钢的热处理工艺.ppt

1、钢的热处理,Heat-Treatment of Steel,1. 热处理：将固态金属或合金通过加热、保温和冷却的方法改变内部组织，从而获得所需性能的一种工艺。,2.热处理工艺过程： 加热、保温、冷却三环节。,在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。,热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。,模具、滚动轴承100%需经过热处理。 总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。,3. 根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：,一、钢在加热时的组织转变,G,P,Q,S,E,A,F,F+A,A+Fe3C,P,F+P

2、,P+Fe3C,临界点：钢在固态下发生组织转变的温度线。,A1,0.0218,0.77,2.11,A1线（PSK）,A3线（GS）,Acm线（ES）,一、钢在加热时的组织转变,G,P,Q,S,E,A,F,F+A,A+Fe3C,P,F+P,P+Fe3C,Ac3,Accm,Ac1,Ar3,Ar1,Arcm,A1,0.0218,0.77,2.11,临界点：钢在固态下发生组织转变的温度线。,A1线（PSK）,A3线（GS）,Acm线（ES）,实际加热时的临界点： Ac1、Ac3、Accm 实际冷却时的临界点： Ar1、Ar3、Arcm,2. 钢的奥氏体化,加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在

3、A1以下加热，不发生相变；另一种是加热到临界点以上，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。,共析钢加热时的奥氏体化过程：,亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析F 或Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。,加热的目的：实现奥氏体化 （完全奥氏体化、 部分奥氏体化）,完全奥氏体化温度,亚共析钢,共析钢,过共析钢,:Ac3,:Ac1,:Accm,部分奥氏体化温度,亚共析钢,过共析钢,:Ac1Ac3,:Ac1Accm,预先热处理 : 退火 ; 正火,最终热处理 : 淬火 ; 回火,一般零件生产的工艺路线:,一、钢的整体热处理工艺,(一)

4、退火 (anneal),将钢加热到一定温度，保温后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。 1. 退火目的,降低硬度，便于切削加工。 提高塑性，便于冷变形加工。 消除内应力，防止零件变形和开裂。 (4) 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。,真空退火炉,(二) 正火 (normalizing) 正火是将亚共析钢加热到Ac3+3050，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢 加热到Accm+3050保温 后在静止空气中冷却的工艺。 正火比退火冷却速度大。 共析钢正火后的组织： 索氏体S,正火温度,1.正火目的： 1)提高硬度，改善切削加工性能； 2)细化组织和消除过热缺陷； 3)消除和减少网状渗

5、碳体，提高钢的综合机械性能。 2.应用: 1）用于低碳钢或低合金钢改善切削加工性能。 2）用正火代替中碳钢、中合金钢的大直径或形状复杂零件的调质处理。 3）用正火代替工时很长的铸、锻件的完全退火。 4）作为球化退火之前的预先热处理。,2. 退火的分类,退火,重结晶 退 火,低温 退火,完全退火,扩散退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火,根据钢的成分和处理目的的不同，可分为,碳钢的各种退火、正火加热温度范围,正火的冷却速度较快，得到的组织比较细小，强度和硬度也稍高一些。,2.常见退火工艺,(三) 淬火 (quenching),淬火是将钢加热到临界点以上，保温后急速,冷却的热处理工艺。 淬火是应

6、用最广的热处理工艺之一。 淬火目的是为了获得马氏体组织，提高钢的硬度。,真空淬火炉,1.淬火温度,(1) 亚共析钢,淬火温度为 Ac3+(30-50),(2) 共析、过共析钢 淬火温度为Ac1+(30-50),2.淬火介质,理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。,常用淬火介质是水和油。,3.常用淬火方法,单液淬火,双液淬火,分级淬火,等温淬火,M+A,M+A,M+A,B下,3.淬火方式 单液淬火（a） 双液淬火（b） 分级淬火（c） 等温淬火（d） 冷处理： 实质零下淬火 目的：减少残余奥氏体量，

7、 提高硬度和稳定零件尺寸。,4.钢的淬透性,淬透性：淬火条件下得到M组织的能力。,其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。,淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%T)的深度。,影响淬透性的因素,钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk。Vk越小，淬透性越高。 Vk取决于C曲线的位置。C曲线越靠右，Vk越小。,因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素。即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化的条件越有利，C曲线位置越向右移，钢的淬透性越好。,（四）钢的回火 (temper),回火是指将淬火钢加热到A1以下一定温度保温后在静止空气中冷却的工艺。 1. 回火的目

8、的 减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。,获得良好的综合力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。,螺杆表面的淬火裂纹,2.回火工艺及应用,记住：淬火+高温回火调质处理,40钢力学性能与回火温度的关系,淬火钢硬度随回火温度的变化,回火时的性能变化 回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。,3.回火脆性：冲击韧性aK降低的现象。,钢的表面热处理 目的：表硬里韧 途径： 一、只改变表面组织（表面淬火） 二、同时改变表面化学成分和组织（表面化学热处理）,1. 钢的表面淬火,表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏

9、体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。,适用材料：中碳钢、中碳合金钢、铸铁,种类： 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火,1）火焰加热表面淬火,优点：设备简单，使用方便、灵活； 缺点：容易过热，淬火质量不够稳定。 用于单件或小批生产的大型零件，局部淬火的零件,2）感应加热表面淬火,优点：加热速度快，生产效率高，淬硬层可控制、工艺质量稳定；易实现机械化和自动化 缺点：成本高 适用于形状简单、成批生产的零件。,2. 钢的表面化学热处理,表面化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。,渗碳 渗氮 碳氮共渗,渗碳 适用材料：低碳钢、低碳合金钢 热处理：淬火+低温回火 渗氮（氮化） 适用材料： 含Cr、Mo、Al的合金钢 （38CrMoAlA）,其他热处理,一、激光热处理 二、气相沉积技术 三、无氧化加热 1.真空热处理 2.保护气氛中加热,其他热处理,四、强