补充：钢的热处理.ppt

1、钢的分类,钢的牌号及其应用,1、碳素结构钢：,牌号：Q+屈服点数值。 例如： Q195， Q 275等。,用途：薄板，铁丝，钉，小轴，螺栓等。,2、优质碳素结构钢：,牌号：用两位数字表示，该数字表示钢中平均含碳量的 万倍。 例如： 08F，20，45，60等。,用途：用作各种较重要的机器零件。 如：齿轮、主轴等。,3、碳素工具钢 牌号：用“T”加数字表示，该数字表示钢中平均含 碳量的千倍。 如： T8， T9等。 T8：表示碳的平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 用途：用来制作各种刀具、量具和模具。 4、铸钢 用于浇注成铸件的钢。其强度高于各类铸铁，同时具有良好的塑性和韧性，适于制造形状复杂、

2、强度和韧性要求高的零件，如火车轮、大齿轮等。其牌号如：ZG200-400。,4、合金钢的牌号,1)合金结构钢的牌号 a)低合金结构钢 “Q”屈服点数值质量等级（A、B、C、D、E）。如：Q345、Q390等 b)合金结构钢 两位数字+合金元素符号+数字 前两位数字表示平均含碳量的万倍，后面数字表示合金元素的百倍。如20CrMnTi,40Cr等。 2)弹簧钢 如：60Si2Mn 3)滚动轴承钢 如：GCr15 4)合金工具钢 如：W18Cr4V,铸铁 铸铁是碳质量分数大于2.11%、并常含有较多的硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。 按石墨形态分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁 1）灰铸铁

3、牌号：HT+三位数字，数字表示最低抗拉强度。如：HT150， HT200，HT250 热处理方式：1、消除内应力退火： 2、高温退火：消除白口组织 3、表面淬火：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度。 用途： 承受较大载荷和较重要的零件。如：气缸、底座、床身,2）球墨铸铁 牌号：用“QT”标明，其后两组数值表示最低抗拉强度和延伸率。如: QT420-10、QT600-2、QT800-2 热处理方式：(1)退火:改善切削加工性能，消除铸造应力 (2)正火: 细化组织，提高强度和耐磨性。 (3)调质处理: 只适合于小尺寸铸件。 (4)等温淬火:获得高强度和超高强度、防止变形和开裂。 用途： 承受冲击振动

4、的零件。如：曲轴、涡杆,钢的普通热处理,“四把火”（退火、正火、淬火、回火）的工艺过程； “四把火”对零件加工和使用的影响和作用。,退火 完全退火，等温退火，扩散退火，球化退火，去应力退火，再结晶退火 目的： 1）降低钢件硬度，利于切削加工， HB=160230，最适于切削加工，退火后HB恰在此中； 2）消除残余应力，稳定钢件尺寸并防止变形和开裂； 3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能； 4）为最终热处理（淬火，回火）做组织上的准备。,1.完全退火 定义：是将亚共析碳钢加热到Ac3线以上约2060C，保温一定时间， 随炉缓慢冷却到600C以下，然后出炉在空气中冷却。 目的：均匀组织、细化晶

5、粒、消除内应力、降低硬度 用途：亚共析成分碳钢。,2.等温退火 定义：等温退火与完全退火加热温度完全相同，只是冷却的方式有差别。等温退火是以较快的速度冷却到A1以下某一温度，保温一 定时间是奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷。 目的：同完全退火，但能够得到更为均匀的组织和硬度。 用途：中碳钢和中碳合金钢铸、焊、锻、轧制件等,3.球化退火 定义：将过共析钢加热到AC1以上约2040C保温一定时间，然后缓慢冷却到700C后出炉空冷。 目的：降低硬度，改善切削加工性能，为淬火做好准备。 用途：多用于共析或过共析成分的碳钢和合金钢。,4.去应力退火（低温退火） 定义：将工件缓慢加热到600650C，保温

6、一定的时间，然 后随炉缓慢冷却到200C再出炉空冷。 目的：用于消除工件中的残余应力。 用途：铸件，锻件，焊接件，冷冲压件以及机加工件,正火 将钢件加热到临界点（Ac3，Acm）以上，进行完全奥氏体化，然后在空气中冷却，这种热处理称正火，正火的目的与退火相同，只是温度高于退火，冷却速度快。 1.正火工艺： 低碳钢加热温度为Ac3以上100150C 中碳钢加热温度为Ac3以上50100C 高碳钢加热温度为Ac3以上3050C 2.正火的应用 1.对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加 工性能； 2.对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理 3.对高碳钢，可为球化退火作准备,一 普通热处理的作用

7、,改善材料的切削加工性能； 提高材料的力学性能，保证零件安全运行。,退火和正火,退火 ：采用炉冷，冷却速度很低,球状珠光体,2 正火（采用空冷，冷却速度较快）,目 的 低碳钢：调整硬度（适当增加硬度），利于切削； 过共析钢：消除网状二次渗碳体，利于珠光体球化。 中碳钢：普通零件的最终热处理；,淬火 首先将钢加热到临界点（c3,Ac1）以上，经过一段时间的保温使钢奥氏体化，然后再以大于临界冷却速度k进行快速冷却，从而发生转变的热处理工艺，称淬火。 目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。它是强化钢材最主要的热处理方法。 1.淬火温度 亚共析钢 tAc3+(3070)C 共析钢，过共析钢

8、 tAc1+(3070)C 2.淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水等。 3.淬火方法:单液淬火、双液淬火、分级淬火等。,过冷度较小时，获得片层间距离较大的珠光体组织，“P”,过冷度稍大时，获得片层间距离较小的珠光体组织，又称索氏体，“S”；,过冷度更大时，获得片层间距离更小的珠光体组织，又称托（屈）氏体，“T”；,珠光体的性能：P的性能取决于片层间的距离，片层间距离越小，塑性变形，强度，硬度越高。 珠光体转变属于高温转变,贝氏体转变属于中温转变,回火 将淬火钢重新加热到A1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称回火。回火是紧接淬火之后的一道热处理工序。 目的： 1改变淬火组织

9、，获得工件所需的组织。 2稳定尺寸，从而保证工件在使用过程中不再发生形状和尺寸的改变。 3消除淬火内应力。,1.低温回火（150250C） 组织：低温回火的组织为回火M； 目的：是在于保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火内应力和脆性， 以免使用是崩裂刀具或过早损坏，它主要用于高碳的切削刀具，量 具，冷冲模具，滚动轴承。渗碳体回火后硬度一般为HRC58-64。 2.中温回火（350500C） 组织：中温回火所得组织为回火屈氏体； 目的：是为了获取较高的屈服强度，弹性极限，较高的韧性，主要用于处 理各种弹簧和模具的热处理，回火后的硬度HRC3550。 3.高温回火（500650C） 组织：高温回

10、火所得组织为回火索氏体； 目的：是为了获得强度，硬度和塑性，韧性较好的综合机械性能；,三 淬火和回火（最终热处理）,淬火（采用水冷、油冷，冷却速度很大） 目的：获得马氏体 工艺：加热保温水冷（油冷）,常用的淬火介质 : 水、 盐水、 油,钢的淬透性（钢的一种性能） （1）定义：钢在淬火时获得马氏体的能力。 （2）淬透性的测定：临界直径法，顶端淬火法 （3）影响淬透性的因素：合金元素，碳含量 （4）选材与淬透性,理想淬火介质,一般规律 1）表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致；如螺栓、连杆、锻模、锤杆（承受拉压载荷） 选用淬透性高的钢； 2）表面心部力学性能不一致（表面强度硬度

11、要求高一些，心部塑性韧性要求高），组织可以不一致。如轴类零件，冷镦模具、齿轮。 选用淬透性低的钢。 3）焊接件：选用淬透性低的钢。,3 回火（与淬火配合）,（1） 定义：将淬火钢重新加热至A1（727C)温度以下的某个温度，保温一定时间后冷却至室温的工艺操作。 （2）目的：降低马氏体的脆性，增加塑性韧性。 稳定组织。 降低内应力。 调整钢的硬度。,（3）回火的类型,低温回火 温度：1502000C ； 得到的组织：M回（过饱和铁素体 + e碳化物）,性能：高硬度、高耐磨性，内应力、脆性降低。 应用：高碳钢、高碳合金钢制造的工具和模具、滚动轴承； 渗碳和表面淬火零件.(Wc 0.6%),中温回火

12、 温度：3505000C ； 得到的组织：T回（针叶状铁素体 + 极细小颗粒渗碳体组成） 性能：高强度、硬度，高的弹性极限及屈服强度； 具有一定的塑性、韧性； 应用：Wc = 0.50.7%碳钢、合金钢制造的各种弹簧。,高温回火 温度：500-6500C， 组织：S回（由等轴状的铁素体和球状渗碳体组成） 性能： 具有适当的强度、硬度和足够的塑性、韧性（即良好综合性能）。 应用：用于Wc为0.30.5%的中碳钢和合金钢制造的轴、连杆、螺栓等。,生产上将淬火和高温回火称为“调质处理”。 一般规律：随回火温度，强度、硬度，塑性韧性。,回火温度与力学性能,钢的表面热处理,表面热处理的目的、分类 常用的

13、表面热处理工艺 表面热处理的典型零件,一、基本概念,目的：使零件具有“表硬心韧” 的性能特点。,表面淬火：表面与心部的成分一致，组织不一样。 1 工艺： 将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。,火焰加热表面淬火,材料及典型零件 中碳钢（Wc 0.40.5%）, 如40、45钢机床齿轮、轴等零件。,常用的表面淬火方法,淬硬层深度：26mm 优点：方法简便；无需特殊设备；适用于单件、小批量零件； 缺点：需要操作熟练，否则造成质量不稳定,应用： 轧钢机齿轮、轧辊； 矿山机械齿轮、轴； 机床导轨、齿轮；,感应

14、加热表面淬火 淬硬层与频率有关： 0.22mm，高频感应加热（1001000KHZ） 28mm，中频感应加热（0.510KHZ）； 1015mm，工频感应加热（50HZ） 特点：淬火质量好，表层组织细、硬度高、脆性小、生产效率高、便于自动化，缺点是设备昂贵，劳动条件差。,激光加热表面淬火 工艺： 将高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加热到奥氏体区，依靠工件本身热传导迅速自冷而获得一定淬硬层的工艺操作。 硬化层：12mm 应用：汽车、拖拉机汽缸套、汽缸、活塞环、凸轮轴等零件； 特点：淬火质量好，组织超细化，硬度高、脆性极小、工件变形小、不需要回火、节约能源、无污染、效率高、便于自动化，

15、但是设备昂贵 。,四、表面化学热处理（表层与心部的成分、组织都不同）,1 工艺: 将工件置于某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中的某些元素渗入工件表层以改变工件表层的化学成分和组织，从而达到“表硬心韧”的性能特点。,2 可渗的元素： 渗碳、氮、碳氮共渗（C、N、CN） 渗硼 、铬 (B、Cr ） 渗铝、硅 (Al 、Si) 渗硫(S),热处理：渗碳 + 淬火 + 低温回火 组织表层：高碳回火马氏体 + 碳化物 + A 组织心部：F + P 或者M回（低碳）+ F +A,典型零件工艺路线的制定,1 轴类零件（机床主轴）,（1）分析工作条件：承受中等交变扭矩载荷、交变弯曲载荷或者是拉压载荷；局部（轴颈、花键）承受摩擦和磨损。 （2）失效形式：疲劳断裂，轴颈处磨损（主要方式）；冲击过载断裂等（偶尔发生）,（3）性能要求：高的疲劳强度；良好的综合性能； 局部高硬度； （4）中碳钢或者中碳合金钢： 45 （40Cr）,（5）工艺路线： 下料 锻造 正火 粗加工 调质(淬火+ 高温回火) 局部表面淬火+ 低温回火 精磨 成品；,（6）组织：表面：回火马氏体 心部：回火索氏体,2 齿轮（低碳钢、表面渗碳） (1)工