鋼的熱處理舉例

1、鋼的熱處理舉例鋼的熱處理舉例齒輪熱處理齒輪熱處理軸承熱處理軸承熱處理彈簧熱處理彈簧熱處理工具熱處理工具熱處理軸的熱處理軸的熱處理基本思路：基本思路：工作條件（載荷，環(huán)境）工作條件（載荷，環(huán)境）失效形式失效形式性能要求性能要求材料材料熱處理工藝熱處理工藝1、工作條件、工作條件用于傳遞動(dòng)力、改變方向或速度的重要零用于傳遞動(dòng)力、改變方向或速度的重要零件，受力情況復(fù)雜。件，受力情況復(fù)雜。2、常見失效形式、常見失效形式 齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）；齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）； 齒輪面剝落（疲勞損壞、點(diǎn)蝕）；齒輪面剝落（疲勞損壞、點(diǎn)蝕）； 斷齒（強(qiáng)度低或超載）斷齒（強(qiáng)度

2、低或超載）一一.齒輪熱處理齒輪熱處理一一. .齒輪熱處理齒輪熱處理3.3.齒輪的技術(shù)要求齒輪的技術(shù)要求 齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能；齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能； 齒輪根部及齒輪具有高的強(qiáng)度和韌性。齒輪根部及齒輪具有高的強(qiáng)度和韌性。4.4.齒輪用鋼齒輪用鋼 低、中碳低、中碳 輕載齒輪：輕載齒輪：45，調(diào)質(zhì)或正火，調(diào)質(zhì)或正火 中載齒輪：中載齒輪：45、40Cr， 調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火調(diào)質(zhì)，耐磨部位表面淬火 重載齒輪：重載齒輪：20Cr、20CrMnTi， 滲碳淬火滲碳淬火 高精度齒輪：高精度齒輪：38CrMoAlA， 調(diào)質(zhì)滲氮調(diào)質(zhì)滲氮1 1）滲碳齒輪）滲碳齒輪材料：材料：20Cr

3、MnTi20CrMnTi、 20Cr20Cr、 30CrMnTiA30CrMnTiA等等服役場(chǎng)合：高速重載（汽車齒輪）服役場(chǎng)合：高速重載（汽車齒輪）下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火5.齒輪熱處理工藝齒輪熱處理工藝精加工精加工掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織(1)(1)正火正火 細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，便于切削加工細(xì)化晶粒；調(diào)整硬度，便于切削加工 加熱至加熱至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷, , 組織細(xì)珠光體組織細(xì)珠光體+(+(少量鐵素體少量鐵素體) )(2)(2)滲碳滲碳 提高表面含碳量提高表面含碳量 92

4、0920930930保溫保溫3 39h 9h (3)(3)滲碳后淬火滲碳后淬火 獲得馬氏體，提高表面硬度獲得馬氏體，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火直接淬火或一次淬火 表面：表面：高碳高碳M+Ar+M+Ar+碳化物碳化物, ,過渡層過渡層: :M+Ar,M+Ar, 心部心部: :低碳低碳M+FM+F（少量）（少量） (4)(4)回火回火 消除淬火應(yīng)力，低溫消除淬火應(yīng)力，低溫200，MM回回下料下料鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火淬火低溫回火低溫回火精加工精加工 20 CrMnTi 鋼制造齒輪的鋼制造齒輪的 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線加工工藝路線加工工藝路線:下料下料 鍛造鍛造 粗

5、加工粗加工 半精加工半精加工 精車加工精車加工及及 精磨精磨 5.齒輪熱處理工藝齒輪熱處理工藝2）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火） 適用于適用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齒輪。等材料齒輪。正火正火調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)表面淬火表面淬火低溫回火低溫回火(1)(1)正火正火( (或完全退火）或完全退火） 細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度 加熱至加熱至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷, , 細(xì)珠光體細(xì)珠光體+(+(少量鐵素體少量鐵素體) )(2)(2)調(diào)質(zhì)熱處理調(diào)質(zhì)熱處理 使心部具有良好強(qiáng)韌性使心部具有良好強(qiáng)韌性 加

6、熱至加熱至AcAc3 3+30+305050后淬火后淬火+500+500600600高溫回火高溫回火, , 回火索氏體回火索氏體(3)(3)表面感應(yīng)淬火表面感應(yīng)淬火( (表面火焰淬火表面火焰淬火) ) 提高表面硬度提高表面硬度 表面加熱至表面加熱至AcAc3 3+30+305050，心部沒有加熱。，心部沒有加熱。 淬火后淬火后表面表面獲得馬氏體獲得馬氏體+ +殘余奧氏體殘余奧氏體, , 過渡層過渡層馬氏體馬氏體+F+F殘余奧氏體殘余奧氏體, , 心部心部回火索氏體回火索氏體 (4)(4)低溫回火低溫回火 消除淬火應(yīng)力，低溫消除淬火應(yīng)力，低溫200，MM回回 二、滾動(dòng)軸承熱處理二、滾動(dòng)軸承熱處理

7、滾珠軸滾珠軸承承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承1、工作條件、工作條件高載荷，交變應(yīng)力高載荷，交變應(yīng)力高轉(zhuǎn)速，一定沖擊。高轉(zhuǎn)速，一定沖擊。 接觸疲勞破壞接觸疲勞破壞二、滾動(dòng)軸承熱處理二、滾動(dòng)軸承熱處理2、失效形式、失效形式塑性變形塑性變形 磨損磨損3 3、性能要求、性能要求: :（內(nèi)外圈和滾動(dòng)體）（內(nèi)外圈和滾動(dòng)體）v高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性; ;v高的接觸疲勞強(qiáng)度高的接觸疲勞強(qiáng)度; ;v足夠的韌性和耐蝕性足夠的韌性和耐蝕性; ;v尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性滾珠軸承滾珠軸承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承二、滾動(dòng)軸承熱處理二、滾動(dòng)軸承熱處理4 4、軸承用鋼、軸承用鋼: :二、滾動(dòng)軸承熱處理二、

8、滾動(dòng)軸承熱處理G Cr15 含含Cr量量WCr 1.5 %滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼高碳高碳, Wc = 0.951.15%GCr15軸承鋼制造軸承的工藝路線軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造鍛造 機(jī)加工機(jī)加工 球化退火球化退火淬火淬火+ 冷處理冷處理 ( 60 80;1h )低溫回火低溫回火正火正火磨削加工磨削加工穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理 ( 120 150；5 10h )5 5、熱處理工藝、熱處理工藝預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理: :正火：正火：消除網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化晶粒消除網(wǎng)狀碳化物，細(xì)化晶粒球化退火：球化退火：降低硬度，提高韌性，為淬火組織準(zhǔn)備降低硬度，提高韌性，為淬火組織準(zhǔn)備淬火淬火: :獲得馬氏體組織獲得馬

9、氏體組織 810810860860（溫度偏高），讓（溫度偏高），讓CrCr盡量溶入盡量溶入A A，又不致于導(dǎo)致晶粒粗大，又不致于導(dǎo)致晶粒粗大，A A含碳過高；油冷含碳過高；油冷冷處理冷處理: :獲得馬氏體組織獲得馬氏體組織, ,減少減少ArAr低溫回火低溫回火: :消除殘余應(yīng)力，保持高硬度消除殘余應(yīng)力，保持高硬度. .二、滾動(dòng)軸承熱處理二、滾動(dòng)軸承熱處理汽車板簧汽車板簧扭轉(zhuǎn)彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧大型熱卷彈簧彈簧絲 三、彈簧熱處理三、彈簧熱處理1 1、工作條件、工作條件儲(chǔ)存能量和減輕震動(dòng)儲(chǔ)存能量和減輕震動(dòng), ,主要承受拉力、壓力、扭力、交變載荷；主要承受拉力、壓力、扭力、交變載荷；2 2、失效形式：、失效

10、形式： 疲勞斷裂，永久變形疲勞斷裂，永久變形3 3、性能要求：、性能要求： 高的強(qiáng)度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工性能（塑性高的強(qiáng)度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工性能（塑性成型、熱處理性能）成型、熱處理性能）4 4、常用材料、常用材料 6565、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn等中碳鋼及中碳合金鋼等中碳鋼及中碳合金鋼5 5、熱處理工藝、熱處理工藝（一）冷成形彈簧（小彈簧）（一）冷成形彈簧（小彈簧） 由強(qiáng)化過的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火由強(qiáng)化過的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火+ +回火的鋼絲）回火的鋼絲）冷卷成彈簧，冷卷成彈簧， 只需進(jìn)行去應(yīng)力退火（加熱溫度只需進(jìn)行去應(yīng)力退火（

11、加熱溫度250 250 300 300 ），以消），以消除變形過程中或淬火中形成的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。除變形過程中或淬火中形成的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。 （二）熱成形彈簧（二）熱成形彈簧 采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧）采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧） 淬火淬火提高強(qiáng)度，提高強(qiáng)度， 中溫回火中溫回火消除應(yīng)力，提高彈性極限。消除應(yīng)力，提高彈性極限。 淬火溫度淬火溫度Ac3Ac3以上，回火溫度以上，回火溫度350 350 450 450 ， 組織：組織：回火屈氏體回火屈氏體大型熱卷彈簧去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火淬火淬火+中溫回火中溫回火 （或采用等溫淬火）（或采用等溫淬火）或采用等溫淬火，得到貝氏體

12、組織或采用等溫淬火，得到貝氏體組織工具一般包括刃具、模具、量具工具一般包括刃具、模具、量具常用鋼包括：常用鋼包括： 碳素工具鋼、碳素工具鋼、 低合金工具鋼、低合金工具鋼、 高合金工具鋼（高速鋼等）高合金工具鋼（高速鋼等）四四. 工具熱處理工具熱處理模具模具量具量具刃具刃具成分特點(diǎn)：高碳成分特點(diǎn)：高碳4.1 刃具熱處理刃具熱處理 性能要求性能要求 高硬度高硬度(HRC60) ，主要取決于含碳量。，主要取決于含碳量。 高耐磨性高耐磨性， 靠高硬度和析出細(xì)小均勻靠高硬度和析出細(xì)小均勻硬碳化物來達(dá)到。硬碳化物來達(dá)到。 紅硬性紅硬性 即高溫下保持高硬度的能即高溫下保持高硬度的能力力 足夠的韌性足夠的韌性

13、 以防止脆斷和崩刃。以防止脆斷和崩刃。刃具用鋼刃具用鋼 碳素工具鋼：碳素工具鋼：T7T7T12T12（0.70.71.2%C1.2%C）木工鑿木工鑿手錘手錘圓沖圓沖T12T12鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織球狀珠光體球狀珠光體碳工鋼熱處理及組織碳工鋼熱處理及組織熱處理：熱處理：正火正火+ +球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低溫回低溫回火火球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度，便于加工；降低硬度，便于加工； 為淬火作組織準(zhǔn)備。為淬火作組織準(zhǔn)備。 使用狀態(tài)下的組織：使用狀態(tài)下的組織： M M回回+ +顆粒狀碳化物顆粒狀碳化物+A+AR R( (少量少量) ) 絲錐絲錐板牙板牙刃具用鋼刃具用鋼

14、低合金工具鋼：低合金工具鋼： CrWMn、9SiCr 熱處理及組織同碳素工具鋼，熱處理及組織同碳素工具鋼， 只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）。只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）。板牙板牙絲錐絲錐 9 SiCr 鋼板牙熱處理工藝曲線鋼板牙熱處理工藝曲線板牙板牙W18Cr4V的生產(chǎn)工藝及熱處理的生產(chǎn)工藝及熱處理鑄造鑄造 鍛造鍛造 球化退火球化退火 機(jī)加工機(jī)加工 淬火淬火+三次高溫回火三次高溫回火 磨削加工磨削加工刃具用鋼刃具用鋼 高合金刃具鋼：（高速鋼）高合金刃具鋼：（高速鋼） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織 420 鑄造鑄造:

15、高速鋼屬于高速鋼屬于萊氏體萊氏體鋼鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。鋼的韌性大幅下降。鍛造鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除, 只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織鍛造組織 210 球化退火球化退火:消除應(yīng)力消除應(yīng)力, 降低硬度，便于機(jī)加工降低硬度，便于機(jī)加工, 調(diào)整組織調(diào)整組織,為淬火作好組織準(zhǔn)備。為淬火作好組織準(zhǔn)備。 球化退火后的組織球化退火后的組織 : S + 粒狀粒狀 Cm球化退火溫度球化退火溫度830880易

16、于機(jī)械加工。易于機(jī)械加工。 W18Cr4V球化退火組織球化退火組織 420 淬火淬火 : : 1200120013001300 淬火后的組織淬火后的組織: :M+Cm+AM+Cm+AR R(20(2025%)25%)（溫度高）（溫度高）高速鋼淬火溫度高的原因：高速鋼淬火溫度高的原因：讓讓C和和Me充分溶入充分溶入A，淬火后得到高合金馬氏體，淬火后得到高合金馬氏體高溫回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，提高硬度高溫回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，提高硬度提高紅硬性提高紅硬性三次高溫回火三次高溫回火在在560560回火時(shí)回火時(shí) , , 產(chǎn)生二次硬化產(chǎn)生二次硬化多次回火多次回火, ,獲得更多碳化物析出獲得更多碳化物析出

17、 讓殘余奧氏體轉(zhuǎn)變。讓殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?；鼗鸾M織：回火組織： S回回+碳化物碳化物+Ar ( 1 2 % )* *淬火后淬火后A A殘約殘約202025 %25 %。* *第一次回火第一次回火后后A A殘約剩殘約剩151518 %18 %。* *第二次回火第二次回火后后A A殘約剩殘約剩3 35 %5 %。* *第三次回火第三次回火后后A A殘約剩殘約剩1 12 %2 %。組織硬度組織硬度為為HRC65HRC65以上。以上。 W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖鋼的熱處理過程示意圖進(jìn)展進(jìn)展:現(xiàn)在對(duì)這種熱處理工藝還不滿意現(xiàn)在對(duì)這種熱處理工藝還不滿意,對(duì)高速鋼淬火對(duì)高速鋼淬火+回火后回火后,再進(jìn)行再進(jìn)

18、行TiN沉積沉積4.2 冷作模具熱處理冷作模具熱處理v 性能要求性能要求: :高硬度（高硬度（HRC50HRC506060）；）；高耐磨性、強(qiáng)度和韌性；高耐磨性、強(qiáng)度和韌性；熱處理變形小熱處理變形小; ;汽車沖壓模具汽車沖壓模具v 應(yīng)用應(yīng)用: :冷沖模、冷鐓模、冷沖模、冷鐓模、冷擠模、搓絲板等冷擠模、搓絲板等v 冷作模具用鋼冷作模具用鋼: :碳素工具鋼：碳素工具鋼：T7T7T8T8低合金工具鋼：低合金工具鋼： 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具鋼：高合金工具鋼： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）

19、 Cr12型冷作模具鋼的熱處理型冷作模具鋼的熱處理（ C1.4%2.3%、Cr11%12%） 球化退火球化退火 冷作模具鋼鑄態(tài)組織極不均勻冷作模具鋼鑄態(tài)組織極不均勻, ,含有大量共晶碳化物，需反含有大量共晶碳化物，需反復(fù)鍛打后退火處理。復(fù)鍛打后退火處理。 球化退火溫度球化退火溫度830830880880，獲得細(xì)化碳化物，獲得細(xì)化碳化物+ +珠光體組織，珠光體組織，易于機(jī)械加工。易于機(jī)械加工。 淬火淬火+ +回火回火 一次硬化法：一次硬化法： 較低溫度淬火（較低溫度淬火（980980）低溫回火）低溫回火 回火組織為回火組織為M M回回+ +碳化物碳化物+Ar+Ar 二次硬化法：二次硬化法： 較高

20、溫度淬火（較高溫度淬火（10501050）2 23 3次高溫回火次高溫回火 回火組織為回火組織為S S回回+ +碳化物碳化物+Ar(+Ar(少量）少量）4.3 熱作模具熱處理熱作模具熱處理v 性能要求性能要求: :v 應(yīng)用應(yīng)用: :v 熱作模具用鋼熱作模具用鋼: :使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。高的熱硬性、高溫耐磨性高的熱硬性、高溫耐磨性;高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力和導(dǎo)熱性高的熱疲勞抗力和導(dǎo)熱性; 中碳中碳 0.30.6 %;熱變形模具鋼，熱變形模具鋼，5CrNi

21、Mo、5CrMnMo壓鑄模具，壓鑄模具，3Cr2W8V 5 CrMnMo熱處理熱處理: 熱處理工藝熱處理工藝: 完全退火完全退火 淬火淬火 550回火回火 曲軸模具曲軸模具熱處理后的組織熱處理后的組織: S回回 3 Cr2W8V鋼熱處理鋼熱處理: 熱處理工藝熱處理工藝: 淬火淬火 + 550三次回火三次回火 回火時(shí)二次硬化現(xiàn)象回火時(shí)二次硬化現(xiàn)象HRC47 4.4 量具熱處理量具熱處理v 性能要求性能要求: :v 量具用鋼量具用鋼: :高的硬度（高的硬度（HRC62）和耐磨性，）和耐磨性，熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定，保證熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定，保證尺寸精度。尺寸精度?？?尺尺量量 規(guī)規(guī)千分尺千分尺碳素工具鋼：碳素工具鋼：T8T12低合金工具鋼：低合金工具鋼：淬透性高，用于精度要求較高的量具。淬透性高，用于精度要求較高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr千分千分尺尺卡尺卡尺特點(diǎn)特點(diǎn) 預(yù)備熱處理組織為球化退火或調(diào)質(zhì)處理組織。預(yù)備熱處理組織為球化退火或調(diào)質(zhì)處理組織。 下限溫度淬火及冷處理，目的是減少下限溫度淬火及冷處理，目的是減少A A。 長時(shí)間低溫時(shí)效，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低馬氏體的正方長時(shí)間低溫時(shí)效，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低馬氏體的正方度