—热处理的基本方法精选资料PPT教案

1、热处理的基本方法精选资料热处理的基本方法精选资料 机器零件和工具一般要经过的加工过程： 选原料锻造 预先热处理 （退火和正火） 机械加工最后热处理第1页/共111页退火的定义退火的定义 退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。一、一、 退火、正火退火、正火第2页/共111页退火的目的退火的目的1、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工。、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工。2、细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做好组织准备。、细化晶粒，均匀组织，为后续热

2、处理做好组织准备。3、消除参与内应力，防止工件变形与开裂。、消除参与内应力，防止工件变形与开裂。退火的种类退火的种类按加热温度按加热温度在临界温度以上的退火在临界温度以上的退火（相变重结晶退火）（相变重结晶退火）完全退火完全退火不完全退火不完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火在临界温度以下的退火在临界温度以下的退火软化退火软化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火第3页/共111页第4页/共111页 将钢件或钢材加热到Ac3以上，使之完全奥氏体化，然后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺称为完全退火。定义目的 不宜过高，一般在Ac3以上2030，适用于0.30.6%C的中碳钢。退

3、火温度：第5页/共111页 (h)4/5 . 8 Q 一般较长。因为完全退火时加热温度超过Ac3不多，相变进行得较慢，特别是粗大铁素体或碳化物的溶解和奥氏体成分的均匀过程，均需要较长时间。保温时间：加热速度: 常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，加热速度100200/h。 常用结构钢、弹簧钢及热作模具钢钢锭，保温时间冷却速度： 缓慢，以保证奥氏体在Ar1点以下不大的过冷度情况下进行珠光体转变，以免硬度过高。第6页/共111页 完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧件，有时也用于焊件。 注意！第7页/共111页 将过共析钢工件加热到Ac1以上（2030），保温后，以极慢的冷速通过A1，使珠光

4、体P中的渗碳体和二次渗碳体成为球状或粒状的热处理工艺称为球化退火。定义目的第8页/共111页第9页/共111页第10页/共111页T12钢球化退火组织 F+Fe3C第11页/共111页注意：第12页/共111页（1）低于）低于Ac1点温度的球化退火。点温度的球化退火。（2）往复球化退火）往复球化退火周期退火，目的是加速球化过程。（3）一次球化退火）一次球化退火 目前生产上最常用的球化退火工艺，是不完全退火。退火前的原始组织为细片状珠光体，不允许有渗碳体网存在。球化退火工艺球化退火工艺：第13页/共111页 为了去除由于形变加工、锻造、焊接等所所引起的及铸件内存在的残余应力（但不引起组织的变化）

5、而进行的退火，称为去应力退火。定义退火温度 退火温度范围很宽。由于材料成分、加工方法、内应力大小及分布的不同，以及去除程度的不同，去应力退火的加热温度范围很宽。 钢500650；铸件500550；焊件500600。 去应力退火后，应缓慢冷却，以免产生新的应力。 一般在A1以下进行，组织并未发生变化，在缓慢冷却的过程中，工件各部分均匀冷却和收缩，消除了铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余内应力，避免在使用或随后的加工过程中产生变形或开裂第14页/共111页第15页/共111页名称名称目的目的工艺制度工艺制度组织组织应用应用完全完全退火退火细化晶粒，消除铸细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，造

6、偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加热到加热到AC32050，炉冷，炉冷至至550 左右空左右空冷冷 FP亚共析钢的亚共析钢的铸、锻、轧铸、锻、轧件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组织准备织准备加热到加热到AC12040，然后，然后缓冷缓冷片状珠光体和片状珠光体和网状渗碳体组网状渗碳体组织转变为球状织转变为球状共析、过共共析、过共析钢及合金析钢及合金钢的锻件、钢的锻件、轧件等轧件等去应力去应力退火退火消除残余应力，提消除残余应力，提高尺寸稳定性高尺寸稳定性加热到加热到500650 缓冷至缓冷至200

7、空冷空冷 无变化无变化铸、锻、焊、铸、锻、焊、冷压件及机冷压件及机加工件加工件第16页/共111页正正 火火（1）作为预备热处理工艺，为下续热处理工艺）作为预备热处理工艺，为下续热处理工艺 提供适宜的组织状态提供适宜的组织状态（2）作为最终热处理工艺，提供合适的机械性能）作为最终热处理工艺，提供合适的机械性能2、 钢的正火钢的正火 将钢加热到AC3以上温度并保温，出炉空冷至室温的热处理工艺。 由于正火比退火加热温度略高，冷却速度大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而正火后强度、硬度较高。（3）用来消除某些处理缺陷）用来消除某些处理缺陷第17页/共111页用正火作为性能要求的一般结构

8、件的最终热处理。亚共析钢采用正火来调整硬度，改善切削加工性能。 过共析钢的正火可消除网状碳化物。第18页/共111页3、 退火、正火后钢的组织和性能退火、正火后钢的组织和性能第19页/共111页 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为。以共析钢的奥氏体形成过程为例。 第20页/共111页 铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。 奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。第21页/共111页 渗碳体全部溶解完毕时，奥氏

9、体的成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的奥氏体。AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 331 第22页/共111页各种退火和正火工艺示意图各种退火和正火工艺示意图第23页/共111页 退火、正火后钢的组织差别退火、正火后钢的组织差别正火正火退火退火珠光体珠光体亚共析钢：亚共析钢：先共析铁素体少，珠光体数量较先共析铁素体少，珠光体数量较多，珠光体片间距较小，珠光体团的尺寸较小多，珠光体片间距较小，珠光体团的尺寸较小过共析钢：过共析钢：珠光体片间距较小及团的尺寸较珠光体片间距较小及团的尺寸较小，可以抑制先共析网状渗碳体的析出小，可以抑制先共析网状渗碳体

10、的析出亚共析钢：亚共析钢：先共析铁素体多，珠光体数量较先共析铁素体多，珠光体数量较少，珠光体片间距较大，珠光体团的尺寸较大少，珠光体片间距较大，珠光体团的尺寸较大过共析钢：过共析钢：珠光体片间距较大及团的尺寸较珠光体片间距较大及团的尺寸较大，有网状渗碳体存在大，有网状渗碳体存在第24页/共111页状态状态机机 械械 性性 能能bs%akMN/m2Kg/m2Nm/cm2Kgm/cm2退火退火正火正火64373965.675.435744136.44502120.953.576.054.976.55.67.8第25页/共111页由表可得出结论：第26页/共111页 生产上退火和正火工艺的选择应根据

11、钢种、冷、热的使用热加工工艺、零件的使用性能及经济综合考虑。第27页/共111页第28页/共111页第29页/共111页 退火和正火若由于加热或冷却不当时会出现一些异常组织，造成缺陷，常见的如下：(1)过烧： 由于加热温度过高，晶界被氧化，甚至晶界局部溶解，使工件报废。(2)黑脆：第30页/共111页第31页/共111页粗大的渗碳体粗大的渗碳体渗碳体网很宽渗碳体网很宽第32页/共111页第33页/共111页 当锉刀、铣刀完成机械粗加工后，当锉刀、铣刀完成机械粗加工后，为满足其使用性能，必须再提高它们的为满足其使用性能，必须再提高它们的强度、硬度并保持一定的韧性，以承受强度、硬度并保持一定的韧性

12、，以承受工作时受到挤压、摩擦和冲击。为此，工作时受到挤压、摩擦和冲击。为此，粗加工之后、精加工之前，还要对它们粗加工之后、精加工之前，还要对它们进行淬火和回火。进行淬火和回火。第34页/共111页第35页/共111页第36页/共111页为什么过共析钢淬火加热温度在Ac1 +3050 ，而不是Acm +3050？）第37页/共111页 加热时间加热时间=升温时间 + 心表温度一致时间 + 保温时间 加热介质对保温时间影响较大。保温时间：达到热处理工艺规范要求的恒温保温时间。保温时间 ： = K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)装炉量有关系数装炉量有关系数一般一般

13、K = 11.5加热系数加热系数,与钢种与钢种及加热介质有关及加热介质有关第38页/共111页2. 淬火工艺第39页/共111页单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1第40页/共111页二、 淬火介质理想淬火介质具备：高温慢冷；奥氏体鼻子温度快冷；马氏体转变慢冷。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf理想淬火冷却介质第41页/共111页二、 淬火介质第42页/共111页二、 淬火介质第43页/共111页第44页/共111页第45页/共111页常用的淬火冷却介质常用的淬火冷却

14、介质 名名 称称 最大冷却速度时最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温度所在温度/ 冷却速度冷却速度 /( s-1)650550 300200 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号锭子油号锭子油50012010050第46页/共111页单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时

15、间温度MsA1第47页/共111页n淬透性是钢的主要热处理性能。n是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。第48页/共111页 工件淬硬层与冷却速度的关系示意图工件淬硬层与冷却速度的关系示意图（a）零件截面的不同冷却速度）零件截面的不同冷却速度; （b）未淬透区的示意图）未淬透区的示意图ab第49页/共111页M量和硬度随深量和硬度随深度的变化度的变化如果工件中心在淬火后获得了50以上的M，则认为工件已经被淬透。第50页/共111页淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透未淬透淬透淬透HRCHRC第51页/共111页2、影响淬透性的因素决定因素决

16、定因素: :临界冷却速度临界冷却速度; ; 取决于取决于A A成分。成分。因此使因此使C C曲线右移的元素均使淬透性提高曲线右移的元素均使淬透性提高; ;奥氏体化温度越高奥氏体化温度越高, ,保温时间越长保温时间越长, ,则晶粒越粗大则晶粒越粗大, ,成分越均匀成分越均匀, ,过冷奥氏体越稳定过冷奥氏体越稳定,C,C曲线越向右移曲线越向右移, ,淬淬火临界冷却速度越小火临界冷却速度越小, ,钢的淬透性越好钢的淬透性越好第52页/共111页n同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。n淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较。是在尺寸

17、、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深度来进行比较的。 第53页/共111页n注意区别：注意区别： 淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性淬硬性淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能钢在理想条件下淬火后所能 达到的达到的最高硬度。最高硬度。影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%第54页/共111页 淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性: （两个完全不同的概念）（两个完全不同的概念）淬透性淬硬性钢 种小低碳素结构钢 ( 20 )小高碳素工具钢( T12A )大低低碳合金结构钢( 20Cr2Ni4A )大高高碳高合金工具钢( W18Cr4V )第55页/共

18、111页第56页/共111页hhDHD直观，准确，但繁琐直观，准确，但繁琐用于结构钢用于结构钢第57页/共111页临界直径D0 理想临界直径DiH值第58页/共111页第59页/共111页第60页/共111页dHRCJ即用即用 表示，表示，J 表示末端淬透性，表示末端淬透性，d 至水冷端距离至水冷端距离 HRC该处硬度值。该处硬度值。第61页/共111页马氏体马氏体索氏体第62页/共111页第63页/共111页高强螺高强螺栓栓柴油机柴油机连杆连杆齿齿轮轮第64页/共111页淬透性曲线应用求不同直径棒状工件截面上的硬度分布例：采用45Mn2制造50mm的轴，试求水淬后其截面上硬度分布曲线。第65

19、页/共111页第66页/共111页第67页/共111页静水中淬火静水中淬火静油中淬火静油中淬火第68页/共111页第69页/共111页第70页/共111页第71页/共111页第72页/共111页第73页/共111页第74页/共111页四、淬火缺陷第75页/共111页第76页/共111页四、淬火缺陷第77页/共111页四、淬火缺陷第78页/共111页第79页/共111页第80页/共111页4. 其它淬火缺陷 淬火硬度不足 氧化和脱碳 软点第81页/共111页第82页/共111页一、回火时钢的组织转变一、回火时钢的组织转变 随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化： 马氏体中碳原子偏聚（80100）

20、马氏体的分解（80250） 产物：M回 残余奥氏体的转变（200300） 产物：M回（主要）+ B下（微量） 碳化物析出和转变（250400） 产物：T回 相状态变化及碳化物聚集长大（400 ) 产物： S回第83页/共111页第84页/共111页第85页/共111页第86页/共111页第87页/共111页3.残余奥氏体分解（200-300 ） 淬火后的残余奥氏体是不稳定组织，在本阶段，残余奥氏体分解为低碳马氏体和碳化物，此组织为回火马氏体。第88页/共111页回火屈氏体 + + + + + + + + + （稳定的回火屈氏体）中碳钢： + + （稳定的回火屈氏体）低碳钢： + （稳定的回火屈

21、氏体）第89页/共111页回火索氏回火索氏体体第90页/共111页第91页/共111页硬度硬度第92页/共111页强度第93页/共111页三、合金元素对回火的影响三、合金元素对回火的影响提高钢的回火抗力提高钢的回火抗力第94页/共111页第95页/共111页引起二次硬化第96页/共111页四、回火脆性四、回火脆性 在某些温度区间回火时，钢的韧性显著下降的现象。第97页/共111页 第一类（低温）回火脆性:l是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。l这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。l除弹簧钢之外，其它零件淬火后应避免在250350回火。第98页/共111页第二类（高温）回火脆性：（500650） 是指淬火钢在500-650范围内回火后缓冷时出现的脆性。 回火后快冷不出现。多发生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢中， 是一种可逆性的回火脆性。 预防措施：（1）高温回火后，在水中快速冷却。 一般适用于较小截面的零件。（2）加入降低回火脆性倾向的元素Mo或W。 适用大截面零件或合金钢(如Cr-Ni钢等)。第99页/共