钢的热处理工艺要点优秀PPT.ppt

结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺供供应应窄窄带带钢钢行行业业热热处处理理设设备备结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 教学内容教学内容5.1钢的退火与正火工艺5.2钢的淬火与回火5.3钢的表面热处理5.4钢的化学热处理一般要求一般要求 1.钢在加热和冷却时组织转变的机理；2.各种热处理的具体工艺过程；3.钢在加热和冷却过程中产生的缺陷.结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 1.钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；2.本质晶粒度与实际晶粒度的含义，限制晶粒度大小的因素；3.共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。4.非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素；5.奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变更和最终性能的影响；6.各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变更，用途和适用的钢种，零件的范围。重点掌握重点掌握结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 5 51 1 钢的退火与正火工艺钢的退火与正火工艺一、退火一、退火 （将钢件加热到适当温度，保温确定时（将钢件加热到适当温度，保温确定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。）间，然后缓慢冷却的热处理工艺。）退火工艺曲线退火工艺曲线结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 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，匀整化粗细化，匀整化粗大、大、不匀整组织不匀整组织接近平衡组织接近平衡组织消退内应力消退内应力应用范围：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度度应用范围：应用范围：过共析钢，共析钢过共析钢，共析钢组组织：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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 1050-1150，10-20h,P+F或或P+Fe3CII目的：消退偏析目的：消退偏析后果：粗大晶粒后果：粗大晶粒（应用完全退火消退）（应用完全退火消退）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：消退加工硬化目的：消退加工硬化5去应力退火去应力退火500-6503扩散退火（匀整化退火）扩散退火（匀整化退火）结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 二、正火二、正火（空冷）（空冷）Ac3或或Accm+30-50组织：组织：S+（F或或Fe3C）应用：应用：（1）作最终热处理，一般结构钢零件）作最终热处理，一般结构钢零件目的：目的：a.细化细化A晶粒，组织匀整化晶粒，组织匀整化b.削减亚共析钢中削减亚共析钢中F%P%，c.P细化细化强度，韧性、硬度强度，韧性、硬度（2）预先热处理）预先热处理a.消退不匀整组织（魏氏组织，带状组织）；消退不匀整组织（魏氏组织，带状组织）；b.细化组织细化组织为淬火、调质作准备为淬火、调质作准备c.使过共析钢中使过共析钢中Fe3CII使其不形成连续网状，为球化使其不形成连续网状，为球化作准备作准备（3）改善切削加工性能（低碳钢）改善切削加工性能（低碳钢）结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 以以45#钢为例的正火工艺曲线：钢为例的正火工艺曲线：保温时间的阅历公式:=KD(单位为min,式中,K加热系数,一般K=1.5-2.0m/min,若装炉量大则可延长保温时间,D工件有效厚度,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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 三、退火、正火的选择三、退火、正火的选择正火：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切削加工切削加工低碳钢低碳钢正火正火中高碳钢中高碳钢完全退火完全退火高碳钢、合金工具钢高碳钢、合金工具钢正火球化退火正火球化退火2作为最终热处理作为最终热处理正火正火3为最终热处理供应良好的组织状态为最终热处理供应良好的组织状态4.正火可替代完全退火以提高效率正火可替代完全退火以提高效率结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 5.2 5.2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、淬火：加热到一、淬火：加热到AC3、AC1相变温度以上，保温，快速冷却相变温度以上，保温，快速冷却M+A1 1淬火温度的确定淬火温度的确定 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A中C%M过饱和度残余AC、防止A粗大粗大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，开裂结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 2淬火介质淬火介质志向：志向：650以上，慢，减小热应力以上，慢，减小热应力650-400，快，避开，快，避开C曲线曲线400以下，慢，减轻相变应力以下，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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 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)油冷油冷MT结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 二、钢的淬透性二、钢的淬透性1淬透性：淬火条件下得到M组织的实力，取决于VK（上临界冷却速度）2淬硬性：钢在淬火后获得硬度的实力，取决于M中C%，C%淬硬性结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺（1）依据服役条件，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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 三、回火三、回火a.消退淬火应力，降低脆性b.稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。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（200以下以下）：析出-Fe2.4C碳化物（亚稳定）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A分解（200-300）：）：AM（或AB下）组织：回火马氏体Mc.回火屈氏体T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）1回火目的（淬火组织的问题）回火目的（淬火组织的问题）结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 3回火工艺回火工艺组织组织性能关系性能关系（1 1）低温回火（）低温回火（150-250150-250）回火马氏体回火马氏体 M 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，确定的韧性，硬度一般为高弹性极限和屈服强度，确定的韧性，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 综合机械性能好综合机械性能好(强度、韧性、塑性的协作强度、韧性、塑性的协作)，硬度一般为，硬度一般为HRC25-35HRC25-35 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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 45钢钢 400回火索氏体回火索氏体正火与调质处理的比较：正火与调质处理的比较：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SS结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 硬硬 度：度：200 200度以下，度以下，HRCHRC不变。不变。200-300 200-300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,有确定的上升。有确定的上升。300 300度，度，HRCHRC降低。降低。韧韧 性：性：400 400度起先上升，度起先上升，600600度最高。度最高。弹性极限：弹性极限：在在300-400300-400度最高。度最高。塑塑 性：性：在在600-650600-650度最高。度最高。1 1、高碳回火马氏体：、高碳回火马氏体：强度、硬度高、塑性、韧性差强度、硬度高、塑性、韧性差2 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。高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。3 3、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4 4、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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺（5 5）回火脆性）回火脆性（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 M晶界析出晶界析出 避开在此温度回火避开在此温度回火（3 3）高温回火脆性（）高温回火脆性（450-650450-650）P P等元素在原等元素在原A A晶界偏聚，晶界偏聚，慢冷时慢冷时 Cr Cr、NiNi等促进偏聚等促进偏聚 Mo Mo等抑制偏聚等抑制偏聚 削减削减P P等杂质元素，等杂质元素，添加添加MoMo等合金元素等合金元素结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 回火回火类类型型回火温度回火温度组织组织性能及性能及应应用用组织组织形形态态低温回火150250回火M（M）保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件过饱和a-Fe+e碳化物中温回火350-500回火屈氏体（T）硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度，用于弹性元件保留马氏体针形F+细粒Fe3C高温回火500-650回火索氏体（S）强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。多边形F+粒状Fe3C5 5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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 以以45#钢为例的调质工艺曲线：钢为例的调质工艺曲线：淬火淬火+高温回火高温回火调质处理调质处理结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 5.3钢的表面热处理钢的表面热处理表面淬火：表面淬火：不变更表面化学成分，只变更其表面组织的局部不变更表面化学成分，只变更其表面组织的局部热处理方法。热处理方法。目目的：心部保持较高的综合机械性能，表面具有高硬度的：心部保持较高的综合机械性能，表面具有高硬度和耐磨性。和耐磨性。一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火1原理 交变磁场感应电流工件电阻加热，集肤效应 表面加热2分类a.高频200-300KHz，淬硬深度0.5-2mm小工件b.中频2500-8000Hz淬硬深度2-5mm尺寸较大的工件c.低频50Hz 淬硬深度10-15mm大型工件d.超音频30-40KHz3钢种 中碳钢和中碳低合金钢 磨损部位（高硬度，耐磨）结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 a.加热速度快几秒几十秒b.b.加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度，脆性c.c.残余压应力提高寿命d.d.不易氧化、脱碳、变形小e.e.工艺易限制，设备成本高4特点特点锻造退火或正火粗加工调质精加工表面淬火低温回火（粗磨时效精磨）5工艺路途工艺路途结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 5.4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，而使心部仍保持确定的强度提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持确定的强度和良好的塑性和韧性和良好的塑性和韧性2钢种钢种低碳钢，低碳合金钢低碳钢，低碳合金钢3加工工艺路途加工工艺路途锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火（干脆淬火、淬火（干脆淬火、一次淬火，二次淬火）一次淬火，二次淬火）低温回火低温回火喷丸喷丸磨削磨削结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺（1）干脆淬火（如图a、b曲线）奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A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。（2）一次淬火（如图c曲线）心部要求高时AC3以上表面要求高时AC1以上30-500（3）二次淬火（如图d曲线）第一次，变更心部组织AC3以上30-500其次次，细化表面组织AC1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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 二、氮化二、氮化（含（含Al,Cr,Mo，V的钢）的钢）它系指在确定温度（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特别广泛。常用的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）等。1、气体氮化、气体氮化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。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以上是便可以受热分解出活性氮原子，原子，即：即：2NH33H2+2N活性氮原子被钢的表面吸取，形成固溶体和化活性氮原子被钢的表面吸取，形成固溶体和化合物。合物。结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 气体氮化的温度低气体氮化的温度低500600变形小，对心部调质组织影响小气体氮化的工艺路途：气体氮化的工艺路途：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；要经过调质处理；为削减在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力为削减在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。退火。氮化作为最终工序氮化作为最终工序气体氮化的时间长气体氮化的时间长3050h气体氮化的硬度高气体氮化的硬度高HV1000-1100高耐磨性，热硬性气体氮化气体氮化高的疲惫强度和抗腐蚀性能高的疲惫强度和抗腐蚀性能结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 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结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 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）结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 5.5其它热处理其它热处理加热与保温过程中的氧化与脱碳加热与保温过程中的氧化与脱碳一、可控气氛热处理一、可控气氛热处理二、真空热处理二、真空热处理快速加热与冷却快速加热与冷却三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火形变与相变结合形变与相变结合综合强化综合强化四、形变热处理四、形变热处理结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 5.6表面处理表面处理加热与保温过程中的氧化与脱碳加热与保温过程中的氧化与脱碳一、可控气氛热处理一、可控气氛热处理二、真空热处理二、真空热处理快速加热与冷却快速加热与冷却三、激光加热表面淬火三、激光加热表面淬火形变与相变结合形变与相变结合综合强化综合强化四、形变热处理四、形变热处理结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 4 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b.c.回火稳定性：指钢在回火时，反抗回火造成软化的实力回火稳定性：指钢在回火时，反抗回火造成软化的实力c.增大回火脆性增大回火脆性回火脆性：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450-650两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。b.产生二次硬化产生二次硬化结束放映下一页上一页本章首页EngineeringMaterialsMAT,SWJTU教程首页第五章第五章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 4 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 二次硬化效应：一些Mo、W、V含量较高的钢回火时，硬度并不随回火温度的上升单调降低，而是在某一温度（约400）后反而起先增大，并在另一更高温度（550）达到峰值。如图钼钢合金如图钼钢合金