[原创精华]金属学与热处理大锻件热处理工艺培训课件

1、 论语论语学而篇学而篇v子曰：v“学而时习之，不亦说乎？有朋自远方来，不亦乐乎？人不知，而不愠，不亦君子乎？” v温故而知新，可以为师矣！学习目的：学习目的：将生产经验与理论知识相结合，将生产经验与理论知识相结合，以理论来指导生产，以理论来指导生产，以生产来验证理论！以生产来验证理论！大锻件大锻件热处理热处理工艺规范工艺规范制定原则制定原则正火正火回火回火（球化）退火（球化）退火数值模拟数值模拟v热处理定义：v对固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理方法热处理目的热处理对象 与与铸造、压力加工、焊接铸造、压力加工、焊接和和切

2、削加工切削加工不同，热处理不同，热处理不改变工件的形状和尺寸，不改变工件的形状和尺寸，只改变工件的性能只改变工件的性能，如提高材料的强度和，如提高材料的强度和硬度，增加耐磨性，或者改善材料的塑性、硬度，增加耐磨性，或者改善材料的塑性、韧性和加工性等。韧性和加工性等。外功！外功！内功！内功！热处理的四把火：热处理的四把火：退火、退火、正火、正火、淬火、淬火、回火回火热处理的原理：热处理的原理：钢在加热和冷却时其内部会发生组织转变。钢在加热和冷却时其内部会发生组织转变。 钢与钢与白口白口铸铁铸铁分界分界线线共析共析钢钢 正火：正火： 正火是将钢加热到临界温度以上，使钢正火是将钢加热到临界温度以上，

3、使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的然冷却的热处理方法。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶粒，网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶粒，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。火代替退火工艺是比较经济的。 退火：退火： 将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变却，称为退火。钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温

4、后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改塑性和韧性，改善切削加工性能。所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

5、 回火：回火： 将已经淬火的钢重新加热到一定温度，将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。配合使用。 淬火：淬火： 淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临

6、界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的钢的强度和硬度，但要减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。 大锻件锻后热处理的目的与作用：大锻件锻后热处理的目的与作用：1、消除锻造应力、降低表面硬度，提高切削、消除锻造应力、降低表面硬度，提高切削加工性能。加工性能。2、不进行最终热处理的工件，锻后热处理应、不进行最终热处理的工件，锻后热处理应使锻件达到产品技术条件所要求的各种

7、性能。使锻件达到产品技术条件所要求的各种性能。3、细化钢的奥氏体晶粒，消除粗晶，降低内、细化钢的奥氏体晶粒，消除粗晶，降低内部化学成分与金相组织的不均匀性。部化学成分与金相组织的不均匀性。4、除氢，防止和消除白点。、除氢，防止和消除白点。 1 1、使锻件尽快地、充分地由奥氏体转变为、使锻件尽快地、充分地由奥氏体转变为铁素体铁素体- -碳化物组织，这样做不仅有利于氢的碳化物组织，这样做不仅有利于氢的胶溶与扩散，而且有利于晶粒的细化与调整。胶溶与扩散，而且有利于晶粒的细化与调整。 实际应用：根据钢的过冷奥氏体稳定性并实际应用：根据钢的过冷奥氏体稳定性并充分考虑锻件成分与组织不均匀性的影响，合充分考

8、虑锻件成分与组织不均匀性的影响，合理确定锻件的理确定锻件的冷却速度冷却速度、过冷温度过冷温度及及过冷保温过冷保温时间时间等工艺参数。等工艺参数。 2 2、通过去氢退火将锻件中的氢降至极限氢、通过去氢退火将锻件中的氢降至极限氢含量以下并使其分布均匀，以免出现白点、氢含量以下并使其分布均匀，以免出现白点、氢脆待缺陷。脆待缺陷。 实际应用：实际应用：去氢退火温度通常在去氢退火温度通常在（6506501010），因退火与高温回火温度相近，因退火与高温回火温度相近，故有时将它们列在一起。故有时将它们列在一起。 冷却温度应足够慢，以减少锻件中的残冷却温度应足够慢，以减少锻件中的残余应力。余应力。 3 3、

9、经过一次或多次重结晶使晶粒细化、经过一次或多次重结晶使晶粒细化、组织改善、性能提高。组织改善、性能提高。 实际应用：实际应用：加热速度。在加热速度。在600600以下时，以下时，钢处于冷硬状态，要限制加热速度；在钢处于冷硬状态，要限制加热速度；在600600以上时则可以快些。另外，对于尺寸较大或合以上时则可以快些。另外，对于尺寸较大或合金元素较多的锻件，可以在金元素较多的锻件，可以在650650加一个保温加一个保温台阶，以减小锻件中的内外温差和内应力。台阶，以减小锻件中的内外温差和内应力。热装炉温度：热装炉温度：600650在可能的情况下，过冷温度应尽量低一些，以使在可能的情况下，过冷温度应尽

10、量低一些，以使转变更彻底和获得更细的组织。转变更彻底和获得更细的组织。对于多数碳钢和低合金钢，锻件的锻后热处理就对于多数碳钢和低合金钢，锻件的锻后热处理就是最终热处理。对于这类锻件锻后热处理中均需安排是最终热处理。对于这类锻件锻后热处理中均需安排一次正火和回火，以便获得必要的组织和性能。对于一次正火和回火，以便获得必要的组织和性能。对于高合金钢的性能较高的锻件，尽管还要最终热处理，高合金钢的性能较高的锻件，尽管还要最终热处理，锻后也要进行一次或多次重结晶，以改善锻件的组织锻后也要进行一次或多次重结晶，以改善锻件的组织和性能，为最终热处理准备良好的组织条件和提高锻和性能，为最终热处理准备良好的组

11、织条件和提高锻件的超声波探伤性能。件的超声波探伤性能。 4 4、在保证性能的情况下，尽量提高加热、在保证性能的情况下，尽量提高加热和冷却的速度，减少保温时间，以节约能源和和冷却的速度，减少保温时间，以节约能源和空间占用，并保证交货期。空间占用，并保证交货期。节能减排原则节能减排原则一、按白点敏感性对钢分类一、按白点敏感性对钢分类 铁素体、奥氏体及莱氏体级钢不产生白点，只有铁素体、奥氏体及莱氏体级钢不产生白点，只有珠光体、贝氏体及马氏体级钢才产生白点。钢的化学珠光体、贝氏体及马氏体级钢才产生白点。钢的化学成分对氢在钢中的存在形式、溶解度、扩散速度、氢成分对氢在钢中的存在形式、溶解度、扩散速度、氢

12、脆以及过冷奥氏体的转变动力学均有影响，因此各种脆以及过冷奥氏体的转变动力学均有影响，因此各种钢的白点敏感性差别很大，生产中常用钢按其白点敏钢的白点敏感性差别很大，生产中常用钢按其白点敏感性可以分为以下几组：感性可以分为以下几组：白点敏感性较低的碳素结构钢及低碳低合金钢。白点敏感性较低的碳素结构钢及低碳低合金钢。 如如20Cr20Cr、20MnMo20MnMo。白点敏感性中等的中碳低合金钢。白点敏感性中等的中碳低合金钢。 如如40Cr40Cr、35CrMo35CrMo。白点敏感性较高的中碳合金钢。白点敏感性较高的中碳合金钢。 如如40CrNi40CrNi、5CrNiMo5CrNiMo。白点敏感性

13、高的合金钢。如白点敏感性高的合金钢。如20Cr2Ni420Cr2Ni4。高碳工具钢锻后冷却进行球化处理，单独归为一高碳工具钢锻后冷却进行球化处理，单独归为一类。类。二、根据锻件材质、锻件订货条件以及热处二、根据锻件材质、锻件订货条件以及热处理目的选择合理的热处理方式理目的选择合理的热处理方式常用锻后热处理方式：常用锻后热处理方式：正火正火回火（高温回火）回火（高温回火）退火（球化退火）退火（球化退火）三、根据材质和锻件截面大小确定热处理工三、根据材质和锻件截面大小确定热处理工艺参数艺参数 根据第一条中对锻件材质分类，并综合锻根据第一条中对锻件材质分类，并综合锻件最大截面尺寸选择合理的热处理工艺

14、参数。件最大截面尺寸选择合理的热处理工艺参数。 主要参数：主要参数：温度（保温）温度（保温） 速度（升温、冷却）速度（升温、冷却） 时间（保温）时间（保温） 将钢加热到将钢加热到A AC1C1以上以上20302030，保温，保温一定时间，以不大于一定时间，以不大于50/h50/h的速度的速度随炉随炉冷却冷却，以得到，以得到球状珠光体球状珠光体组织的热处理组织的热处理工艺方法。工艺方法。一、定义一、定义温度温度冷却方式冷却方式热处理目的热处理目的组织特点：组织特点：将片层状的珠光体转变为将片层状的珠光体转变为呈球形细小颗粒的渗碳体，弥散分布在呈球形细小颗粒的渗碳体，弥散分布在铁素体基体之中。铁素

15、体基体之中。目的：目的：降低硬度，便于切削加工，防降低硬度，便于切削加工，防止淬火加热时奥氏体晶粒粗大，减小工止淬火加热时奥氏体晶粒粗大，减小工件变形和开裂倾向。件变形和开裂倾向。二、组织特点及目的二、组织特点及目的 用于共析钢及过共析钢，如碳素工具用于共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、滚动轴承钢等。这些钢、合金工具钢、滚动轴承钢等。这些钢在锻造加工以后必须进行球化退火才钢在锻造加工以后必须进行球化退火才适于切削加工，同时也可以为最后的淬适于切削加工，同时也可以为最后的淬火处理做好组织准备。火处理做好组织准备。三、应用场合三、应用场合退火和正火的加热温度范围及热处理工艺曲线退火和正火的加热温度范围及热处理工艺曲线 碳素工具钢的几种球化退火工艺碳素工具钢的几种球化退火工艺图图c曲线中