数控论文T8钢的热处理工艺及特征

1、实 习 报 告t8钢的热处理工艺及特征姓 名： xxx 专 业 ： 数控技术 实 习 单 位 ： 华天机械厂 指 导 教 师 ： xxx 完 成 日 期 ： 2010.4.20 目 录摘 要11 淬火介质及冷却方式的选择与确定21.1 冷却方法21.1.1 单液淬火21.1.2 预冷淬火法21.1.3 双液淬火21.1.4 分级淬火21.1.5 等温淬火32 淬火加热温度：43 淬火加热时间的确定原则54热处理的基本介绍64.1退火的种类64.4.1 完全退火和等温退火64.1.2 球化退火64.1.3 去应力退火64.2淬火的冷却介子64.3钢回火的目的64.4加热缺陷及控制74.4.1过热

2、现象74.4.2过烧现象74.4.3脱碳和氧化74.5几种常见的热处理概念84.6回火的种类及应用94.7热处理应力及其影响105 检测t8钢的性能：116 检测结论：13参 考 文 献14大连职业技术学院实习报告摘 要t8是淬硬型塑料模具用钢，淬火回火后有较高硬度和耐磨性，但热硬性低、淬透性差、易变形、塑性及强度较低。用作需要具有较高硬度和耐磨性的各种工具，如形状简单的模子和冲头、切削金属的刀具、打眼工具、木工用的铣刀、埋头钻、斧、凿、纵向手用锯、以及钳工装配工具、铆钉冲模等次要工具。淬火工艺是将钢加热到ac3或ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热

3、处理工艺。淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火工艺应用最为广泛，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。淬火工艺规范包括(1)淬火加热方式、(2)加热温度、(3)保温时间、(4)冷却介质及冷却方式等。确定工件淬火规范的依据是工件图纸及技术要求，所用材料牌号，相变点及过冷奥氏体等温或连续冷却转变曲线，端淬曲线，加工工艺路线及淬火前的原始组织等。只有充分掌握这些原始材料，才能正确地确定淬火工艺规范。本人是在华天机械厂进行实习，报告主要是对t8钢的热处理过程进行分

4、析及对它的检测。关键词：热处理；t8钢；1 淬火介质及冷却方式的选择与确定淬火介质的选择，首先应按工件所采用的材料及其淬透层深度的要求，根据该种材料的端淬曲线，通过一定的图表来进行选择。其选择方法已在本章淬透性一节讲述。若仅从淬透层深度角度考虑，凡是淬火烈度大于按淬透层深度所要求的淬火烈度的淬火介质都可采用。但是从淬火应力变形开裂的角度考虑，淬火介质的淬火烈度愈低愈好。综合这两方面的要求，选择淬火介质的第一个原则应是在满足工件淬透层深度要求的前提下，选择淬火烈度最低的淬火介质。1.1 冷却方法生产实践中应用最广泛的淬火分类是以冷却方式的不同划分的。主要有单液淬火、双液淬火、预冷淬火法、分级淬火

5、和等温淬火等。1.1.1 单液淬火它是最简单的淬火方法。把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。这种方法常用于形状简单的碳钢和合金钢工件。对碳钢而言，直径大于35mm的工件应于水中淬火，更小的可在油中淬火。对各种牌号的合金钢，则以油为常用淬火介质。单液淬火操作简单，有利于实现机械化和自动化。其缺点是冷速受介质冷却特性的限制而影响淬火质量。单液淬火对碳素钢而言只适用于形状较简单的工件。1.1.2 预冷淬火法将工件放入热处炉内加热到所需要的温度后，先将工件取出至于空气中冷却一段时间，再将工件放入水中直至工件完全冷却至室温。1.1.3 双液淬火是将工件先浸入一种冷却能力强的介质，在钢

6、件还未达到该淬火介质温度之间即取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中冷却，如先水后油、先水后空气等。双液淬火减少变形和开裂倾向，操作不好掌握，在应用方面有一定的局限性。1.1.4 分级淬火把工件由奥氏体化温度淬入高于该种钢马氏体开始转变温度的淬火介质中，在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质的温度，然后缓冷至室温，发生马氏体转变这种方法不仅减少丁热应力，而且由于马氏体转变前，工件各部分温度已趋于匀匀，因而马氏体转变的不同时现象也减少。分级淬火只适用于尺寸较小的工件对于较大的工件，由于冷却介质的温度较高，工件冷却较缓慢，因而很难达到其临界淬火速度。某些临界淬火速度铰小的合金钢没有必要采用此法，

7、因为在油中淬火也不致于造成很大内应力反之，若采用分级淬火来代替油淬，其生产效串并不能显著提高分级后处于奥氏体状态的工件，具有较大的塑性(相变超塑性)，因而创造了进行工件的矫直和矫正的条件这对工具具有特别重要的意义因而高于ms点分级温度的分级淬火，广泛地应用于工具制造业对碳钢来说，这种分级淬火适用于直径8一lomm工具若分级淬火温度低于ms点，因工件自淬火剂中取出时，已有一部分奥氏体转变成马氏体，上述奥氏体状态下的矫直就不能利用。但这种方法用于尺寸较大的工件(碳钢工具可达1015mm直径)时，不引起应力及淬火裂缝，故仍被广泛利用1.1.5 等温淬火工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转变区的温度

8、，使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝氏体组织，这种淬火称为等温淬火。等温淬火与分级淬火的区别在于前者获得下贝氏体组织进行等温淬火的目的是为了获得变形少，硬度较高并兼有良好韧性的工件。因为下贝氏体的硬度较高而韧性又好，在等沮淬火时冷却又较慢，贝氏体的比容也比较小，热应力，组织应力均很小，故形状变形和体积变形也较小。 等温淬火用的淬火介质与分级淬火相同。等温温度主要由钢的c曲线及工件要求的组织性能而定。等温温度越低，硬度越高，比容增大，体积变形也相应增加。因此，调整等温温度可以改变淬火钢的机械性能和变形规律，一般认为在mcms点+30沮度区间等温可获得良好的强度和韧性。一般保温时间为3060min

9、近年来的大量实践证明，在同等硬度或强度条件下，等温淬火的韧性和断裂韧性比淬火低温回火的高。2 淬火加热温度：淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为ac3+（3050)，过共析钢则为ac1+(3050)。之所以这样确定，因为对亚共析钢来说，若加热温度低于ac3，则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成，淬火冷却后铁素体保存下来，使得零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。比ac3点高3050的目的是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到ac3点以上的温度，铁素体能完全溶解于奥氏体中，奥氏体成分比较均匀，而奥氏体晶粒又不致于粗大。对过共析钢来说，淬火加热温度在ac1ac

10、3之间时，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而且也有较好的韧性。如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火后得到片状马氏体(孪晶马氐体)，其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。高于ac1点3050的目的和亚共析钢类似，是为了保证工件内各部分温度均高于ac1。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。因为工件大，传热慢，容易加热不足，使淬火后得不到全部马氏体或淬硬层减薄。加热速度快，工件温差

11、大，也容易出现加热不足。另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。在这种情况下，淬火温度可取ac3+(5080)，对细晶粒钢有时取ac3+100。对于形状较复杂，容易变形开裂的工件，加热速度较慢，淬火温度取下限。考虑原始组织时，如先共析铁素体比较大，或珠光体片间距较大，为了加速奥氏体均匀化过程，淬火温度取得高一些。对过共析钢为了加速合金碳化物的溶解，以及合金元素的均匀化，也应采取较高的淬火温度。例如高速钢的ac1点为820840，淬火加热温度高达1280。考虑选用淬火介质和冷却方式时，在选用冷却速度较低的淬火介质和淬火方法的情况下，为了增加过冷奥氏体的稳定性，防止由于冷却速度较低而

12、使工件在淬火时发生珠光体型转变，常取稍高的淬火加热温度。3 淬火加热时间的确定原则淬火加热时间应包括工件整个截面加热到预定淬火温度，并使之在该温度下完成组织转变、碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需的时间。因此，淬火加热时间包括升温和保温两段时间。在实际生产中，只有大型工件或装炉量很多情况下，才把升温时间和保温时间分别进行考虑。一般情况下把升温和保温两段时间通称为淬火加热时间。当把升温时间和保温时间分别考虑时，由于淬火温度高于相变温度，所以升温时间包括相变重结晶时间。保温时间实际上只要考虑碳化物溶解和奥氏体成分均匀化所需时间即可。在具体生产条件下，淬火加热时间常用经验公式计算，通过试验最终确定。加

13、热系数表示工件单位厚度需要的加热时间，其大小与工件尺寸、加热介质和钢的化学成分有关。装炉量修正系数x是考虑装炉的多少而确定的。装炉量大时，k值也应取得较大，一般由实验确定；工件有效厚度d的计算，可按下述原则确定：圆柱体取直径，正方形截面取边长，长方形截面取短边长，板件取板厚，套筒类工件取壁厚，圆锥体取离小头23长度处直径，球体取球径的06倍作为有效厚度d。4热处理的基本介绍 4.1退火的种类 4.4.1 完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些

14、工件的预先热处理。 4.1.2 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 4.1.3 去应力退火 去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 4.2淬火的冷却介子淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷

15、奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。4.3钢回火的目的 1 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。 3 稳定工件尺寸 4 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。 4.4加热缺陷及控制 4.4.1过热现象 我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降

16、。 1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。 2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使mns之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。 3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、

17、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。 4.4.2过烧现象 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。 4.4.3脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网

18、状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。 为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性） 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。4.5几种常见的热处理概念 1 正火：将钢材或

19、钢件加热到临界点ac3或acm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2 退火annealing：将亚共析钢工件加热至ac3以上2040度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 5 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 6 时

20、效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度 7 淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 8 回火：将经过淬火的工件加热到临界点ac1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺 9 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的

21、耐磨性和抗咬合性。 10 调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在hb200350之间。 11 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺 4.6回火的种类及应用 根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种： （一）低温回火（150250度） 低温回火所得组织为回火马氏

22、体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为hrc5864。 （二）中温回火（350500度） 中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为hrc3550。 （三）高温回火（500650度） 高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重

23、要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为hb200330。钢的氮化及碳氮共渗 钢的氮化（气体氮化） 概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。 它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。 氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。 氮化工件工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨氮化精磨或研磨。 由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机

24、械性能和氮化层质量。 钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于hv850）及耐磨性。 氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多。 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。4.7热处理应力及其影响 热处理残余力是指工件经热处理后最终残存下来的应力,对工件的形状,&127;尺寸和性能都有极为重要的影响。当它超过材料的屈服强

25、度时,&127;便引起工件的变形,超过材料的强度极限时就会使工件开裂,这是它有害的一面,应当减少和消除。但在一定条件下控制应力使之合理分布,就可以提高零件的机械性能和使用寿命,变有害为有利。分析钢在热处理过程中应力的分布和变化规律,使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义。例如关于表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。 一、钢的热处理应力 工件在加热和冷却过程中,由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。在热应力的作用下,由于表层开始温度低于心部,收缩也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，由

26、于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。这种现象受到冷却速度,材料成分和热处理工艺等因素的影响。当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积的膨胀,&127;工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力,心部受压应力,恰好与热应力相反。组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等因素有关。 5 检测

27、t8钢的性能：检测材料：t8钢含碳 c ：0.750.84；硅 si：0.35；锰 mn：0.40；硫 s ：0.030；磷 p ：0.035；铬 cr：允许残余含量0.25、0.10；镍 ni：允许残余含量0.20、0.12；铜 cu：允许残余含量0.30、0.20检测器材：箱式电阻炉，砂纸，砂轮，抛光机，手套，工件钳，水槽，光学显微镜，电子显微镜。检测步骤：首先取两个t8钢工件，将两个工件标号。将一号和二号工件放入温度为780的箱式电阻炉内。根据计算公式和工件的尺寸计算出工件的保温时间为18分钟。保温时间到时，将工件取出。注意，应迅速取出工件，以免对其它工件及炉壁产生氧化。取出工件之前要做好准备工作，戴上手套，拿好工件钳。一号工件进行预冷淬火。将一号工件用工件钳取出后置于空气中放置一段时间，然后放入水槽中上下垂直移动，直至工件完全冷却。二号工件进行单液淬火。将二号工件工件钳取出后