钢热处理工艺(精品).ppt

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1、第八讲第八讲 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 钢的热处理工艺一、退火一、退火 1、完全退火、完全退火 2、等温退火、等温退火 3、球化退火、球化退火 4、扩散退火、扩散退火 5、去应力退火、去应力退火 6、再结晶退火、再结晶退火 二、正火二、正火 三、淬火三、淬火 1、淬火温度、淬火温度 2、淬火介质、淬火介质3、淬火方法、淬火方法 4、钢的淬透性、钢的淬透性 五、回火五、回火 六、钢的表面热处理六、钢的表面热处理 1、表面淬火、表面淬火 2、表面化学热处理、表面化学热处理 1、回火的对象、回火的对象 2、回火的目的、回火的目的 3、回火分类、组织及性能、回火分类、组织及性能4、回火后的力性、回

2、火后的力性 钢的热处理工艺钢的热处理工艺一、钢的退火一、钢的退火 什么是退火？什么是退火？退火的分类。退火的分类。1、完全退火、完全退火 工艺：工艺：加热至加热至Ac3以上以上2030，保温后炉冷。，保温后炉冷。目的：目的：细化组织，消除应力，降低硬度，便于切削加工。细化组织，消除应力，降低硬度，便于切削加工。适于钢种：适于钢种：亚共析钢（包括合金钢）的铸、锻、焊件。低碳钢及过共析钢不宜。亚共析钢（包括合金钢）的铸、锻、焊件。低碳钢及过共析钢不宜。组织：组织：珠光体珠光体P 2、等温退火、等温退火 除冷却方式外，其他均与完全退火相同除冷却方式外，其他均与完全退火相同 将钢将钢A化后快冷至化后快

3、冷至Ar1以下的珠光体转变区某一温度以下的珠光体转变区某一温度等温，使等温，使AP后空冷。后空冷。与完全退火相比，退火时间缩短，组织更均匀与完全退火相比，退火时间缩短，组织更均匀 钢的热处理工艺钢的热处理工艺3、球化退火、球化退火 工艺：工艺：目的：目的：降低硬度，改善切削性能，为淬火作好准备。降低硬度，改善切削性能，为淬火作好准备。适于钢种：适于钢种：（过）共析碳钢及合金钢。（过）共析碳钢及合金钢。组织：组织：球状球状P。说明球化过程：说明球化过程：若退火前有严重的若退火前有严重的Fe3C网，先施以正火，再行球化退火。网，先施以正火，再行球化退火。4、扩散退火、扩散退火工艺：工艺：加热至加热

4、至Ac3+（150300），），长时间保温长时间保温，然后炉冷。然后炉冷。目的：目的：消除成分偏析。消除成分偏析。适于钢种：适于钢种：合金钢铸件及锻坯。合金钢铸件及锻坯。组织：组织：不变。不变。但可能出现过热但可能出现过热，且工件烧损严重。，且工件烧损严重。钢的热处理工艺钢的热处理工艺5、去应力退火、去应力退火 工艺：工艺：目的：目的：去应力，以防钢件的变形及开裂。去应力，以防钢件的变形及开裂。适于工件：铸、锻、焊接件及冷加工件。适于工件：铸、锻、焊接件及冷加工件。组织：组织：不变。不变。6、再结晶退火、再结晶退火工艺：工艺：加热加热至加热加热至T再再+150250，保温后空冷。保温后空冷。目

5、的：目的：消除加工硬化，恢复原来的组织。消除加工硬化，恢复原来的组织。适于钢件：适于钢件：冷扎、冷拉、冷冲等冷加工件。冷扎、冷拉、冷冲等冷加工件。加热至加热至Ac1以下以下100200，保温，炉冷至，保温，炉冷至200以下空冷。以下空冷。钢的热处理工艺钢的热处理工艺二、钢的正火二、钢的正火 定义：定义：完全完全A化后空冷。化后空冷。（1）工艺：）工艺：加热，加热，Ac3+100150 将钢加热至临界点以上将钢加热至临界点以上3050或更高，或更高，低碳钢：低碳钢：中碳钢：中碳钢：Ac3+50100 高碳钢：高碳钢：Accm+3050 冷却：冷却：空冷。空冷。（2）组织及性能）组织及性能 P组织

6、，组织，但比退火的更细。但比退火的更细。b、HR，k，、不下降。不下降。（3）正火应用）正火应用 作为普通结构零件的最终热处理。作为普通结构零件的最终热处理。作为低、中碳结构钢的预先热处理，作为低、中碳结构钢的预先热处理，可获得合适硬度，便于切削加工。可获得合适硬度，便于切削加工。用于过共析钢消除网状的用于过共析钢消除网状的Fe3C，为球化退火做好组织准备。为球化退火做好组织准备。钢的热处理工艺钢的热处理工艺三、钢的淬火三、钢的淬火定义：定义：以大于临界冷速的速度进行冷却，以大于临界冷速的速度进行冷却，以得到以得到M组织的热处理工艺。组织的热处理工艺。把钢加热至把钢加热至A化后，化后，1、淬火

7、温度、淬火温度一般在临界点以上一般在临界点以上3050。亚共析钢：亚共析钢：Ac3+（3050），），过高，过高，M粗大，粗大，钢件易变形开裂；钢件易变形开裂；过低，过低，容易出现淬火软点。容易出现淬火软点。组织主要为组织主要为M板板。（过）共析钢：（过）共析钢：Ac1+（3050），），合金钢淬火温度可适当提高，合金钢淬火温度可适当提高，组织为组织为M+Fe3C。加热至加热至Accm以上完全以上完全A化反而有害化反而有害:Ar，钢的耐磨性、硬度，钢的耐磨性、硬度；A粗化，淬后粗化，淬后M粗大，使钢的性能下降；粗大，使钢的性能下降；氧化、脱碳；氧化、脱碳；淬火应力淬火应力，工件易变形、开裂。，

8、工件易变形、开裂。钢的热处理工艺钢的热处理工艺2、淬火介质、淬火介质 淬火难操作淬火难操作 矛盾矛盾为得到为得到M需要快冷；需要快冷；快冷又导致很大的内应力，使钢件易变形和开裂。快冷又导致很大的内应力，使钢件易变形和开裂。解决此矛盾，方法有二：解决此矛盾，方法有二：一是选择理想的淬火介质一是选择理想的淬火介质（具有理想冷速的淬火介质）。（具有理想冷速的淬火介质）。一是改进淬火的冷却方法。一是改进淬火的冷却方法。什么是理想冷速？什么是理想冷速？常用的淬火介质：常用的淬火介质：（1）水。）水。冷速快，冷速快，但和理想冷速相反，但和理想冷速相反，主要用于小尺寸形状简单碳钢工件的淬火。主要用于小尺寸形

9、状简单碳钢工件的淬火。（2）盐水。）盐水。冷速更快，冷速更快，较为理想：较为理想：在在C曲线的鼻温附近冷速快，曲线的鼻温附近冷速快，但但300以下仍很快，钢件易变形及开裂。以下仍很快，钢件易变形及开裂。（3）油。）油。冷却能力差，冷却能力差，在在300以下冷速低，以下冷速低，有利于减少变形与开裂，有利于减少变形与开裂，主要用于形状复杂的中小合金钢工件的淬火。主要用于形状复杂的中小合金钢工件的淬火。（4）碱浴和盐浴。）碱浴和盐浴。主要用于尺寸小、形状复杂、对变形要求严格的工模具钢主要用于尺寸小、形状复杂、对变形要求严格的工模具钢工件的淬火。工件的淬火。钢的热处理工艺钢的热处理工艺3、淬火的方法、

10、淬火的方法单液淬火法。单液淬火法。双液淬火法。双液淬火法。分级淬火法。分级淬火法。适用于形状复杂的对变形要求严格的小尺寸合金钢工件（适用于形状复杂的对变形要求严格的小尺寸合金钢工件（C钢也可）。钢也可）。等温淬火法。等温淬火法。适用于各种形状复杂，尺寸要求精确，且硬、韧性要求高的冷热冲模及成型适用于各种形状复杂，尺寸要求精确，且硬、韧性要求高的冷热冲模及成型刃具等。刃具等。钢的热处理工艺钢的热处理工艺4、钢的淬透性、钢的淬透性（1）定义：）定义：（2）影响淬透性的因素。）影响淬透性的因素。钢的淬透性与钢的临界冷速有关。钢的淬透性与钢的临界冷速有关。c，淬透性，淬透性；（3）淬透性对钢的力学性能

11、的影响）淬透性对钢的力学性能的影响 钢淬火后获得淬硬层深度的能力。钢淬火后获得淬硬层深度的能力。反之，反之，c，淬透性，淬透性。因此，所有影响临界冷速（即因此，所有影响临界冷速（即A的稳定性）的因素都是影响淬透性的因素。的稳定性）的因素都是影响淬透性的因素。（4）淬透性与淬硬性不同）淬透性与淬硬性不同 淬透性是指淬硬层的深度，淬透性是指淬硬层的深度，淬硬性是指淬火后表面硬度的高低。淬硬性是指淬火后表面硬度的高低。淬透性好，淬硬性不一定好，淬透性好，淬硬性不一定好，如低碳钢；如低碳钢；淬硬性好，淬透性不一定好，淬硬性好，淬透性不一定好，如高碳钢。如高碳钢。钢的热处理工艺钢的热处理工艺四、钢的回火

12、四、钢的回火什么是回火？什么是回火？1、回火的对象、回火的对象 淬火钢。淬火钢。淬火组织为淬火组织为M+Ar，不稳定，不稳定，加热时都要分解；加热时都要分解；且淬火钢件内应力较大。且淬火钢件内应力较大。2、回火的目的、回火的目的 稳定组织及性能，稳定组织及性能，消除或减少淬火内应力。消除或减少淬火内应力。3、回火分类、组织及性能、回火分类、组织及性能 低温回火（低温回火（150250）。）。去应力及脆性，去应力及脆性，保留保留M的高硬度及耐磨性。的高硬度及耐磨性。组织为组织为M回回（过饱和的正方（过饱和的正方M+-Carbide），），5864HRC。主要用于高碳工、模具钢，滚动轴承钢，渗碳钢

13、等钢件的处理。主要用于高碳工、模具钢，滚动轴承钢，渗碳钢等钢件的处理。中温回火（中温回火（350500）。）。组织为组织为T回回（针状（针状F+粒状粒状Fe3C），），3545HRC，高的高的s、e、k，即弹韧性好，即弹韧性好，主要用于弹簧的处理。主要用于弹簧的处理。高温回火（高温回火（500650）。）。组织为组织为S回回（多边形（多边形F+球状球状Fe3C），），2535HRC 综合机械性能比较好。综合机械性能比较好。工业生产上，淬火工业生产上，淬火+高温回火高温回火 S回回=调质调质调质组织在硬度相同情况下，塑性及韧性比正火要好。调质组织在硬度相同情况下，塑性及韧性比正火要好。钢的热处理

14、工艺钢的热处理工艺4、回火后的力性、回火后的力性总的规律是：总的规律是：T回回，、k。b、HR，但不是单调变化。但不是单调变化。300400时，时，eemax；600时，时，kkmax，且存在两个回火脆性区。且存在两个回火脆性区。低温回火脆：低温回火脆：在在250400，k值下降，值下降，一般认为与一般认为与-carbide在晶界析出有关，在晶界析出有关，具有不可逆性，唯一办法是避免在该区温度回火。具有不可逆性，唯一办法是避免在该区温度回火。高温回火脆：高温回火脆：在在500650，k值下降，值下降，一般认为与一般认为与Sb、Sn、P、As等杂质元素等杂质元素在晶界偏聚有关，在晶界偏聚有关，具

15、有可逆性。具有可逆性。钢的热处理工艺钢的热处理工艺五、钢的表面热处理五、钢的表面热处理包括表面淬火和化学热处理。包括表面淬火和化学热处理。1、表面淬火、表面淬火表面淬成表面淬成M硬；硬；心部保持正火或调质态心部保持正火或调质态韧。韧。（1）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火 原理：原理：交流电交流电 交变磁场交变磁场 工件内产生感应电流（涡流）工件内产生感应电流（涡流）+工件内阻工件内阻 产生焦耳热产生焦耳热 加热工件。加热工件。热源：热源：“涡流效应涡流效应”产生的焦耳热。产生的焦耳热。为什么只能表面加热？为什么只能表面加热？因为涡流的因为涡流的“集肤效应集肤效应”，电流透入深度电流透入深度

16、1/，且，且热态热态冷态冷态。频率选用频率选用 钢种：钢种：中碳钢及中碳低合金钢。中碳钢及中碳低合金钢。高频淬火的特点：高频淬火的特点：a：V加热加热t时间时间b：-1 残余压应力，残余压应力，M细，比普通淬火硬度高细，比普通淬火硬度高23HRC，且韧性好；，且韧性好；c：生产率高。：生产率高。氧化、脱碳，过热、变形等淬火缺陷；氧化、脱碳，过热、变形等淬火缺陷；钢的热处理工艺钢的热处理工艺2、表面化学热处理、表面化学热处理（1）什么是化学热处理？）什么是化学热处理？所谓化学热处理所谓化学热处理，就是把工件放在一定温度的化学介质中保温，就是把工件放在一定温度的化学介质中保温，元素渗入工件的表层，

17、元素渗入工件的表层，改变表面的化学成分，改变表面的化学成分，进而改变组织及性能的热处理工艺。进而改变组织及性能的热处理工艺。让一些化学让一些化学钢件和铸铁件钢件和铸铁件非金属元素、金属元素非金属元素、金属元素C、N、O、S、B，与，与Fe形成形成间隙固溶体和化合物，强化间隙固溶体和化合物，强化表面，提高表面的力性表面，提高表面的力性 与与Fe形成置换固溶体，形成置换固溶体，Cr提提高抗蚀性、高抗蚀性、Al提高抗氧化性、提高抗氧化性、Si提高抗酸性能提高抗酸性能（2）化学热处理的三个基本过程）化学热处理的三个基本过程 渗剂分解：渗剂分解：分解出活性原子；分解出活性原子；吸附：吸附：活性原子在工件表面吸附；活性原子在工件表面吸附；扩散：扩散：活性原子向工件内部扩散（迁移），形成扩散层（渗层）。活性原子向工件内部扩散（迁移），形成扩散层（渗层）。常用工艺：常用工艺：渗渗C、渗、渗N（氮化）、气体（氮化）、气体C、N共渗。共渗。