钢的热处理工艺

1、第三章钢的热处置工艺热处置工艺：将工件放入一定的介质中加热、保温、冷却，经过改动组织来控制其性能的操作；制定根底： 热处置原理种类： 普通热处置退火、正火、淬火和回火 外表热处置外表淬火和化学热处置 形变热处置位置：. 钢的退火 可作为：预备热处置和最终热处置；钢的退火定义： 钢加热到临界点Ac1以上或以下，保温后随炉慢冷以获得近于平衡形状的组织的工艺。目的： 消除铸锻焊件的内应力； 均匀成分、组织，细化晶粒； 消除内应力和加工硬化； 改善钢的成型性、切削加工性； 为淬火作组织上的预备；.种类： 按加热温度分如图重结晶退火完全退火分散退火不完全退火球化退火低温退火再结晶退火去应力退火 按冷却方

2、式分：等温退火和延续退火. 退火工艺 、完全退火定义：将钢加热到c3以上一定温度，获得完全的、均匀的奥氏体后缓冷，得到近于平衡组织的热处置工艺过程称为完全退火。目的： 消除组织缺陷； 细化晶粒、均匀组织、消除内应力；降低硬度、改善切削加工性。 适用钢种： 0.30.6%C的亚共析钢主要缺陷：锻件和焊接件的魏氏组织、晶粒粗大、带状组织，低碳钢和过共析钢不适用。.工艺参数：加热温度：2030原那么：得到单相，又防止晶粒粗大保温时间：在箱式炉中：单位: min, K=1.5 2.0min/mm，D:工件有效厚度: mm)对锻、轧材：=(3 4)+(0.2 0.5)Q (单位: h , Q为装如量，单

3、位为t冷却方式：炉冷，600 以后出炉空冷组织：性能：硬度低，塑性好；.、等温退火： 定义：将钢奥氏体化后，根据硬度要求快冷到低于r的某一温度，等温停留到转变完成，再空冷；适用：中碳0.250.6%C合金钢 优点：缩短了工艺周期；保证工件内外在同一温度转变； 缺陷：大件、大批量不适 目的：A转变为P 工艺参数：等温温度、等温时间、冷却；. 、亚共析钢的不完全退火：定义：将钢加热到c以上3050、保温、得到不完全奥氏体后，缓冷得到近于平衡组织的热处置工艺。目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，减小内应力，改善切削加工性适用钢种：亚共析钢中无大缺陷工艺参数：加热温度C12030, 加热时间、冷却同上

4、。优点是节能、节时. 、球化退火定义：将钢中的碳化物转化为球状或粒状的一种不完全退火工艺过程目的：降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，为淬火作预备。适用钢种：共析钢、过共析钢、合金工具钢。工艺参数：球化前要消除网状碳化物； 加热温度：2030 加热时间：普通为24小时或按公式计算 冷却速度：炉冷或Ar1以下20 长时间等温， 600 以后出炉空冷。 .工艺类型： 普通球化退火、等温球化退火、循环球化退火留意：普通球化退火效果较差，等温球化退火效果较好，循环球化退火的效果最正确，但思索消费本钱，普通用等温球化退火，本钱不高效果又好。. 、分散退火均匀化退火定义：将钢锭或锻件加热到稍低于固相线以下

5、某温度长时间保温，然后缓冷以消除化学成分的不均匀景象，称为分散退火。目的：均匀成分，均匀组织适用钢种：中、高合金钢工艺参数：加热温度：Ac3Acm+150300碳钢 1100 1200 ；合金钢 1200 1300 保温时间：与钢种和偏析程度有关， 3060min/25mm 或1.52.5min/mm 按装炉量Q计算：./小时 ：装炉量吨，普通为； .问题：普通分散退火加热温度高，时间长，晶粒会粗大，分散退火之后要进展一次完全退火或正火来进展细化晶粒，消除过热缺陷。周期长、能耗大、氧化脱碳严重、本钱高 故：有时可采用完全退火来替代。. 、去应力退火定义：为消除铸锻焊件的内应力而进展的退火叫作去

6、应力退火。目的：去应力，稳定尺寸，防止变形和开裂。工艺：加热温度：小于Ac1，500650，铸件为500550，焊件为500600大焊件用火焰或工频感应加热部分退火。保温时间：由工件的尺寸和装炉量决议。钢3min/mm，铸铁6min/mm。冷却：缓冷，以免产生新的应力。. 7、再结晶退火定义：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，使变形的晶粒转变为均匀细小的等轴晶粒而消除加工硬化的热处置工艺过程。工艺：加热温度：T 再150250 T 再：与成分、变形度有关，纯铁：450 钢：650700。保温时间：1-3h。冷却方式：空冷。中间退火或最终热处置。.2 钢的正火正常化或常化定义：将钢加热到c3

7、或cm以上的某温度，完全化后，保温，空冷以得到珠光体类型的组织，称为正火。目的：改善切削加工性能：消除热加工缺陷；普通构造件：要求不高，可以作为最终热处置来运用；. 适用钢种：碳钢，低、中合金钢； 工艺参数： 加热温度：c3或cm3050 对一些合金钢，c3100150； 原那么：晶粒不粗化的前提； 加热时间：工件烧透，采用阅历公式即可，与成分、 原始组织、装炉量和加热设备。 冷却：空冷、风冷、. 正火后的组织： 含碳量0.6：少量； 含碳量在0.61.4之间： 正火的本质： 奥氏体化加伪共析转变； 正火与退火的比较： 本质上：正火是退火的一个特例； 共同点：；分散型相变，得到软韧组织 不同点

8、：工艺上，组织上，性能上；.正火的运用改善钢的切削加工性含碳低于0.25%的-HB140-190；消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作预备 抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。消除热加工缺陷中碳构造钢铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、带状组织提高普通构造件的机械性能. 退火和正火的选取原那么0.25的低碳钢，采用正火，利于切削加工；防止游离三次渗碳体的析出，提高工件的冷变形性。0.250.5的中碳钢，也采用正火，因本钱低；.5.75%的中高碳钢，普通采用完全退火；.75% 的高碳钢，普通采用球化退火，便于降低硬度，改善切削加工性。 5 含碳量、合金元素高，奥氏体稳定高，缓冷得到马氏体

9、和贝氏体，应高温回火。.3钢的淬火定义： 将钢加热到临界点c3或c1以上的某温度，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却以获得马氏体或下贝氏体组织的热处置工艺叫做淬火。目的：强硬化；工艺特点： 关键：加热温度、冷速足够大； 带来的问题：内应力；.1、淬火应力 1)热应力：工件加热或冷却时由于内外温差导致热胀冷缩不一致而产生的内应力。将工件加热到Ac1以下保温后快冷，其外表和心部温度及热应力。影响要素:冷速、加热温度、截面尺寸、导热系数、线膨胀系数。.2)组织应力 工件在冷却过程中，由于内外温差呵斥组织转变不同时，引起内外比容的不同变化，而产生的内应力。 奥氏体-珠光体-贝氏体-马氏体，比容逐渐增大

10、，体积膨胀。 与热应力正好相反。外表：压拉影响要素：化学成分、冶金质量、钢件构造尺寸、导热性、冷速、淬透性等。.3)实践工件的淬火应力组织应力和热应力的迭加，很复杂。与钢中的碳和合金元素、工件尺寸、 淬火介质、冷却方法有关；C%高，马氏体的比容提高，组织应力提高； C%高，Ms点下降，组织应力下降。总之，含碳量越高，组织应力越大。合金元素：导热性下降，热、组应力均添加。奥氏体越稳定，组织应力越大。工件尺寸：大，心部不易得到M，热应力越大。淬火介质：高温区冷却快，热应力大；Ms点 冷却快，组织应力大。减小工件淬火应力的方法： 温差减小。.2、淬火加热温度：原那么：得到均匀细小的组织，以便冷却后得

11、到均匀细小的马氏体组织；亚共析钢：c33050共析、过共析钢：c13050合金钢: 低合金钢：c1或c3+ 50100 ； 高合金钢：温度更高； 思索合金元素的作用，淬火加热温度应相应提高，以使合金元素的作用充分发扬亚共析钢组织 :细小板条M +少量剩余奥氏体；过共析钢组织:隐晶M 细小碳化物剩余奥氏体.淬火加热温度选取缘由： 假设亚共析钢于c3以下温度淬火，在淬火组织中将出现铁素体，呵斥软点；也不能超越Ac3太多，否那么晶粒粗大。 假设过共析钢于cm以上温度淬火，奥氏体的含碳量提高，Ms和Mf点降低，将使剩余奥氏体量添加，导致淬硬性的降低；同时，粗化，将会在淬火组织中出现粗大的片状高碳孪晶马

12、氏体，添加钢的脆性。例：球状珠光体的T8钢分别在600 、780 、1000 淬火：.4、淬火冷却介质对淬火介质的要求： 冷速大于临界淬火速度； 理想的冷速； 无毒、无公害； 价钱廉价、性能稳定； 慢650快慢400 ; 图为理想淬火介质冷却曲线。3、淬火加热时间： 原那么：保证零件内外到达规定的温度， 完成组织转变；. 常用冷却介质：表10-1所示：水：中-慢，低-快。 运用温度：； 适用于：尺寸不大，外形简单的碳钢工件盐水、碱水：中-快，低-快。运用温度：；适用于：碳钢、低合金钢；油： 中-慢，低-慢运用温度：；适用于：合金钢；低温硝盐：50%KNO3+50%NaNO2;熔点：145；运用

13、温度：160500;适用于：油淬不硬，水淬开裂的碳钢；.、常用淬火方法单液淬火法：图适用：外形简单、尺寸较大的工件；优点：简便、易于实现机械化；缺陷：易变形、开裂；预冷淬火法双液淬火法水淬油冷：图优点：减少变形；缺陷：难以控制；分级淬火法：冷却介质为低温盐浴、碱浴.图适用：尺寸较小，外形复杂的工件；优点：减小内应力，减小变形、开裂；缺陷：工件尺寸不能太大；. 等温淬火法：在点以上一定温度等温一定时间，获得下贝氏体的操作。图 等温温度：； 等温时间：根据曲线确定； 优点：变形小，不开裂，可不回火； 适用：尺寸小，薄厚不均，要求强度高、 韧性好的工件； .、钢的淬透性：如图1) 淬透性概念：钢在淬

14、火时获得马氏体的才干大小，普通用在一定的条件下淬火获得的淬透层深度来表示。 淬透层淬硬层：冷却速度大于临界淬火速度，淬成马氏体的部分；淬透层确实定：由外表到半马氏体处的厚度；缘由 如图钢中半马氏体的硬度主要取决于含碳量，如图影响淬硬层深度的要素： 、成分 、介质的冷却才干、工件尺寸.2) 影响淬透性的要素：过冷奥氏体的稳定性； 留意:淬透性与淬透层深度的区别： 淬透性是钢的固有属性，钢的成分一定，那么钢 的淬透性就定了。淬透层深度工件外表到半 马氏体区的间隔与详细条件有关； 留意:淬硬性与淬透性的区别： 淬硬性：钢淬火时，获得的的最高硬度钢 淬火时的硬化才干；取决于M中的含碳量 . 3)淬透性

15、的测定方法临界淬火直径法：是指钢在某种淬火介质中能完全淬透心部马氏体的体积分数为50%或90%、95%的最大直径Dc。 Dc越大，钢的淬透性越好。条件是淬火介质一样。Dc油 Dc水-，但- 概念直观，但测定费时费力。 意义：选择钢种、热处置工艺、淬火介质。末端淬火法 奥氏体化后，迅速放入实验安装。水温20-30，水柱高为655mm，两侧各磨去0.2-0.5mm，隔1.5mm。.根据淬透性曲线，通常用JHRC/表示钢的淬透性，例如，40/6表示在淬透性带上距末端6处的硬度为HRC40。钢的淬透性对机械性能的影响：淬透的钢回火后性能由外表到心部都一致；没淬透的钢，回火到与同一硬度时，表心组织不同，

16、性能不同，心部的强度和韧性低；选材时应留意：淬透性、变形、开裂。. 4钢的回火定义： 将淬火钢加热到以下某温度，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式空冷冷却到室温的热处置工艺过程称为回火。类型： 低温回火 、中温回火、 高温回火.、低温回火： 回火温度：150250的回火； 回火组织：回火马氏体 性能特点：坚持马氏体的高硬度和高耐磨性， 适当的提高了韧性； 适用：刃具、量具、滚动轴承、渗碳件及 高频外表淬火的工件。 特点：较高的硬度和强度.、中温回火：回火温度：回火组织：回火屈氏体性能特点：高的弹性极限适用：弹性元件的热处置.、高温回火：回火温度：50060回火组织：回火索氏体性能特点：综

17、合机械性能优良适用：各种轴类、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、 机床主轴及齿轮的热处置；调质处置：淬火高温回火；.、工艺参数： 回火时间：；如图所示； 回火冷却：空冷对于存在高温回脆的工件： 空冷水冷、油冷低温回火 回火温度：所要求的硬度越高，回火温度越低； 高合金钢在600-680 软化退火。. 三、淬火加热的缺陷 、过热：概念：加热温度过高、保温时间过长，呵斥的粗大的晶粒组织；危害：淬火裂纹；体粗大；补救方法：延伸回火时间轻；退火后重新加热淬火严重 、过烧：概念：加热温度过高呵斥的部分晶界熔化景象。危害：设备失灵只能报废：. 、氧化：概念：工件外表与O2、H2O、CO2等反响生成了 氧化铁，使金

18、属铁被损失掉；加热温度570 ，Fe3O4致密; 570 ，FeO松散。危害：尺寸、性能不均、光洁度防止：低温短时加热；盐浴加热、维护气氛加热或刷涂料； .、脱碳： 概念：工件外表的碳参与反响而烧损； C-Fe+O2=CO2， C-Fe+ CO2=2CO C-Fe+H2O=CO+H2 ，C-Fe+ 2H2=CH4 危害：硬度、耐磨性、疲劳性。 防止：改动炉内气氛碳势；维护加 热或刷涂料。.5其它类型的热处置 一、钢的形变热处置定义： 将塑性变形和热处置有机的结合在一同的一种复合热处置工艺优点： 强 、塑、韧、节能分类： 高温形变热处置、低温形变热处置：.1、高温形变热处置 性能：强度高， 塑

19、性、低温韧性都提高 适用：普通碳钢、低合金钢 强韧化缘由：.、低温形变热处置 适用：合金钢 性能：提高抗拉强度和疲劳强度强化缘由：晶粒、亚晶细化、K细小、孪晶减少。缺陷：工艺难.二、钢的外表淬火概念：将工件外表快速加热到淬火温度，迅速冷却后，使工件外表层获得淬火组织的热处置方法。目的：表硬心韧；种类：感应加热外表淬火火焰加热外表淬火电解液加热外表淬火电接触加热外表淬火激光加热外表淬火.、感应加热外表淬火概念:利用电磁感应景象，在工件外表产生密度很高感生电流，使工件外表迅速被加热的一种淬火方法。普通,电流的频率越高，加热深度就越小，加热速度越快。.种类:高频加热外表淬火 电流频率：801000K

20、Hz，硬化层深度：0.5mm； 适用：中小模数齿轮、小轴中频加热外表淬火 电流频率：25008000Hz；硬化层深度： 36mm； 适用：曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、钢轨工频加热外表淬火 电流频率：50Hz；硬化层深度: 1015mm 适用：大直径钢材、大工件。.特点:加热速度快;工件外表构成隐晶马氏体，压应力，有利于疲劳寿命的提高;硬度、耐磨性比普通淬火的耐磨性高;不易产生氧化和脱碳，变形小；消费率高，易于实现自动化消费。 6 设备费用高。. 工艺：淬火加热温度：AC3150200，不保温冷却：喷水；低温回火：150180，降应力。 预处置：对于心部性能要求高的零件:调质处置;对于心部性能要求

21、不高的零件:正火处置； 适用：中碳钢、中碳合金构造钢；.三、钢的化学热处置定义： 将工件放入某种化学介质中，经过加热、保温暖冷却使介质中的某些元素的原子分散到表层中，以改动表层的化学成分和组织，从而使其表层具有与心部不同的特殊性能的一种操作。优点：可获得表硬心韧的性能；分类：根据渗入元素的不同，可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等；. 根本操作： 将工件加热到一定温度，从而有利于吸收 渗入元素的“活性原子；由化合物分解或离子转变而得到渗入元素的“活性原子；例如：渗碳CO、CH4分解出C；渗氮氨气分解出N。 活性原子被吸附，并溶入工件外表，构成固溶体，在活性原子的浓度很高时，还可以构成化合物； 渗入原子

22、在一定温度下，由表层向内分散，构成一定的分散层；.1、钢的渗碳：定义：向钢的外表层渗入碳原子的过程。目的：使工件在热处置后外表具有高硬度和高耐磨性，而心部仍坚持一定的强度和较高的塑性和韧性；分类：气体渗碳法、固体渗碳法、液体渗碳法；适用: 低碳钢；.1.1 气体渗碳法：将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂如：滴入煤油、通入甲烷、丙烷等，在900950加热，保温、使钢件外表层增碳的过程；. 1.1.1 气相反响： CH4C+2H2；2COC+CO2；CO+H2C+H2O； 活性碳原子溶入高温奥氏体中，而后向钢的内部分散，实现渗碳； 1.1.2 工艺参数：加热温度：Ac3以上5080，即900950，T渗碳速度渗碳层； 但温度过高，会使钢件中的晶粒长大，使钢变脆；保温时间：所需的渗碳层渗碳时间；. 1.1.3 渗碳后的组织:低碳钢渗碳后缓冷： 外表层：P+Fe3C；渗碳后表层的最正确含碳量为：0.851.05% 心部:F+P心部为原资料的含碳量：010.25% 中间为过渡层, 越接近外表铁素体越少;如图 .1.1.4 渗碳后的热处