热处理质量管控 CQI-9教材ppt课件

第一部分 热处理特殊需求 热处理特殊需求介绍供应商热处理策略介绍 特殊过程定义 当过程的结果不能通过其后产品的检验和试验完全证实时 如加工缺陷仅在使用后才能暴露出来 这些过程应由具备资格的操作者完成和 或要求进行连续的过程参数监视和控制 以确保满足规定要求 这些要求预先鉴定过程能力的过程 通常称为是 特殊过程 Q 特殊过程举例 热处理 铸造 镀锌等 顾客特殊要求 何谓顾客特殊要求 质量管理体系的补充要求 被某特定顾客期望 批准和 或要求的核心工具的使用 如APQP FMEA等 与顾客接口的具体方式 程序及其适用表格工具 欧美各主机厂建立的特殊要求手册 对零件的特殊要求 尺寸 材料 性能指标等 顾客特殊要求 产品交付要求 如JIT 对特定生产过程的要求 如热处理的要求 环保和有害物质禁用要求 如铅 汞 镉等 法规符合性 顾客特殊要求 戴姆勒克莱斯勒汽车公司戴姆勒克莱斯勒顾客特殊要求与ISO TS16949第二版一并使用 2007年11月 4 2 9 2特殊过程的评审4 2 9 2 1热处理过程ISO TS16949 2002条款8 2 2 2要求组织应审核每个制造过程以确定它的有效性 热处理过程有适用性和有效性应利用CQI 9第二版特殊过程 热处理系统的评审 HeatTreat 顾客特殊要求 SystemAssessment HTSA 来确定 这文件由AIAG出版 有效性的评估应包括组织的自我评审 已采取措施 并维护所有的记录 这要求也同样适用于组织依据条款7 4 1 2 供应商开发条款 所开发的热处理供应商 对于克莱斯勒集团 所有的供应商的热处理零组件应符合CQI 9 要求执行CQI 9特殊过程 热处理系统评审第二版的日期是2008年1月7日 顾客特殊要求 通过具有能力的审核员所执行的第二方评审 且符合上述要求 将满足自我评审的要求 顾客特殊要求 福特汽车公司福特汽车公司顾客特殊要求与SO TS16949 2002结合使用 2008年2月 4 3工程规格 ISO TS16949 2002条款4 2 3 1 7 3 5 CQI 9特殊过程 热处理体系评估1 于2008年1月7日生效 每个供应商和组织生产站的所有热处理过程都应进行年度评估 使用CQI 9第二版的 特殊过程 热处理体系评估 顾客特殊要求 HTSA 可从AIAGhttp www aiag org 处获得 评估还必须在热处理过程和热处理设备变化的条件下进行 所有的热处理过程要求评估 包括列在CQI 9和焊接 退火 烧结和正火等状态下的热处理过程 CQI 9热处理评估中被认为 令人不满意的 或 需要立即行动 的项目应在一份行动计划中强调其根本原因 这份行动计划还必须包括能即时保护所有元件运达福特的风险控制行动 顾客特殊要求 2 热处理评鉴可以作为第一方或第二方组织 但必须由合格的评估人执行 注 合格的评估人应对热处理过程的知识了如指掌 这些知识的获得来自教育 培训或工作经验 热处理组织或供应商应开发评估热处理知识的特定标准 顾客特殊要求 通用汽车公司通用汽车公司顾客特殊要求 ISO TS169492007年9月4 1 12热处理过程ISO TS16949 2002条款8 2 2 2要求 组织应审核每一个制造过程以确定其有效性 热处理过程的适用性和有效性应利用AIAG所发行的CQI 9第二版特殊过程 热处理系统评审 CQI 9SpecialProcess HeatTreat 顾客特殊要求 SystemAssessment HTSA 来加以确定 并维护其记录 其有效性的评估应包括组织的自我评审 已采取的措施和已被维护的记录 这要求也同样适用于组织依据条款7 4 1 2 供应商开发条款 所开发的热处理供应商 注1 CQI 9第二版特殊过程 热处理系统评审发行的生效日期后120天开始实施 基于CQI 9第二版的发行日期 实施的生效日期是2008年1月7日 顾客特殊要求 注2 通过具有能力的审核员所执行的第二方评审 且符合上述要求 将满足自我评审的要求 注3 有效的实施应该基于组织已具有一个包括了下列要素的证据 如 已验证资格的审核员 自我评审的计划表 其包含实施计划表 为可适用供应商所建立的供应商开发过程 实施进程的监控 已定义的纠正措施过程和纪录保持 特殊需求 CQI 9特殊过程 第2版 热处理体系评审 从2008年1月7日生效 在每个供应商和组织制造现场的所有热处理过程都必须进行年度评审 除特殊允许之外 可以通过AIAG 获取CQI 9 特殊过珵 热处理系统评审 HTSA 对任何热处理过程和 或热处理设备变更都要进行评审 特殊需求 CQI 9特殊过程 热处理体系评审 评审范围 所有的热处理过程都要得到评估 包括所有列在CQI 9中的如退火 绕结和正火等过程 当CQI 9中的热处理评审项目被识别为 不满足 或 需要立即采取行动 组织必须在行动计划中找到根本原因 行动计划必须有风险围堵行动以立即防止所有零件被发运到客户现场 特殊需求 CQI 9特殊过程 热处理体系评审 可以进行第一方或第二方热处理评审 但是必须由合格的审核员来进行 注 一个合格的审核员对热处理过程有渊博的专业知识 这些知识可以通过教育 培训或工作经验获取 组织或热处理供应商应将热处理过程知识发展为具体的标准 特殊需求 CQI 9特殊过程 热处理体系评审 供应商必须在供应商现场保存评审报告或其他符合CQI 9的证据 并能按要求提供给STA 热处理评审由供应商来进行 热处理供应商证明符合CQI 9 并不能减少组织对其所提供的产品质量所承担的全部责任 供应商热处理策略 第二部分 热处理基本知识及原理 金属材料的各项性能 金属材料的各项性能金属学基础知识介绍金属热处理工艺概述金属热处理设备介绍金属热处理关键参数金属热处理失效预防 金属的机械性能 塑性 塑性 塑性指金属材料在外力作用下产生变形而不被破坏 当外力去除后仍能使其变形保留下来的性能 他是与脆性相反的性能 用伸长率和断面收缩率来衡量 数值越高 越容易压力加工 伸长率 L1 L0 L0 100 或者采用延伸率等指标 金属的机械性能 强度 强度 金属材料受外力作用时 对变形或断裂的抵抗能力称为强度 用抗弯 抗拉 抗压 抗剪 抗扭强度和屈服强度等衡量 如 TS 抗拉强度 F0 横截面积通常来讲 含碳量越高 其抗拉强度越低 金属的机械性能 硬度 硬度指金属材料抵抗其他硬物体压入其表面的能力 硬度是通过试验机测定的 可分为布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 金属的机械性能 韧性 金属材料的韧性 金属材料的抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为韧性 可分为大能量一次冲击 冲击韧性和冲击功 和小能量多次冲击抗力 工程上很多承受冲击载荷的零件多数以小能量多次冲击而导致断裂的 金属的机械性能 断裂韧性 金属材料在裂纹存在的情况抵抗脆性开裂的能力 是强度和塑性的综合指标 可根据其和无损探伤的方法预知零件在工作中有无脆性断裂的危险 以采取合金化和热处理的措施满足使用性能的要求 金属工艺性能定义 金属材料是否易于加工的性能称为工艺性能 包括铸造性能 锻压性能 焊接性能和切削加工性能和热处理工艺性能 工艺性能 铸造性能 金属材料的铸造性能包括流动性 收缩性和偏析倾向等 流动性指液态金属充满铸型的能力 收缩性是指金属由液态凝固时和凝固后体积收缩的程度 金属的偏析倾向指金属凝固过程中产生的化学成分和组织上的不均匀 大型铸件更容易产生偏析 工艺性能 锻压性能 金属材料锻压后 可改变自已的形状而不产生破裂的能力 如果金属材料的可塑性好 易于锻造而不发生破裂 即锻造性好 铜 铝的合金在冷态下具有很好的可锻性 炭钢在加热状态下可锻性好 脆性材料 铸铁 几乎不可锻 控制好加热和冷却规范 工艺性能 热处理性能 金属材料能否通过加热 保温和冷却的方法以改变内部组织的性能 衡量指标为 淬硬性 淬透性 淬火变形及开裂趋势 表面氧化及脱碳趋势 过热及过烧敏感趋势 回火稳定性 回火脆性 工艺性能 焊接性 金属材料是否容易用焊接的方法成优良的接头的性能称为焊接性能 用接头强度和母材强度对比来衡量可焊性 两者接近可焊性好 一般低碳钢具有良好的可焊性好 中碳钢中等 高碳钢 高合金钢 铸铁 铝合金的焊接性差 金属学基础知识 金属材料的各项性能金属学基础知识介绍金属热处理工艺概述金属热处理设备介绍金属热处理关键参数金属热处理失效预防 金属学基础知识 晶体 晶体 构成晶体物质的原子都是按一定几何形状有规则的排列 所有固体金属和合金都是晶体 晶体与非晶体比较有如下特点 1 组成晶体的原子在空间呈有规则排列 2 晶体有一定的熔点 3 晶体有各向异性 金属学基础知识 晶格 晶格 晶体内部的原子结构是按一定规则排列的 为了便于分析研究和描述 人为地把原子看成一个点 用假想的线条将各原子中心连接起来 这样用于描述原子在晶体中的排列形式的空间格架称为结晶格子 简称晶格晶胞 为简化起见 从晶格中取出一个能完整反映晶格结构特征的最小单元 称为晶胞 金属学基础知识 晶格类型 体心立方晶格 他的晶胞是一个立方体 在立方体的八个角和立方体的中心 各排列一下原子 属于这类晶格类型的金属有钨 铬 矾及a铁 面心立方晶格 它的晶胞也是一下立方体 在立方体的8个角和六个面的中心 各排列一个原子 属于这类晶格类型的金属有铜 铝 金及v铁等 密排六方晶格 它的晶胞是一个立方柱体 在柱体的每个角上 以及上下底面的中心都排列一个原子 在晶胞中间还排列有三个原子 属于这类晶格类型的金属有镁 镉及锌等 金属学基础知识 晶粒 晶粒 金属结晶后形成的外形不规则的而内部晶体排列方向一致的每个微小晶体称为晶粒 晶粒等级 1 晶粒度与加热温度有关 2 晶粒度与碳含量有关 3 晶粒度与加热时间和保温时间有关 4 晶粒度与加热速度有关 金属学基础知识 晶体类型 单晶体 晶体中由一个晶粒组成的晶体则称此晶体为单晶体 单晶体中的所有晶包都按相同方向排列 单晶体材料只在特定环境下使用 用制造半导体硅元件所用的材料 就是单晶硅 多晶体 由许多结晶方位不同的晶粒集合组成的晶体称为多晶体 工业中用的金属材料一般都是多晶体 金属学基础知识 铁的同素异构现象 有些金属在固态下 其晶体结构会随着温度的变化而发生变化 金属在固态下随温度的改变 由一种晶格转变为另一种晶格 这种现象称为金属的通素异构转变 由同素异构转变得到的不同晶格的晶体 称为同素异构体 一般用 表示 金属学的基础知识 铁碳合金 合金一是由两种以上的金属或金属元素与非金属元素融合而成具有金属特性的物质 常见的合金晶体结构 固熔体金属化合物机械化合物 金属学基础知识 铁碳合金 铁碳合金 钢和铸铁都是以铁和碳两种元素为主所组成的铁碳合金 含碳量小于2 11 的铁碳合金叫钢 含碳量大于2 11 的铁碳合金叫铸铁 根据含碳量的不同 铁碳合金可以分为以下几种基本组织 铁素体奥氏体渗碳体珠光体莱氏体 金属学基础知识 铁碳合金 铁素体 碳熔于 Fe晶格间歇形成的间歇固熔体 称为铁素体 用F表示 用于铁素体的含碳量低 所以铁素体的组织与纯铁相似 具有良好的塑性和韧性 而强度和硬度较低 另有 铁素体 是碳熔于 Fe晶格间歇中形成的间歇固熔体 金属学基础知识 铁碳合金 奥氏体 碳熔于 Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体 称为奥氏体 用A表示 由于奥氏体的溶碳比铁素体多 因此奥氏体的强度和硬度较铁素体高 并且是单一的固溶体 所以其塑性较好 变形抗力较低 绝大多数钢在进行压力加工和热处理时 都加热到奥氏体区域 金属学基础知识 铁碳合金 渗碳体 渗碳体是Fe和C的金属化合物 当碳的含量超过在铁中的溶解度时 多余的碳和铁以一定的比例化合 形成Fe3C 称为渗碳体 其含碳量为6 69 渗碳体具有复杂的晶格 它的硬度很高 而塑性和韧性很差 脆性很大 金属学基础知识 铁碳合金 珠光体 铁素体和渗碳体组成的机械混合物 称为珠光体 用P表示 珠光体的含量为0 77 由于它是硬的渗碳体和软的铁素体相间组成的机械混合物 所以其机械性能介于铁素体和渗碳体之间 强度较高 硬度适中 有一定的塑性 金属学基础知识 铁碳合金 莱氏体 奥氏体和渗碳体组成的机械混合物称为莱氏体 用Ld表示 含碳量在4 3 莱氏体的性能和渗碳体相似 硬度很高 塑性很差 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几个特性点的意义 A点纯铁的熔点 该点的温度是1538 含碳量为零 在此点温度以上 纯铁为液态 在此点温度以下 纯铁为固态 B点1493 包晶转变时 液态合金的碳溶度 0 53 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几个特性点的意义 C点 共晶点 该点的温度为1148 含碳量为4 3 的液态合金 但温度下降到C点时 将从液态合金中结晶出奥氏体和渗碳体 所以C点称为共晶体 含碳为4 3 的铁碳合金 在1148 时同时结晶出奥氏体和渗碳体的转变称为共晶转变 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几个特性点的意义 D点 渗碳体熔点 该点的温度为1127 含碳量为6 69 E点 温度是1148 含碳量2 11 该含碳量是碳在 Fe中最大的溶解度 G点 纯铁的同素异构转变点 该点温度是912 含碳量为零 当温度升高时 由 Fe转变为 Fe 温度下降时 Fe转变为 Fe 金属学基础知识 铁碳合金相图 相同中几个特性点的意义 H点 温度1495 含碳量0 09 是碳在 Fe中的最大溶解度J点 温度1495 含碳量0 17 包晶点N点 温度1394 纯铁的同素异构转变点 含碳量为零 Fe转变为 Fe 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几个特性点的意义 S点 共析点 该点温度为727 含碳量0 77 含碳量为0 77 的奥氏体温度下降到S点时 奥氏体中析出铁素体和渗碳体的机械混合物 即奥氏体转变为珠光体 这一转变过程称为共析转变 Fe Fe3C相图中主要点的含义 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几条特性线的意义 ACD线 即液相线 此线以上全部是为液体 用L表示 铁碳合金冷却到此线开始结晶 在AC线以下从液体中结晶出奥氏体 在CD线以下结晶出渗碳体 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几条特性线的意义AECF线 即固相线 合金冷却到此线 全部结晶为固体 此线以下为固体区 在液相线和固相线之间为合金的结晶区域 这个区域内液体与固体并存 AEC区载内为液体 奥氏体 DCF区域内为液体 渗碳体 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几条特性线的意义GS线 是合金冷却时奥氏体开始析出铁素体的温度线 也是加热时铁素体转变为奥氏体的终了线 GS线通常称为A3线 ES线 C在y Fe中的溶解度曲线 随温度的变化 含碳量在0 77 2 11 之间变化 ES线通称为Acm线 金属学基础知识 铁碳合金相图 相图中几条特性线的意义ECF线 共晶转变线 合金冷却到此线时 都要发生共晶转变 从液体合金中同时结晶出奥氏体和渗碳体的机械混合物 即莱氏体 PSK线 共析转变线 合金冷却到此钱 都要发生共析转变 即从奥氏体中同时析出铁素体和渗碳体的机械混合物 就是珠光体 PSK线简称为A1线 相图中几条特殊线的意义 金属学基础知识 铁碳合金分类 Fe Fe3C相图中各种不同成分的铁碳合金 可根据其组织和性能的特点分为工业纯铁 钢和白口铸铁三大类 工业纯铁含碳量小于0 0218 的铁碳合金 钢含碳量为0 0218 2 11 的铁碳合金 共析钢 含碳量0 77 亚共析钢 含碳量0 0218 0 77 过共析钢 含碳量0 077 2 11 白口铸铁含碳量为2 11 6 69 的铁碳合金 金属学基础知识 钢 金属学基础知识 白口铸铁 总结 铁碳合金在1148 时发生共晶转变 转变组织是奥氏体 共晶渗碳体 在727 时发生共析转变 奥氏体转变为珠光体 室温下 钢的组织中都有珠光体 而白口铸铁中都有莱氏体 珠光体和渗碳体的机械混合物 金属热处理工艺概述 金属材料的各项性能金属学基础知识介绍金属热处理工艺概述金属热处理设备介绍金属热处理关键参数金属热处理失效预防 金属热处理工艺概述 金属构件机械力学性能由两部分组成 方法一 结合选材 几何尺寸设计 材料力学 成形工艺来实现金属构件的机械力学性能 金属热处理工艺概述 金属构件机械力学性能由两部分组成 方法二 通过改变金属构件的内部微观金相组织来实现其机械及力学性能 也包括加工性能 这由金属热处理实现 金属热处理工艺概述 热处理基本原理 热处理是指金属或合金在固态范围内 通过一定的加热 保温和冷却方法 以改变金属或是合金内部组织 而得到所需性能的一种工艺操作 在加热社冷却时内部组织变化的规律称为热处理原理 金属热处理工艺概述 钢的各实际临界点的含义 AC1 加热时珠光体转变为奥氏体的温度Ar1 冷却时 奥氏体转变为珠光体的温度AC3 加热时 铁素体转变为奥氏体的温度Ar3 冷却时 奥氏体中析出铁素体的开始温度Accm 加热时二次渗碳体熔入奥氏体的温度 Arcm 冷却时 二次渗碳体从奥氏体中析出的开始温度 金属热处理工艺概述 钢在加热时的转变 钢在加热时的转变在Fe Fe3C相图中 钢的各种组织转变温度点在A1 A3 Acm也称为临界点 这些温度点都是在极为缓慢的加热和冷却条件下测得的 实际生产上加热和冷却的速度都比较快 所以组织转变温度都有偏移 速度越快 偏离越大 加热时温度向临界点上移 以AC1 AC3 Acm表示 冷却时临界点下移 以Ar1 Ar3 Arcm表示 金属热处理工艺概述 钢在冷却时的转变 钢在冷却时的转变根据冷却方式的不同 奥氏体转变可以分为两种 连续冷却转变和等温冷却转变 所谓连续冷却转变就是奥氏体在连续冷却过程中进行的转变 等温冷却转变就是奥氏体过冷到A1以下在某一温度下保持一段时间 在等温过程中进行转变 金属热处理工艺概述 等温转变 钢的等温转变等温转变曲线就是过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中 转变温度 转变时间与转变产物量 转变开始及终了 的关系曲线 每一种钢都有各自的C曲线 从曲线中就可以知道不同温度 时间 组织的相互关系 总结 热处理就是通过控制钢的加热温度 保温时间及冷却时间来改变钢的性能 以满足加工或使用要求的工艺过程 金属热处理工艺概述 热处理工艺的分类 整体热处理 第一类 整体热处理是对工件整体加热 然后以适当的速度冷却 以改变其整体力学性能的金属热处理工艺 退火 淬火 正火 回火表面热处理 第二类 表面热处理是只加热工件表层 以改变其表层力学性能的金属热处理工艺火焰淬火 感应淬火 金属热处理工艺概述 热处理工艺的分类 化学热处理 第三类 化学热处理是通过改变工件表层 化学成分 组织和性能的金属热处理工艺渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属铝的热处理 第四类 T6 固熔 人工时效 T4 固熔 自然失效 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 退火 加热到适当温度 保温 缓慢冷却 获得良好的工艺性能和使用性能 或者为进一步淬火作组织准备 正火 加热到适当温度 保温 空气中冷却 正火效果同退火相似 只是得到的组织更细 能改善材料的切削性能淬火 加热到适当温度 保温 在水 油或其他无机盐 有机水溶液等淬冷介质中快速冷却 回火 加热至高于室温而低于650 的某一适当温度 长时间保温 冷却 淬火与回火关系密切 常常配合使用 消除工件脆性 金属热处理工艺概述 退火 退火 加热到适当温度 保温 缓慢冷却 获得良好的工艺性能和使用性能 或者为进一步淬火作组织维备 临界温度以上 完全退火 不完全退火 等温退火 球化退火 均匀化退火 扩散退火 临界温度以下 再结晶退火 中间退火 软化退火 去应力退火 金属热处理工艺概述 退火 退火的目的 1 降低硬度 便于切削加工 2 消除锻 铸 焊接件的组织缺陷3 细化晶粒 改善组织 作为预备热处理为最终热处理作准备 4 消除应力 防止变形和开裂 金属热处理工艺概述 完全退火 完全退火1 把钢加热到Ac3以上 保温一段时间 使钢完全变成奥氏体组织 然后缓慢冷却到600摄氏度左右出炉空冷的方法 成为完全退火 完全退火的主要用于亚共析钢的中小型铸件和锻件 大型的铸件和锻件易变形 开裂 2 不能用于过共析钢 否则会产生网状碳化物 降低其韧性 金属热处理工艺概述 完全退火 完全退火的目的1 细化晶粒 消除魏氏组织和带状组织2 降低硬度 提高塑性 消除内应力 利于加工3 对于铸件可消除粗晶 提高冲击韧性 塑性和强度 金属热处理工艺概述 完全退火 完全退火的工艺参数 1 加热温度 一般是AC3 30 50 摄氏度 2 加热速度 碳钢件和合金元素含量低 形状简单的工件 可不控制加热速度 但对形状复杂 或是中 高合金钢 则应控制加热速度 这是因为形状复杂的件加热时易变形 推荐 5 10T 150 200摄氏度 小时15 30T 100 120摄氏度 小时 大于50T 50 75摄氏度 小时 金属热处理工艺概述 完全退火 完全退火的工艺参数 3 保温时间 最简单的计算方式是按有效厚度计算 在箱式炉中退火时 其保温时间从炉温到达规定温度算起 一般按照2 2 5min mm计算 工作愈大 装量愈多 保温时间愈长 也可以用保温时间 3 4 0 4 0 5 Q计算 Q为装炉量 金属热处理工艺概述 完全退火 完全退火的工艺参数 4 冷却速度一般按实际要求而定 冷得太快 则硬度高 不便加工 太慢则珠光体片粗大 一般冷却速度是 炭钢100 200摄氏度 小时 低合金钢50 100摄氏度 小时 中高合金钢30 50摄氏度 小时 完全退火不适用于过共析钢 因为加热到Acm以上时 过共析钢在随后冷却的过程中易得到网状渗碳体组织 增加钢的脆性及硬度 对机械加工及淬火带来不利影响 金属热处理工艺概述 不完全退火 不完合退火的定义将钢加热到AC1 AC3之间 经保温后缓慢冷却的方法 称为不完全退火 它适用于过共析钢 无网状碳化物 很少用于亚共析钢 当存在网状碳化物 应采用正火消除后 方可采用不完全退火 金属热处理工艺概述 不完全退火 不完全退火的目的降低硬度 提高塑性 消除内应力 改善切削加工性这种退火 钢的组织尚未全部奥氏体话 即铁素体和渗碳体未完全溶于奥氏体 所以退火后只能改变珠光体的组织得到球状珠光体 不细化组织 不完全退火除温度低些处 其它工艺参数与完全退火相同 金属热处理工艺概述 等温退火 等温退火的定义将钢加热到AC1或AC3以上 保温一定时间以后 迅速冷却到Ar以下某一温度 并在此温度下停留一定时间后 出炉冷却 等温温度按需要获得的组织和硬度选择 温度高可得到珠光体 但硬度低 温度低可得到索氏体和屈氏体 但硬度高 等温退火适用于合金钢 金属热处理工艺概述 等温退火 等温退火的目的 由于奥氏体等温分解在恒温 得到均匀的珠光体 获得均匀的机械性能 特别是大截面的零件 等温温度高 晶粒较粗大 硬度低 反之 晶粒较细 硬度高 可以采用一般退火方法难以得到珠光体组织的钢得到珠光体 以利于切削加工 并缩短生产周期 金属热处理工艺概述 等温退火 等温退火工艺参数 加热温度 等温温度及保温时间根据C曲线 性能要求 截面尺寸等确定 等温时间的长短由等温温度和C曲线的转变终了线交点来确定 为了保证转变完成 一般等温时间比选定的时间要延长一些 碳钢 1 2H 低 中合金钢3 5H 金属热处理工艺概述 等温退火 等温退火工艺参数等温后的冷却从加热温度冷到等温温度时 这一段的冷却速度 不受严格限制 如果从经济角度考虑 冷却速度应快些 这样可以缩短工艺周期 等温退火时奥氏体转变成珠光体时是在等温时进行的 所以等温完了 则转变结束 随后的冷却速度 不会改变组织形态 对硬度也无明显影响 金属热处理工艺概述 球化退火 球化退火的定义球化退火是为了获得球状 实际是颗粒状 球光体而进行的退火一般来讲 含碳量高易球化 含碳0 45以上的碳钢 都可以球化 但随着含碳量降低 球化愈来愈困难 球化退火是不完全退火的特例和发展 金属热处理工艺概述 球化退火 球化退火的目的 降低硬度 提高塑性和韧性 改变切削性能 球化退火组织对以后的淬火有利 与片状碳化物相比 球状碳化物加热时溶解速度比较慢 因而可以阻碍晶粒长大 获得细晶粒 可作为淬火前的预备热处理 金属热处理工艺概述 均匀化 扩散 退火 均匀化 扩散 退火的目的 适用于铸锭和大型铸件 对于高合金钢锻件是为后续的热处理和机加工作准备消除铸锭和铸件的枝状偏析 是成分和组织均匀 提高性能 易于切削 晶粒粗大 需再进行一次完全退火或正火加以细化 加热温度高 生产周期长 能耗大 金属热处理工艺概述 均匀化 扩散 退火 均匀化 扩散 退火工艺参数 加热温度 Ac3或Acm以上150 300摄氏度 加热速度 一般100 200摄氏度 小时保温温度 一般1 5 2 5min mm或8 5 Q 4 装炉量大时 冷却速度 一般50摄氏度 H 降温到600摄氏度下出炉空冷 金属热处理工艺概述 再结晶退火 再结晶退火的目的用于恢复冷变形的组织与性能 如冷轧 冷拉和冷冲件 消除冷作硬化和内应力当钢件冷变形不均匀或处于临界变形量 5 15 时 施以再结晶 易造成晶粒粗大在再结晶温度以上加热 其受成分 变形量 退火保温时间影响 金属热处理工艺概述 再结晶退火 再结晶退火工艺参数加热温度 Ac1以下 一般650 700摄氏度加热速度 一般100 200摄氏度 小时保温时间 8 5 Q 4 为装炉量T 冷却速度 可不受限制 金属热处理工艺概述 中间软化退火 中间 软化 退火的目的用于冷变形加工工序之间消除应力 降低硬度 恢复塑性工艺参数与低温退化相似 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 退火 加热到适当温度 保温 缓慢冷却 获得良好的工艺性能和使用性能 或者为进一步淬火作组织准备 正火 加热到适当温度 保温 空气中冷却 正火效果同退火详细 只是得到的组织更细 能改善材料的切削性能淬火 加热到适当温度 保温 在水 油或其他无机盐 有机水溶液等淬冷介质中快速冷却 回火 加热至高于室温而低于650 的某一适当温度 长时间保温 冷却 淬火与回火关系密切 常常配合使用 消除工件脆性 金属热处理工艺概述 正火 正火的定义正火的冷却速度比退火要快 生产周期短 设备利用率高 正火后可得到细片状珠光体 适用于低 中碳钢和低合金钢 对高碳钢和高合金钢不常采用 仅当有网状碳化物时采用 因为会发生马氏体转变 用于淬火返工件 消除内应力和细化组织 以防止重淬时的变形和开裂 金属热处理工艺概述 正火 正火目的提高低碳钢的硬度 改善切削加工性 细化晶粒改善组织 消除魏组织 带状组织 大块状铁素体和网状碳化物为最后热处理做准备消除内应力 提高低碳钢性能 作最后热处理 金属热处理工艺概述 正火 正火工艺参数加热温度 一般正火温度为Ac3或Acm 30 50摄氏度 但实际生产中一般都采用更高的温度 这样可以是奥氏体很快完成转变 缩短生产周期 合金钢内的合金元素阻碍奥氏体转变 所以钢中合金元素越多 正火温度可以选的稍高些 金属热处理工艺概述 正火 正火工艺参数加热时间 加热时间的计算可参考下面的公式 T K D 式中 T 加热时间 S K 不同钢类及不同炉子的加热系数 S MM D 工件有效厚度冷却方法 一般小件在空气中冷却 对于大件则可用吹风或喷雾冷却 具体冷却条件的选择由钢号 工件尺寸和形状等具体确定 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 退火 加热到适当温度 保温 缓慢冷却 获得良好的工艺性能和使用性能 或者为进一步淬火作组织准备 正火 加热到适当温度 保温 空气中冷却 正火效果同退火相似 只是得到的组织更细 能改善材料的切削性能淬火 加热到适当温度 保温 在水 油或其他无机盐 有机水溶液等淬冷介质中快速冷却 回火 加热至高于室温而低于650 的某一适当温度 长时间保温 冷却 淬火与回火关系密切 常常配合使用 消除工件脆性 金属热处理工艺概述 淬火 淬火的定义将钢加热到Ac1或Ac3以上的某一温度 保温后 迅速进行冷却 以获得马氏体的工艺过程 成为淬火 可根据加热方式 加热温度 介质和冷却方式和介质进行分类 金属热处理工艺概述 淬火 淬火的分类 常见的有 1 单液淬火 水 形状简单的碳钢和合金钢件 2 双液淬火 先水后油 形状复杂的碳素钢 特备是高碳素钢 3 分级淬火 熔盐 形状复杂 精度高的滚动轴承和齿轮 4 等温淬火 先水后油 后入等温浴槽 形状复杂 高硬度 高冲击韧性的弹簧 齿轮 金属热处理工艺概述 淬火 淬火的目的 获得马氏体组织 提高硬度 强度和耐磨性减少内应力 避免变形和开裂与随后的回火工序结合 使零件获得良好的综合机械性能 金属热处理工艺概述 淬火 淬火的工艺参数加热温度 钢的化学成分是确定加热温度的主要依据 对亚共析钢 一般是加热到Ac3以上30 50摄氏度 过共析钢的加热温度为Ac1以上30 50摄氏度 共析钢通常采用与过共析钢相同的淬火温度 金属热处理工艺概述 淬火 淬火的工艺参数加热时间 一般由两部分时间组成 零件加热到淬火温度所需要的升温时间 以及为了使零件烧透和奥氏体的均匀化所需要的保温时间 对于尺寸小的零件 一般不分开计算 大型零件需要较长时间才能烧透 升温和保温时间可以分开计算 推荐t a K D min a 加热系数 K 加热时的装炉修正系数 D 工件的有效厚度 mm 金属热处理工艺概述 淬火 淬火加热介质空气一般电阻炉如箱式炉 井式炉的加热介质都是空气 燃烧气用煤气 天然气作为热源 其主要成分是CO和CH4熔盐一般把中性盐如BaC12 Nac1 kc1等按一定比例配合 融化 将工件浸入其中 通过熔盐的温度将钢加热到淬火温度 金属热处理工艺概述 淬火 淬火工艺参数冷却方法 单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火和预冷淬火等冷却介质 水 急冷介质 同时又是最便宜 安全 无公害的介质 但不是理想的介质高低温区的冷却速度快 盐水和碱水溶液 矿物油 碱裕与盐浴以及其他水溶液 三硝 NaN03 NaN02 KN03 金属热处理工艺概述 淬火 淬火的工艺参数加热时间 一般由两部分时间组成 零件加热到淬火温度所需要的升温时间 以及为了使零件烧透和奥氏体的均匀化所需要保温时间 对于尺寸小的零件 一般不分开计算 大型零件需要较长时间才能烧透 升温和保温时间可以分开计算 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 退火 加热到适当温度 保温 缓慢冷却 获得良好的工艺性能和使用性能 或者为进一步淬火作组织准备 正火 加热到适当温度 保温 空气中冷却 正火效果同退火相似 只是得到的组织更细 能改善材料的切削性能淬火 加热到适当温度 保温 在水 油或其他无机盐 有机水溶液等淬冷介质中快速冷却 回火 加热至高于室温而低于650 的某一适当温度 长时间保温 冷却 淬火与回火关系密切 常常配合使用 消除工件脆性 金属热处理工艺概述 回火 回火的定义回火是将淬火后的工件 加热到A1以下某一个温度 保温后冷却至室温 回火是对淬火的调整和补充 两工序紧密联系在一起 构成最终热处理回火包括 低温回火 中温回火和高温回火回火的目的 减少应力和脆性 调整工件的机械性能 稳定工件尺寸 改善加工性能 金属热处理工艺概述 回火 回火是组织和性能的变化 温度低于100摄氏度时 钢的体积没有变化 马氏体没有分解在100 200摄氏度时 钢的体积发生收缩 马氏体开始分解 由于温度较低 马氏体中的碳并未全部析出 此时组织称为回火马氏体 应力开始消除 金属热处理工艺概述 回火 回火时组织和性能的变化 在200 300摄氏度时 马氏体分解的同时 残余奥氏体也开始转变 所以体积膨胀 在此温度区间 残留奥氏体转变为下贝氏体 在300 400摄氏度范围内 E碳化物逐渐转变为Fe3C 到350摄氏度马氏体分解基本结束 此时内应力大量消除 金属热处理工艺概述 回火 回火时组织和性能的变化 如继续升高温度 400摄氏度 渗碳体质点聚焦长大球化 回火温度越高 渗碳体质点越大 钢的硬度 强度下降 韧性提高 总的趋势是 回火温度升高 强度 硬度降低而塑性 韧性提高 金属热处理工艺概述 回火 回火的种类低温回火 回火温度为150 250摄氏度 回火后组织为回火马氏体 低温回火的目的是保持高硬度HRC58 64的前提下 降低钢的脆性和减少淬火应力 是零件有高硬度和高耐磨性而不崩裂 一般多用于刃具 量具 冷变形模具 滚动轴承以及渗碳或表面淬火的零件 金属热处理工艺概述 回火 回火的种类中温回火 回火温度为350 500摄氏度 回火后组织为回火屈氏体 回火硬度在HRC35 45之间 中温回火可使钢获得高的弹性极限和屈服极限强度 因为广泛用于弹簧 发条 热锻模具的回火 要避免在回火脆性温度 250 400摄氏度 金属热处理工艺概述 回火 回火的种类高温回火 回火温度为500 650摄氏度 也称调质处理 回火后组织为回火索氏体 也可以获得较低的硬度 强度和较高塑性韧性 适用于受冲击 交变载荷下使用的零件 如连杆 轴和螺栓等 金属热处理工艺概述 回火 回火工艺参数 回火时间的确定 T a D b T 回火时间 a 回火系数 min mm D 工件有效厚度 mm b 时间基数 一般取10 20 min 回火后冷却 一般在空气中冷却 也可在水或油中快冷 金属热处理工艺概述 回火 回火操作注意事项 工件应及时回火 否则会造成变形和开裂 有时防止开裂 工件未冷到室温即入炉回火 盐炉加热淬火后在空气炉中回火 则工件应洗干净 否则会被腐蚀 高合金钢 如高速钢要进行2 3次回火 回火后必须冷到室温才能在入炉中进行第二次回火 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 表面热处理是只加热工件表层 以改变其表层力学性能的金属热处理工艺 为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部 使用的热源须具有高的能量密度 即在单位面积的工件上给予较大的热能 使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温 金属热处理工艺概述 表面淬火 表面淬火的定义 工件在交变的磁场中产生感应电流 利用感应电流通过工件所产生的热效应使工件表面局部或整体加热并快速冷却 这种淬火工艺称为感应淬火通常在整体热处理 退火 正火或调质后 进行表面淬火种类很多 有火焰淬火和高 中 工频感应淬火 8 250KHz 500 800KHz 50Hz 电接触表面淬火 激光和电子束等 金属热处理工艺概述 表面淬火 表面淬火的目的 获得高强度和高耐磨性的马氏体表面层改善疲劳强度中心保持原来的组织和良好的韧性可以部分代替化学热处理 用碳钢或低合金钢代替高合金钢 缩短工艺周期 提高生产率 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 化学热处理 化学热处理是通过改变工件表层化学成分 组织和性能的金属热处理工艺渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属 金属热处理工艺概述 化学热处理 气体渗碳的定义 将工件装入密闭的渗碳炉内 通入气体化学剂 甲烷 乙烷等 或液体化学剂 煤油或苯 酒精 丙酮等 在高温下分解出活性碳原子 渗入工件表面 以获得高碳表面层的一种工艺 有井式炉的滴注法和箱式炉或连续炉的通气法 适用范围于低碳钢和低碳合金钢 在冲击条件下工作的渗碳耐磨零件 如汽车齿轮 活塞销和机床主轴 金属热处理工艺概述 化学热处理 气体渗碳的目的 获得高碳的表面层 提高零件表面的硬度和耐磨性心部保持原有的高韧性和高塑性 并提高零件的抗疲劳性能可控制渗碳层溶度 质量稳定渗碳后可直接淬火 生产周期短 金属热处理工艺概述 化学热处理 气体氮化的定义是指将零件置于含有大量活性氮原子气氛 氨气 的密闭炉中 在一定的温度和压力下 是氮原子渗入零件表面 随后零件不再进行任何热处理 渗氮在钢的相变温度以下进行 450 600 摄氏度 变形小 适用于承受冲击载荷及交变载荷 耐磨性和疲劳强度要求高 耐高温和耐腐蚀条件下的零件 高速齿轮 主轴 重要模具 金属热处理工艺概述 化学热处理 气体氮化的目的 提高零件表面的硬度和耐磨性提高零件抗疲劳强度 降低缺口敏感性改善在水 蒸汽和碱性溶液中的耐腐蚀性氮化前需要进行调质处理 以保证零件具有均匀组织和良好的综合机械性能 金属热处理工艺概述 化学热处理 气体碳氮共渗的定义 是指在具有渗碳 氮化能力的混合气体 氨气 甲烷 中 将零件加热至一定温度 使表面同时渗入碳 氮两种原子的一种工艺操作 可分为 高温气体碳氮共渗 800 900摄氏度 以渗碳为主 适用于一般碳钢和低合金钢低温气体碳氮共渗 500 600摄氏度 以渗氮为主 适用于高速钢的切削工具和模具 金属热处理工艺概述 化学热处理 气体碳氮共渗的目的 兼有渗碳和氮化的共同作用零件表面硬度 耐磨性 抗腐蚀性和疲劳强度比渗碳高 特别是低温碳氮共渗 对于高温碳氮共渗 由于氮的渗入 将增加渗层的淬透性和回火稳定性 是普通碳钢在某些情况下代替合金钢 整体热处理表面热处理化学热处理铝的热处理 铝的热处理 T6 固熔 人工时效 T4 固熔 自然失效 金属热处理工艺概述 铝的热处理 固熔热处理的定义将合金加热到相变温度 保温一段时间 使溶质组元充分溶解 然后快速冷却以获得一种过饱和固熔体 这一工艺过程称为固熔热处理 其目的是把合金中最大量实际可溶解的硬化溶于固熔体中 提高铝合金强度 硬度的热处理工艺包括三个步骤 固熔热处理 可熔相溶解 淬火 过饱和固熔体的形成 时效 在室温下或升温下溶质原子的沉淀析出 金属热处理工艺概述 铝的热处理 固熔热处理的工艺参数 淬火温度 取决于合金成分和共晶温度 不宜过高或过低 加热炉的误差控制不超过5摄氏度 固熔处理时间 取决于热处理前显微组织 加热方式 零件的尺寸和加工状态 合金的成分 装炉量多少淬冷延迟 零件转移到淬火时间 不超过10 15秒冷却速度 取决于淬火介质的种类与温度及零件的有效厚度 越快越好 一般用水作淬火介质 60 80摄氏度 金属热处理工艺概述 铝的热处理 时效处理的定义将过饱和固熔体合金在室温或加热到一定温度 保持相当长的时间 使溶质组元富集或析出第二相以获取强化的工艺过程 即铝合金淬火后的强度和硬度随时间增长而显著提高的现象 时效在常温下发生 称为自然时效 在某一温度范围内 如100 200摄氏度 内发生 称为人工时效 金属热处理工艺概述 铝的热处理 影响时效的因素 从淬火到人工时效的停留时间合金的化学成分固熔处理工艺 温度高 时间长 最适宜的时效温度 金属热处理工艺概述 铝的热处理 时效处理的工艺参数一般考虑加热温度和保温时间 加热速度和冷却速度的影响较小 不考虑自然时效 一般不少于4昼夜人工时效 一般150 180摄氏度 6 12H可采用多级人工时效 金属热处理设备 金属材料的各项性能金属学基础知识介绍金属热处理工艺概述金属热处理设备介绍金属热处理关键参数金属热处理失效预防 金属热处理设备 主要设备 热处理炉 电阻炉 燃烧炉 煤气炉 金属热处理设备 主要设备 加热装置 火焰喷烧感应加热等离子体加热通电电阻加热 金属热处理设备 主要设备 表面改性装置 气相沉淀和离子注入表面氧化装置 发蓝槽或发黑槽 金属热处理设备 主要设备 表面机械强化装置 抛丸机和辊压机 金属热处理设备 主要设备 淬火冷却设备 淬火槽喷射式淬火装置压力淬火机 金属热处理设备 主要设备 工艺参数检验控制仪表 流量计 气体 液体 热电偶 控制型 显示型 压力仪表 如喷射淬火液控制 金属热处理设备 辅助设备 清洗清理设备 如脱脂炉清洗设备炉气氛发生器 加热介质 渗剂制备淬火介质循环冷却装置起重运输机械 如天车等 金属热处理设备 辅助设备 质量检验设备 金相显微镜 切割设备 硬度仪动力输送管路及辅助设备 煤气管道等防火 除尘等生产安全设备 淬火炉旁边的栏杆等工夹具 如零件的盛装容器等 热处理关键参数 金属材料的各项性能金属学基础知识介绍金属热处理工艺概述金属热处理设备介绍金属热处理关键参数金属热处理失效预防 热处理关键参数 热处理产品特性热处理过程特性热处理性能指标 金属热处理关键参数 产品特性 材料名称 SAE的编号 GB材料编号 化学成分硬度 布氏硬度 低硬度范围 洛氏硬度C A B和15N 高硬度范围 维氏硬度 淬硬深度 总深度有效深度淬硬位置 注 通常总深度比有效深度多0 25mm到0 38mm 金属热处理关键参数 过程特性 验证装载率在具体温度下的时间淬火间隔时间淬火介质的控制 如温度 浓度 冷却曲线等 冷却速度气氛控制加热速度回火温度微观组织结构评定淬火深度的测量 如适用 最终发货前的检验防止混料等 金属热处理关键参数 热处理性能指标 淬硬性的定义指钢在正常淬火条件下 以超过临界冷却速度所形成的马氏体能够达到的最高硬度 以淬火加热时溶于钢的高温奥氏体中含碳量及淬火后所得到的马氏体组织的数量来具体决定 用HRC硬度来表示 金属热处理关键参数 热处理性能指标 淬硬性的决定因素主要与钢中的含碳量有关 固熔在奥氏体中的含碳量愈多 淬火后所得到的马氏体组织的数量越多 淬火后的硬度值也愈高 在实际操作中由于工件尺寸 冷却介质的冷却速度和加热时所形成的奥氏体晶粒度的不同影响淬硬性 金属热处理关键参数 热处理性能指标 淬透性的定义淬透性也叫可透性 是指钢在淬火时能够得到的淬硬层深度 是衡量各个不同钢种接受淬火能力的重要指标之一 淬硬层深度 也叫淬透层深度 是指由钢的表面量到钢的半马氏体区 组织中马氏体占50 线 其中50 为珠光体类型组织 组织处的深度 也有个别钢种如工具钢 轴承钢需量到90 或95 的马氏体组织处 钢的淬硬层深度越大 就表明这种钢的淬透性越好 金属热处理关键参数 热处理性能指标 淬透性的测定方法 1 结构钢末端淬透性实验法 2 碳素工具钢淬透性试验法 3 计算法淬透性主要与钢的临界冷却速度有关 临界冷却速度愈低 淬透性一般也愈高 值得注意的是 淬透性好的钢 淬硬性不一定高 而淬透性低的钢也可能具有高的淬硬性钢的淬透性指标 金属热处理关键参数 热处理性能指标 淬透性考核钢件经热处理后的综合机械性能 能否满足使用性能的要求 另外一方面为热处理工艺人员在淬火过程中 能否满足不形成裂纹及减少变形方面提供理论依据 金属热处理关键参数 热处理性能指标 淬火变形和开裂钢件的内应力 包括机械加工应力和热处理应力 达到或超过钢的屈服强度时 钢件将发生变形 包括尺寸和形状的改变 而内应力超过或达到钢的破断抗力时 钢件将发生裂纹或导致钢件破裂 淬火变形是热处理的必然趋势 而开裂是可能趋势 如果钢材原始成分及组织质量良好 工件形状设计合理 热处理工艺得当 则可减少变形及避免开裂 金属热处理关键参数 热处理性能指标 氧化当零件在空气中加热 如在空气炉中 或者在含有氧气 二氧化碳和水等其他介质中加热 钢中的铁原子 合金元素会与上述氧化性介质发生化学反应 生成氧化物 叫氧化 氧化使钢件表面粗糙不平 增加热处理后的清理工作 而且有影响淬火时的冷却速度的均匀性 热处理时应对钢件采取保护措施 以防止氧化 金属热处理关键参数 热处理性能指标 脱碳在发生氧化的同时 还会出现另外一种现象 脱碳 炉气中的氧气 氢气 二氧化碳和水等 还可以与奥氏体中的碳作用 这样 工件表面的碳就减少了脱碳的结果 是工件表面含碳量降低 本来是高碳钢的成分 发生脱碳后其表层变成中碳钢 甚至低碳钢 不仅降低淬火硬度 而且容易产生淬火裂纹 热处理应对钢件采取保护措施 以防止脱碳 金属热处理关键参数 热处理性能指标 过热与过烧钢件在高温加热时 引起奥氏体晶粒粗大的现象 叫过热 同样 在更高的温度下加热 不仅是奥氏体晶粒粗大 而且晶粒间因氧化而出现氧化物或局部熔化的现象 叫过烧 金属热处理关键参数 热处理性能