钢的热处理工艺

本章目的 介绍钢的常用热处理工艺及其应用 本章重点 1 各类热处理 退火 正火 淬火 回火 工艺 组织 性能 应用的规律和特点 2 淬透性 淬硬性的概念与应用 第九章钢的热处理工艺 金属材料加工过程 冶炼 铸造 铸锭 板棒型管 焊接 机加工 冷轧冷拔 深冲 锻件 铸件 机加工 零件或构件 工艺性能预备热处理 使用性能最终热处理 热轧 热锻 热处理分类 普通热处理 退火 正火 淬火 回火表面热处理 表面淬火化学热处理形变热处理 控制轧制 9 1钢的退火与正火 一退火1定义 钢加热到适当温度 保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速 获平衡组织的工艺 参见教材 高于或低于AC1 AC1 S 2分类 1 高温退火 相变重结晶退火 T加热 AC1 2 低温退火T加热 AC1 3退火目的 总体 改善组织 提高性能 降低硬度 改善切削加工性能 适合机加工的硬度范围 150 250HB 细化晶粒 均匀组织 消除内应力 注 当为目的 时 往往用正火代替退火 4退火工艺及特点 1 完全退火 注 目的不同 组织控制 珠光体片间距 不同 原因 粗片状P 原因 重结晶 45钢锻造后与完全退火后机械性能 完全退火后强硬度有所下降 而塑韧性较大幅度提高 主要目的 改善组织与加工性能 晶粒细化的原因 完全退火 相变重结晶过程 40钢退火前后金相组织 晶粒细化 AC1 20 30 ACm或AC3 AC1 t T 2 球化退火 不完全退火的一种 工艺关键 Fe3C形态控制 球的大小控制 控制奥氏体化程度 控制过冷奥氏体冷却转变的温度 片状与球状珠光体组织切削性能比较 层片状珠光体 粒 球 状珠光体 刀具 T12钢球化退火与完全退火的性能比较 球化退火的强硬度更低 塑韧性更好 碳化物对基体的分割更均匀 彻底 更利切削加工 T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较 完全退火 球化退火工艺缺陷 周期长 且为变温转变 组织大小不均 3 等温退火 是完全退火 球化退火工艺的改进 等温完全退火 等温球化退火 高速钢等温退火与普通退火工艺曲线 870 880 t T 4h 3h 等温退火 普通退火 40 h 720 740 炉冷15 h 空冷 空冷 等温退火优势 1 缩短工艺时间 高速钢40h 20h 2 组织均匀 碳化物球大小一致 4 扩散 均匀化 退火 AC1 650 700 300 650 t T 5 再结晶退火与去应力退火 二正火的目的 用途和工艺 1定义 钢加热到AC3或ACm以上的A区域 保持一定时间后在空气中冷却 以获得接近平衡状态组织的工艺 常化与退火的区别 加热温度较高 冷却速度较快 获得组织较细 索氏体 强硬度与塑韧性较高 生产效率较高 正火 退火 正火与退火态45钢机械性能 碳钢正火与退火后的硬度 HB 注 正火态强硬度与塑韧性均较高 2目的 细化晶粒 消除铸锻焊件组织缺陷 提高低碳钢硬度 改善切削加工性能 消除高碳钢网状二次渗碳体 为球化退火作组织准备 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理 三正火与退火的选用C 0 75 球化退火C 0 9 有网状碳化物 正火 消网 球化退火1退火与正火 珠光体类型组织的应用2能用正火处则不用退火 正火可作为大件或不重要工件的最终热处理 而退火一般不作为最终热处理 9 2钢的淬火与回火 淬火 AC3或AC1以上 奥氏体化 V冷 VC急剧冷却 获马氏体组织 等温淬火 B下 AC1 MS VC VC 淬火 一淬火加热工艺参数的选择1加热温度 1 化学成分 亚共析钢 AC3 30 50 过共析钢 AC1 30 50 回火 淬火钢 AC1以下 等温淬火 低合金钢 AC3或AC1 50 100 高合金钢 AC3或AC1 300 400 600 800 1280 2 工件尺寸 形状 淬火介质 晶粒长大倾向等2保温时间 保温 升温 热透 转 AC1 ACm AC3 M AR A M AR A Fe3C C A F M F Fe3C 若T Acm C MS AR 粗大M 氧化脱碳 变形开裂 W18Cr4V T t 3淬火介质 1 淬火介质的要求 鼻点冷速大 MS附近冷速小 稳定 成本低 安全 无毒 不腐蚀工件 T A1 MS 理想 水 油 2 常用淬火介质 水 鼻温 150 S Ms 450 S 优点 冷却能力强 成本低 缺点 M转变温区冷速过大 变形 应用 小尺寸 形状简单碳钢件 油 Vmax 100 250 S 400 500 鼻温 60 70 S Ms 50 S 优 M转变温区冷速小 不易变形 缺点 鼻温区冷速过小 淬不透 应用 合金钢件 盐水与碱水10 NaCl水溶液 15 NaOH水溶液 5 NaCO3水溶液 使蒸汽膜提前破裂 但腐蚀 二钢的淬透性 为什么引入 淬透性 概念 1概念 奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力 用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小 淬透层深度 由工件表面 半马氏体点 50 M 的深度 硬度测量法 50 M的硬度 C 淬透性与实际条件下淬透层深度的差别 影响淬透性的因素 与影响C曲线因素一致与钢种 奥氏体化条件实际淬透层深度 与淬透性 工件大小 淬火介质等有关 淬硬性 钢淬火时的硬化能力 用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示 取决于马氏体中的C 淬透性 钢的临界冷却速度 合金元素 例 T10 15MnVB 2淬透性与淬硬性 3淬透性测定方法 1 顶端淬火法 25 100 2 临界淬火直径临界淬火直径 钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径 Dk 临界淬火直径测量方法 C 半马氏体硬度 测该钢端淬曲线 找出对应半马氏体硬度的d端值 根据对零件淬透深度的实际要求 淬透至1 2R 3 4R 中心等 从下图查出对应的临界淬火直径Dk T A1 MS 分级淬火 双液淬火 等温淬火 单液淬火 三淬火方法 1单液淬火 尺寸小 形状简单的碳钢 合金钢件 2双液淬火 水淬油冷 尺寸较大碳钢件 3分级淬火稍高于MS 盐浴 小尺寸工模具 变形小 精密件 三淬火方法 4等温淬火淬火热应力 组织应力小 变形小 形状复杂 尺寸精密件 5冷处理 目的 减少AR HRC 稳定尺寸 挽救 四钢的回火工艺 1回火工艺参数的选择回火温度的选择 1 零件使用性能 硬度 回火温度 2 应力消除 T 500 1h T 200 2 3h 回火后冷却方式 回火脆性钢 水 油冷 高合金钢的多次回火 2回火种类 回火温度 内应力 强硬度 塑韧性 根据温度不同划分回火种类 1 低温回火 150 250 组织 回火马氏体 与淬火马氏体比较 高碳钢 淬火片状M 回火M 片状过饱和 碳化物 共格 性能 保持高强硬度 微裂纹焊合 内应力和脆性 韧性略 但低碳钢 板条M 只有C的偏聚 应用 工 模具钢 低碳马氏体钢 2 中温回火 350 500 组织 回火屈氏体 与屈氏体比较 条 针状 未再结晶 平衡C 相 弥散分布细粒状 相性能 基体已回复 内应力 弹性极限高 较高的强硬度与良好韧性 应用 弹簧钢 热锻模 0 6 0 9 3 高温回火 550 680 组织 回火索氏体 与索氏体比较 等轴状 再结晶 相 均匀分布粒状 球化 相性能 内应力基本消除 强度与韧性最佳配合 综合机械性能高应用 重要结构件 轴 齿轮 调质处理 淬火 高温回火 b S HRC 0 8 C 片状粒状 30 50 200 600 400 800 10 退火与淬 回火组织性能比较 五钢的淬 回火缺陷 1种类 变形 开裂 氧化 脱碳 硬度不足 软点 过热 过烧 过热 晶粒粗大 重结晶过烧 晶界熔化或氧化 2变形与淬火应力 变形方式 体积变化 弯曲翘曲 产生原因 加热或冷却中热胀冷缩 组织转变不同步 内应力种类 热应力 组织应力改进方法 分级淬火 等温淬火 第九章习题与思考题 1确定下列钢件的退火方法 并指出退火的目的与退火后的组织 1 经冷轧后的钢板 要求降低硬度 2 锻造过热的60钢锻坯 3 具有片状渗碳体的T12钢坯 2指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织 1 20钢齿轮 2 45钢小轴 3 T12钢锉刀3何谓钢的淬透性 何谓钢的淬硬性 影响淬透性的因素有哪些 影响淬硬性的因素有哪些 4何谓钢的淬火临界冷却速度 影响因素有哪些 它和钢的淬透性有何关系 5试分析下列说法是否正确 1 钢中合金元素的含量愈多 则淬火后硬度愈高 2 同一钢材在相同加热条件下 水淬比油淬的淬透性好 小件比大件的淬透性好 6指出 10mm的45钢 退火态 经下列温度加热并水冷后获得的组织 700 760