钢的热处理普通和表面热处理讲稿.ppt

关于钢的热处理普通和表面热处理第一页，讲稿共四十六页哦供供应应窄窄带带钢钢行行业业热热处处理理设设备备第二页，讲稿共四十六页哦毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加工机械加工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火 ;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火 ;回火回火一般机械钢零件生产的工艺路线一般机械钢零件生产的工艺路线:因此,热处理是一种非常重要的加加工工方方法法，极大部分机械零件都必须经过热处理！第三页，讲稿共四十六页哦过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变CCTCCT曲线曲线C-continuousC-coolingT-transformationPs：AP开始线Pf：AP终止线K：珠光体型转变终止线Vk：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）M最小冷速Vk：下临界冷速完全P最大冷速第四页，讲稿共四十六页哦共共析析碳碳钢钢 TTT 曲曲 线线 与与CCT曲曲线的比较线的比较（1）CCT位于TTT曲线右下方 AP转变温度低一些，t长一些（2）CCT无AB转变 CCT测定困难，常用TTT曲线定性分析C曲线的应用曲线的应用第五页，讲稿共四十六页哦3.3 3.3 钢的普通热处理钢的普通热处理 将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却缓慢冷却的热处理的热处理工艺。工艺。退火工艺曲线退火工艺曲线3.3.13.3.1、钢的退火、钢的退火 目目目目的的的的:消消除除应应力力;降降低低硬硬度度;细细化化晶晶粒粒;均均匀匀成成分分;为为最最终终热热处处理理作作好好组组织准备。织准备。第六页，讲稿共四十六页哦1完全退火完全退火加热温度：加热温度：Ac3以上以上20-30度度组组织：织：P+F目目的：的：细化，均匀化粗大、细化，均匀化粗大、不均匀组织不均匀组织接近平衡组织接近平衡组织调整硬度调整硬度切削性切削性消除内应力消除内应力应用范围：应用范围：亚共折钢，共析钢，亚共折钢，共析钢，不适用于过共析钢。不适用于过共析钢。2球化退火（不完全退火）球化退火（不完全退火）加热温度：加热温度：Ac1以上以上20-40度度组组织：织：球状球状P（F+球状球状Cem）目目的：的：使使Cem球化球化HRC，韧性，韧性切削性切削性为淬火作准备为淬火作准备应用范围：应用范围：过共析钢，共析钢过共析钢，共析钢第七页，讲稿共四十六页哦第八页，讲稿共四十六页哦第九页，讲稿共四十六页哦加热温度：加热温度：1050-1150，10-20h,组织：组织：P+F或或P+Fe3CII目的：消除偏析目的：消除偏析后果：粗大晶粒后果：粗大晶粒（应用完全退火消除）（应用完全退火消除）4再结晶退火再结晶退火加热温度：加热温度：Ac1以下以下50-150度，度，或或T再再+30-50度度目的：消除加工硬化目的：消除加工硬化5去应力退火去应力退火500-6503扩散退火（均匀化退火）扩散退火（均匀化退火）第十页，讲稿共四十六页哦把把钢钢零零件件加加热热到到临临界界温温度度以以上上3050,保保温温一一定定时时间间,然然后后在在空气中冷却空气中冷却的的热处理工艺热处理工艺。3.3.23.3.2、钢的正火、钢的正火 （空冷）（空冷）第十一页，讲稿共四十六页哦（1）作最终热处理，普通结构钢零件）作最终热处理，普通结构钢零件 a.a.细化细化A A晶粒，组织均匀化晶粒，组织均匀化 b.b.减少亚共析钢中减少亚共析钢中F%P%F%P%，细化组织，细化组织强度，韧性，硬度强度，韧性，硬度（2）预先热处理）预先热处理 a.a.消除魏氏组织，带状组织；细化组织消除魏氏组织，带状组织；细化组织为淬火、调质作准备为淬火、调质作准备 b.b.使过共析钢中使过共析钢中FeFe3 3C CIIII使其不形成连续网状，为球化作准备使其不形成连续网状，为球化作准备（3）改善切削加工性能）改善切削加工性能（低碳钢）临界温度：Ac3Ac3或或Accm+30-50Accm+30-50 组织：组织：S+（F或或Fe3C）应用及目的：应用及目的：第十二页，讲稿共四十六页哦以以45#钢为例的正火工艺曲线：钢为例的正火工艺曲线：保温时间的经验公式:=KD(单位为单位为min,式中式中,K加热系数加热系数,一般一般K=1.5-2.0m/min,若装炉量大则可若装炉量大则可延长保温时间延长保温时间,D工件有效厚度工件有效厚度,单位为单位为m)操作步骤如下：操作步骤如下：入炉入炉保温保温出炉出炉空冷空冷第十三页，讲稿共四十六页哦三、退火、正火的选择三、退火、正火的选择 工具钢工具钢正火正火+球化退火球化退火结构钢结构钢正火正火返修件返修件退火退火正火：冷速快，材料组织细化，机械性能好。正火：冷速快，材料组织细化，机械性能好。1切削加工 低碳钢正火 中高碳钢完全退火 高碳钢、合金工具钢正火球化退火2作为最终热处理正火3为最终热处理提供良好的组织状态4.正火可替代完全退火以提高效率第十四页，讲稿共四十六页哦加热到加热到AC3、AC1相变温度相变温度以上，保温，以上，保温，快速冷却快速冷却M+A1 1淬火温度和时间的决定淬火温度和时间的决定亚共析钢Ac3+30-50度共析钢Ac1+30-50度过共析钢Ac1+30-50度A、保留一定的CemHRC，耐磨性B、A中C%M中C%M脆性C、A中C%M过饱和度残余A淬火温度过高淬火温度过高A粗大粗大M粗大粗大力学性能力学性能，淬火温度过高淬火温度过高A粗大粗大M粗大粗大淬火应力淬火应力变形，开裂变形，开裂3.3.3、淬火、淬火第十五页，讲稿共四十六页哦650以上，慢，减小热应力650-400，快，避免跨越C曲线400以下，慢，减轻相变应力理想淬火冷却曲线示意图理想淬火冷却曲线示意图不同淬火方法示意图不同淬火方法示意图2 2淬火介质淬火介质保证保证快速冷却快速冷却第十六页，讲稿共四十六页哦以以45#钢为例的淬火工艺曲线：钢为例的淬火工艺曲线：入炉入炉保温保温出炉出炉油冷油冷(或水冷或水冷)常用淬火方法：单介质、双介质、分级、第十七页，讲稿共四十六页哦二、钢的淬透性二、钢的淬透性1淬透性：淬透性：淬火条件下得到淬火条件下得到M组织的能力，取决于组织的能力，取决于VK（上临界冷却速度）（上临界冷却速度）2淬硬性：淬硬性：钢在淬火后获得硬度的能力，取决于钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M中中C%，C%淬硬性淬硬性第十八页，讲稿共四十六页哦3影响淬透性的因素影响淬透性的因素VK，C曲线曲线C%亚共析钢C%淬透性，过共析钢C%淬透性奥氏体化温度奥氏体化温度 Tt淬透性合金元素合金元素除Co%以外，C曲线右移，淬透性未溶第二相未溶第二相淬透性影响影响C曲线的因素曲线的因素第十九页，讲稿共四十六页哦（1）根据服役条件，确定对钢淬透性的要求；选材的依据（2）热处理工艺制定的依据；（3）尺寸效应。4淬透性的应用淬透性的应用第二十页，讲稿共四十六页哦3.3.4、钢的回火、钢的回火a.消除淬火应力，降低脆性；消除淬火应力，降低脆性；b.稳定工件尺寸，由于稳定工件尺寸，由于M，残余，残余A不稳定；不稳定；c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。1回火目的回火目的（淬火组织的问题）（淬火组织的问题）定义:把淬火后的零件重新加温到 A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到室温。第二十一页，讲稿共四十六页哦工艺参数及组织工艺参数及组织淬火淬火+高温回火高温回火=调质处理调质处理第二十二页，讲稿共四十六页哦2钢在回火时的组织转变钢在回火时的组织转变a.马氏体分解（马氏体分解（200以下）以下）：析出-Fe2.4C碳化物（亚稳定）回火组织：回火马氏体M过饱和固溶体十亚稳定碳化物（极细的)作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。b.残余残余A分解（分解（200-300）：AM（或AB下）组织：回火马氏体Mc.回火屈氏体回火屈氏体T形成（形成（250-400）：Fe3C;F维持M外形组织：回火屈氏体T(F+Fe3C)d.碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（400）组织：回火索氏体SF（等轴晶）+Fe3C（粒）e.碳化物碳化物Fe3C片片细粒状细粒状Fe3C。第二十三页，讲稿共四十六页哦3回火工艺组织一性能关系（及应用）回火工艺组织一性能关系（及应用）（1 1）低温回火（低温回火（150-250150-250）回火马氏体回火马氏体M降低淬火应力，提高韧性，保证高硬度（降低淬火应力，提高韧性，保证高硬度（HRC58-64HRC58-64）和耐磨性）和耐磨性 高碳的工具、模具、滚动轴承，渗碳与表面淬火的零件高碳的工具、模具、滚动轴承，渗碳与表面淬火的零件（2 2）中温回火（中温回火（350-500350-500）回火屈氏体回火屈氏体 T T 高弹性极限和屈服强度，一定的韧性，硬度一般为高弹性极限和屈服强度，一定的韧性，硬度一般为HRC35-45HRC35-45 弹簧弹簧 （3 3）高温回火（高温回火（500-650500-650）回火索氏体回火索氏体 S S 淬火高温回火淬火高温回火调质处理调质处理综合机械性能好(强度、韧性、塑性的配合)，硬度一般为HRC25-35 承受交变载荷，连杆、轴、齿轮等重要结构件承受交变载荷，连杆、轴、齿轮等重要结构件最终热处理最终热处理 精密量具、模具精密量具、模具预先热处理预先热处理第二十四页，讲稿共四十六页哦回火马氏体组织金相图回火马氏体组织金相图1、高碳回火马氏体：、高碳回火马氏体：强度、硬度高、塑性、韧性差2、低碳回火马氏体：、低碳回火马氏体：高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。第二十五页，讲稿共四十六页哦回火屈氏体组织金相图回火屈氏体组织金相图屈服强度与弹性极限高第二十六页，讲稿共四十六页哦42CrMo40045钢钢 400回火索氏体组织金相图回火索氏体组织金相图综合机械性能好（见下页）第二十七页，讲稿共四十六页哦正火与正火与调质处理调质处理的比较：的比较：4545钢钢 b b(MN/m(MN/m2 2)(%)a)(%)ak k(kJ/m(kJ/m2 2)HB )HB 组织组织 正火正火 700-800 12-20 500-800 163-220 700-800 12-20 500-800 163-220 细片细片S+FS+F调质调质 750-850 20-25 800-1200 210-250 750-850 20-25 800-1200 210-250 细粒细粒S S淬火淬火+高温回火高温回火调质处理调质处理第二十八页，讲稿共四十六页哦 200200度以下，度以下，HRCHRC不变。不变。200-300200-300度，度，M M分解，残余分解，残余A A转变为马氏体，硬度降低不大，转变为马氏体，硬度降低不大，高碳钢硬度高碳钢硬度,有一定的升高。有一定的升高。300300度，度，HRCHRC降低。降低。1 1、韧、韧 性：性：400400度开始升高，度开始升高，600600度最高。度最高。2 2、弹性极限：、弹性极限：在在300-400300-400度最高。度最高。3 3、塑、塑 性：性：在在600-650600-650度最高。度最高。4 4、高碳回火马氏体：、高碳回火马氏体：强度、硬度高、塑性、韧性差强度、硬度高、塑性、韧性差 6 6、低碳回火马氏体：、低碳回火马氏体：高的强度与韧性，硬度、耐磨高的强度与韧性，硬度、耐磨 性也较好。性也较好。7 7、回火屈氏体：、回火屈氏体：屈服强度与弹性极限高屈服强度与弹性极限高 8 8、回火索氏体：、回火索氏体：综合机械性能。综合机械性能。（4 4）回火温度与机械性能的关系回火温度与机械性能的关系第二十九页，讲稿共四十六页哦第三十页，讲稿共四十六页哦4合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响a.提高回火稳定性提高回火稳定性回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。b.增大增大回火脆性（见下页）回火脆性（见下页）回火脆性：指随回火温度升高时，在回火脆性：指随回火温度升高时，在250400和和450-650两两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。c.产生产生二次硬化（见下后页）二次硬化（见下后页）第三十一页，讲稿共四十六页哦（1 1）低温回火脆性低温回火脆性（250-400250-400）碳化物片沿碳化物片沿M晶界析出晶界析出避免在此温度回火避免在此温度回火（3 3）高温回火脆性高温回火脆性（450-650450-650）P等元素在原A晶界偏聚，慢冷时Cr、Ni等促进偏聚Mo等抑制偏聚减少减少P等杂质元素，等杂质元素，添加添加Mo等合金元素等合金元素第三十二页，讲稿共四十六页哦 二二次次硬硬化化效效应应：一一些些MoMo、W W、V V含含量量较较高高的的钢钢回回火火时时，硬硬度度并并不不随随回回火火温温度度的的升升高高单单调调降降低低，而而是是在在某某一一温温度度（约约400400）后后反反而而开开始始增增大大，并并在在另另一一更更高高温度（温度（550550）达到峰值。）达到峰值。如图钼钢合金如图钼钢合金第三十三页，讲稿共四十六页哦回火类型回火类型回火温度回火温度组织组织性能及应用性能及应用组织形态组织形态低温回火低温回火150250回火回火M（M）保持高硬度，降低脆性及保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件表面淬火及渗碳淬火件过饱和过饱和a-Fe+e碳化物碳化物中温回火中温回火350-500回火屈氏体回火屈氏体（T）硬度下降，韧性、弹性极硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度限和屈服强度，用于弹，用于弹性元件性元件保留马氏体保留马氏体针形针形F+细粒细粒Fe3C高温回火高温回火500-650回火索氏体回火索氏体（S）强度、硬度、塑性、韧性、强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。重要零件采用。多边形多边形F+粒粒状状Fe3C5回火工艺及其应用回火工艺及其应用 记注：淬火记注：淬火+高温回火高温回火调质处理调质处理应用很多应用很多应用很多应用很多第三十四页，讲稿共四十六页哦以以45#钢为例的钢为例的调质调质调质调质工艺曲线：工艺曲线：淬火淬火+高温回火高温回火调质处理调质处理第三十五页，讲稿共四十六页哦3.4 3.4 钢的表面热处理钢的表面热处理表面淬火：表面淬火：不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部热处理方法。热处理方法。一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火1原理原理 交变磁场交变磁场感应电流感应电流工件电阻工件电阻加热，集肤效应加热，集肤效应 表面加热表面加热2分类分类a.高频高频200-300KHz，淬硬深度，淬硬深度0.5-2mm小工件小工件b.中频中频2500-8000Hz淬硬深度淬硬深度2-5mm尺寸较大的工件尺寸较大的工件c.低低频频50Hz 淬硬深度淬硬深度10-15mm大型工件大型工件d.超音频超音频30-40KHz3钢种钢种 中碳钢和中碳低合金钢中碳钢和中碳低合金钢第三十六页，讲稿共四十六页哦a.加热速度快加热速度快几秒几秒几十秒几十秒b.加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度，脆性，脆性c.残余压应力残余压应力提高寿命提高寿命d.不易氧化、脱碳、变形小不易氧化、脱碳、变形小e.工艺易控制，设备成本高工艺易控制，设备成本高4特点特点锻造锻造退火式正火退火式正火粗加工粗加工调度调度精加工精加工表面淬火表面淬火低低温回火温回火（粗磨（粗磨时效时效精磨）精磨）5工艺路线工艺路线二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火第三十七页，讲稿共四十六页哦3.4.2 3.4.2 钢的化学热处理钢的化学热处理一、渗碳一、渗碳：AC3以上；以上；900950，低碳钢低碳钢1目的及应用目的及应用提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度和良好的塑性和韧性和良好的塑性和韧性气体渗碳法；固体渗碳法；真空渗碳法气体渗碳法；固体渗碳法；真空渗碳法2钢种钢种低碳钢，低碳合金钢低碳钢，低碳合金钢3加工工艺路线加工工艺路线锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火（直接淬火、一次淬火，二淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）次淬火）低温回火低温回火喷丸喷丸磨削磨削第三十八页，讲稿共四十六页哦（1）直接淬火）直接淬火（如图（如图a、b曲线）曲线）奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大。多，耐磨性低，变形大。只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。（2）一次淬火）一次淬火（如图（如图c曲线）曲线）心部要求高心部要求高AC3以上以上表面要求高，表面要求高，AC1以上以上30-500（3）二次淬火）二次淬火（如图（如图d曲线）曲线）第一次，改变心部组织第一次，改变心部组织AC3以上以上30-500第二次，细化表面组织第二次，细化表面组织AC1以上以上30-5004渗碳工艺渗碳工艺-组织组织-性能关系性能关系加热温度，保温时间渗碳层厚度第三十九页，讲稿共四十六页哦A3钢多元共渗渗层钢多元共渗渗层X40042rMo钢多元共渗组织钢多元共渗组织X400第四十页，讲稿共四十六页哦二、氮化二、氮化（含（含Al,Cr,Mo，V的钢）的钢）它系指在一定温度（一般在它系指在一定温度（一般在AC1）以下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工）以下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀性能，且因氮化温度低、变形小，因此艺。其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀性能，且因氮化温度低、变形小，因此在工艺中的应用也非常广泛。常用的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）在工艺中的应用也非常广泛。常用的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）等。等。气体氮化是将工件放在密封的炉内加热，并通入氮气。渗碳的加热温度低（小于气体氮化是将工件放在密封的炉内加热，并通入氮气。渗碳的加热温度低（小于Ac1温度，钢的组织处于铁素体状态），因此工件变形小、氧化脱碳少。温度，钢的组织处于铁素体状态），因此工件变形小、氧化脱碳少。气体氮化的原理：气体氮化的原理：氨气在氨气在300以上是便可以受热分解出活性氮原子，以上是便可以受热分解出活性氮原子，即：即：2NH33H2+2N活性氮原子被钢的表面吸收，形成固溶体和化合物。活性氮原子被钢的表面吸收，形成固溶体和化合物。第四十一页，讲稿共四十六页哦气体氮化的温度：气体氮化的温度：如果渗氮的目的是为了获得高的硬度、高耐磨性和高的疲劳强度，则氮化如果渗氮的目的是为了获得高的硬度、高耐磨性和高的疲劳强度，则氮化温度为温度为500570，氮化时间为，氮化时间为3050h。如果渗氮的目的是单纯提高零件的抗腐蚀性能，则氮化温度宜为如果渗氮的目的是单纯提高零件的抗腐蚀性能，则氮化温度宜为590720，。，。气体氮化的工艺路线：气体氮化的工艺路线：锻造锻造退火退火机械粗加工机械粗加工调质调质半精加工半精加工去应力退火去应力退火粗磨粗磨氮化氮化精磨精磨说明：说明：为保证零件的心部具有良好的综合力学性能，氮化前要经过调质处为保证零件的心部具有良好的综合力学性能，氮化前要经过调质处理；理；为减少在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。为减少在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。氮化作为最后工序氮化作为最后工序第四十二页，讲稿共四十六页哦钢的氮化层显微组织钢的氮化层显微组织400X钢的氮化层显微组织钢的氮化层显微组织第四十三页，讲稿共四十六页哦B-AlB-Al共晶组织（菊花状）共晶组织（菊花状）B-Al-W共晶组织（三角形）共晶组织（三角形）B-Al亚共晶组织亚共晶组织（树枝状）（树枝状）第四十四页，讲稿共四十六页哦作业作业阐阐述述退退火火、正正火火、回回火火、淬淬火火、调调质质、表表面面热热处处理理、化化学学热热处处理理的的概概念念、特特征征、种类和应用、目的，作对比种类和应用、目的，作对比热处理类型热处理类型种类种类概念特征概念特征目的目的适用范围与应用适用范围与应用退火球化退火不完全退火去应力退火第四十五页，讲稿共四十六页哦感感谢谢大大家家观观看看第四十六页，讲稿共四十六页哦