钢的热处理原理

第三章钢的热处理 1概述 热处理 将金属在固态下通过加热 保温和冷却的方式 改变合金的内部组织 从而获得所需性能的一种工艺方法 2钢的热处理基本原理 一 钢在加热时的组织转变 奥氏体的转变温度 奥氏体的形成 奥氏体长大 奥氏体形核 剩余渗碳体溶解 奥氏体均匀化 二 钢在冷却时的组织转变 等温冷却 连续冷却 过冷奥氏体的等温转变 C曲线 影响C曲线的因素 奥氏体中含碳量的影响 合金元素的影响 加热温度和保温时间的影响 3钢的普通热处理 一 退火 目的 降低钢的硬度 提高塑性 消除钢中残余应力 改善组织 细化晶粒 将钢加热至适当温度 保温后缓慢冷却 以获得接近于平衡组织的热处理工艺 完全退火首先将亚共析碳钢加热到Ac3以上30 50 保温一段时间后 随炉缓慢冷却到600度以下 再出炉在空气中冷却 最后到Fe Fe3C相图上的平衡组织铁素体 珠光体 上述退火方法由于奥氏体进行了全部的重结晶 故称全部退火 主要用于共析碳钢和合金钢的铸 锻件 目的是细化晶粒 消除应力 使钢软化以便于随后的切削加工 等温退火 如果在对应于某钢C曲线上的珠光体形成温度使温度使奥氏体进行等温转变 便可在等温处理的前后以较快的速度进行冷却 则退火所需要的时间便可大大地缩短 这种退火方法称为等温退火 球化退火 为使钢中碳化物球状化的热处理工艺称为球化退火 目的是为了消除过共析钢中网状二次渗碳体 降低硬度 并为淬火作好组织准备 去应力退火 去应力退火又称低温退火 它主要用于消除铸件 锻件 焊接件 冷冲压件以及机加工件中的残余应力 去应力退火工艺是将工件随炉缓慢加热至500 650度 A1 保温一定时间后 随炉缓慢冷却至200度再出炉空冷 扩散退火 为了减少钢锭 铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性 将其加热到略低于固相线或液相线的温度 长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺 称为扩散退火或均匀化退火 二 正火 目的 作为普通结构零件的最终热处理 改善低碳钢和低合金结构钢的切削加工性能 过共析钢球化退火前进行正火 可消除网状二次渗碳体 保证退火得到良好的珠光体组织 将钢加热至Ac3或Accm以上30 50 C 保温适当时间 出炉后在空气中冷却的热处理工艺 三 钢的淬火 将钢加热至Ac3或Ac1以上 保温一定时间 以适当速度冷却 以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺 1 单液淬火法 形状简单的工件 2 双液淬火法 技术要求高 可以防止裂纹产生3 分级淬火法 小截面零件 可以减少应力 减少变形与开裂4 等温淬火法 获得下贝氏体组织 用于要求有较高强韧性的工模具和弹簧等零件 5 局部淬火法 局部要求高硬度的零件 6 冷处理 马氏体转变彻底 残余奥氏体的含量减少 钢的耐磨性 硬度和尺寸稳定性提高 淬透性 淬硬性 钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力 钢的淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力 用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示 主要取决于马氏体的含碳量 淬透性好的钢其淬硬性不一定高 单液淬火法 双液淬火法 等温淬火法 分级淬火法 四 淬水钢的回火 目的 消除或减少淬火应力 稳定工件尺寸 防止工件变形与开裂 获得工件所需的组织和性能 将淬火后的钢加热至Ac1以下某一温度 保温一定时间 冷至室温的热处理工艺 根据回火温度可将钢的回火分为三类 1 低温回火 150 250 回火马氏体 2 中温回火 350 500 回火屈氏体 3 高温回火 500 650 回火索氏体 4 淬火加高温回火又称调质处理 4钢的表面热处理 一 表面淬火 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 二 钢的化学热处理 将钢放入一定的活性介质中加热和保温 使介质中的活性原子渗入工件表面 以改变表面化学成分 组织和性能的热处理工艺 1 分解由介质中分解出所渗元素的活性原子 2 吸收工件表面对活性原子进行吸收 形成固熔体或形成化合物 3 扩散在一定温度下 所吸附原子由表层往里迁移 形成一定厚度的渗层 渗碳 渗碳是向低碳钢或低碳合金钢的表面层渗入碳原子的过程 常用的渗碳方法有气体渗碳和固体渗碳两种 低碳钢渗碳后 表面层含碳量以0 85 1 05 为最好 渗碳层厚度一般为0 5 2 5mm 太薄易引起表面疲劳剥落 太厚抗冲击能力差 工件经渗碳后的淬火方法有两种 1 直接淬火2 一次淬火 渗氮 氮化的主要氮化是向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬度 耐磨性 疲劳强度及耐蚀性的化学热处理工艺也称为渗氮 钢的氮化分为气体氮化 离子氮化 气体软氮化和气体碳氮共渗 应用最广泛的氮化用钢为38CrMoAl 这些元素易形成硬度极高且非常稳定的氮化物 氮化厚表