热处理-钢的热处理工艺

nullnull第五章 钢的热处理工艺 null教学内容 5.1 钢的退火与正火工艺 5.2 钢的淬火与回火 5.3 钢的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面热处理 5.4 钢的化学热处理 一般要求 1. 钢在加热和冷却时组织转变的机理； 2. 各种热处理的具体工艺过程； 3. 钢在加热和冷却过程中产生的缺陷.null 1. 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素； 2. 本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素； 3. 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。 4. 非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素； 5. 奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响； 6. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和适用的钢种，零件的范围。null5．1 钢的退火与正火工艺一、退火 （将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。） 退火工艺曲线null1．完全退火 加热温度： Ac3以上20-30度 组 织： P+F 目 的： ①细化，均匀化粗大、 不均匀组织 ②接近平衡组织—— ③消除内应力 应用范围： 亚共折钢，共析钢， 不适用于过共析钢。2．球化退火（不完全退火） 加热温度： Ac1以上20-40度 应用范围： 过共析钢，共析钢 组 织： 球状P（F+球状Cem） 目 的： ①使Cem球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑ ②为淬火作准备null 1050-1150℃，10-20h, P+F或P+Fe3CII 目的：消除偏析 后果：粗大晶粒 （应用完全退火消除）4．再结晶退火 加热温度：Ac1以下50-150度， 或T再+30-50度 目的：消除加工硬化5．去应力退火 500-650℃3．扩散退火（均匀化退火）null二、正火 （空冷） Ac3或Accm+30-50℃ 组织：S+（F或Fe3C） 应用： （1）作最终热处理，普通结构钢零件 目的： a. 细化A晶粒，组织均匀化 b. 减少亚共析钢中F%→P%↑， c. P细化→强度，韧性、硬度↑ （2）预先热处理 a. 消除不均匀组织（魏氏组织，带状组织）； b. 细化组织→为淬火、调质作准备 c. 使过共析钢中Fe3CII↓→使其不形成连续网状，为球化 作准备 （3）改善切削加工性能（低碳钢）null以45#钢为例的正火工艺曲线： 保温时间的经验公式:τ=KD (单位为min,式中,K―加热系数,一般K=1.5-2.0m/min,若装炉量大则可延长保温时间,D―工件有效厚度,单位为m) 操作步骤如下： null三、退火、正火的选择 正火：冷速快，材料组织细化，机械性能好 1．切削加工 低碳钢→正火 中高碳钢→完全退火 高碳钢、合金工具钢——正火＋球化退火 2．作为最终热处理→正火 3．为最终热处理提供良好的组织状态 4. 正火可替代完全退火以提高效率 null5.2 钢的淬火与回火一、淬火：加热到AC3、AC1相变温度以上，保温，快速冷却→M+A′ 1．淬火温度的决定 淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓， 淬火温度过高→A粗大→M粗大→淬火应力↑→变形，开裂↑null2．淬火介质 理想：650℃以上，慢，减小热应力 650-400℃，快，避免C曲线 400℃以下，慢，减轻相变应力null以45#钢为例的淬火工艺曲线： 油冷MTnull二、钢的淬透性 1．淬透性：淬火条件下得到M组织的能力，取决于 VK （上临界冷却速度） 2．淬硬性：钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M中C%， C%↑→淬硬性↑null3．影响淬透性的因素 ——VK，C曲线 影响C曲线的因素null（1）根据服役条件，确定对钢淬透性的要求 ——选材的依据 （2）热处理工艺制定的依据 （3）尺寸效应4．淬透性的应用 null三、回火 a. 消除淬火应力，降低脆性 b. 稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定 c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。 2．钢在回火时的组织转变 a. 马氏体分解（200℃以下）：析出ε-Fe2.4C碳化物（亚稳定） 组织：回火马氏体M’→过饱和α固溶体十亚稳定ε碳化物（极细的) 作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。 b. 残余A分解（200-300℃）：A→M’（或A→B下） 组织：回火马氏体M’ c. 回火屈氏体T’形成（250-400 ℃）：ε→Fe3C; α→F－维持M’外形 组织：回火屈氏体T’(F+ Fe3C) d. 碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（>400℃） 组织：回火索氏体S’—F（等轴晶）+ Fe3C（粒）1．回火目的（淬火组织的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ）null3．回火工艺——组织——性能关系（1）低温回火（150-250℃） 回火马氏体 M’ 降低淬火应力，提高韧性，保证高硬度（HRC58-64）和耐磨性 高碳的工具、模具、滚动轴承，渗碳与表面淬火的零件 （2）中温回火（350-500℃） 回火屈氏体 T’    高弹性极限和屈服强度，一定的韧性，硬度一般为HRC35-45 弹簧 （3）高温回火（500-650℃） 回火索氏体 S′ 淬火＋高温回火——调质处理 综合机械性能好(强度、韧性、塑性的配合)，硬度一般为HRC25-35 承受交变载荷，连杆、轴、齿轮等重要结构件——最终热处理 精密量具、模具——预先热处理null45钢            ╳400   回火索氏体 正火与调质处理的比较： 45钢 σb (MN/m2) δ(%) ak(kJ/m2) HB 组织 正火 700-800 12-20 500-800 163-220 细片S+F 调质 750-850 20-25 800-1200 210-250 细粒S’ null硬 度： 200度以下，HRC不变。 200-300度，M分解，残余A转变为马氏体，硬度降低不大， 高碳钢硬度,有一定的升高。 >300度，HRC降低。 韧 性： 400度开始升高，600度最高。 弹性极限： 在300-400度最高。 塑 性： 在600-650度最高。 1、高碳回火马氏体： 强度、硬度高、塑性、韧性差 2、低碳回火马氏体： 高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。 3、回火屈氏体： 屈服强度与弹性极限高 4、回火索氏体： 综合机械性能。（4）回火温度与机械性能的关系null（5）回火脆性（1）低温回火脆性（250-400℃） 碳化物片沿M晶界析出 避免在此温度回火 （3）高温回火脆性（450-650℃） P等元素在原A晶界偏聚，慢冷时 Cr、Ni等促进偏聚 Mo等抑制偏聚 减少P等杂质元素， 添加Mo等合金元素null5．回火工艺及其应用 记注：淬火+高温回火→调质处理 null以45#钢为例的调质工艺曲线： 淬火+高温回火→调质处理null5.3 钢的表面热处理表面淬火： 不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部 热处理方法。 目 的：心部保持较高的综合机械性能，表面具有高硬度 和耐磨性。一、感应加热表面淬火 1．原理 交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→ 表面加热 2．分类 a. 高频 200-300KHz，淬硬深度 0.5-2mm 小工件 b. 中频2500-8000Hz 淬硬深度2-5mm 尺寸较大的工件 c. 低频 50Hz       淬硬深度10-15mm 大型工件 d. 超音频 30-40KHz 3．钢种 中碳钢和中碳低合金钢 磨损部位（高硬度，耐磨）null加热速度快 几秒——几十秒 b. 加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度↑，脆性↓ c. 残余压应力→提高寿命 d. 不易氧化、脱碳、变形小 e. 工艺易控制，设备成本高 4．特点 锻造→退火或正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火→（粗磨→时效→精磨）         5．工艺路线null5.4 钢的化学热处理一、渗碳 ：AC3以上；900~950 ℃ ， 低碳钢 1．目的及应用 提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度 和良好的塑性和韧性 2．钢种 低碳钢，低碳合金钢3．加工工艺路线 锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）→低温回火→喷丸→磨削null （1）直接淬火 （如图a、b曲线） 奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大。 只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。 （2）一次淬火 （如图c曲线） 心部要求高时——AC3以上 表面要求高时——AC1以上30-500 ℃ （3）二次淬火 （如图d曲线） 第一次，改变心部组织 AC3以上30-500 ℃ 第二次，细化表面组织 AC1以上30-500 ℃ 4．渗碳工艺-组织-性能关系 加热温度，保温时间→渗碳层厚度null二、氮化 （含Al, Cr, Mo，V的钢） 它系指在一定温度（一般在AC1）以下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀性能，且因氮化温度低、变形小，因此在工艺中的应用也非常广泛。常用的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）等。1、气体氮化 气体氮化是将工件放在密封的炉内加热，并通入氮气。渗碳的加热温度低（小于Ac1温度，钢的组织处于铁素体状态），因此工件变形小、氧化脱碳少。气体氮化的原理： 氨气在300℃以上是便可以受热分解出活性氮原子， 即：2NH3→3H2+2[N] 活性氮原子被钢的表面吸收，形成固溶体和化合物。null气体氮化的温度低——500－600℃——变形小，对心部调质组织影响小气体氮化的工艺路线： 锻造→退火→机械粗加工→调质→半精加工→去应力退火→粗磨→氮化→精磨说明： 为保证零件的心部具有良好的综合力学性能，氮化前要经过调质处理； 为减少在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。氮化作为最后工序气体氮化的时间长——30－50h气体氮化的硬度高——HV1000-1100——高耐磨性，热硬性气体氮化——高的疲劳强度和抗腐蚀性能null钢的氮化层显微组织 400X钢的氮化层显微组织nullA3钢多元共渗渗层             X400 42rMo钢多元共渗组织             X400 nullB-Al B-Al共晶组织（菊花状） null5.5 其它热处理加热与保温过程中的氧化与脱碳 一、可控气氛热处理 二、真空热处理 快速加热与冷却 三、激光加热表面淬火 形变与相变结合——综合强化 四、形变热处理null5.6 表面处理加热与保温过程中的氧化与脱碳 一、可控气氛热处理 二、真空热处理 快速加热与冷却 三、激光加热表面淬火 形变与相变结合——综合强化 四、形变热处理null4．合金元素对回火转变的影响提高回火稳定性 回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力 b. 产生二次硬化null4．合金元素对回火转变的影响 二次硬化效应：一些Mo、W、V含量较高的钢回火时，硬度并不随回火温度的升高单调降低，而是在某一温度（约400℃）后反而开始增大，并在另一更高温度（550℃ ）达到峰值。 如图钼钢合金