钢的热处理工艺36793

第五章钢的热处理工艺 供应窄带钢行业热处理设备 教学内容 5 1钢的退火与正火工艺5 2钢的淬火与回火5 3钢的表面热处理5 4钢的化学热处理 一般要求 1 钢在加热和冷却时组织转变的机理 2 各种热处理的具体工艺过程 3 钢在加热和冷却过程中产生的缺陷 1 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素 2 本质晶粒度与实际晶粒度的含义 控制晶粒度大小的因素 3 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义 C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌 性能特点 4 非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素 5 奥低体连续冷却转变曲线的特点 冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响 6 各种热处理的定义 目的 组织转变过程 性能变化 用途和适用的钢种 零件的范围 5 1钢的退火与正火工艺 一 退火 将钢件加热到适当温度 保温一定时间 然后缓慢冷却的热处理工艺 退火工艺曲线 1 完全退火加热温度 Ac3以上20 30度组织 P F目的 细化 均匀化粗大 不均匀组织 接近平衡组织 消除内应力应用范围 亚共折钢 共析钢 不适用于过共析钢 2 球化退火 不完全退火 加热温度 Ac1以上20 40度应用范围 过共析钢 共析钢组织 球状P F 球状Cem 目的 使Cem球化 HRC 韧性 切削性 为淬火作准备 1050 1150 10 20h P F或P Fe3CII目的 消除偏析后果 粗大晶粒 应用完全退火消除 4 再结晶退火加热温度 Ac1以下50 150度 或T再 30 50度目的 消除加工硬化 5 去应力退火500 650 3 扩散退火 均匀化退火 二 正火 空冷 Ac3或Accm 30 50 组织 S F或Fe3C 应用 1 作最终热处理 普通结构钢零件目的 a 细化A晶粒 组织均匀化b 减少亚共析钢中F P c P细化 强度 韧性 硬度 2 预先热处理a 消除不均匀组织 魏氏组织 带状组织 b 细化组织 为淬火 调质作准备c 使过共析钢中Fe3CII 使其不形成连续网状 为球化作准备 3 改善切削加工性能 低碳钢 以45 钢为例的正火工艺曲线 保温时间的经验公式 KD 单位为min 式中 K 加热系数 一般K 1 5 2 0m min 若装炉量大则可延长保温时间 D 工件有效厚度 单位为m 操作步骤如下 三 退火 正火的选择 正火 冷速快 材料组织细化 机械性能好1 切削加工低碳钢 正火中高碳钢 完全退火高碳钢 合金工具钢 正火 球化退火2 作为最终热处理 正火3 为最终热处理提供良好的组织状态4 正火可替代完全退火以提高效率 5 2钢的淬火与回火 一 淬火 加热到AC3 AC1相变温度以上 保温 快速冷却 M A 1 淬火温度的决定 淬火温度过高 A粗大 M粗大 力学性能 淬火温度过高 A粗大 M粗大 淬火应力 变形 开裂 2 淬火介质理想 650 以上 慢 减小热应力650 400 快 避免C曲线400 以下 慢 减轻相变应力 理想淬火冷却曲线示意图 不同淬火方法示意图 以45 钢为例的淬火工艺曲线 油冷 M T 二 钢的淬透性 1 淬透性 淬火条件下得到M组织的能力 取决于VK 上临界冷却速度 2 淬硬性 钢在淬火后获得硬度的能力 取决于M中C C 淬硬性 3 影响淬透性的因素 VK C曲线 影响C曲线的因素 1 根据服役条件 确定对钢淬透性的要求 选材的依据 2 热处理工艺制定的依据 3 尺寸效应 4 淬透性的应用 三 回火 a 消除淬火应力 降低脆性b 稳定工件尺寸 由于M 残余A不稳定c 获得要求的强度 硬度 塑性 韧性 2 钢在回火时的组织转变 a 马氏体分解 200 以下 析出 Fe2 4C碳化物 亚稳定 组织 回火马氏体M 过饱和 固溶体十亚稳定 碳化物 极细的 作用 晶格畸变降低 淬火应力有所下降 b 残余A分解 200 300 A M 或A B下 组织 回火马氏体M c 回火屈氏体T 形成 250 400 Fe3C F 维持M 外形组织 回火屈氏体T F Fe3C d 碳化物的聚集长大 铁素体的回复与再结晶 400 组织 回火索氏体S F 等轴晶 Fe3C 粒 1 回火目的 淬火组织的问题 3 回火工艺 组织 性能关系 1 低温回火 150 250 回火马氏体M 降低淬火应力 提高韧性 保证高硬度 HRC58 64 和耐磨性高碳的工具 模具 滚动轴承 渗碳与表面淬火的零件 2 中温回火 350 500 回火屈氏体T 高弹性极限和屈服强度 一定的韧性 硬度一般为HRC35 45弹簧 3 高温回火 500 650 回火索氏体S 淬火 高温回火 调质处理综合机械性能好 强度 韧性 塑性的配合 硬度一般为HRC25 35承受交变载荷 连杆 轴 齿轮等重要结构件 最终热处理精密量具 模具 预先热处理 45钢 400 回火索氏体 正火与调质处理的比较 45钢 b MN m2 ak kJ m2 HB组织正火700 80012 20500 800163 220细片S F调质750 85020 25800 1200210 250细粒S 硬度 200度以下 HRC不变 200 300度 M分解 残余A转变为马氏体 硬度降低不大 高碳钢硬度 有一定的升高 300度 HRC降低 韧性 400度开始升高 600度最高 弹性极限 在300 400度最高 塑性 在600 650度最高 1 高碳回火马氏体 强度 硬度高 塑性 韧性差2 低碳回火马氏体 高的强度与韧性 硬度 耐磨性也较好 3 回火屈氏体 屈服强度与弹性极限高4 回火索氏体 综合机械性能 4 回火温度与机械性能的关系 5 回火脆性 1 低温回火脆性 250 400 碳化物片沿M晶界析出避免在此温度回火 3 高温回火脆性 450 650 P等元素在原A晶界偏聚 慢冷时Cr Ni等促进偏聚Mo等抑制偏聚减少P等杂质元素 添加Mo等合金元素 5 回火工艺及其应用 记注 淬火 高温回火 调质处理 以45 钢为例的调质工艺曲线 淬火 高温回火 调质处理 5 3钢的表面热处理 表面淬火 不改变表面化学成分 只改变其表面组织的局部热处理方法 目的 心部保持较高的综合机械性能 表面具有高硬度和耐磨性 一 感应加热表面淬火1 原理交变磁场 感应电流 工件电阻 加热 集肤效应 表面加热2 分类a 高频200 300KHz 淬硬深度0 5 2mm小工件b 中频2500 8000Hz淬硬深度2 5mm尺寸较大的工件c 低频50Hz淬硬深度10 15mm大型工件d 超音频30 40KHz3 钢种中碳钢和中碳低合金钢磨损部位 高硬度 耐磨 加热速度快几秒 几十秒b 加热时实际晶粒组小 淬火得到极细马氏体 硬度 脆性 c 残余压应力 提高寿命d 不易氧化 脱碳 变形小e 工艺易控制 设备成本高 4 特点 锻造 退火或正火 粗加工 调质 精加工 表面淬火 低温回火 粗磨 时效 精磨 5 工艺路线 5 4钢的化学热处理 一 渗碳 AC3以上 900 950 低碳钢 1 目的及应用提高表面硬度 耐磨性 而使心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性2 钢种低碳钢 低碳合金钢 3 加工工艺路线锻造 正火 切削加工 渗碳 淬火 直接淬火 一次淬火 二次淬火 低温回火 喷丸 磨削 1 直接淬火 如图a b曲线 奥氏体晶粒大 马氏体粗 残余A多 耐磨性低 变形大 只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件 2 一次淬火 如图c曲线 心部要求高时 AC3以上表面要求高时 AC1以上30 500 3 二次淬火 如图d曲线 第一次 改变心部组织AC3以上30 500 第二次 细化表面组织AC1以上30 500 4 渗碳工艺 组织 性能关系加热温度 保温时间 渗碳层厚度 二 氮化 含Al Cr Mo V的钢 它系指在一定温度 一般在AC1 以下 使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺 其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀性能 且因氮化温度低 变形小 因此在工艺中的应用也非常广泛 常用的氮化方法又气体氮化 离子氮化 氮碳共渗 软氮化 等 1 气体氮化 气体氮化是将工件放在密封的炉内加热 并通入氮气 渗碳的加热温度低 小于Ac1温度 钢的组织处于铁素体状态 因此工件变形小 氧化脱碳少 气体氮化的原理 氨气在300 以上是便可以受热分解出活性氮原子 即 2NH3 3H2 2 N 活性氮原子被钢的表面吸收 形成固溶体和化合物 气体氮化的温度低 500 600 变形小 对心部调质组织影响小 气体氮化的工艺路线 锻造 退火 机械粗加工 调质 半精加工 去应力退火 粗磨 氮化 精磨 说明 为保证零件的心部具有良好的综合力学性能 氮化前要经过调质处理 为减少在氮化中的变形 在切削加工后要进行去应力退火 氮化作为最后工序 气体氮化的时间长 30 50h 气体氮化的硬度高 HV1000 1100 高耐磨性 热硬性 气体氮化 高的疲劳强度和抗腐蚀性能 钢的氮化层显微组织400X 钢的氮化层显微组织 A3钢多元共渗渗层X400 42rMo钢多元共渗组织X400 B Al B Al共晶组织 菊花状 5 5其它热处理 加热与保温过程中的氧化与脱碳一 可控气氛热处理二 真空热处理快速加热与冷却三 激光加热表面淬火形变与相变结合 综合强化四 形变热处理 5 6表面处理 加热与保温过程中的氧化与脱碳一 可控气氛热处