就可以使奥 氏体转变为马氏体 这种处理不属于正火性质 而称为空冷淬火 与此相反 一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件 即使 在水中淬火也不能得到马氏体 淬火的效果接近正火 钢正火后的硬度比退火高 正火时不必像退火那样使工件随炉冷却 占用炉子时间短 生产效 率高 所以在生产中一般尽可能用正火代替退火 对于含碳量低于0 25 的低碳钢 正火后达到的硬度适中 比退火 更便于切削加工 一般均采用正火为切削加工作准备 对含碳量为0 25 0 5 的中碳钢 正火后也可以满足切削加工的要 求 对于用这类钢制作的轻载荷零件 正火还可以作为最终热处理 高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物 为球化 退火作组织准备 钢件的热处理工艺 正火钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类 常用的整体热处理有退火 正火 淬火和回火 表面热处理可分为 表面淬火与化学热处理两类 正火是将钢件加热到临界温度以上30 50 保温适当时间后 在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火 正火的主要目的是细化组织 改善钢的性能 获得接近平衡状态的 组织 正火与退火工艺相比 其主要区别是正火的冷却速度稍快 所以正 火热处理的生产周期短 故退火与正火同样能达到零件性能要求时 尽可能选用正火 大部分中 低碳钢的坯料一般都采用正火热处理 一般合金钢坯料常采用退火 若用正火 由于冷却速度较快 使其 正火后硬度较高 不利于切削加工 一个合格的产品 一定要严格的经过各个环节 每一个环节的细小 差别 最终都影响着产品的质量 我们公司专业制造各种铸铁平板 铸铁平台 划线平台 划线平板 等量具 细心做好每一个细节 精心做好每一个产品 其他将工件加热到适当温度 保温一段时间后从炉中取出 在空气 中冷却的金属热处理工艺 正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快 因而正 火组织要比退火组织更细一些 其机械性能也有所提高 另外 正火炉外冷却不占用设备 生产率较高 因此生产中尽可能 采用正火来代替退火 正火的主要应用范围有 用于低碳钢 正火后硬度略高于退火 韧 性也较好 可作为切削加工的预处理 用于中碳钢 可代替调质处理作为最后热处理 也可作为用感应 加热方法进行表面淬火前的预备处理 用于工具钢 轴承钢 渗碳钢等 可以消降或抑制网状碳化物的 形成 从而得到球化退火所需的良好组织 用于铸钢件 可以细化铸态组织 改善切削加工性能 用于大型锻件 可作为最后热处理 从而避免淬火时较大的开裂 倾向 用于球墨铸铁 使硬度 强度 耐磨性得到提高 如用于制造汽 车 拖拉机 柴油机的曲轴 连杆等重要零件 淬火定义将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间 然后以大于 临界冷却速度冷却 以获得非扩散型转变组织 如马氏体 贝氏体 和奥氏体等的热处理工艺 钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3 亚共析钢 或Ac1 过共析钢 以上某一温度 保温一段时间 使之全部或部分奥氏体1化 然后 以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下 或Ms附近等温 进行马 氏体 或贝氏体 转变的热处理工艺 通常也将铝合金 铜合金 钛合金 钢化玻璃等材料的固溶处理或 带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火 淬火目的淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变 得 到马氏体或贝氏体组织 然后配合以不同温度的回火 以大幅提高 钢的强度 硬度 耐磨性 疲劳强度以及韧性等 从而满足各种机 械零件和工具的不同使用要求 也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性 耐蚀性等特殊的物理 化学性能 淬火工艺将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间 随即浸 入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺 常用的淬冷介质有盐水 水 矿物油 空气等 淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性 因而广泛用于各种工 模 量具及要求表面耐磨的零件 如齿轮 轧辊 渗碳零件等 通过淬火与不同温度的回火配合 可以大幅度提高金属的强度 韧 性及疲劳强度 并可获得这些性能之间的配合 综合机械性能 以 满足不同的使用要求 另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能 如淬 火使永磁钢增强其铁磁性 不锈钢提高其耐蚀性等 淬火工艺主要用于钢件 常用的钢在加热到临界温度以上时 原有在室温下的组织将全部或 大部转变为奥氏体 随后将钢浸入水或油中快速冷却 奥氏体即转变为马氏体 与钢中其他组织相比 马氏体硬度最高 淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力 当其大到一定程度时 工件便会发生扭曲变形甚至开裂 为此必须选择合适的冷却方法 根据冷却方法 淬火工艺分为单液淬火 双介质淬火 马氏体分级 淬火和贝氏体等温淬火4类 淬火效果的重要因素 淬火工件硬度要求和检测方法淬火工件的硬 度淬火工件的硬度影响了淬火的效果 淬火工件一般采用洛氏硬度计 测试HRC硬度 淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试HRA的硬度 厚度小于0 8mm的淬火钢板 浅层表面淬火工件和直径小于5mm的淬 火钢棒 可改用表面洛氏硬度计 测试HRN硬度 在焊接中碳钢和某些合金钢时 热影响区中可能发生淬火现象而变 硬 易形成冷裂纹 这是在焊接过程中要设法防止的 由于淬火后金属硬而脆 产生的表面残余应力会造成冷裂纹 回火 可作为在不影响硬度的基础上 消除冷裂纹的手段之一 淬火对厚度 直径较小的零件使用比较合适 对于过大的零件 淬 火深度不够 渗碳也存在同样问题 此时应考虑在钢材中加入铬等 合金来增加强度 淬火是钢铁材料强化的基本手段之一 钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相 表1 故钢件淬火可以获 得高硬度 高强度 但是 马氏体的脆性很大 加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应 力 因而不宜直接应用 必须进行回火 表1钢中铁基固溶体的显微硬度值淬火工艺的应用淬火工艺在现代机 械制造工业得到广泛的应用 机械中重要零件 尤其在汽车 飞机 火箭中应用的钢件几乎都经 过淬火处理 为满足各种零件干差万别的技术要求 发展了各种淬火工艺 如 按接受处理的部位 有整体 局部淬火和表面淬火 按加热时 相变是否完全 有完全淬火和不完全淬火 对于亚共析钢 该法又称 亚临界淬火 按冷却时相变的内容 有分级淬火 等温淬火和欠速 淬火等 工艺过程包括加热 保温 冷却3个阶段 下面以钢的淬火为例 介绍上述三个阶段工艺参数选择的原则 淬火加热温度以钢的相变临界点为依据 加热时要形成细小 均匀 奥氏体晶粒 淬火后获得细小马氏体组织 碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示 由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢 尤其低合 金钢 亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30 50 从图上看 高温下钢的状态处在单相奥氏体 A 区内 故称为完全淬 火 如亚共析钢加热温度高于Ac 1 低于Ac3温度 则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体 即为不完全 或亚临界 淬火 过共析钢淬火温度为Ac1温度以上30 50 这温度范围处于奥氏体 与渗碳体 A C 双相区 因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火 淬火后得到马氏体基 体上分布渗碳体的组织 这 组织状态具有高硬度和高耐磨性 对于过共析钢 若加热温度过高 先共析渗碳体溶解过多 甚至完 全溶解 则奥氏体晶粒将发生长大 奥氏体碳含量也增加 淬火后 粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加 微裂纹增 多 零件的变形和开裂倾向增加 由于奥氏体碳浓度高 马氏体点 下降 残留奥氏体量增加 使工件的硬度和耐磨性降低 常用钢种淬火的温度参见表2 表2常用钢种淬火的加热温度实际生产中 加热温度的选择要根据具 体情况加以调整 如亚共析钢中碳含量为下限 当装炉量较多 欲增加零件淬硬层深 度等时可选用温度上限 若工件形状复杂 变形要求严格等要采用 温度下限 淬火保温淬火保温时间由设备加热方式 零件尺寸 钢的成分 装 炉量和设备功率等多种因素确定 对整体淬火而言 保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致 对各类淬火 其保温时间最终取决于在要求淬火的区域获得良好的 淬火加热组织 加热与保温是影响淬火质量的重要环节 奥氏体化获得的组织状态 直接影响淬火后的性能 般钢件奥氏体晶粒控制在5 8级 淬火冷却要使钢中高温相 奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相 马氏体 冷却速度必须大于钢的临界冷却速度 工件在冷却过程中 表面与心部的冷却速度有 定差异 如果这种差异足够大 则可能造成大于临界冷却速度部分 转变成马氏体 而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情 况 为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火 介质 以保证工件心部有足够高的冷却速度 但是冷却速度大 工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力 可能 使工件变形或开裂 因而要考虑上述两种矛盾因素 合理选择淬火介质和冷却方式 冷却阶段不仅零件获得合理的组织 达到所需要的性能 而且要保 持零件的尺寸和形状精度 是淬火工艺过程的关键环节 淬火方式单介质淬火工件在一种介质中冷却 如水淬 油淬 优点是操作简单 易于实现机械化 应用广泛 缺点是在水中淬火应力大 工件容易变形开裂 在油中淬火 冷却 速度小 淬透直径小 大型工件不易淬透 双介质淬火工件先在较强冷却能力介质中冷却到300 左右 再在一 种冷却能力较弱的介质中冷却 如先水淬后油淬 可有效减少马氏 体转变的内应力 减小工件变形开裂的倾向 可用于形状复杂 截 面不均匀的工件淬火 双液淬火的缺点是难以掌握双液转换的时刻 转换过早容易淬不硬 转换过迟又容易淬裂 为了克服这一缺点 发展了分级淬火法 分级淬火工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火 盐浴或碱浴的温度在Ms 点附近 工件在这一温度停留2min 5min 然后取出空冷 这种冷 却方式叫分级淬火 分级冷却的目的 是为了使工件内外温度较为均匀 同时进行马氏 体转变 可以大大减小淬火应力 防止变形开裂 分级温度以前都定在略高于Ms点 工件内外温度均匀以后进入马氏 体区 现在改进为在略低于Ms点的温度分级 实践表明 在Ms点以下分级的效果更好 例如 高碳钢模具在160 的碱浴中分级淬火 既能淬硬 变形又小 所以应用很广泛 等温淬火工件在等温盐浴中淬火 盐浴温度在贝氏体区的下部 稍高 于Ms 工件等温停留较长时间 直到贝氏体转变结束 取出空冷 等温淬火用于中碳以上的钢 目的是为了获得下贝氏体 以提高强 度 硬度 韧性和耐磨性 低碳钢一般不采用等温淬火 表面淬火表面淬火是将刚件的表面层淬透到一定的深度 而心部分 仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法 表面淬火时通过快速加热 使刚件表面很快到淬火的温度 在热量 来不及穿到工件心部就立即冷却 实现局部淬火 感应淬火感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进 行加热 渗碳渗碳将工件置入具有活性渗碳介质中 加热到900 950摄氏度的单相奥氏体区 保温足够时间后 是对金属表面处理的一 种 采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢 具体方法是使渗碳介质中 分解出的活性碳原子渗入钢件表层 从而获得表层高碳 心部仍保持 原有成分 相似的还有低温渗氮处理 这是金属材料常见的一种热处理工艺 它可以使渗过碳的工件表面 获得很高的硬度 提高其耐磨程度 简介渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程 也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层 再经过淬火和低温回火 使工件的表面层具有高硬度和耐磨性 而工件的中心部分仍然保 持着低碳钢的韧性和塑性 渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢 含碳量小于0 25 渗碳后 钢件表面的化学成分可接近高碳钢 工件渗碳后还要经过淬火 以得到高的表面硬度 高的耐磨性和疲 劳强度 并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性 使工件能承受冲击 载荷 渗碳工艺广泛用于飞机 汽车和拖拉机等的机械零件 如齿轮 轴 凸轮轴等 渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前 最早是用固体渗碳介质渗碳 液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的 美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳 30年代 连续式气体渗碳炉开始在工业上应用 60年代高温 960 1100 气体渗碳得到发展 至70年代 出现了真空渗碳和离子渗碳 原理渗碳与其他化学热处理一样 也包含3个基本过程 分解渗碳介质的分解产生活性碳原子 吸附活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中 使奥氏 体中含碳量增加 扩散表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差 表面的碳遂向 内部扩散 碳在钢中的扩散速度主要取决于温度 同时与工件中被渗元素内外 浓度差和钢中合金元素含量有关 渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢 含碳量小於0 25 渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用 工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥 氏体和少量碳化物 心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏 体的组织 但应避免出现铁素体 一般渗碳层深度范围为0 8 1 2毫米 深度渗碳时可达2毫米或更深 表面硬度可达HRC58 63 心部硬度为HRC30 42 渗碳淬火后 工件表面产生压缩内应力 对提高工件的疲劳强度有 利 因此渗碳被广泛用以提高零件强度 冲击韧性和耐磨性 借以延长 零件的使用寿命 分类按含碳介质的不同 渗碳可分为固体渗碳 液体渗碳 气体渗 碳和碳氮共渗 渗碳工艺 1 直接淬火低温回火组织及性能特点不能细化钢的晶粒 工件淬火变形较大 合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多 表面硬 度较低适用范围操作简单 成本低廉用来处理对变形和承受冲击载 荷不大的零件 适用于气体渗碳和液体渗碳工艺 2 预冷直接淬火 低温回火 淬火温度800 850 组织及性能特点可以减少工件淬火变形 渗层中残余奥氏体量 也可稍有降低 表面硬度略有提高 但奥氏体晶粒没有变化 适用范围操作简单 工件氧化 脱碳及淬火变形均小 广泛应用于 细晶粒钢制造的各种工具 3 一次加热淬火 低温回火 淬火温度820 850 或780 810 组织及性能特点对心部强度要求较高者 采用820 850 淬火 心部为低碳M 表面要求硬度高者 采用780 810 淬火可以细化晶粒 适用范围适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件 气体 液体渗 碳的粗晶粒钢 某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加 工的零件 4 渗碳高温回火 一次加热淬火 低温回火 淬火温度840 860 组织及性能特点高温回火使M和残余A分解 渗层中碳和合金元 素以碳化物形式析出 便于切削加工及淬火后残余A减少 适用范围主要用于Cr Ni合金渗碳工件 5 二次淬火低温回火组织及性能特点第一次淬火 或正火 可以 消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织 850 870 第二次淬火主要改善渗层组织 对心部性能要求不高时可 在材料的Ac1 Ac3之间淬火 对心部性能要求高时要在Ac3以上淬火 适用范围主要用于对力学性能要求很高的重要渗碳件 特别是对粗 晶粒钢 但在渗碳后需经过两次高温加热 使工件变形和氧化脱碳增加 热 处理过程较复杂 6 二次淬火冷处理低温回火组织及性能特点高于Ac1或Ac3 心部 的温度淬火 高合金表层残余A较多 经冷处理 70 80 促使A转变从而提高表面硬度和耐磨性 适用范围主要用于渗碳后不进行机械加工的高合金钢工件 7 渗碳后感应加热淬火低温回火组织及性能特点可以细化渗层及靠 近渗层处的组织 淬火变形小 不允许硬化的部位不需预先防渗 适用范围各种齿轮和轴类渗碳工艺新发展渗碳工艺是一个十分古老 的工艺 在中国 最早可上溯到2000年以前 起先是用固体渗碳介质渗碳 在20世纪出现液体和气体渗碳并得到广泛应用 后来又出现了真空渗碳和离子渗碳 到现在 渗碳工艺仍然具有非常重要的实用价值 原因就在于它的 合理的设计思想 即让钢材表层接受各类负荷 磨损 疲劳 机械 负载及化学腐蚀 最多的地方 通过渗入碳等元素达到高的表面硬 度 高的耐磨性和疲劳强度及耐蚀性 而不必通过昂贵的合金化或 其它复杂工艺手段对整个材料进行处理 这不仅能用低廉的碳钢或合金钢来代替某些较昂贵的高合金钢 而 且能够保持心部有低碳钢淬火后的强韧性 使工件能承受冲击载荷 因此 完全符合节能 降耗 可持续发展的方向 近年来 出现了高浓度渗碳工艺 与传统工艺在完全奥氏体区 温 度在900 950 渗碳后表面碳质量分数为0 85 1 05 进行渗碳 不同 它是在Ac1 Am之间的不均匀奥氏体状态下进行 其渗层表面 碳浓度可高达2 4 其结果可获得细小颗粒碳化物均匀 弥散分布的渗层 其渗碳温度降至800 860 温度范围 可实现一般钢材渗碳后直 接淬火 由于高浓度渗碳层含有很高数量 20 50 的弥散分 布的碳化物 故显示出比普通渗碳更优异的耐磨性 耐蚀性 更高 的接触与弯曲疲劳强度 较高的冲击韧度 较低的脆性及较好的回 火稳定性 该工艺还具有适用性广 对设备无特殊要求等优点 具有较高的经 济效益和实用价值 近年来在国内外获得竞相研究与开发 为了防止渗碳过程中奥氏体晶粒的粗化 一般都在钢材中添加适量 的钛 通过形成碳氮化钛粒子钉扎晶界而阻止晶粒长大 国家标准规定渗碳钢中钛添加量为0 04 0 08wt 然而 最近有研究工作表明 当钛含量超过0 032 就会在渗碳钢 冶炼铸锭凝固时析出氮化钛 这种氮化钛尺寸达到微米数量级 起不到阻止奥氏体晶粒长大的作 用 反而由于这种呈立方体的粒子的尖角效应以及与基体组织的不 连续性而成为微裂纹的策源地和裂纹扩展的中继站 严重损害钢材 的韧塑性 工作还表明 将钛含量降至0 02 0 032 仍然能够同样有效地起 到控制奥氏体晶粒长大的作用 而又可避免有害氮化钛粒子的形成 因此是值得推荐的合理的选择范围 1 渗碳的常见缺陷及其防止 一 碳浓度过高 产生原因及危害如果渗碳时急剧加热 温度又过 高或固体渗碳时用全新渗碳剂 或用强烈的催渗剂过多都会引起渗 碳浓度过高的现象 随着碳浓度过高 工件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物 由于这种硬脆组织产生 使渗碳层的韧性急剧下降 并且淬火时形成高碳马氏体 在磨削时容易出现磨削裂纹 防止的方法 不能急剧加热 需采用适当的加热温度 不使钢的 晶粒长大为好 如果渗碳时晶粒粗大 则应在渗碳后正火或两次淬火处理来细化晶 粒 严格控制炉温均匀性 不能波动过大 在反射炉中固体渗碳时需 特别注意 固体渗碳时 渗碳剂要新 旧配比使用 催渗剂最好采用4 7 的BaCO3 不使用Na2CO3作催渗剂 二 碳浓度过低 产生的原因及危害温度波动很大或催渗剂过少都 会引起表面的碳浓度不足 最理想的碳浓度为0 9 1 0 之间 低于0 8 C 零件容易磨损 防止的方法 渗碳温度一般采用920 940 渗碳温度过低就会引起碳浓度过低 且延长渗碳时间 渗碳 温度过高会引起晶粒粗大 催渗剂 BaCO3 的用量不应低于4 三 渗碳后表面局部贫碳 产生的原因及危害固体渗碳时 木炭颗 粒过大或夹杂有石块等杂质 或催渗剂与木炭拌得不均匀 或工件 所接触都会引起局部无碳或贫碳 工件表面的污物也可以引起贫碳 防止的方法 固体渗碳剂一定要按比例配制 搅拌均匀 装炉的工件注意不要有接触 固体渗碳时要将渗碳剂捣实 勿使渗碳过塌而使工件接触 却除表面的污物 四 渗碳浓度加剧过渡 产生的原因及危害渗碳浓度突然过渡就是 表面与中心的碳浓度变化加剧 不是由高到低的均匀过渡 而是突 然过渡 产生此缺陷的原因是渗碳剂作用很强烈 如新配制的木炭 旧渗碳剂 加得很少 同时钢中有Cr Mn Mo等合金元素是促使碳化物形成强 烈 而造成表面高浓度 中心低浓度 并无过渡层 产生此缺陷后造成表里相当大的内应力 在淬火过程中或磨削过程 中产生裂纹或剥落现象 防止的方法渗碳剂新旧按规定配比制 使渗碳缓和 用BaCO3作催渗剂较好 因为Na2CO3比较急剧 五 磨加工时产生回火及裂纹 产生的原因渗碳层经磨削加工后表 面引起软化的现象 称之为磨加工产生的回火 这是由于磨削时加工进给量太快 砂轮硬度和粒度或转速选择不当 或磨削过程中冷却不充分 都易产生此类缺陷 这是因为磨削时的热量使表面软化的缘故 磨削时产生回火缺陷则零件耐磨性降低 表面产生六角形裂纹 这是因为用硬质砂轮表面受到过份磨削 而发热所致 也与热处理回火不足 残余内应力过大有关 用酸浸蚀后 凡是有缺陷部位呈黑色 可与没有缺陷处区别开来 这是磨削时产生热量回火 使马使体转变为屈氏体组织的缘故 其实 裂纹在磨削后肉眼即可看见 防止的方法 淬火后必须经过充分回火或多次回火 消除内应力 采用40 60粒度的软质或中质氧化铝砂轮 磨削进给量不过大 磨削时先开冷却液 并注意磨削过程中的充分冷却 2 渗氮渗氮 是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工 艺 常见有液体渗氮 气体渗氮 离子渗氮 传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中 通以流动的氨气并加热 保温较长时间后 氨气热分解产生活性氮原子 不断吸附到工件 表面 并扩散渗入工件表层内 从而改变表层的化学成分和组织 获得优良的表面性能 如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散 则称为氮碳共渗 常用的是气体渗氮和离子渗氮 原理应用渗入钢中的氮一方面由表及里与铁形成不同含氮量的氮化 铁 一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物 特别是氮