10钢的热处理工艺.ppt

1、第10章 钢的热处理工艺,授课教师: 杨秀英,沈阳理工大学应用技术学院,钢的热处理工艺?,钢的热处理工艺分类:,沈阳理工大学应用技术学院,预备热处理 最终热处理,普通热处理 表面热处理 形变热处理,大多数机器零件在制造过程中都安排有一个预先的热处理工序，其工艺路线一般如下： 毛坯（铸、煅）预先热处理切削加工最终热处理,第一节 钢的退火与正火,第二节 钢的淬火与回火,第三节 其他类型热处理,退火是将钢加热到一定温度并保温一定时间以后，以缓慢的速度冷却下来，使之获得达到或接近平衡状态组织的热处理工艺。,1.退火,第一节 钢的退火与正火,大多数机器零件在制造过程中都安排有一个预先的热处理工序，其工艺

2、路线一般如下： 毛坯（铸、煅）预先热处理切削加工最终热处理,退火目的: 调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。 消除内应力和加工硬化，防止加工中变形。 均匀组织、细化晶粒，为最终热处理（淬火）作组织准备。 (4)对一些受力不大、性能要求不高的机器零件，可作为最终热处理,退火工艺的分类:,（1）完全退火 ：AC3以上20-30 OC，适用于亚共析钢。 其目的是细化晶粒、消除内应力、降低硬度以改善切削加工性能。 低碳钢和过共析钢不适于完全退火！为什么？,（2）等温退火 等温退火的加热工艺与完全退火相同。“等温”的含义是，发生珠光体转变时是在Ar1以下珠光体转变区间的某一温度等

3、温进行。等温退火能有效缩短退火时间，提高生产效率并能获得均匀的组织和性能。,不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1Ac3或Ac1Acm之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是消除内应力和降低硬度，加热温度为Ac1+(4060)，保温后缓慢冷却。,（3）不完全退火,（4）球化退火 球化退火主要用于过共析钢和合金工具钢。其目的是降低硬度、均匀组织、改善切削性能，为淬火作组织准备。获得粒状珠光体。球化退火的加热温度一般为Ac1以上2030。,（5）均匀化退火（扩散退火） 目的: 消除化学成分不均匀现象 扩散退火的特点:加热温度高（一

4、般在Ac3或Accm以上150300），保温时间长（10h以上）。因此，扩散退火后钢的晶粒粗大，需要进行一次正常的完全退火或正火处理。,（6）去应力退火 一般是将工件随炉缓慢加热至500650，经一段时间保温后随炉缓慢冷却至300200以下出炉。 主要用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。,（7）再结晶退火 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒，这种热处理工艺称为再结晶退火。 其目的是消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。一般钢材的再结晶退火温度为650-700。,2.正火 正火

5、的加热温度为Ac3或Accm以上3050，保温以后的冷却方式在空气中进行。由于正火比退火的冷却速度大，故珠光体的片层间距较小，因而正火后强度、硬度较高。,正火的应用,1、改善低碳钢的切削加工性能； 2、消除中碳钢的热加工缺陷； 3、消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火； 4、提高普通结构件的力学性能。,正火的目的 对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备。, 普通件最终热处理。 要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火 或正火,高碳钢用球化退火.,3、退火和正火的选用,退火或正火工艺的选择应当根据钢种，冷、热加工工艺，零

6、件的使用性能和经济性综合考虑,1、c 0.25%低碳钢通常采用正火替代退火,2、c =0.25% 0.5%的中碳钢也可用正火代 替退火,4、c =0. 75%以上的高碳钢或工具钢一般采用球化退火作为预备热处理。若有网状二次渗碳体存在，则应进行正火消除。,3、c =0.5% 0.75%的钢采用完全退火,随着钢中碳和合金元素增加，过冷奥氏体稳定性增加，因此，正火后硬度高，不利于切削加工，应采用完全退火。 对于合金元素特别高的钢，应采用高温回火来消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。,另外，从使用性能的角度，若零件的受力不大，性能要求不高，不必进行淬火或回火，正火（最终热处理）即可提高钢的力学性能。

7、,从经济性原则考虑，正火的生产周期短，操作简单，工艺成本低，在满足使用和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。,第二节 钢的淬火与回火,一、淬火 将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快速（大于临界冷却速度）冷却以获得马氏体（下贝氏体）组织的热处理工艺称为淬火。,1.淬火应力,淬火后工件的形状，尺寸都会发生变化，有的甚至产生淬火裂纹-淬火应力 当它超过材料的屈服强度时，便引起工件的变形，超过材料的强度极限时就会使工件开裂,淬火应力包括热应力和组织应力 淬火应力跟淬火加热温度、淬火冷却介质和冷却方式有关 。,2.淬火加热温度 淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以

8、便冷却后获得细小的马氏体组织。亚共析钢的淬火加热温度通常为Ac3以上3050；过共析钢的淬火加热温度通常为Ac1以上3050。,过共析钢的淬火加热温度通常为Ac1以上3050?,3.淬火冷却介质 常用的淬火冷却介质是水和油。水主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。油一般用作合金钢的淬火冷却介质。 为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火介质，主要用于分级淬火和等温淬火。,4.淬火方法 为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等，如图所示。,在一种冷却剂中淬火的方法称单液淬火；

9、 而在两种冷却剂中淬火的方法称为双液淬火。,等温淬火是将工件自加热炉中取出，在淬火需要温度的盐浴或油浴中淬火，并使其等温转变为所需要的组织。,分级淬火： 将工件从淬火温度直接冷却到M点以上某一温度，经适当时间的保温，然后取出空冷或油冷，以获得马氏体。,5.钢的淬透性,钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。其大小通常用规定条件下淬火获得淬透层的深度（又称有效淬硬深度）来表示.如何表示?。,淬透性定义:,淬透区和未淬透区:,半马氏体区:,淬透性和淬硬性的区别:,钢的淬透性用JHRC-d 表示，其中d表示淬透性曲线上测试点至水冷端的距离（mm）,HRC为该处的硬度值。,J 表示末端淬透性,淬透性

10、可用“末端淬火法”测定。,生产中也常用临界淬火直径表示钢的淬透性。所谓临界淬火直径，是指圆棒试样在某介质中淬火时所能得到的最大淬透直径（即心部被淬成半马氏体的最大直径），用Do表示。在相同冷却条件下，Do越大，钢的淬透性越好。 钢的淬硬性是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。,二、回火 将淬火后的钢件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫回火。 淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。,1.低温回火 低温回火的温度范围在150250之间。回

11、火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。 2.中温回火 回火温度范围为350500之间，回火后的组织为回火托氏体。中温回火后具有高的弹性极限，所以主要用于各种弹簧件。,3.高温回火 回火温度范围为500650之间，得到回火索氏体组织。高温回火使工件的强度、塑性、韧性有较好地配合，即具有高的综合力学性能。一般把淬火加高温回火的热处理称为“调质处理”。适用于中碳结构钢制作的曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等重要机器零件。,三.淬火加热缺陷及防止,1.过热,2.

12、过烧,3.氧化,4.脱碳,由于加热温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷,淬火加热温度太高造成奥氏体晶界出现局部熔化或发生氧化的现象,淬火加热时工件与周围的氧等发生的化学反应,淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧等发生反应生成含碳气体逸出,第三节 其他类型热处理,钢的表面热处理,化学热处理,形变热处理,（一）钢的表面淬火 表面淬火是将工件表面快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的热处理方法。（火焰表面淬火）,感应加热是利用电磁感应原理。 感应加热表面淬火的特点： 淬火温度高于一般淬火温度。 淬火后获得非常细小的隐晶马氏体组织，表层硬度比普通淬火高23

13、HRC。 表层存在很大的残余压应力。 无氧化、脱碳现象，且工件变形也很小。 易于实现机械化与自动化。感应加热淬火后，为了减小淬火应力和降低脆性，需进行170200低温回火。,（二）钢的化学热处理 化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使介质中的一种或几种元素原子渗入工件表面，以改变钢件表层化学成分和组织，进而达到改进表面性能，满足技术要求的热处理工艺。基本过程：化学介质的分解；活性原子被钢件表面吸收和溶解；原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散层。,1钢的渗碳 将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。其目的是通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的

14、硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。,（1）渗碳方法 渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。,（2）渗碳后的组织 常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为：过共析组织（珠光体+碳化物）、共析组织（珠光体）、亚共析组织（珠光体+铁素体）的过渡区，直至心部的原始组织。,（3）渗碳后的热处理 渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。,与渗碳相比，渗氮温度低且渗氮后不再进行热处理，所以工件变形小。 为了提高渗碳工件的心部强韧性，需要在渗氮前对工件

15、进行调质处理。,2钢的渗氮 渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。常用的渗氮方法有气体渗氮、离子渗氮、氮碳共渗（软氮化）等。生产中应用较多的是气体渗氮。,进入下一节,3钢的碳氮共渗 碳氮共渗是同时向钢件表面渗入碳和氮原子的化学热处理工艺，也俗称为氰化。碳氮共渗零件的性能介于渗碳与渗氮零件之间。,（三）钢的形变热处理,是把塑性变形（锻、轧等）和热处理工艺紧密结合起来的一种热处理方法。 由于它可以使钢同时受到形变强化和相变强化，因此可以大大提高钢的综合力学性能，另外，它还能大大简化钢件生产流程，节省能源，因而受到愈来愈广泛的重视，提高钢的强韧性