工程材料及热加工钢的热处理工艺优秀PPT.ppt

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1、工程材料及热加工钢的热处理工艺你现在浏览的是第一页，共34页一、钢的退火与正火 在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，退火和正火经常作为预备热处理工序，即安排在铸造、锻造之后，切削加工之前，用以消除前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序作准备。目的：调整硬度以便切削；消除内应力减少变形；细化晶粒，改善组织，提高力学性能；为最终热处理做好组织准备。你现在浏览的是第二页，共34页1、退火1.1定义：将钢加热至适当的温度，保持一定时间后缓慢冷却至550以下空冷，以获得接近平衡组织的热处理工艺。1.2分类：退火的种类很多，根据加热温度可分为两大类：一类是在临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火，又称

2、为相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火等。你现在浏览的是第三页，共34页你现在浏览的是第四页，共34页完全退火工艺：是将亚共析钢加热到Ac3以上30 50，保温，后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。应用：亚共析成分的各种碳钢和合金钢。等温退火工艺：将亚共析钢钢加热到Ac3以上30 50或将过共析钢加热至Ac1以上30 50，保温后快冷到Ar1以下的某一温度，并停留至相变结束出炉空冷。应用：所有钢。球化退火是不完全退火的一种，通常的加热温度是Ac1以上2030,使二次渗碳体转变为球状或粒状，然后随炉缓冷至

3、略低于Ar1保温，使P中渗碳体球化，再出炉空冷。主要用于过共析的碳钢及合金工具钢。近年来球化退火应用于亚共析钢也取得成功。你现在浏览的是第五页，共34页扩散退火是指将钢加热到Ac3或Accm以上150300，长时间保温，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。实质是使钢中的各元素在奥氏体中进行充分扩散，达到成分均匀化。再结晶退火是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温适当时间后，使变形晶粒转变为无应变的等轴新晶粒，从而消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。去应力退火又称为回复退火，其加热温度范围很宽，通常是在再结晶温度以下。你现在浏览的是第六页，共34页2、正火工艺：将钢件加热到Ac3或Accm以

4、上，保温一定时间后，在空气中冷却得到细片状珠光体组织(S)的热处理工艺。正火与退火的明显差异是正火冷却速度稍快。应用：低碳钢提高硬度；中碳钢正火带退火；高碳钢消除网状碳化物。你现在浏览的是第七页，共34页二、钢的淬火定义：是将钢件加热到Ac1或Ac3以上保温一定时间后，快速冷却（通常大于临界冷却速度Vc），以得到马氏体（或下贝氏体）组织的热处理工艺。目的：获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。是强化钢材的最重要的手段。你现在浏览的是第八页，共34页你现在浏览的是第九页，共34页2.1淬火温度 淬火加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后得到细小的马氏体组织。对于亚共析钢通常加热

5、到Ac3以上3050对共析钢和过共析钢为Ac1以上3050。（未溶Fe3C阻止晶粒长大；提高硬度、耐磨性）你现在浏览的是第十页，共34页2.2淬火冷却2.2.1理想的冷却速度 冷却是淬火工艺的另一个重要因素，由C曲线可知，最好是鼻尖处快冷，而在Ms点附近和鼻尖以上应尽量慢冷。你现在浏览的是第十一页，共34页2.2.2淬火冷却介质最常用的是水、盐水、油、熔盐。水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快）盐水：高温快，低温快。油：合金钢或小尺寸碳钢件。（高温太慢，低温慢）熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理想冷却介质。你现在浏览的是第十二页，共34页2.2.3淬火方法单液淬火

6、：在一种介质中连续冷却获得马氏体。操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。双液淬火：先后在两种介质中冷却。操作复杂，难以控制。分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。减少应力和变形，适用于小件。等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小，多用于形状复杂、要求高的工件。你现在浏览的是第十三页，共34页你现在浏览的是第十四页，共34页2.2.4钢的淬透性定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。你现在浏览的是第十五页，共34页影响因素：钢的临

7、界冷却速度；过冷奥氏体的稳定性。评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度或临界淬透直径(Dk)来表示。淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组成。指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬法。你现在浏览的是第十六页，共34页你现在浏览的是第十七页，共34页你现在浏览的是第十八页，共34页意义：截面较大或形状复杂及受力特殊的零件（各类齿轮、轴类），希望整个截面都能被淬透，从而保证零件在整个截面上的机械性能均匀一致。选用淬透性较高的钢即能

8、满足这一要求。（如果钢的淬透性低，零件整个截面不能全部淬透，则表面到心部的组织不一样，机械性能也不相同，心部的机械性能，特别是冲击韧性很低）你现在浏览的是第十九页，共34页对于形状复杂、要求淬火变形小的工件，如果选用淬透性较高的钢，就可以在较缓和的介质中淬火，因而工件变形较小。但是并非任何工件都要求选用淬透性高的钢，在有些情况下反而希望钢的淬透性低些。（例如表面淬火用钢就是一种低淬透性钢，淬火时只是表面层得到马氏体。焊接用的钢也希望淬透性小，目的是为了避免焊缝及热影响区在焊后冷却过程中得到马氏体组织，从而防止焊接构件的变形和开裂）淬透性与淬硬性的区别：后者是指钢淬火后形成的淬火态组织（由马氏体

9、和残余奥氏体相组成）所能达到的硬度，显然，它取决于马氏体的含碳量和残余奥氏体的数量。你现在浏览的是第二十页，共34页2.2.4钢的淬火变形和开裂淬火变形：起因为淬火冷却过程中产生的内应力（热应力、相变（组织）应力）a)热应力：由温差而导致的热胀和冷缩不一致引起的。b)相变应力：冷速不一致而导致相变不一致引起的。淬火开裂：内应力超过工件的强度极限。你现在浏览的是第二十一页，共34页三、钢的回火定义：是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。目的：减小或消除淬火应力；提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能；稳定组织和工件尺寸。分类及应用：低温回火(1

10、50250)q组织为回火马氏体。（5864HRC）q部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬后所得到的高强度、硬度和耐磨性。q广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件以及表面淬火工件等。你现在浏览的是第二十二页，共34页中温回火(350500)组织为回火屈氏体。（3545HRC）经中温回火后是具有极高的弹性极限和良好的韧性。用于各种弹性元件及热锻模具的处理。高温回火(500650)q组织是回火索氏体。（2535HRC）q通常将淬火加高温回火相结合的热处理工艺称为调质处理。q经调质处理后钢的强度、塑性和韧性具有良好的配合，即具有较高的综合机械性能。因而，调质处理被广泛应用于中碳结构钢和低合金经构

11、钢制造的各种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连杆、螺栓以及轴类等。你现在浏览的是第二十三页，共34页回火脆性a)低温回火脆性：v发生在250400。v不可逆回火脆性v对策：避免b)高温回火脆性：v发生在500650。v可逆回火脆性v对策：快冷你现在浏览的是第二十四页，共34页四、钢的表面热处理定义：指仅对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺。特点：只对一定深度表层进行强化，而心部基本保持处理前的组织性能，可以获得强度硬度韧性三者较满意的配合。分类：一般分为：表面淬火和化学热处理1、表面淬火1.1定义:是通过快速加热使钢件表面达到临界温度（Ac1或Ac3）以上，不等热量传到工件内层

12、就迅速予以冷却，只使表面被淬硬为马氏体，而内层仍为塑韧性良好的调质态组织。1.2分类：根据加热方法不同，可分为感应加热、火焰加热、激光加热、电子束加热表面淬火等工艺。你现在浏览的是第二十五页，共34页1.3感应加热表面淬火q定义：利用在交变电磁场中工件表面产生的感生电流将工件表面快速加热，并淬火冷却的一种热处理工艺。q原理和工艺方法：是将钢件放入由紫铜管制作的与零件外形相似的感应圈内，随后将感应圈内通入一定频率的交变电流，这样在感应圈内外产生相同频率的交变磁场，同时，在零件表面也产生频率相同，方向相反的感生电流，该电流在工件表面（集肤效应）形成封闭回路，称为“涡流”。由此产生的热效应将零件表快

13、速加热到淬火温度，随即喷水冷却，使工件表面获得马氏体组织。q特点：加热速度快，温度高，晶粒细；硬度高，变形小，不易脱碳；易于自动化。你现在浏览的是第二十六页，共34页你现在浏览的是第二十七页，共34页你现在浏览的是第二十八页，共34页1.4火焰加热表面淬火工艺方法：是利用可燃气体（如乙炔）的火焰将工件表面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，通过控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚度的淬硬层。此法适于单件或小批量零件的表面淬火。你现在浏览的是第二十九页，共34页1.5 激光加热表面淬火是将激光器产生的高功率密度（103105W/cm2）的激光束照射到工件表面上，使工件表面被快速加热到临界温度

14、以上，然后移开激光束，利用工件自身的传导将热量从工件表面传向心部而达到自冷淬火。1.6电子束加热表面淬火当高速的电子流轰击工件表面时，电子可射入表面一定深度，电子的动能转化为热能使工件的表层快速加热到临界温度以上，电子束移开后工件自冷淬火的热处理工艺。电子流射入深度取决于加速电压的高低。例如，对钢铁材料，电子的加速电压为120KV时，其射入深度约为40m。你现在浏览的是第三十页，共34页2、化学热处理定义：将钢件放入一定的化学介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表面，使表面化学成分发生变化，从而改变金属表面组织和性能工艺过程。目的：心部具有足够的强度和韧性，而表面具有高的硬度和耐磨性；

15、提高疲劳性能；提高表面抗蚀性、耐热性等。方法：渗碳、渗氮、碳氮共渗等你现在浏览的是第三十一页，共34页 2.1渗碳q定义：渗碳通常是指向低碳钢制造的工件表面渗入碳原子，使工件表面达到高碳钢的含碳量。q目的：使工件在热处理后表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持低碳钢良好的塑、韧性。q工艺：依所用渗碳剂的不同，钢的渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。最常用的是气体渗碳，其工艺方法是将工件放入密封的加热炉中，加热到临界温度以上（通常为900950）按一定流量滴入液体渗碳剂（如煤油、甲醇和丙酮），并使之分解,分解产物有CnH2n和CnH2n+2,在钢的表面发生如下的反应 CnH2n nH2+n

16、C CnH2n+2(n+1)H2 +nC 从而提供活性碳原子，吸附在工件表面并向钢的内部扩散而进行渗碳。你现在浏览的是第三十二页，共34页你现在浏览的是第三十三页，共34页2.2氮化定义：与渗碳相似，钢的氮化是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。原理：最常用的是气体氮化法。即利用氨气在加热时分解出活性氮原子，2NH3 3H2+2N,活性氮原子被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。Al、Cr、Mo、V、Ti等合金元素极易与氮形成颗粒细小、分布均匀、硬度很高并且十分稳定的各种氮化物，如AlN、CrN、MoN、TiN、VN等，因而，常用的氮化用钢有35CrMo、18CrNiW和38CrMoAlA等。而对碳钢由于渗氮后不形成特殊氮化物，通常碳钢不用作氮化用钢。你现在浏览的是第三十四页，共34页