10钢的热处理工艺.ppt

第第1010章章 钢的热处理工艺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?钢的热处理工艺分类钢的热处理工艺分类:沈阳理工大学应用技术学院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n n大多数机器零件在制造过程中都安排有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，其工艺路线一一个预先的热处理工序，其工艺路线一般如下：般如下：n n毛坯（铸、煅）毛坯（铸、煅）预先热处理预先热处理切削加切削加工工最终热处理最终热处理第一节第一节 钢的退火与正火钢的退火与正火第二节第二节 钢的淬火与回火钢的淬火与回火第三节第三节 其他类型热处理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.退火第一节第一节 钢的退火与正火钢的退火与正火n n大多数机器零件在制造过程中都安排有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，其工艺路线一一个预先的热处理工序，其工艺路线一般如下：般如下：n n毛坯（铸、煅）毛坯（铸、煅）预先热处理预先热处理切削加切削加工工最终热处理最终热处理l退火目的:l调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的的硬硬度度为为170-250HB170-250HB。l 消除内应力和加工硬化，防止加工中变形。消除内应力和加工硬化，防止加工中变形。l 均匀组织、细化晶粒，为最终热处理（淬火）作均匀组织、细化晶粒，为最终热处理（淬火）作组织准备。组织准备。l (4)(4)对一些受力不大、性能要求不高的机器零件，对一些受力不大、性能要求不高的机器零件，可作为最终热处理可作为最终热处理l退火工艺的分类退火工艺的分类:（1 1）完全退火）完全退火 ：ACAC3 3以上以上20-30 20-30 O OC C，适用于亚共析钢。，适用于亚共析钢。其其目目的的是是细细化化晶晶粒粒、消消除除内内应应力力、降降低低硬硬度度以以改改善善切削加工性能。切削加工性能。低低碳碳钢钢和和过过共共析析钢钢不不适适于于完完全全退退火火！为什么？为什么？（2 2）等温退火）等温退火 等等温温退退火火的的加加热热工工艺艺与与完完全全退退火火相相同同。“等等温温”的的含含义义是是，发发生生珠珠光光体体转转变变时时是是在在ArAr1 1以以下下珠珠光光体体转转变变区区间间的的某某一一温温度度等等温温进进行行。等等温温退退火火能能有有效效缩缩短短退退火火时时间间，提提高高生生产产效效率率并并能能获获得均匀的组织和性能。得均匀的组织和性能。n n不完全退火是将铁碳合金加热到不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1Ac1Ac3Ac3或或Ac1Ac1AcmAcm之间温度，达到不完全奥氏体之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。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，加热温度为低硬度，加热温度为Ac1+(40Ac1+(4060)60)，保，保温后缓慢冷却。温后缓慢冷却。（3 3）不完全退火不完全退火（4 4）球化退火球化退火 球化退火主要用于过共析钢和合金工具钢。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。性能，为淬火作组织准备。获得粒状珠光获得粒状珠光体体。球化退火的加热温度一般为。球化退火的加热温度一般为AcAc1 1以上以上20203030。（5 5）均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）目的目的:消除化学成分不均匀现象消除化学成分不均匀现象扩扩散散退退火火的的特特点点:加加热热温温度度高高（一一般般在在AcAc3 3或或AcAccmcm以以上上150150300300），保保温温时时间间长长（10h10h以以上上）。因因此此，扩扩散散退退火火后后钢钢的的晶晶粒粒粗粗大大，需需要要进进行行一次正常的完全退火或正火处理。一次正常的完全退火或正火处理。（6 6）去应力退火）去应力退火 一般是将工件随炉缓慢加热至一般是将工件随炉缓慢加热至500500650650，经一段时间保温后随炉缓慢冷却，经一段时间保温后随炉缓慢冷却至至300300200200以下出炉。以下出炉。主要用来消除因变形加工及铸造、焊接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。的尺寸稳定性，防止变形和开裂。（7 7）再结晶退火）再结晶退火 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，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匀的等轴晶粒，这种热处理工艺称为再结晶退火。退火。其目的是消除加工硬化、提高塑性、改善切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削加工及成形性能。一般钢材的再结晶退火温度为温度为650-700650-700。n n 2.2.正火正火n n 正火正火的加热温度为的加热温度为AcAc3 3或或AcAccmcm以上以上30305050，保温以后的冷却方式在空，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，因度大，故珠光体的片层间距较小，因而正火后强度、硬度较高。而正火后强度、硬度较高。正火的应用正火的应用n1 1、改善低碳钢的切削加工性能；、改善低碳钢的切削加工性能；n2 2、消除中碳钢的热加工缺陷；、消除中碳钢的热加工缺陷；n3 3、消除过共析钢的网状碳化物，便于、消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火；球化退火；n4 4、提高普通结构件的力学性能。、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。l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 3、退火和正火的选用、退火和正火的选用n n退火或正火工艺的选择应当根据钢种，退火或正火工艺的选择应当根据钢种，冷、热加工工艺，零件的使用性能和经冷、热加工工艺，零件的使用性能和经济性综合考虑济性综合考虑n n1 1、c c 0.25%0.25%低碳钢通常采用正火替代退火低碳钢通常采用正火替代退火2 2、c c=0.25%=0.25%0.5%0.5%的中碳钢也可用正火代的中碳钢也可用正火代 替退火替退火4 4、c c=0.75%=0.75%以上的高碳钢或工具钢一般采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。渗碳体存在，则应进行正火消除。3 3、c c=0.5%=0.5%0.75%0.75%的钢采用完全退火的钢采用完全退火n n随着钢中随着钢中碳碳和和合金元合金元素素增加，过冷奥氏增加，过冷奥氏体稳定性增加，因此，正火后硬度高，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。不利于切削加工，应采用完全退火。n n对于对于合金元素合金元素特别高的钢，应采用高温特别高的钢，应采用高温回火来消除应力，降低硬度，改善切削回火来消除应力，降低硬度，改善切削加工性能。加工性能。n n另外，从使用性能的角度，若零件的受另外，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）即可提高或回火，正火（最终热处理）即可提高钢的力学性能。钢的力学性能。从经济性原则考虑，正火的生产周期短，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，应尽可能工艺性能的前提下，应尽可能用正火代用正火代替退火替退火。第二节第二节 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、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n n淬火应力包括热应力和组织应力n n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过共析钢的淬火加热温度通常为AcAc1 1以上以上303050?50?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。n n在一种冷却剂中淬火的方法称在一种冷却剂中淬火的方法称单液淬火单液淬火；n n而在两种冷却剂中而在两种冷却剂中淬火淬火的方法称为的方法称为双液淬双液淬火火。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?。淬透性定义淬透性定义:淬透区和未淬透区淬透区和未淬透区:半马氏体区半马氏体区:淬透性和淬硬性的区别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可用淬透性可用“末端淬火法末端淬火法”测定。测定。生生产产中中也也常常用用临临界界淬淬火火直直径径表表示示钢钢的的淬淬透透性性。所所谓谓临临界界淬淬火火直直径径，是是指指圆圆棒棒试试样样在在某某介介质质中中淬淬火火时时所所能能得得到到的的最最大大淬淬透透直直径径（即即心心部部被被淬淬成成半半马马氏氏体体的的最最大大直直径径），用用D Do o表表示示。在在相相同同冷冷却却条条件下，件下，D Do o越大，钢的淬透性越好。越大，钢的淬透性越好。钢的钢的淬硬性淬硬性是指淬火后马氏体所能达到的最高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。硬度，淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。二、回火二、回火 将将淬淬火火后后的的钢钢件件加加热热到到AcAc1 1以以下下某某一一温温度度，保保温温一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫回火回火。淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳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、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。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。广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。应用获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。提高e及s，同时使工件具有一定韧性。在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力。回火目的S回T回M回回火组织500-650350-500150-250回火温度高温回火中温回火低温回火适用于弹簧热处理 三三.淬火加热缺陷及防止淬火加热缺陷及防止 1.过热 2.过烧 3.氧化4.脱碳n n由于加热温度过高或时间过长造成奥由于加热温度过高或时间过长造成奥由于加热温度过高或时间过长造成奥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氏体晶粒粗大的缺陷氏体晶粒粗大的缺陷氏体晶粒粗大的缺陷n n淬火加热温度太高造成淬火加热温度太高造成淬火加热温度太高造成淬火加热温度太高造成奥氏体晶界出奥氏体晶界出现局部熔化或发生氧化的现象现局部熔化或发生氧化的现象n n淬火加热时工件与周围的氧等发生的淬火加热时工件与周围的氧等发生的淬火加热时工件与周围的氧等发生的淬火加热时工件与周围的氧等发生的化学反应化学反应化学反应化学反应n n淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧等发生反应生成含碳气体逸出等发生反应生成含碳气体逸出等发生反应生成含碳气体逸出等发生反应生成含碳气体逸出n n第三节第三节 其他类型热处理其他类型热处理n n钢的表面热处理钢的表面热处理n n化学热处理化学热处理n n形变热处理形变热处理 （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23HRC。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）（二）钢的化学热处理钢的化学热处理 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：要求的热处理工艺。基本过程：化学介质化学介质的分解；的分解；活性原子被钢件表面吸收和溶解；活性原子被钢件表面吸收和溶解；原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散原子由表面向内部扩散，形成一定的扩散层。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 3）渗碳后的热处理）渗碳后的热处理 渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、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。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 3钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗 碳氮共渗是同时向钢件表面渗入碳和氮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。氮共渗零件的性能介于渗碳与渗氮零件之间。（三）（三）钢的形变热处理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，提高钢的强韧性的重要手段之一。形变热处理高温形变热处理是把钢加热至奥氏体化，保温一段时间，在该温度下进行塑性变形，随后淬火处理，获得马氏体组织。高温形变热处理的应用？碳钢、低合金结构钢及机械加工量不大的锻件或轧材。根据性能要求，高温形变热处理在淬火后，还需要进行回火。高温形变热处理的塑性变形是在奥氏体再结晶温度以上的范围内进行的，因而强化程度（一般在1030之间）不如低温形变热处理大。低温形变热处理低温形变热处理低温形变热处理的应用？可用于结构钢、弹簧钢、轴承钢及工具钢 谢谢！谢谢！