第2章-机械制造基础.ppt

机械制造基础 第二章 第二章钢的热处理 第二章钢的热处理 第二章钢的热处理 2 1钢在加热和冷却时的组织转变2 2钢的退火和正火2 3钢的淬火和回火2 4钢的表面热处理 2 1钢在加热和冷却时的组织转变 2 1 1钢在加热时的组织转变 2 1 2钢在冷却时的组织转变 第二章钢的热处理 第二章钢的热处理 图2 1钢加热和冷却时各临界点的实际位置 实际加热温度 实际冷却温度 2 1 1钢在加热时的组织转变 钢加热到Accm点以上时会发生珠光体向奥氏体转变 热处理的主要目标就是为了得到奥氏体 严格控制奥氏体的晶粒度是热处理生产中一个重要的问题 第二章钢的热处理 2 1 1钢在加热时的组织转变 加热温度 保温时间 加热速度 第二章钢的热处理 控制奥氏体晶粒大小的方法 2 1 2钢在冷却时的组织转变 冷却过程是热处理的关键工序 其冷却转变温度决定了冷却后的组织和性能 第二章钢的热处理 连续冷却 如炉冷 空冷 水冷等 图b 等温冷却 如等温淬火 图a 2 1 2钢在冷却时的组织转变 第二章钢的热处理 过冷奥氏体的等温冷却转变 2 1 2钢在冷却时的组织转变 第二章钢的热处理 过冷奥氏体的等温冷却转变 珠光体转变 贝氏体转变 马氏体转变 2 1 2钢在冷却时的组织转变 第二章钢的热处理 过冷奥氏体的连续冷却转变 图2 4共析碳钢连续冷却转变曲线 2 1 2钢在冷却时的组织转变 第二章钢的热处理 过冷奥氏体的连续冷却转变 过共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢相比 除了多出一条先共析渗碳体的析出线以外 其他基本相似 亚共析碳钢的连续冷却转变C曲线与共析碳钢却大不相同 它除了多出一条先共析铁素体析出线以外 还出现了贝氏体转变区 2 2钢的退火和正火 2 2 1钢的退火 2 2 2钢的正火 第二章钢的热处理 退火和正火经常作为钢的预先热处理工序 安排在铸造 锻造和焊接之后或粗加工之前 以消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力 为随后的切削加工及热处理作好组织上的准备 2 2 1钢的退火 退火是将钢材 或钢件 加热到适当温度 保温一定时间 随后缓慢冷却 以获得接近平衡状态组织的热处理工艺 第二章钢的热处理 退火的主要目的 2 2 1钢的退火 第二章钢的热处理 降低或调整硬度 以便于切削加工 消除或降低残余应力 以防变形 开裂 细化晶粒 改善组织 提高力学性能 2 2 1钢的退火 第二章钢的热处理 退火种类 完全退火 球化退火 去应力退火 2 2 1钢的退火 第二章钢的热处理 完全退火 完全退火是把钢加热到完全奥氏体化 保温后随之缓慢冷却的退火工艺 完全退火常用于含碳量小于0 8 的碳素钢 45钢完全退火时的加热温度为840 860 2 2 1钢的退火 第二章钢的热处理 球化退火 对于含碳量大于0 8 的碳素工具钢 合金工具钢 轴承钢等常采用球化退火 球化退火能使钢中碳化物球状 或颗粒状 化 碳素工具钢球化退火的加热温度为760 780 2 2 1钢的退火 第二章钢的热处理 去应力退火 去应力退火不改变钢的内部组织 只是为了消除或降低内应力 其加热温度较低 一般为500 600 正火同退火的比较 2 2 2钢的正火 将钢材或钢件加热到Ac3 或Accm 以上30 50 保温适当的时间后 在静止的空气中冷却的热处理工艺 称为正火 第二章钢的热处理 正火的冷却速度比退火冷却速度较快 生产周期比退火短 2 3钢的淬火和回火 2 3 1钢的淬火 2 3 2钢的回火 第二章钢的热处理 机械零件使用状态下的性能 一般由淬火和回火获得 所以淬火和回火称为最终热处理 重要的机械零件通常都要经过淬火和回火热处理 以提高零件的性能 充分发挥钢的潜力 淬火的主要目的 2 3 1钢的淬火 将钢件加热到Ac1 或Ac3 以上30 50 保温一定的时间 然后以大于临界冷却速度冷却 以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺 称为淬火 第二章钢的热处理 获得马氏体 提高钢的硬度和耐磨性 2 3 1钢的淬火 第二章钢的热处理 2 3 1钢的淬火 淬火加热温度 淬火加热温度主要取决于钢的成分 其经验公式如下 亚共析钢T Ac3 30 50 共析 过共析钢T Ac1 30 50 第二章钢的热处理 2 3 1钢的淬火 淬火冷却介质及冷却方法 工件在淬火介质中的冷却速度必须大于其临界冷却速度 在保证获得马氏体组织的前提下 应选用冷却能力弱的淬火介质 碳素钢常用的冷却介质是水溶液 而合金钢常用油作为冷却介质 第二章钢的热处理 2 3 1钢的淬火 钢的淬硬性与淬透性 钢的淬硬性是钢在理想条件下淬火硬化所能达到的最高硬度 钢的淬透性是指在规定条件下 决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性 第二章钢的热处理 2 3 2钢的回火 工件淬火后通常获得马氏体加残余奥氏体组织 这种组织不稳定 存在很大的内应力 因此必须回火 回火不仅能消除应力 稳定工件尺寸 而且能获得良好的性能组合 第二章钢的热处理 2 3 2钢的回火 钢件淬硬后 再加热到Ac1点以下某一温度 保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺 称为回火 中温回火 高温回火 通常将钢件淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质 第二章钢的热处理 第二章钢的热处理 2 4钢的表面热处理 2 4 1钢的表面淬火 2 4 2钢的化学热处理 第二章钢的热处理 2 4 3钢的热处理新工艺简介 图2 5感应加热表面淬火原理示意图1 工件2 加热感应圈3 淬火喷水套4 加热淬火层5 间隙 2 4 1钢的表面淬火 表面淬火是一种不改变表层化学成分 而改变表层组织的局部热处理方法 常用的有感应加热表面淬火法和火焰加热表面淬火法两种 第二章钢的热处理 图2 6火焰表面淬火示意图1 加热层2 烧嘴3 喷水器4 淬硬层5 工件 2 4 1钢的表面淬火 表面淬火是一种不改变表层化学成分 而改变表层组织的局部热处理方法 常用的有感应加热表面淬火法和火焰加热表面淬火法两种 第二章钢的热处理 2 4 1钢的表面淬火 第二章钢的热处理 感应加热表面淬火 感应加热表面淬火 是利用电磁感应 集肤效应 涡流和电阻热等电磁原理 使工件表层快速加热 并快速冷却的热处理工艺 根据所用电流频率不同 感应加热电流频率可分为高频 50 300kHz 中频 1000 10000Hz 和工频50Hz 2 4 1钢的表面淬火 第二章钢的热处理 感应加热表面淬火 优点是 加热速度快 操作迅速 生产效率高 淬火后晶粒细小 力学性能好 不易产生变形及氧化脱碳 2 4 1钢的表面淬火 第二章钢的热处理 火焰加热表面淬火 利用乙炔 氧或其他可燃气体火焰 约3000 以上 将工件表面迅速加热到淬火温度 然后立即喷水冷却的热处理工艺 火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2 6mm 2 4 1钢的表面淬火 第二章钢的热处理 火焰加热表面淬火 它具有设备简单 淬火速度快 变形小等优点 适用于单件或小批量生产的大型零件和需要局部淬火的工具或零件 2 4 2钢的化学热处理 化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温 使一种或几种元素渗入它的表层 以改变其化学成分 组织和性能的热处理工艺 常用的化学热处理有渗碳 渗氮 碳氮共渗 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 钢的渗碳 为了增加钢件表层的含碳量和一定的碳浓度梯度 将钢件在渗碳介质中加热并保温 使碳原子渗入表面层的化学热处理工艺称为渗碳 进行渗碳热处理的钢常为低碳钢或低碳合金钢 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 钢的渗碳 根据渗剂的不同 渗碳方法可分为固体渗碳 气体渗碳和液体渗碳三种 渗碳热处理适用于表面要求高硬度 高耐磨性 而心部要求高韧性的零件 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 钢的渗碳 图2 7气体渗碳法示意图1 渗碳工件2 耐热罐3 加热组件4 风扇5 液体渗碳剂6 废气7 砂封 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 钢的渗氮 在一定温度下 一般在钢的临界点温度以下 使活性氮原子渗入钢件表面的化学热处理工艺称为渗氮 渗氮处理有气体渗氮 离子渗氮等工艺方法 其中气体渗氮应用最广 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 钢的渗氮 渗氮处理常用于受冲击力不大的耐磨件 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 碳氮共渗 碳氮共渗是在一定温度下同时将碳 氮渗入工件表层奥氏体中并以渗碳为主的化学热处理工艺 第二章钢的热处理 2 4 2钢的化学热处理 碳氮共渗 碳氮共渗主要用于形状复杂 要求变形小的小型耐磨零件 第二章钢的热处理 2 4 3钢的热处理新工艺简介 强韧化处理 1 获得板条马氏体的热处理 第二章钢的热处理 1 提高淬火加热温度 2 快速短时低温加热淬火 3 锻造余热淬火 2 4 3钢的热处理新工艺简介 强韧化处理 2 超细化处理 第二章钢的热处理 超细化处理是将钢在一定的温度条件下 通过数次快速加热和冷却等方法以获得极细密的组织 从而达到强韧化目的 2 4 3钢的热处理新工艺简介 强韧化处理 3 获得复合组织的淬火 第二章钢的热处理 复合组织是指调整热处理工艺 使淬火马氏体组织中同时存在一定数量的铁素体或下贝氏体 或残余奥氏体 2 4 3钢的热处理新工艺简介 形变热处理 1 高温形变热处理 第二章钢的热处理 在奥氏体区进行锻造或轧压 为了保留变形强化效果 随后立即淬火 这种操作称为高温形变热处理 2 4 3钢的热处理新工艺简介 形变热处理 2 中温形变热处理 第二章钢的热处理 在亚稳定的奥氏体状态下进行塑性变形 随后快速冷却的操作称为中温形变热处理 2 4 3钢的热处理新工艺简介 真空热处理 真空热处理是工件在低