热处理工艺——钢的热处理举例处理课件.ppt

齿轮热处理轴承热处理弹簧热处理工具热处理轴的热处理基本思路：工作条件（载荷，环境）失效形式性能要求材料热处理工艺u钢的热处理举例121、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。2、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；断齿（强度低或超载）一.齿轮热处理33.齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。4.齿轮用钢:低、中碳 轻载齿轮：45，调质或正火 中载齿轮：45、40Cr，调质，耐磨部位表面淬火 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi，渗碳淬火 高精度齿轮：38CrMoAlA，调质-渗氮41）渗碳齿轮材料：20CrMnTi、20Cr、30CrMnTiA等服役场合：高速重载（汽车齿轮）下料工艺路线：工艺路线：锻造 正火切削加工渗碳淬火 低温回火5.齿轮热处理工艺精加工掌握各热处理工序的目的，工艺，组织5(1)正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至Ac3+3050,空冷,组织细珠光体+(少量铁素体)(2)渗碳 提高表面含碳量 920930保温39h(3)渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 表面：高碳M+Ar+碳化物,过渡层:M+Ar,心部:低碳M+F（少量）(4)回火 消除淬火应力，低温200，MM回下料 锻造 正火切削加工 渗碳 淬火低温回火 精加工工艺路线620 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线7加工工艺路线:下料 锻造 粗加工 半精加工 精车加工及 精磨 2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。正火调质表面淬火低温回火8(1)正火(或完全退火）细化晶粒，调整硬度 加热至Ac3+3050,空冷,细珠光体+(少量铁素体)(2)调质热处理 使心部具有良好强韧性 加热至Ac3+3050后淬火+500600高温回火,回火索氏体(3)表面感应淬火(表面火焰淬火)提高表面硬度 表面加热至Ac3+3050，心部没有加热。淬火后表面获得马氏体+残余奥氏体,过渡层马氏体+F残余奥氏体,心部回火索氏体(4)低温回火 消除淬火应力，低温200，MM回 9轻载齿轮：45，调质或正火中载齿轮：45、40Cr，调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：20Cr、20CrMnTi，渗碳淬火高精度齿轮：38CrMoAlA，调质渗氮1011二、滚动轴承热处理滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承1、工作条件高载荷，交变应力高转速，一定冲击。12 接触疲劳破坏2、失效形式13塑性变形 14磨损153、性能要求:（内外圈和滚动体）v高的硬度和耐磨性;v高的接触疲劳强度;v足够的韧性和耐蚀性;v尺寸稳定性滚珠轴承 滚针轴承滚柱轴承164、轴承用钢:G Cr15 含Cr量WCr 1.5%滚动轴承钢高碳,Wc=0.951.15%17GCr15 轴承钢制造轴承的工艺路线锻造 机加工 球化退火淬火+冷处理(60 80;1h)低温回火正火磨削加工稳定化处理(120 150；5 10h)185、热处理工艺预备热处理:正火：消除网状碳化物，细化晶粒球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备淬火:获得马氏体组织 810860（温度偏高），让Cr尽量溶入A，又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；油冷冷处理:获得马氏体组织,减少Ar低温回火:消除残余应力，保持高硬度.19汽车板簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧丝20三、弹簧热处理1、工作条件 储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；2、失效形式：疲劳断裂，永久变形3、性能要求：高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能）4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢215、热处理工艺（一）冷成形弹簧（小弹簧）由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝）冷卷成弹簧，只需进行去应力退火（加热温度250 300），以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。（二）热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）淬火提高强度，中温回火消除应力，提高弹性极限。淬火温度Ac3以上，回火温度350 450，组织：回火屈氏体大型热卷弹簧去应力退火淬火+中温回火（或采用等温淬火）或采用等温淬火，得到贝氏体组织22（三）沉淀硬化处理对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下：（1）固溶处理：奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织（2）成型加工（3）调整热处理（或淬火处理）加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥氏体组织（4）深冷处理：使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体（根据需要确定）（5）沉淀硬化处理在480 550 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。23（四）弹簧的其它强化处理（1）形变热处理 对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火（2）化学热处理 对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料，可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下，化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成型加工+淬火+回火-化学渗处理。（3）喷丸强化 使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命510倍。24（五）弹簧的稳定化处理 为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧在使用过程中弹性稳定。25工具一般包括刃具、模具、量具常用钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢（高速钢等）四.工具热处理模具量具刃具成分特点：高碳264.1 刃具热处理l 性能要求 高硬度(HRC60)：主要取决于含碳量。高耐磨性：靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。红硬性：即高温下保持高硬度的能力 足够的韧性：以防止脆断和崩刃。l 刃具用钢 碳素工具钢：T7T12（0.71.2%C）木工凿手锤27T12钢正常淬火组织球状珠光体碳工钢热处理及组织热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火球化退火目的：降低硬度，便于加工；为淬火作组织准备。使用状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+AR(少量)28低合金工具钢：CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳工钢为水）。板牙丝锥29 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线板牙30W18Cr4V 的生产工艺及热处理铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次高温回火 磨削加工高合金刃具钢：（高速钢）W18Cr4V，W6Mo5Cr4V231W18Cr4V铸态组织 420 铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。32锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织 210 33 W18Cr4V球化退火组织 420 球化退火:消除应力,降低硬度，便于机加工,调整组织,为淬火作好组织准备。球化退火后的组织:S+粒状 Cm球化退火温度830880易于机械加工。34淬火:12001300 淬火后的组织:M+Cm+AR(2025%)（温度高）让C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬性高速钢淬火温度高的原因35三次高温回火在560回火时,产生二次硬化多次回火,获得更多碳化物析出让残余奥氏体转变。回火组织：S回+碳化物+Ar(1 2%)*淬火后A残约2025%。*第一次回火后A残约剩1518%。*第二次回火后A残约剩35%。*第三次回火后A残约剩12%。组织硬度为HRC65以上。36 W18Cr4V 钢的热处理过程示意图进展:现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火+回火后,再进行TiN沉积374.2 冷作模具热处理v 性能要求:高硬度（HRC5060）；高耐磨性、强度和韧性；热处理变形小;汽车冲压模具v 应用:冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等v 冷作模具用钢:碳素工具钢：T7T8低合金工具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn或GCr15高合金工具钢：Cr12、Cr12MoV（C1.4%2.3%、Cr11%12%）38 Cr12型冷作模具钢的热处理（C1.4%2.3%、Cr11%12%）球化退火 冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火处理。球化退火温度830880，获得细化碳化物+珠光体组织，易于机械加工。淬火+回火 一次硬化法：较低温度淬火（980）低温回火 回火组织为M回+碳化物+Ar 二次硬化法：较高温度淬火（1050）23次高温回火 回火组织为S回+碳化物+Ar(少量）394.3 热作模具热处理v 性能要求:v 应用:v 热作模具用钢:使热金属或液态金属成型的模具，包括热锻模、热挤压模和压铸模等。高的热硬性、高温耐磨性;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力和导热性;中碳 0.30.6%;热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo压铸模具，3Cr2W8V40曲轴模具 5 CrMnMo热处理:热处理工艺:完全退火 淬火 550回火 热处理后的组织:S回41 3 Cr2W8V钢热处理:热处理工艺:淬火+550 三次回火 回火时二次硬化现象HRC47 汽车四缸压铸模 汽车四缸压铸模424.4 量具热处理v 性能要求:v 量具用钢:高的硬度（HRC62）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。卡 尺量 规千分尺碳素工具钢：T8T12低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr43千分尺卡尺特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。下限温度淬火及冷处理，目的是减少A。长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。淬火 冷处理(-70-80)低温回火 时效处理(120130,几十小时)v 热处理:44 CrWMn 钢制造块规退火后热处理工艺650820840油冷3h-70-80 冷处理1401603h11012036h时效处理精磨3h研磨温度时间45 受力弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。性能此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的1/4即可。选材多用40、45钢，重要轴类用合金调质钢制造（40Cr、35CrMo、42Mn2V等）五、轴的热处理46备料锻造正火或退火粗加工调质精加工材料：45钢工艺：轻载主轴加工工艺47 中载主轴加工工艺备料锻造正火或退火粗加工调质精加工材料：40Cr钢工艺：整体调质，轴颈和锥孔表面淬火表面淬火及低温回火 磨削48轻载主轴：45，调质或正火中载主轴：45，40Cr，调质，耐磨部位表面淬火重载主轴：20CrMnTi，渗碳淬火高精度主轴：38CrMoAlA，渗氮49