钢的普通热处理.ppt

知识要点 1 退火 正火 淬火和回火的目的 2 退火 正火 淬火回火工艺过程及其对零件加工和使用的影响 主要内容 钢的退火和正火钢的淬火和回火钢的淬透性和淬硬性的概念 第七章钢的普通热处理 第一节钢的退火和正火 机械零件一般的加工工艺过程 毛坯 铸件 锻件 预备热处理 机加工 最终热处理 精加工退火与正火工艺主要用于预备热处理 通常安排在毛坯生产之后 切削加工之前 只有当零件力学性能要求不高时 才作为最终热处理 定义 一 钢的退火 又称 焖火 工艺规范加热温度 临界温度以上或以下 冷却方式 炉冷 为提高生产率 可采用等温冷却或冷到500 左右出炉空冷 等温的温度和时间根据 c曲线 确定 保温时间 保证透烧 一般以1 0 1 5mm min计算 并与钢材成分 工件厚度 装炉量和装炉方式有关 室温组织 可根据fe fe3c相图确定 常用退火工艺 1 完全退火 重点 应用 亚共析成分碳钢或合金钢目的 细化晶粒 均匀组织 提高塑性 消除应力 改善切削加工性能 加热温度 ac3 30 50 室温组织 p f 中碳钢 p f 2 球化退火 重点 应用 共析钢 过共析钢加热温度 ac1 20 30 组织 p球 f基体上分布着颗粒状fe3c 目的 退火和正火 t12钢球化退火组织 p球 f 粒状fe3c 加热温度范围 优点 组织均匀 退火时间短 生产率高 3 等温退火 工艺过程 4 去应力退火工艺规范 目的 消除工件残余应力5 再结晶退火加热温度 目的 消除加工硬化 提高塑性6 均匀化退火 扩散退火 工艺规范 t加热 ac3 150 250 t保温 10 15h目的 均匀成份 消除偏析 退火和正火 t加热 ac1 t再结晶 t加热 ac1 共析钢正火组织 索氏体s 二 钢的正火 又称 常化 加热温度亚共析钢 ac3 30 50 共析钢 ac1 30 50 过共析钢 accm 30 50 正火组织 0 6 c时 为 f s 0 6 c时 为s 目的和应用细化组织 均匀成分 强度硬度略提高 对于过共析钢 消除网状fe3c 为球化退火作组织准备 普通结构钢零件作为最终热处理 改善低碳钢 低碳合金钢切削加工性能 消除中碳结构钢在铸 锻 轧制及焊接等加工中出现的粗大或带状组织等缺陷 单相a区 加热温度 组织和性能同一种钢 正火比退火组织细密 强度硬度 为改善切削加工性能低碳钢用正火 中碳钢用退火或正火 高碳钢用球化退火 热处理缺陷退火处理时 钢在炉中时间长 脱碳和氧化比正火要严重些 经济方面正火成本比退火低 退火和正火 三 退火与正火的比较 亚共析钢的退火和正火加热温度相同 过共析钢退火不能在accm以上加热 但正火可以 第二节钢的淬火 蘸火 目的 获得马氏体和 或 贝氏体组织 提高硬度 强度和耐磨性 以满足零件的使用性能 淬火是热处理中应用最广的工艺之一 生产中 淬火常与适当的回火工艺配合 获得零件所需的使用性能 淬火是发挥材料性能潜力的重要手段之一 亚共析钢 ac3 30 50 完全a化 获得细小m组织 一 淬火加热温度的确定 碳钢淬火加热温度确定 淬火工艺 共析钢 过共析钢 ac1 30 50 不完全a化 获得细小m 粒状fe3c 少量a残 强度 硬度高 耐磨性好 为什么亚共析钢不在两相区加热淬火 为什么过共析钢必须在两相区加热淬火 原因 1 对亚共析钢 若在ac1 ac3两相区加热 淬火组织中会保留因不完全a化加热而存在的f 即 m f 混合组织 而不是全部m 使零件淬火后硬度不均匀 强度和硬度降低 35钢两相区淬火组织 m 灰黑色 f 白色块状 2 对过共析钢 若加热温度高于accm fe3c全部溶解 a晶粒粗大且含碳量高 淬火后获得粗大片状m 较多a残 使钢的硬度和耐磨性降低 脆性和变形开裂倾向增加 高合金钢加热过程中 往往需预热 合金钢淬火加热温度的确定 由于大多数合金元素 除mn p外 对奥氏体的形成和长大有阻碍作用 因而合金钢淬火温度比碳钢高 一般 ac3或ac1 50 100 淬火工艺 知识扩展 淬火工艺 二 淬火介质 理想的淬火介质应是 650 以上 冷却要慢 减小应力 650 400 要快 避免与c曲线相交 400 以下 要慢 减小淬火应力 防止变形开裂 常用淬火介质表 生产中常用淬火介质的特点 适用范围 新型淬火介质 聚乙烯醇 三硝盐水溶液等 淬火后的组织 一般 共析钢 m a残过共析钢 m 粒状fe3c a残 淬火工艺 三 常用淬火方法及应用 钢的淬火 采用不同的淬火方法 可弥补淬火介质的不足 最常用的如图示 1 单介质淬火法 v1 特点 操作简单 易实现自动化 但水淬易淬裂 油淬易出现硬度不足或不均现象 应用 只适用于形状简单 尺寸较小的碳钢和合金钢工件 将加热奥氏体化的工件放入一种淬火介质中 连续冷却到室温的操作方法 工件先放入一种冷却能力强的介质中 冷到接近ms点 立即转入另一种冷却能力弱的介质中发生马氏体转变的方法 如 水 油 油 空冷淬火 特点 在m转变区冷速减慢 可减小应力 变形和开裂倾向 但不好掌握 应用 用于形状复杂碳钢和大型合金钢件 2 双介质淬火法 v2 3 马氏体分级淬火将加热奥氏体化的钢件 先浸入温度稍高于或稍低于钢的ms点的液态介质中 等温适当时间后 取出空冷到室温 以获得马氏体组织的淬火工艺 淬火介质 燃点较高的油 盐浴和碱浴 等温目的 使工件表面和心部温度均匀 淬火组织 马氏体 m 特点 工件温度均匀 组织转变缓慢 淬火应力显著降低 应用 适于变形要求严格的小尺寸工件 淬火介质 盐浴或碱浴 等温目的 使a b下 获得b下组织 等温时间 由钢的ttt曲线确定 一般30 60min 比分级淬火长淬火组织 下贝氏体 b下 特点 淬火应力小 零件综合力学性能好 应用 适于形状复杂 精度要求高 并具有良好强韧性的小型零件 4 下贝氏体等温淬火将奥氏体化后的钢件 放入稍高于ms温度的盐浴或碱浴中等温一定时间使过冷a b下后取出空冷的淬火方法 也叫等温淬火 等温淬火与分级淬火方法有何异同 相同之处 操作过程 淬火介质基本相同 不同之处 见表 知识扩展 复合淬火工艺 将加热a化的工件急冷至ms以下获得10 20 m 然后在下贝氏体转变区等温 获得 m b下 混合组织 预淬时形成的m可促进b的转变 在等温过程中又使马氏体回火 复合淬火多用于合金工具钢工件 可避免第一类回火脆性 减少残余奥氏体量及变形开裂倾向 生产实例 一 共析钢不同热处理工艺 冷却条件 下的转变产物 等温退火 p 退火 炉冷 正火 空冷 s 油冷 t m a残 等温淬火 b下 m a残 分级淬火 m a残 淬火 水冷 淬火 p p 均匀a 细小a 空冷 一 定义二 目的减少或消除淬火应力稳定组织获得所需力学性能 第三节钢的回火 小提示 未经淬火的钢回火无意义 而淬火钢不回火 在放置或使用过程中易变形或开裂 钢经淬火后应立即进行回火 三 回火的分类 组织及应用 调质处理 淬火 高温回火 淬火钢回火后的组织比较 课堂讨论 比较m与m回 s与s回 1 m在过冷奥氏体低温转变中形成 m回在淬火钢低温回火中形成 二者形态相似 光镜下m回比m黑 强度硬度相差不大 但m回脆性已大大降低 2 s在过冷奥氏体高温转变中形成 s回在淬火钢高温回火中形成 s呈层片状 s回呈颗粒状 s回比s的塑性要好 淬火钢回火后性能的变化 一般规律 随t回 钢的强度 硬度 塑性 韧性 高合金钢不遵循 四 钢的回火脆性 回火脆性的概念 淬火钢在某些温度范围内回火时 出现的冲击韧性下降的现象称为回火脆性 第四节钢的淬透性 一 什么叫淬透性 可淬性 淬透的含义 指使工件从表面到心部都得到马氏体 m 组织 淬透性 指钢在淬火时获得m的能力 其大小用规定条件下淬火获得的淬硬层深度表示 取决于vk vk 淬透性 淬硬层深度 指由工件表面到内部马氏体占50 m 其余为50 p 的深度 淬硬层越深 钢的淬透性越好 淬硬性 指钢淬火后所能达到的最高硬度 取决于m中的wc wc 淬硬性 小型工件 v表面 v心部 vk 可淬透 为100 m大型工件 v表面 vk v心部 淬不透 心部非m 二 淬透性与淬硬层深度的关系 在其它条件相同的条件下 钢的淬透性 淬硬层深度 在其它条件改变时 淬透性好的钢 其淬硬层深度不一定大 例如 1 尺寸效应 同一种钢 淬透性相同 尺寸不同的工件淬火时 尺寸小的工件可得到较大的淬硬层深度 2 淬火介质 同一尺寸的工件 选用同一种碳钢 分别在水和油中淬火 水淬工件的淬透层深度比油淬的大 注意 要求淬透的小尺寸工件 不一定选用淬透性很高的钢 淬透性较低的钢件要求淬透时 要选用冷却能力强的淬火介质 钢的淬透性与工件尺寸和淬火介质无关 合金元素 除co al外 均使c曲线右移 vk 淬透性 含碳量 亚共析钢 wc c曲线右移 vk 淬透性 过共析钢 wc c曲线左移 vk 淬透性 1 2 1 3 c时明显 加热条件 奥氏体化温度 保温时间 未溶第二相 二 影响淬透性的因素 三 淬透性的测定方法 端淬试验法 钢的淬透性 d0指圆形钢棒在介质中冷却 心部被淬成50 m的最大直径 d0与介质有关 如45钢d0水 16mm d0油 8mm 对不同材料 只有冷却条件相同 才能进行淬透性比较 如45钢d0油 8mm 40cr钢d0油 20mm 则 40cr钢比45钢的淬透性好 淬透性的表示方法 常用临界淬火直径d0表示 两种钢用同一种介质中 d0越大 则钢的淬透性越好 表面和心部力学性能一致的零件 即要求表面和心部组织一致 如螺栓 连杆 锻模 弹簧 锤杆 承受拉压载荷 选用淬透性高的钢 全部淬透 表面心部力学性能不一致的零件 通常是要求表面强度硬度高 心部塑性韧性好 即要求组织不一致 如轴类零件 冷镦模具 齿轮 可选用淬透性较低的钢 焊接