热处理讲义幻灯片.ppt
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1、热处理讲义第1页,共75页,编辑于2022年,星期日7-1 钢的退火与正火一、钢的退火 将钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度,保温一定时间,然后缓慢冷却,以获得接近平衡状态的组织,这种热处理工艺称为退火。第2页,共75页,编辑于2022年,星期日退火可以达到以下目的:(1)消除钢锭的成分偏析,使成分均匀化;(2)消除铸、锻件中存在的魏氏组织或带状组织,细化晶粒和均匀组织;(3)降低硬度,提高塑性,以便于切削加工;(4)改善高碳钢中碳化物的形态和分布,为淬火作好组织准备。第3页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-2 退火与正火的加热温度范围示意图第4页,共75页,编辑于2022年,星
2、期日图7-3 普通退火()与等温退火()示意图 普通退火是将钢件加热到临界温度(Ac1或Ac3)以上奥氏体化后连续冷却至室温。等温退火是将钢件加热到临界温度(Ac1或Ac3)以上奥氏体化后,迅速移入另一温度低于Ar1的炉中等温停留,待转变完成后,出炉空冷至室温。第5页,共75页,编辑于2022年,星期日1.完全退火 将亚共析钢加热至Ac3以上2030,保温足够时间奥氏体化后,随炉缓慢冷却,从而获得接近平衡状态的组织,这种热处理工艺称为完全退火。完全退火的目的为:(1)消除铸、锻件中存在的魏氏组织或带状组织,细化晶粒和均匀组织;(2)消除铸、锻件中存在的内应力,降低硬度,便于切削加工。完全退火只
3、适用于亚共析钢,不适用于过共析钢。第6页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-4 热锻轧钢材完全退火工艺曲线第7页,共75页,编辑于2022年,星期日2.不完全退火 将亚共析钢在Ac1Ac3之间或过共析钢在Ac1Accm之间两相区加热,保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺,称为不完全退火。不完全退火的目的是:改善珠光体组织,消除内应力,降低硬度以便切削加工。亚共析钢不完全退火的温度一般为740780,其优点是加热温度低,操作条件好,节省燃料和时间。第8页,共75页,编辑于2022年,星期日3.球化退火 球化退火是一种将钢中渗碳体或碳化物由片状变为粒状,均匀分布在铁素体基体上的热处理工艺。主要
4、用于过共析钢,是一种不完全退火。球化退火的目的是:消除钢中的片状珠光体,代之以粒状珠光体。经球化退火后的组织有以下优点:由片状珠光体变为粒状珠光体,可降低钢的硬度,改善其切削加工性能;粒状珠光体加热时奥氏体晶粒不易长大,允许有较宽的淬火温度范围,淬火时变形开裂倾向小,即淬火工艺性能好;能获得最佳的淬火组织,即马氏体片细小,残余奥氏体量少,并保留有一定量均匀分布的粒状碳化物。第9页,共75页,编辑于2022年,星期日球化退火的加热温度范围一般为:Ac1+2030图7-5 GCr15轴承钢球化退火工艺曲线第10页,共75页,编辑于2022年,星期日4.扩散退火 扩散退火是通过高温长时间加热,使合金
5、元素扩散均匀,以消除或减弱枝晶偏析的热处理工艺。主要用于合金钢锭或铸件。扩散退火温度通常为11001200,保温时间为1015小时。5.软化退火 软化退火是消除钢锭或合金结构钢锻轧钢材内应力,降低其硬度的热处理工艺。软化退火温度通常为650720,保温后出炉空冷。第11页,共75页,编辑于2022年,星期日6.再结晶退火 再结晶退火是将冷加工后的钢材加热至T再Ac1之间,通常为650700,使变形晶粒恢复成等轴状晶粒,从而消除加工硬化的热处理工艺。7.去氢退火图7-6 防止白点的热处理工艺曲线(a)碳钢及低合金钢;(b)中合金钢第12页,共75页,编辑于2022年,星期日二、钢的正火 正火是将
6、钢加热到Ac3或Accm以上约3050,或者更高温度,保温足够时间,然后在静止空气中冷却的热处理工艺。根据钢中过冷奥氏体的稳定性和钢的截面大小,正火后可获得不同的组织,如粗细不同的珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织。正火的目的为:(1)对于大锻件、截面较大的钢材、铸件,用正火来细化晶粒,均匀组织(如消除魏氏组织或带状组织),为淬火处理作好组织准备,此时正火相当于退火的效果。第13页,共75页,编辑于2022年,星期日 (2)低碳钢退火后硬度太低,切削加工中易粘刀,光洁度较差。改用正火,可提高硬度,改善切削加工性。(3)可以作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理,以代替调质处理,具有一
7、定的综合力学性能。(4)用于过共析纲,可消除网状二次碳化物,为球化退火作好组织上的准备。第14页,共75页,编辑于2022年,星期日7-2 钢的淬火与回火一、钢的淬火 将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上的一定温度,保温一定时间,然后在水或油等冷却介质中快速冷却,这种热处理工艺称为淬火。淬火的主要目的是:把奥氏体化工件淬成马氏体,以便在适当温度回火后,获得所需要的力学性能。1.淬火工艺参数的选择(1)加热温度第15页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-7 碳钢的淬火加热温度范围亚共析钢的淬火加热温度为:Ac3+3050过共析钢的淬火加热温度为:Ac1+3050第16页,共75页,编辑于20
8、22年,星期日(2)保温时间 保温时间是指工件装炉后,炉温回升到淬火加热温度后所需保持的时间。保温的目的是:使工件透热,即工件整个截面都达到规定的淬火加热温度;完成加热时的转变过程,获得所需成分的细晶粒奥氏体。(3)冷却介质及冷却方法第17页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-8 钢的理想淬火冷却曲线第18页,共75页,编辑于2022年,星期日淬火介质冷却速度(/s)在650550区间在300200区间水(18)水(26)水(50)水(74)10%苛 性 钠 水 溶 液(18)10%氯 性 钠 水 溶 液(18)矿质机油油水乳状液60050010030120011001007027027
9、027020030030020200表7-1 常用淬火介质的冷却速度第19页,共75页,编辑于2022年,星期日 常用的淬火冷却方法有以下几种:单液淬火 将奥氏体化后的高温工件迅速投入到一种淬火冷却介质中,连续冷却到室温,这种淬火冷却方式称为单液淬火。双液淬火 将奥氏体化后的高温工件迅速投入水中急冷,防止工件发生珠光体和贝氏体转变,待工件表面温度接近Ms点时,立即从水中取出,投入油中冷却,在油冷过程中发生马氏体转变,这种淬火冷却方式称为双液淬火。第20页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-9 各种淬火方法的冷却曲线示意图(a)单液淬火 (b)双液淬火(c)分级淬火 (d)等温淬火第21页
10、,共75页,编辑于2022年,星期日 分级淬火 将奥氏体化后的高温工件迅速投入温度略高于Ms点的盐浴或碱浴中,等温停留一段时间(以不发生贝氏体转变为准),使工件内外温度均匀,然后取出空冷,这种淬火冷却方式称为分级淬火。等温淬火 将奥氏体化后的高温工件迅速投入温度略高于Ms点的盐浴中,停留足够时间,使过冷奥氏体等温转变为下贝氏体,然后取出空冷,这种淬火冷却方式称为等温淬火。第22页,共75页,编辑于2022年,星期日2.钢的淬透性 淬透性是指奥氏体化后的钢接受淬火的能力。其大小通常用一定条件下淬火后钢的淬透层深度来表示,它主要取决于钢的临界冷却速度的大小。(1)工件截面上冷却速度的分布与淬透情况
11、(2)淬透性的测定方法 断口评级法 按GB227-63规定,试样尺寸为2020100mm,中间开一个V型缺口;或22100mm,中间开环形缺口,缺 口 深 均 为3 5 m m。试 样 分 别 加 热 至第23页,共75页,编辑于2022年,星期日(a)(b)图7-10 工件截面的冷却速度(a)与未淬透区(b)示意图 淬透层深度为:表面至半马氏体区(即由50%马氏体和50%非马氏体组成)的距离。第24页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-11 淬硬-未淬硬区过渡部分的马氏体量与硬度变化第25页,共75页,编辑于2022年,星期日760、800、840淬火,从缺口处打断试样,观察断口形貌,
12、对照相应的评级标准图来评定淬透性等级。标准中规定了05六个级别,0级淬透性最小,5级淬透性最大。此方法适用于碳素工具钢和低合金工具钢。顶端淬火法 按GB225-63规定,试样尺寸为25100mm,喷水管内径为12.5mm,喷水口与试样顶端的距离为12.5mm,喷水柱自由高度为65mm。此方法适用于碳素结构钢和合金结构钢。第26页,共75页,编辑于2022年,星期日(a)(b)图7-12 顶端淬火法示意图(a)淬火装置;(b)淬透性曲线 钢的淬透性应表示为J ,d为至水冷端距离;HRC为该处的硬度值。第27页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-13 由淬透性曲线换算为截面上硬度分布的关系曲
13、线(a)淬入缓动水中;(b)淬入缓动油中 临界淬透直径是:在某种淬火介质中,圆柱形试样中心刚好为半马氏体时的最大直径。第28页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-14 某种钢材的淬透性曲线第29页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-15 直径为50mm的某钢材淬火后沿截面的硬度分布图第30页,共75页,编辑于2022年,星期日二、钢的回火 回火是将淬火钢件加热到低于A1的某一温度,保温一段时间,然后以适当方式冷却至室温的热处理工艺。回火的主要目的为:(1)获得所需组织以改善性能;(2)稳定组织与尺寸;(3)消除内应力。按回火温度的不同,可将回火分为以下三类:1.低温回火 在1502
14、50之间进行,回火后组织为回火马氏体。第31页,共75页,编辑于2022年,星期日 目的是在保持高强度、高硬度的前提下,降低钢的淬火内应力,减小其脆性。主要用来处理刀具、量具、冷作模具、滚动轴承和渗碳件等。2.中温回火 在350500之间进行,回火后组织为回火屈氏体。中温回火后具有最高的弹性极限和足够的韧性。第32页,共75页,编辑于2022年,星期日 主要用来处理各种弹簧,也可用于处理要求高强度的工件,如刀杆、轴套等。3.高温回火 在500650之间进行,回火后组织为回火索氏体。淬火加高温回火的热处理工艺称为调质处理。调质处理后工件既具有较高的强度,又具有良好的塑性和韧性,即具有高的综合力学
15、性能。调质处理广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工件,如连杆、轴等。第33页,共75页,编辑于2022年,星期日7-3 钢的表面淬火 表面淬火是一种强化工件表面层的热处理工艺。一、感应加热基本原理 将工件放在通有交变电流的感应圈内,感应圈周围的交变磁场会使工件产生感应电流,这个电流在工件内自成回路,称为涡流。工件上产生的感应电流在工件截面上的分布是不均匀的,在工件表面电流密度最大,心部几乎没有电流通过,这种现象称为集肤效应。第34页,共75页,编辑于2022年,星期日图7-16 感应加热表面淬火示意图第35页,共75页,编辑于2022年,星期日电流透入工件表面层的深度为:=(冷态20)
16、=(热态800)式中 电流透入深度(mm);f 电流频率(Hz)。工件表面在感应电流作用下,很快被加热到淬火温度,而后又被急速冷却,这一过程就是感应加热表面淬火处理。第36页,共75页,编辑于2022年,星期日二、感应加热表面淬火的特点1.感应加热是靠工件表面层感应电流直接加热,因而加热效率高,加热速度快(可达1000/秒),无保温过程。2.虽然感应加热表面淬火的加热温度高,但由于加热速度快,无保温过程,故能获得细晶粒奥氏体,淬火后得隐晶马氏体,工件表面硬度高(比普通淬火高23HRC),氧化、脱碳少。3.感应加热表面淬火后,淬硬的表面层中存在很大的残余压应力,有效地提高了工件的疲劳强度。由于不
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