钢的热处理工艺44(精品 值得参考)

第二章钢的热处理工艺,21钢的退火与正火,一、钢的退火-钢的退火：将钢加热到临界温度（Ac1或Ac3）以上或以下，保温一定的时间，炉冷至600后空冷。,1.细化晶粒2.HB以利于切削加工或冷变形加工。3.消除内应力，防止淬火变形与开裂。,（一）退火的目的,（二）退火种类及应用（完全退火、球化退火、扩散退火和去应力退火）,1.完全退火工艺(1)目的:HB消除内应力。(2)加热温度:TAC3+(2030)(3)适用钢种:适用于亚共析钢(4)优、缺点:工艺简单但生产周期较长,生产效率低(5)应用:主要用于碳钢、合金钢的铸铸、锻、焊件.,如冷轧后的15钢板，为HB采用完全退火。ZG35铸造齿轮为消除组织应力采用完全退火2.球化退火工艺目的：细化晶粒，HB以利于切削加工。加热温度：TAC1+(2030)适用钢种：适用于共析及过共析碳钢或合金钢。淬火前的组织状态：细片状的P.,高速钢的等温及普通球化退火T8钢等温球化退火组织,球化退火工艺过程,先将钢加热到AC1以上短时A化，使部分渗碳体断开并球化.然后打开炉门快冷到P相变区进行AP相变,待A转变完全后空冷。从而得到粒状珠光体组织。,3.扩散退火,(1)目的：减少钢锭、铸件化学成分和组织的不均匀性(2)保温时间：1015小时后再一次完全退火或正火以细化晶粒。(3)适用钢种：亚共析钢：TAc3+（150300)过共析钢：TAccm+（150300),4.去应力退火,(1)目的：消除铸、焊件内应力，稳定尺寸。(2)适用钢种：高合金工具钢:600750;碳素钢:550650铸铁:500550:焊接件:500600弹簧:200300以上温度保温后缓冷至200后空冷。,二.钢的正火,正火将钢加热到临界温度以上（AC3或Accm）保温一定时间后空冷的工艺。1.正火的目的,(1)细化晶粒。(2)HB以利切削（如：20、35、45钢）。(3)消除过共析钢的Fe3C网，如：T12钢退火组织中的Fe3C网(连续网).为了提高切削加工性能正火候要进行球化退火以得到球状P。,2.正火工艺,(1)亚共析钢中：TAc3+（3050）(2)过共析钢中：TAccm+（3050）如：为35钢的切削性加工能必须HB采用正火不能采用退火。为T8钢的切削加工性能，要HB采用球化退火。T12钢中存在连续的网状Fe3C，为提高切削加工性能，先正火目的是消除网Fe3C再球化退火得到粒状的P，以HB。,例题：1.为改善切削加工性，30钢应采用（）。(A)正火；(B)球化退火；(C)完全退火；(D)回火。2.为改善T12钢的切削加工性应采用（）。(A)正火；(B)球化退火；(C)完全退火；(D)回火。3.经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度应采用（）(A)球化退火；(B)完全退火；(C)正火；(D)扩散退火。4.具有网状Fe3C的T12钢钢坯，要求改善切削加工性并为淬火做组织准备应采用（）。(A)完全退火；(B)球化退火；(C)正火；(D)去应力退火。,5.45钢正火得到（）组织。(A)马氏体；(B)索氏体+少量铁素体；(C)珠光体+铁素体；(D)屈氏体+少量铁素体。6.45钢退火得到（）组织。(A)索氏体+铁素体；(B)珠光体+铁素体；(C)屈氏体+铁素体；(D)马氏体。7.T12钢正火得到（）组织。(A)马氏体；(B)珠光体+Fe3C网；(C)细片状珠光体；(D)屈氏体+少量Fe3C。8.T12钢完全退火得到（）组织。(A)层片状珠光体+Fe3C网；(B)粒状珠光体；(C)细片状珠光体；(D)屈氏体+Fe3C。,22钢的淬火与回火,钢的淬火将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温后以vvc快速冷却得到马氏体或贝氏体组织的工艺。（一）.淬火的目的（淬火回火）1.提高强度、硬度和耐磨性-采用淬火低回组织为M回-碳化物，用于各种工模具。2.提高弹性-采用淬火中回；组织为T回火屈（+），用于各种弹簧。3.提高综合性能采用淬火高回；组织为S回火索（+），用于各种轴类。,一.钢的淬火,（二）淬火温度的选择,1.亚共析钢:TAAc3（3050）2.共、过共析钢:TAAc1（3050）,(1)T过高，碳化物溶解，M片变形和开裂；(2)选择TAAc1（3050）保留部分未熔碳化物高耐磨性，使基体的C，M条，b，、k。3.合金钢：奥氏体化温度可以适当升高。大多数合金元素都能阻碍A晶粒的长大使A化温度升高。如：W18Cr4V钢：Ac1820840，TA=1280,晶粒度为9级。,(三）淬火冷却介质,1.理想冷却速度：1）在AC1650之间慢冷，以热应力；2）在650300之间快冷，c；3）在300以下慢冷，以组织应力。,理想冷却速度,2.常用淬火介质介绍,(1).自来水（30以下）冷却特性：高温冷速慢；在200冷速极快。优点：经济、便宜、易于实现自动化。应用：主要用于形状简单，截面较小的碳钢且组织应力较大。,(2)盐水碱水（1015NaCL、NaOH）溶液30冷却特性：在650300时冷速是自来水的10倍；在200时仍然很快。应用：用于水淬不透的形状简单的碳素钢。,（3）油-机油，柴油等，4080,冷却特性：650300及200时冷却速度低于盐水，适用于合金钢淬火。缺点：易于老化。结论：碳素钢：一般采用水冷或盐水硷水冷却；合金钢：一般采用油冷。,（四）常用淬火方法,1.单液淬火-v1,指在一种淬火介质中冷却到底的工艺。单液淬火组织应力、热应力都较大，淬火变形较大。,1-单液淬火2-双液淬火3-分级淬火4-等温淬火,2.双液淬火-v2,3.分级淬火v3,将工件取出后在某一温度停留（C曲线中孕育区较长的温度）使工件内外温度一致，然后空冷的工艺。分级淬火是在空冷中发生M相变的，内应力小。,4.等温淬火v4,指在B区域等温，发生B转变。内应力变形小,单液淬火应力双液淬火分级淬火等温淬火,过共析钢非完全化后各种冷却速度下的转变产物,亚共析钢完全化后各种冷却速度下的转变产物,（五）钢的淬透性与淬硬性,1.钢淬透性：指钢在同一热处理条件下所测得的淬透层深度的能力。2.淬透性与淬透层深度之间的关系：淬透层深度-表层（100M）至半M层（50M）的深度。淬透层深度()越大，钢的淬透性越好。在尺寸、形状均相同的条件下，淬透性大的钢，淬透层深度越深。3.淬透性与淬硬性：淬硬性-钢淬火后所获得的最高硬度值，只取决于熔入奥氏体的含碳量。淬透性主要取决于钢的临界淬火速度。,4.影响淬透性的因素钢的淬透性主要取决于钢的临界淬火速度大小，与工件尺寸、淬火介质无关。钢的临界淬火速度越小，C曲线越靠右，钢的淬透性越好。5.淬透性的实际应用大截面零件或动载荷下工作应选高淬透性钢形状复杂的或形状简单且尺寸较大的零件应选高淬透性钢。焊接零件应选低淬透性钢。,工件截面的冷却速度,二.钢的回火,(一)回火工艺回火时间一般为1.52小时。回火后一般空冷，有第二类回火脆性的钢回火后油冷。,回火温度与回火时间的关系曲线,(二)回火种类,组织：M回-碳化物(为Fe2.4C)性能：高HRC,较高强度，塑性及韧性较差，耐磨性好。（5864HRC）。应用：用于工模具，轴承、齿轮等。如：T12A、9CrSi、CrWMn钢。,1.低温回火（150250）,回火针片状马氏体,回火隐晶马氏体,组织：回火屈氏体（T回）即(F),Fe3C,金相形态：呈微细粒状弥散分布在F基体上性能：高弹性极限及屈服极限，一定的韧性，硬度3545HRC。应用：各种弹簧。如：60Si2Mn、65Mn、60、65、85钢。,2.中温回火（350500）,3.高温回火（500650）调质处理：淬火高温回火组织：S回（F）金相形态：在F基体上均匀分布细粒状。性能：较高的强度和硬度（HB220350），良好的塑性和韧性。及即具有良好的综合机械性能。应用：各种轴类、连杆、螺栓等。如：40Cr、45、40CrNiMo钢等。,45钢正火得：Fe3C呈细片状分布在F基体上。45钢调质处理得到回火索氏体：Fe3C呈细粒状分布在F基体上。两者性能截然不同其组织、性能比较如下表：,45钢（2040mm）调质和正火组织及机械性能比较,45钢高温回火后的回火索氏体组织,三.淬火及回火时常见的工艺缺陷及防止措施1.氧化及脱碳氧化-Fe以及合金元素于介质重的氧化性气体(CO2和H2O等)作用生成金属氧化皮的现象。脱碳-钢中的碳于介质发生化学反应生成气体逸出现象。对性能的影响-氧化及脱碳使钢的含碳量下降,从而使硬度、耐磨性、疲劳强度降低。防止-在工件加热时采用保护性气体加热,或真空热处理。,2.变形与开裂变形与开裂时热处理时淬火应力所引起的。热应力:淬火冷却时工件表面与心部温差产生不同步收缩而引起。组织应力:因为淬火形成马氏体时体积膨胀部均匀而造成的应力。措施:选材、选择合适的淬火介质、淬火冷却方法、淬火前预热、淬火后及时回火等。,3.硬度不足与软点硬度不足一般是因为淬火加热温度过低或保温时间不充分、冷却速度过慢等因素造成。软点-表面氧化或脱碳,使钢的表面含碳量降低或冷却速度过慢使形成非马氏体组织所致。措施-重新加热淬火,但加热前应退火火正火。4.过热与过烧过热是加热温度过高使奥氏体晶粒过于粗大；过烧是加热温度太高，使奥氏体晶界局部氧化或熔化的现象。零件一旦熔化便成为废品。,23钢的表面淬火,工业中如齿轮、凸轮、曲轴等对性能的要求为：表面高硬度、高强度及好的耐磨性，而心部高韧性，对这类零件需要进行表面热处理.,一.表面淬火,通过快速加热，并立即淬火冷却，只强化表面，而心部组织未变的热处理工艺。,（一）感应加热表面淬火原理,在感应圈内通一交变电流，于是在感应圈内部和周围同时产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中便产生感生电流，由电能转变成热能，使工件表面快速加热然后水淬.,工件感应加热示意图,1.集肤效应：感应加热时，感生电流集中在工件表面的一种效应500,-电流投入深度-钢的电阻率-导电率f-感生电流频率,由上式可以看出：感生电流的频率（f）越大集肤效应越强，电流透入深度越浅,淬透层越浅。2.感应加热的频率选择：(1)淬透层深度0.52mm时选高频加热f200300千赫。(2)淬透层深度28mm时，选中频加热f2500HZ(3)淬透层深度810mm时，选工频加热f50HZ,3.感应加热淬火的特点,(1)加热速度极快，使A3，短时获得高温。从而使T，可细化晶粒。(2)由于晶粒细小，得到隐晶M，强化了组织如：机床主轴，承受较大载荷，要求具有良好综合力学性能；轴颈耐磨硬度要求5055HRC。可选45钢整体调质，然后轴颈进行表面淬火+高温回火处理。调质处理即满足整体性能要求，局部表面淬火又满足了轴颈的硬度要求。,24钢的化学热处理,一、化学热处理概述对于某些齿轮类零件，如汽车变速箱齿轮，内燃机凸轮等在工作中承受强烈的摩擦磨损，和较大的交变载荷，冲击载荷。要求：表面：高硬度、高耐磨和高的接触疲劳强度，一定的韧性。心部：具有高的韧性和足够高的强度。化学热处理-将钢置于一定温度的活性介质中保温，使活性原子渗入钢的表面，改变了钢表面的化学成分，然后进行淬火、回火处理。,一.钢的渗碳（气体渗碳）,1.渗碳用钢：低碳钢或低碳合金钢：20、20Cr18CrMnTi、20CrMnTi钢等2.渗碳温度：900950，一般9303.渗碳时间：58小时。4.渗碳原理：在井式渗碳炉中滴入煤油，煤油在高温下裂解成渗碳性介质甲烷气体（CH4）和CO气体及氢气，该气体在钢的表面分解出活性碳原子-C，在较高温度进入钢的表面。,CH4C+H2COCCO2COCH2O,5.渗层组织(渗碳后缓慢冷却，从外层到内层组织)为:原始组织亚共析层共析层过共析层,低碳钢缓冷后由外到内的显微组织,亚共析层,共析层,过共析层,5.渗碳后的热处理-一般AC1以上淬火+低温回火（1）直接淬火法（2）预冷淬火法（3）二次淬火法,6.渗碳热处理后的组织及性能（1）组织：表层-M针状回火+碳化物+A少心部-M板条回火+F（2）性能：表层-高硬度、较高的强度、耐磨和一定的韧性HRC5864。心部-较好的强韧性HRC3045。,25钢的形变热处理钢的形变热处理是形变强化和相变强化两种强化效果，常用于弹簧类强化。一.高温形变热处理：,二.钢的氮化,1.钢的氮化是对于一些微变形、硬度要求极高（6570HRC）的零件采用渗氮处理。2.渗氮钢为中碳钢、中碳合金钢。45、38CrMoAL、40Cr等钢。3.渗氮温度为500570，渗氮时间长最长为72小时。,高温形变热处理适用于大尺寸弹簧，高温形变后相变。如：60Si2Mn制作汽车板簧、火车卷簧等。,中温形变热处理适用于尺寸较小的弹簧加热快冷到中温区形变后相变。,例题：1.T8钢TTT曲线如图所示，将其完全奥氏体化加热后：（1）分别以1、2、3冷速进行冷却各获得何种组织？（2）将1冷速获得的组织进行低、中、高温回火1小时，各获得何种组织？(3)若低温回火处理后的组织硬度偏高，能否采用升高回火温度的办法再进行一次回火，以达降低硬度的目的？为什么？T8钢TTT曲线（4）若高温回火后硬度偏低能否采用降低回火温度的办法使硬度升高？为什么？,2.试比较下列退火态试样经不同热处理后硬度值的高低？各得何种组织？（45钢Ac3=780;T12钢Ac1=730,Accm=820）(1)45钢加热到700投入水中。(2)45钢加热到750投入水中。(3)45钢加热到840，投入水中；(4)T12钢加热到700投入水中。(5)T12钢加热到750，投入水中。(6)T12钢加热到950投入水中。,3.两个T12钢碳钢试样，分别加热到780和860保温相同的时间，然后以大于Vc的