金属热处理及表面处理工艺规范

北京奇朔科贸北京奇朔科贸2局部金属材料热处理及外表处理工艺标准第一版编 写：赵贵波审 核：批 准：北京奇朔科贸2023年六月\l“_TOC_250006“热处理的工艺分类及代号 3根底分类 3附加分类 3热处理工艺代号 4图样中标注热处理技术条件用符号 7金属材料的热处理方法和应用目的 8钢的淬火 8热处理的过程方法和应用目的 9\l“_TOC_250005“局部金属材料的热处理标准 17\l“_TOC_250004“渗碳钢的热处理工艺 17\l“_TOC_250003“渗氮钢的热处理工艺 20\l“_TOC_250002“调质钢的热处理工艺 21\l“_TOC_250001“-弹簧钢的热处理工艺 23\l“_TOC_250000“轴承钢的热处理工艺 25合金工具钢的热处理工艺263.7 碳素工具钢的热处理工艺 29热处理的工艺分类及代号热处理的工艺分类由根底分类和附加分类组成。根底分类附加分类1.3.2.31.3.2.41.3.2.31.3.2.41.3.2.5热处理工艺代号根底分类工艺代号1.3.1.11.3.1.21.3.1.2附加分类工艺代号1.3.2.1 1.3.2.2 1.3.2.6北京奇朔科贸北京奇朔科贸9常用热处理工艺代号〔6〕〔6〕图样中标注热处理技术条件用符号金属材料热处理的过程方法和应用目的北京奇朔科贸北京奇朔科贸10钢的淬火〔3-4〕北京奇朔科贸北京奇朔科贸11北京奇朔科贸北京奇朔科贸12〔3-40〕北京奇朔科贸〔北京奇朔科贸〔3-40〕13北京奇朔科贸北京奇朔科贸18局部金属材料的热处理标准我公司目前常用的金属材料有：16Mn、20Cr、20CrMnTi、45#、40Cr、38CrMoAl、Cr12、Cr12MoV、GCr15、T10、65Mn等钢材。依据这些钢材不同的热处理特点，我们把它们分成五类，即：渗碳钢；渗氮钢；调质钢；弹簧钢；轴承钢；合金工具钢。渗碳钢的热处理工艺16Mn、20Cr、20CrMnTi等材料同为需渗碳后再进展淬火的钢材。它们有着大致一样的工艺路线：下料→〔锻造〕→正火→粗加工→渗碳→半精加工→淬火→磨渗碳钢的热处理除了渗碳、碳氮共渗外，还包括预备热处理及随后的淬火、回火处理。预备热处理低碳渗碳钢和中低淬透性的渗碳钢的预备热处理工艺大多承受正火工艺。对于高淬透性的材料的组织，削减带状偏析消退锻件的魏氏组织，为渗碳作组织预备。渗碳渗碳处理就是将工件放在增碳的活性介质中加热、保温〔一般在920°～950°子渗入钢件外表，以获得较高的碳浓度。随着保温时间的延长，碳原子不断向内部集中，形成肯定的渗层厚度，然后通过淬火获得高硬度的马氏体组织，并进展低温回火的操作过程。渗碳的目的是提高工件硬度、耐磨性及疲乏强度。按承受活性介质的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。固体渗碳混合而成的渗碳剂，密封后送入加热炉中渗碳。钢种〔内外〕后，钢种/mm碳素渗碳钢保温时间/h合金渗碳钢0.40～0.602.5～4.02～30.60～0.803.5～4.53～40.80～1.004.5～6.54～51.00～1.206.5～8.05～61.20～1.408.0～9.57～8液体渗碳与固体渗碳不同，液体渗碳所使用的设备是盐浴炉。〔NaCN〕为主成分，所以同时能渗碳亦能氰化，所以亦称为渗碳氰化〔Carbonitridin。C、N成分同时渗入，所以耐磨性佳。火，设备简洁，操作便利，适用于中小型工件及有不通孔的工件；但盐浴渗碳本钱高，且大多数盐浴有毒，对环境有污染，对操作者有危害，不适于大批量生产。气体渗碳气体渗碳是通过往氮化炉内不锈钢真空密封罐中通入氨气，加热到520当的时间，〔根据工件材质和渗层要求3-90小时不等〕使渗氮工件外表获得含氮强化层，得到高硬度，高耐磨性，高疲劳极限和良好的耐磨性。气体渗碳是目前应用较多的渗碳方法。气体渗碳所承受的炉子，一般有连续式无马弗炉和井式炉。一般中、小批量生产的工厂，密封加热，然后输入氢把有机液体(煤油、苯、酒精、丙酮等)滴入炉内。气体渗碳是比较完善和经济的渗碳方法，它的主要优点如下：①它不需要渗碳箱，零件直接加热，生产周期较短。②易于掌握渗碳气氛，产品质量较稳定。③便于直接淬火，便于实现自动化。④四周环境清洁，大大减轻劳动强度。但是，气体渗碳一般需要特地的设备，因而影响了普遍推广使用。同固体渗碳一样，工件渗碳层的深度与保温时间成正比，具体状况见下表：钢种钢种/mm碳素渗碳钢保温时间/h合金渗碳钢0.40～0.600.60～0.802～33～41.5～2.52.5～3.50.80～1.004～53.5～4.51.00～1.205～64.5～5.51.20～1.407～75.5～6.51.40～1.607～86.5～7.51.60～1.808～107.5～9.5北京奇朔科贸北京奇朔科贸21碳氮共渗在奥氏体状态下同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为主的热处理工艺为碳氮共渗。目前主要的碳氮共渗方法。气体碳氮共渗依据渗层深度的不同，分为薄层碳氮共渗〔≤0.3mm〕和厚层碳氮共渗〔＞0.3mm。薄层碳氮共渗的渗层深度较薄〔＜1mm3mm左右，用于承受载荷较大的工件。渗碳后的热处理生了较大的差异；同时长时间高温渗碳引起晶粒粗化，使工件的性能恶化。这些影响因素都给渗碳后的热处理造成了困难。所以在实际生产中，要依据工件渗碳淬火后的各种具体加工状况，分别实行不同的热处理方法。渗碳淬火后只进展磨削加工的可承受下面几种淬火方法：、渗碳后直接淬火低温回火〔160～200°×2～3h。bAr3之上〔一般是80～85°〕直接淬火低温回火160～200°×2～3h。〔20Cr20CrMnT，淬火介质为油或水—油双介质。低温回火160200°×2～3h820～850780～810°。该工艺处理的工件外表层耐磨性高，残留奥氏体少，淬火变形小。d冷处理低温回火160～200°使工件奥氏体转变，提高外表硬度，增加耐磨性。e、渗碳后感应淬火+低温回火〔160～200°〕渗碳淬火后进展切削加工的可承受下面淬火方法：渗碳后高温回火〔650～680°×6～8hCrNi渗碳冷却形成的马氏体和残留奥氏体分解，使渗层淬火残留奥氏体削减。渗氮钢的热处理工艺渗氮就是把氮原子渗入钢件外表，形成富氮硬化层的化学热处理过程。渗氮温度一般为较多，其中应用最广泛的为气体渗氮。我公司目前使用的渗氮钢主要有38CrMoLv，它的工艺路线一般为：锻造〔下料〕 正火〔退火〕 粗加工 调质 精加工 处理半精磨 渗氮 精磨渗氮前的预先热处理渗氮前的预先热处理包括正火〔退火、调质、去应力处理〔稳定回火〕正火〔退火，其目的是细化晶粒、降低硬度、消退锻造应力。调质处理，其目的是改善工件的加工性能，获得均匀的回火索氏体组织。去应力处理，对于外形简单周密零件，在渗氮前应进展1～2次去应力处理〔也称稳定回火，以削减工件在渗氮过程中的变形。渗氮前的预备工作污迹。防渗处理。对零件非渗氮局部，可用浸镀、刷镀的方法进展防渗氮处理。工件在进展渗氮前，外表质量应良好，不允许有脱碳层存在，以保证渗碳层的质量。装炉前要检查设备和渗氮夹具、电系统、管道、氨分解测定仪等，应能保证正常使用。与检查工件的渗氮层深度、外表硬度及金相组织。工件渗氮工艺参数的选择500～530°。渗氮温度越高，氮化物595°，则氮化物猛烈聚拢长大，外表硬度显著下降〕但渗氮温度也不行过低，假设渗氮温度过低，则渗氮速度慢。度和时间对渗氮层的深度和硬度有着不同的影响。调质钢的热处理工艺等材料同为低淬透性调质钢,它们有着大致一样的工艺路线：下料→退火〔或正火〕→粗加工→调质→精加工→淬火→磨调质钢的预备热处理〔退火或正火〕调质钢预备热处理的目的是降低硬度，细化晶粒，改善组织，防止白点产生。调质件的毛坯原始组织往往存在偏析、非金属夹杂物、晶粒粗大、带状组织缺陷等。这些缺陷的存在会影响其可加工性能和最终产品的力学性能，在热处理淬火过程中简洁引起变形和开裂。因此，调质件的毛坯在进展粗加工、调质前最好先进展预备热处理。直径或厚度大于100mm的工件〔大件没有内裂、白点等缺陷。45#钢的调质及最终热处理45#0.42～0.50。机械性能较好，冷、热加工性能都不错。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的构造零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。因其价格低、来源广，所以应用广泛。但，它的最大弱点是淬透性低，淬火性能差，所以截面尺寸大和要求比较高的工件不宜承受。45#钢的淬火加热温度45#A3+(30~50)℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度1/5。45#钢的淬火冷却方式4510%盐水溶液。工件入水后，应当淬透，但不是冷透，假设工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是由于当工件冷却到180℃左右时，奥氏体快速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应实行缓冷的方法。由于出水温度难以把握，须凭阅历操作，当水中的工件抖动停顿，即可出水空冷〔如能油冷更好〕。另外，工件入水宜动不宜静，应依据工件的几何外形，作规章运动。静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。45#钢的最终热处理淬火回火淬火回火牌号温度淬火硬度不同温度回火后的硬度值HRC/℃介质HRC150℃200℃300℃400℃500℃550℃600℃650℃45840水或油58≤58 5550 41 33 26 22—45#钢的回火工艺及其应用见下表：40Cr钢的调质及最终热处理40Cr0.37～0.44。具有很高的强度，良好的塑性和韧性，同时具Cr钢。40Cr钢的淬火加热温度40Cr钢的传统淬火加热温度在AC3(30～50)℃之间。但随着近年来亚温淬火工艺的消灭〔如东北重型机械学院〕反复试验后验证：在AC3四周加热淬火较传统加热温度淬火，调质后的冲击功还要高一些宜。温度不再提高是为了防止钢的晶粒粗化；温度不在降低是为了完全消退淬火钢中的先共析铁素体和为了获得成分均匀的奥氏体。保温时间：80min；冷却方式：油冷。40Cr钢的淬火加热保温时间内〔AC330～50℃〕AC3附加〔782℃〕，保温770℃时，保温时间要适当的长一些。40Cr40Cr开裂倾向小。但是对外形不简单的工件，也可以在水中淬火，只是操作者要严格把握入水、出水的温度。3.3.3.3 40Cr淬火回火淬火回火牌号温度/℃硬度HRC150200不同温度回火后的硬度值HRC300 400 500 550600650℃℃℃℃℃℃℃℃40Cr830～860油58≤5553514334322824弹簧钢的热处理工艺弹簧钢的主要性能要求是高的抗拉强度(σb)、弹性极限、屈强比〔σs/σb〕和高的疲乏强度〔σ N〕。弹簧钢包括碳素弹簧钢和合金弹簧钢。我公司主要使用的65Mn钢材为碳素弹簧钢〔也可称锰弹簧钢〕，下面我们就65Mn弹簧钢的热处理工艺做简单的阐述。65Mn弹簧钢的预备热处理65Mn弹簧钢的预备热处理为退火和正火处理工艺。65Mn弹簧钢的退火处理工艺为改善工件的切削性能，需要进展软化退火和球化退火处理，具体为：aAc1(726℃)以下，700℃±10℃加热退火。bAc1(726℃)上下循环加热—冷却退火。cAc1(726℃)Ar1以下等温之后冷却。退火之后的组织为球状珠180HBW。65Mn弹簧钢的正火工艺正火工艺来消退这些缺陷。正火工艺是：65Mn726/689765/741270/—780～840≤228820～860≤65Mn726/689765/741270/—780～840≤228820～860≤269变相临界点/℃退火正火钢号Ac1/Ar1Ac3/Ar3Ms/Mf加热温度/℃硬度HBW加热温度/℃硬度HBW65Mn弹簧钢的最终热处理工艺65Mn弹簧钢的淬火淬火温度Ac330～50℃,1.2～2min/mm计算，盐浴炉加热时间0.5min/mm2～3倍。3.4.2.1.1 淬火冷却65Mn40～10015mm。65Mn弹簧钢的回火处理回火温度淬火回火淬火回火不同温度回火后的硬度值HRC材料牌号温度/℃淬火硬度介HRC质780～ 57～65Mn 油840 64常用回冷火温却硬度150℃150℃200℃300℃400℃500℃550℃600℃650℃6158544739342925度范围/℃介质HRC350～空36～530气5065Mn弹簧钢的马氏体分级、贝氏体等温淬火工艺材料牌号淬火加热温度/℃等温温度/℃等温停留时间/minHRC65Mn820～850260～35015～3046～50Ac3+〔50～100〕℃，奥氏体化温度较常规的淬火加热温度高，保温之后转入等温淬火冷却介质中冷却。Ms〔270℃〕Bs、Bf点来确定。a、获得全贝氏体组织冷却：奥氏体化的弹簧钢工件在Ms以上等温停留，直至过冷奥氏体全部转变为下贝氏体，然后进展水冷或油冷。Ms20%～50%的下贝氏体，然后转入油冷或水冷，使剩余过冷奥氏体转变为马氏体组织。轴承钢的热处理工艺GCr15钢材为高碳铬轴承钢。预备热处理。高碳铬轴承钢的预备热处理包括正火和球化退火。GCr5900～950℃。当碳化物粗大时，温度选择930～950℃；900～920700℃，出油空冷。冷却速40～50℃/min，之后再进展球化退火处理。GCr5GCr5轴承钢球化退火工艺及硬度见下表：材料牌号退火温度/℃ 保温时间GCr15 710～810 依据装炉时间等状况3～6h之间选择冷却速度10～30℃/h炉冷至HBW170～207去应力退火去应力退火主要是用于消退工件加工应力或其它缘由引起的残留应力。去应力退火温度在Ac1〔760℃〕以下，常用工艺是加热到550～6504～8h60～80℃/h，冷却300℃以下就可以出炉空冷。承受提高温度的方式可以等效缩短加热保温时间。再结晶退火。再结晶退火主要是用于消退冷变形引起的加工硬化，提高塑性，为下一步4h550℃一下出炉空冷，也可以直接出炉空冷。GCr5轴承钢的最终热处理GCr5轴承钢的最终热处理的最终热处理工艺包括：淬火、冷处理、回火等。GCr5轴承钢在油中淬火后，心部硬度不低于60HRC时的最大淬透为¢23～25.淬火。轴承钢的热处理特点与其它合金钢整体热处理或外表热处理不同：Ac1〔760℃〕+〔30～50〕℃。b、加热保温时间。轴承钢淬火保温时间比一般合金工具钢的保温时间长，在盐浴炉加热时的加0.8～1.5min/mm〔或保护气氛炉〕中加热系数取1.5～2min/mm。这是轴承钢与并使奥氏体的成分均匀化。c、保护气氛选择。承受吸热式气氛及保护气氛，保证工件不脱碳不氧化。e、淬火介质和淬火冷却介质。GCr5轴承钢的直接淬火冷却介质一般选用一般淬火油、光亮淬火盐水-油双液淬火冷却介质。Mf〔－90℃〕MfMf回火而且要求精度高的轴承件应当承受两次回火。用于制造模具、工具时也应当进展两次回火，以保证工件的回火程度充分，防止磨削裂纹或置裂。淬火、回火后的加工中，由于工件的技术要求硬度为高硬度，在磨削或精车之后会产生额1～2次低于20～303h件置裂。淬火材料牌号温度淬火材料牌号温度/℃淬火硬度回火不同温度回火后的硬度值HRC常用回火温度范围/℃硬度HRCGr15835～850150～17061～65介质HRC150℃200℃300℃400℃500℃550℃600℃油≥6364615549413631合金工具钢的热处理工艺作模具钢,具有高淬透性、高耐磨性和热处理变形小的特点。Cr12的热处理工艺Cr12 但冲击韧性差。主要用作承受冲击负荷较小，要求高耐磨的冷冲模及冲头、冷切剪刀、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺纹滚模等。Cr12的淬火加热热到0钢须承受下述〔分级加热〕淬火加热工艺：300600～6500.5～2h800～850℃，0.5～2h950～9800.5～2h。注：具体保温时间视工件有效尺寸而定。3.6.1.1 Cr12的淬火冷却Cr的碳化物溶入奥氏体中，Cr200×300mm的工件均可在油中淬透，尺寸在20mm以下的小零件甚至在空气中冷却就可以淬硬。20mmCr1240～50℃20mm工件承受油淬；工件出炉后在空〕淬入油中，同时用压缩空气搅拌淬火油，当油150～180℃〔工件出油后冒白烟但不着火〕40～50℃马上入炉回火。Ac1〔810℃〕以上的预冷淬火有助于降低淬炽热应力，接近Ms(180℃)点时空冷可以降低马氏体转变时的组织应力。从而将工件的淬火变形、开裂倾向降至最小。3.6.1.1 回火淬火回火不同温度回火后的硬度值HRC淬火回火不同温度回火后的硬度值HRC材料牌号温度/℃淬火介质硬度HRC常用回火温度/℃180～200320～350硬度HRC60～62Cr12950～980油61～6457～58150℃200℃300℃400℃500℃550℃600℃650℃6361575553494439Cr12MoV的热处理工艺处理变形小等优点，常用于制作那些承受重负荷、生产批量大、外形简单的冷作模具，如冷冲、压印、冷镦、冷挤压模等。Cr12MoV钢一般有两种不同的热处理工艺，即一次硬化热处理方法和二次硬化热处理方法：1-2160～200℃，2～4h，回火次数以两次为宜，这样在加工过程中工件不宜开裂。二次硬化热处理方法是承受较高的淬火温度进展淬火，然后进展屡次高温回火，从而到达二次硬化的目的。经二次硬化，Cr12MoV钢会有较高的红硬性、耐磨性和回火稳定性，但强度和韧性会略微降低。一般淬火液用淬火油或硝盐浴，承受单液淬火或双液分级淬火。承受490～结合深冷处理即在淬火一次后进展-78℃480℃回火一次。钢的预备热处理Cr12MoV、大小及分布对钢的性能影响很大，尤其大块状尖角碳化物对钢基体的割裂作用较大，往往成为疲乏断裂的策源地。经过改锻，碳化物被击碎，偏析状况得到有效改善，但其形态还不抱负，且锻后硬度也偏高。因此Cr12MoV钢锻后常承受球化退火作为预备热处理，以获得均匀、细小的球形碳化物，降低硬度，改善切削加工性能，同时为后续淬火做好组织预备。当常规球化退火工艺效果不抱负时，可承受锻后调质处理，即锻后稍作停留，让奥氏体回复和开头再结晶，然后马上淬火，700~750℃回火。〔如不需锻造的工也可在粗加工后、或在精加工前增加一道调质工序〕3.6.1.2 钢的最终热处理钢的淬火Cr12MoV1000~1040℃，而调质的淬火温度可达1120℃，高的温度一方面促进了较小碳化物的完全溶解，另一方面也促进了大块碳化物尖角的局部溶解；而且，溶入基体的碳化物在随后高温回火过程中再度均匀弥散析出,善,有利于提高模具的强韧性。钢的冷处理HRC0.7倍以上。l~12h12h的力学性能比照，其中以钢深冷处理后的耐磨性、冷冲模具的正常失效形式主要是冲击磨损深冷试样的磨损量明显低于未深冷的试样，即耐磨性提高，在一样的热处理和磨损次数条件下，经深冷处理的抗冲击磨损性能明显提高。深冷处理可以促使马氏体(M)数量增加，剩余奥氏体晶粒变小。有资料指出，为了使裂纹不易产生，可以实行减小晶粒直径形成的工艺方法。深冷处理细化了奥氏体晶粒，转变了金属断TEM观看，觉察在原淬火马氏体晶粒内析出过饱和固溶体(M体)的轴比降低，即削减了马氏体晶格畸变能，因此有利于提高钢的韧性。微细碳化物的弥散分布还有利于弥散强化作用。深冷处理不仅提高了钢的强韧性、耐磨性、工件使用寿命，而且能稳定工件尺寸，改善加工精度及外表质量，挽救一些尺寸超负公差的零件。3.6.1.2.2 钢的回火钢的回火程度是很重要的指标，