热处理原理及工艺幻灯片.ppt

热处理原理及工艺第1页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology什么是形变热处理？什么是形变热处理？将塑性变形与热处理相结合，使材料发生形变强化和将塑性变形与热处理相结合，使材料发生形变强化和相变强化的一种综合强化工艺。相变强化的一种综合强化工艺。第2页，共45页，编辑于2022年，星期一12.1形变热处理的分类和应用形变热处理的分类和应用第3页，共45页，编辑于2022年，星期一1、高温、高温形变热处理形变热处理 AC3之上形变-再结晶，细化晶粒，热处理后强韧性好。（a)高温高温形变淬火形变淬火（b)高温高温形变正火形变正火-控制轧制-比正常轧制（900度）温度低。（c)高温高温形变等温淬火形变等温淬火12.1.1相变前形变的形变热处理相变前形变的形变热处理第4页，共45页，编辑于2022年，星期一2、低温、低温形变热处理形变热处理-保留加工硬化保留加工硬化（d)低温低温形变淬火形变淬火（e)低温低温形变等温淬火形变等温淬火第5页，共45页，编辑于2022年，星期一12.1.2相变中形变的形变热处理相变中形变的形变热处理相变和形变同时P区塑性高B区加工硬化，强度高M区形变诱发M强度高；相变诱发M塑性变塑钢 （TRIP钢）第6页，共45页，编辑于2022年，星期一12.1.3 相变后形变的形变热处理相变后形变的形变热处理对A转变产物的形变强化1、P的冷形变钢丝铅淬冷拔；2、P的温加工（g)，GCr15，促进碳化物球化；3、回火M的形变时效小 形变量、时效强度高。第7页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology12.2.1 显微组织强化12.2.2 位错密度和亚结构强化12.2.3 碳化物的弥散强化作用12.3 影响形变热处理强韧化效果的因素影响形变热处理强韧化效果的因素12.3.1 形变温度12.3.2 形变量12.3.3 形变后退火前的停留时间12.2 形变热处理强韧化的机制形变热处理强韧化的机制第8页，共45页，编辑于2022年，星期一第第13章章真空热处理真空热处理 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第9页，共45页，编辑于2022年，星期一金属在加热时的氧化反应及氧化过程金属在加热时的氧化反应及氧化过程 1 1：氧化：氧化:材料中金属元素与氧化性气氛形成氧化物层。其危害是不仅使材料中金属元素与氧化性气氛形成氧化物层。其危害是不仅使工件表面变色，失去光泽，而且使机械性能变坏（如疲劳性能）因此要工件表面变色，失去光泽，而且使机械性能变坏（如疲劳性能）因此要防止氧化。防止氧化。2 2：氧化反应：对于铁来说，根据加热温度不同，常见的氧化反应也：氧化反应：对于铁来说，根据加热温度不同，常见的氧化反应也不同，不同，在加热温度在加热温度570 570 570度时，发生下列反应：度时，发生下列反应：FeFe1/2 O1/2 O2 2=FeOFeO Fe+H Fe+H2 2 O=O=FeO+HFeO+H2 2 Fe+C O Fe+C O2 2=FeO+C O FeO+C O第10页，共45页，编辑于2022年，星期一3:氧化物的组织形式：氧化物的组织形式：（1）：FeFe3 3 O O4 4 磁性氧化铁，在磁性氧化铁，在570度以下形成，组织严密，一度以下形成，组织严密，一 旦形成氧化速度较慢，如步枪枪支要氧化处理。旦形成氧化速度较慢，如步枪枪支要氧化处理。（2）：FeFe2 2 O O3 3 当当T 570T 570度时，形成无磁性氧化铁。度时，形成无磁性氧化铁。（3）FeOFeO：温度继续升高，形成疏松温度继续升高，形成疏松FeO，氧化速度加剧。，氧化速度加剧。4：生锈肿胀：生锈肿胀:钢铁工件在氧化性介质加热时，沿表面下的晶界及石墨夹杂迅速钢铁工件在氧化性介质加热时，沿表面下的晶界及石墨夹杂迅速 发生氧化，因氧化物体积大，从而导致肿胀的现象。它是一种特发生氧化，因氧化物体积大，从而导致肿胀的现象。它是一种特 殊的内氧化形式。殊的内氧化形式。第11页，共45页，编辑于2022年，星期一真空；指压力较正常大气压小（负压）的任何气态空间。真空；指压力较正常大气压小（负压）的任何气态空间。真空热处理：将热处理的加热和冷却过程置于真空中进行真空热处理：将热处理的加热和冷却过程置于真空中进行称真空热处理。称真空热处理。真空度：真空状态下负压的程度。真空度：真空状态下负压的程度。单位：毫米汞柱，称单位：毫米汞柱，称“托托”山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第12页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology13.1.1真空保护作用真空保护作用13.1.2真空除气真空除气13.1.3净化作用净化作用13.1.4脱脂作用脱脂作用13.1.5蒸发作用蒸发作用13.1真空在热处理中的作用真空在热处理中的作用第13页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology13.2真空热处理的优越性真空热处理的优越性13.2.1热处理变形小热处理变形小13.2.2提高零件使用性能，延长其使用寿命提高零件使用性能，延长其使用寿命13.2.3节省能源节省能源13.2.4减少污染减少污染第14页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology13.3真空热处理工艺真空热处理工艺13.3.1真空热处理炉加热特点真空热处理炉加热特点炉子升温快炉子升温快工件升温慢工件升温慢（主要靠辐射加热）（主要靠辐射加热）第15页，共45页，编辑于2022年，星期一1、真空退火真空退火表面光亮，节省后续加工。第16页，共45页，编辑于2022年，星期一2、真空淬火真空淬火一般用气淬或油淬第17页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology3、真空渗碳真空渗碳优点：1、渗碳时间短；2、渗碳均匀；3、不产生反常渗碳层和晶间腐蚀；4、工艺重现性好；5、可进行深层渗碳。第18页，共45页，编辑于2022年，星期一第19页，共45页，编辑于2022年，星期一第第14章章热处理工艺设计热处理工艺设计 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第20页，共45页，编辑于2022年，星期一14.1热处理工艺与机械零件设计的关系热处理工艺与机械零件设计的关系14.1.1合理选择材料并提出技术要求合理选择材料并提出技术要求1、根据零件服役条件合理选择材料、根据零件服役条件合理选择材料材料选择：材料性能 零件尺寸（1）调质件；表面硬度 淬透层深度第21页，共45页，编辑于2022年，星期一截面承载均匀件，要求心部至少有50%M，对重要件要求心部 有95%以上M；对某些轴类件，由于承受的是弯曲、扭转等复合应力，最大 应力在表层，要求自表3/4或半径1/2处淬透，防止游离F；大尺寸碳素钢、低合金钢，性能要求不高“正火+高温回火”性能要求高“调质”。（2）工具、模具，要求完全淬透，选材：性能指标 材料的淬透性 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第22页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology（3）表面硬化件）表面硬化件如高频淬火、渗碳、渗氮件 选材：材料的淬透性、心部的含碳量、硬化层深度、截面尺寸比（硬化层与心部）。14-1直径大，表残余压应力大。14-2 深碳层浅，最大压应力移向表面处。14-3 含碳低，表面压应力大。第23页，共45页，编辑于2022年，星期一（1）根据零件服役条件，恰当地提出性能要求）根据零件服役条件，恰当地提出性能要求如齿轮：如齿轮：机床齿轮：传递应力较大，接触应力较大摩擦磨损不大；中碳钢-调质-表淬-低回；汽车齿轮：传递应力大，接触应力、磨损大，有冲击载荷；低碳（合金）钢-渗碳-淬火-低回；介于二者之间可用渗N处理。38CrMoAlA 调质-机加-渗N.2、合理确定热处理技术条件、合理确定热处理技术条件槽口:35-45HRC45钢：高频局部淬火 -回火。第24页，共45页，编辑于2022年，星期一（2）热处理要求只能定在所选钢号淬透性和可淬硬性热处理要求只能定在所选钢号淬透性和可淬硬性允许的范围内允许的范围内;（3）热处理要求应该允许有一定的热处理变形）热处理要求应该允许有一定的热处理变形;（4）经济效果）经济效果 制造成本:使用成本 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology热处理成本 设备投资、工时、材料消耗、返 修率、废品率制造过程成本：单件、大批量易拆换件-易损件(低成本)重点件(关键件)-影响整机性能(高成本）第25页，共45页，编辑于2022年，星期一14.1.2零件结构设计与热处理工艺性的关系零件结构设计与热处理工艺性的关系（1）零件加热、冷却时便于装夹，吊挂如开工艺孔；（2）有利于热处理时均匀加热和冷却；T14-5（3）避免尖角和棱角；T14-6（4）采用封闭、对称结构；（5）形状复杂或截面尺寸变化大的工件，用组合结构或镶拼结构。第26页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology14.2热处理工艺性与其它加工工艺的关系热处理工艺性与其它加工工艺的关系14.2.1锻造工艺对热处理质量的影响锻造工艺对热处理质量的影响1、锻造加热的影响 如组织粗大：锻造-高温正火（或多次 正火）；2、锻造比不足或锻打不当合金碳化物呈带状、网络状、大 块状；消除：过共析钢-锻打消除碳化物不均匀；亚共析钢高温退火或扩散退火；3、锻造变形不均匀性的影响；退火或正火消除。第27页，共45页，编辑于2022年，星期一14.2.2切削加工与热处理的关系切削加工与热处理的关系 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology切削性能：热处理后硬度为187-220HB切削性能最好。有切削应力-热处理后易变形；表面粗糙、尤其有较深尖锐刀痕时-淬火易裂；表面硬化（M），磨削时易产生磨削裂纹。第28页，共45页，编辑于2022年，星期一14.2.3工艺路线对热处理质量的影响工艺路线对热处理质量的影响T147 原设计：加工成形-淬火-回火，张口张开；革新：加工成封闭结构（轮廓线）-淬火-回火切割 开口。T148 原设计：加工-高频淬火（靠近35孔处节圆下凹）；革新：高频淬火加工635孔。第29页，共45页，编辑于2022年，星期一14.3加工工艺的组合与复合热处理加工工艺的组合与复合热处理复合热处理：对工件施加两种以上的化学热处理或化复合热处理：对工件施加两种以上的化学热处理或化学热处理与其它热处理相结合的工艺。学热处理与其它热处理相结合的工艺。14.3.1渗渗N整体淬火整体淬火（GCr15)（1）渗）渗N（500-700度度加热淬火（保护气氛）加热淬火（保护气氛）-冷冷处理处理-低回；低回；（2）保护气氛加热）保护气氛加热-渗渗N淬火淬火-冷处理冷处理-低回；低回；GCr15为高碳钢，表渗N后Ms降，心部先形成M，后在表 面形成M，表为残余压应力。第30页，共45页，编辑于2022年，星期一14.3.2渗氮加高频加热表面淬火渗氮加高频加热表面淬火 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology疲劳性能：2居中。14.3.3渗碳加高频淬火渗碳加高频淬火变形小于渗碳-淬火第31页，共45页，编辑于2022年，星期一14.4热处理工艺设计的方法和步骤热处理工艺设计的方法和步骤 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology步骤步骤:提出方案提出方案-工艺试验（实验室）工艺试验（实验室）-使用性使用性能试验（装车试验）能试验（装车试验）-小批试生产。小批试生产。根据设计任务提出几种可能的工艺方案、对各工艺方案进行工艺分析和技术经济分析、对确定方案进行实验室试验、对试验结果分析、评定（或改进）后编制热处理工艺规程。第32页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology例：T14-10 东方红拖拉机驱动轴服役条件（1）传递扭矩，承受弯曲载荷-高的疲劳极限；（2）承受过载冲击载荷要求良好的综合性能。选材：40Cr 45Cr热处理要求：（1）调质 265-305HBS，无游离F；（2）轴径90及花键处高频淬火，53HRc以上，淬硬层深不小于1、5，M：5-6级。第33页，共45页，编辑于2022年，星期一工艺方案工艺方案（1）工艺路线：锻造毛坯调质 加工成形-轴径90及花 键处高频淬火优点：工艺简单缺点：加工余量大，浪费材料（加工23孔）；淬透性差。锥度处为过渡区，性能低。山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology花键锥度第34页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology（2）工艺路线：锻造荒车及钻23孔-调质 加工成形-轴 径90及花键处高频淬火；优点：调质 效果好（壁薄）缺点：加工余量大，浪费材料；调质需防氧化-脱C层；锥度及花键处应连续淬火，但操作复杂（直径不同）。荒车；毛坯车间车浇口、冒 口、模锻飞边等。第35页，共45页，编辑于2022年，星期一 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology（3）该整体结构为组合结构，分为法兰盘+花键轴，花键轴 为通花键，与法兰盘连接。法兰盘工艺路线：锻造调质 加工成形-轴径90处高频 淬火拉花键内孔。花键轴工艺路线：棒料钻孔-调质 加工成形-花键中频淬火。优点：省料，工艺简单。缺点：法兰盘需拉花键内孔。三种方案试验结果：第（3）方案疲劳强度可提高2、8倍。第36页，共45页，编辑于2022年，星期一编制热处理工艺规程：编制热处理工艺规程：1、用热处理工艺曲线表示加热温度，保温时间，回火温、用热处理工艺曲线表示加热温度，保温时间，回火温度，回火保温时间；度，回火保温时间；2、淬火冷却介质，冷却方式；、淬火冷却介质，冷却方式；3、工艺分析（说明理由）。、工艺分析（说明理由）。山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第37页，共45页，编辑于2022年，星期一1、材料、材料45钢。钢。调质硬度调质硬度30-35HRc 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第38页，共45页，编辑于2022年，星期一2、汽车版簧、汽车版簧:材料材料60Si2Mn淬火后回火硬度淬火后回火硬度42-45HRc 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第39页，共45页，编辑于2022年，星期一3、手用丝锥、手用丝锥材料：材料：T12A淬火后回火硬度淬火后回火硬度60-62HRc热处理工艺路线热处理工艺路线:下料下料-球化退火球化退火-机加机加-淬火淬火-低回低回 山东理工大学山东理工大学Shandong University of Technology第40页，共45页，编辑于2022年，星期一第41页，共45页，编辑于2022年，星期一第42页，共45页，编辑于2022年，星期一第43页，共45页，编辑于2022年，星期一第44页，共45页，编辑于2022年，星期一第45页，共45页，编辑于2022年，星期一