38CrMoAlA的熱處理工藝設計

1、1. 完全退火熱處理工藝1.1 工藝參數(shù)選用完全退火的原因：因為完全退火主要用于含碳量質(zhì)量分數(shù)為0.3%0.6%的中碳鋼鑄、鍛件，因為38CrMnAl含碳量為0.38%，且是鍛件，故選用完全退火。完全退火的目的：在于消除其鍛件常存在晶粒粗大或晶粒大小不均勻等組織缺陷及內(nèi)應力，使鋼的強度、塑性和韌性達到技術(shù)要求即均勻組織、細化晶粒、消除內(nèi)應力、改善切削加工性能等，為最終熱處理做好組織準備。 加熱溫度選擇：920理由：因為38CrMnAl鋼是亞共析鋼，其完全退火溫度為Ac3+3050；且其Ac3為885，故可選溫度為920。這樣既可以細化晶粒，又有助于奧氏體成分均勻化，以改善切削加工性能并未淬火作

2、良好的準備。 加熱方法選擇：隨爐溫加熱理由：簡單易控制，且是預備熱處理，對性能要求不高。 加熱介質(zhì)選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使金屬燒損、性能降低。 保溫時間選擇：3h理由：一般可按有效厚度1.52.5min/mm估算，但保溫時間一般不超過10h，本零件的有效厚度為125mm，故可以選擇3h。保溫的目的是為了使工件熟透并得到比較均勻的奧氏體。 冷卻方法選擇：隨爐冷卻理由：表面與心部溫度差距小，不易產(chǎn)生應力，防止其開裂。 冷卻介質(zhì)選擇：氮氣理由：因為是隨爐冷卻，且爐內(nèi)氣體是氮氣 熱處理后檢驗方法內(nèi)容：硬度應小于或等于229HBW方法：通過加載將鋼球壓頭

3、壓入被檢測的金屬零件表面，根據(jù)單位壓痕面積上所受的負荷大小來確定硬度值。HB=P/F=P/DtF：凹陷壓痕的面積t：壓痕凹陷的深度檢測面應是光滑平面。工藝曲線圖溫度9203h時間/h圖1.1完全退火的工藝曲線圖操作守則：a.嚴格控制加熱溫度和時間，并盡量減輕鋼件的表面氧化脫碳；b.完全退火加熱并透燒后，在大量裝爐情況下，隨爐緩冷或控制一定的冷卻速度經(jīng)濟出爐溫度。1.2 材料的組織、性能 加熱溫度后的組織及性能正常溫度的組織和性能 粒狀珠光體，硬度較高，具有良好的綜合性能 加熱溫度不足的組織及性能 片狀珠光體，大量鐵素體，具有較高的硬度和強度，工件有較差的任性和塑性，且易開裂。加熱溫度過高的組織

4、及性能 粗大的珠光體和鐵素體，具有較差的強度和硬度，但韌性和塑性高，溫度嚴重過高時，容易氧化脫碳。工件尺寸因素對熱處理后的組織和性能的影響 工件尺寸過大，心部和表面溫差大，容易開裂，并產(chǎn)生應力。 保溫時零件的組織轉(zhuǎn)變 保溫時，碳逐漸融入奧氏體中，碳的分布逐漸均勻 冷卻到室溫后的組織及性能正常冷卻后的組織及性能 組織為均勻的珠光體和鐵素體，綜合性能良好冷卻速度不足的組織及性能 珠光體和鐵素體較粗大，工件較軟，不易于以后的熱處理。冷卻速度過大的組織及性能 細小的珠光體和鐵素體，硬度和強度較高，不易于機加。 產(chǎn)生缺陷預測及防護硬度過高 由于退火過后冷速太快，生成的片狀珠光體太薄，導致硬度升高。它不利

5、于切削加工，解決的辦法是重新加熱，降低冷卻速度（冷速應小于等于120/h）組織中出現(xiàn)粗大的塊狀鐵素體 冷速太慢，冷速應控制在30/h以上。1.3 選擇熱處理的設備選擇：中溫井式爐 RJ2-190-9理由：適用于軸類等長型零件的退火、正火、淬火及預熱等，裝爐量少，常用于質(zhì)量要求較高的零件。表1.1 RJ2-190-9的參數(shù)參數(shù)名稱額定功率額定電壓相數(shù)額定溫度爐膛尺寸單位KWVmmRJ2-190-919038039501000×36001.4 熱處理中的掛件、裝具、夾具、 圖1.2 井式爐用單件吊具2. 調(diào)質(zhì)處理工藝調(diào)質(zhì)處理的目的：為了獲得較高的強度和高的韌性互相配合良好的綜合力學性能。

6、其適用于，要求較高綜合力學性能的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼工件；改善半成品加工的表面粗糙度及減小最終熱處理淬火的變形傾向等。2.1 淬火工藝參數(shù) 加熱溫度選擇：930理由：低合金鋼的加熱溫度范圍為Ac3+3050；且其Ac3為885，故可選溫度為930。其目的是為了加速奧氏體化而又不引起奧氏體晶粒粗化。 加熱方法選擇：隨爐加熱理由：簡單易操作控制 加熱介質(zhì)選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使金屬燒損、性能降低。 保溫時間選擇：3h理由：由經(jīng)驗公式t=aKD a是保溫時間系數(shù)一般取1.5 K是工件裝爐修正系數(shù)一般取11.5，這里取1 D是工件有效厚度，這里為125mm

7、t是保溫時間計算得t為3h。 冷卻方法選擇：雙液淬火法理由：工件淬入清水中20s后，迅速轉(zhuǎn)入油中冷至室溫。先快冷可避免過冷奧氏體的分解，后慢冷可有效地降低變形和開裂傾向。 冷卻介質(zhì)選擇：水、油2.2 回火工藝參數(shù)高溫回火目的：消除淬火時產(chǎn)生的殘余應力，提高材料的塑性和韌性，穩(wěn)定工件尺寸，或得良好的綜合力學性能。 加熱溫度選擇：630理由：在鋼的Ac1溫度以下，38CrMnAl的Ac1為760，且是高溫回火，故可以選溫度為630。 加熱方法選擇：隨爐溫加熱理由：簡單易操作控制，且不易產(chǎn)生應力 加熱介質(zhì)選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使金屬燒損、性能降低。

8、保溫時間選擇：4h理由：一般根據(jù)工件截面厚度而定，一般每25mm厚度保溫12h，回火溫度較高時，可以適當縮短，故為4h。方法選擇：空冷理由：為了減少殘余應力，在回火后一般在空氣中冷卻；對于中、低碳高強度合金鋼及彈簧鋼為了避免發(fā)生第一類回火脆性，也可采用等溫淬火。介質(zhì)選擇：空氣2.3 調(diào)質(zhì)處理后檢驗方法內(nèi)容：硬度范圍應在250280HBW方法：通過加載將鋼球壓頭壓入被檢測的金屬零件表面，根據(jù)單位壓痕面積上所受的負荷大小來確定硬度值。HB=P/F=P/DtF：凹陷壓痕的面積t：壓痕凹陷的深度檢測面應是光滑平面。內(nèi)容：金相組織 一般應得到馬氏體。由于奧氏體化溫度不同，馬氏體形態(tài)和大小不一樣?？梢杂猛?/p>

9、射電子顯微鏡來觀察。方法：將經(jīng)預減薄的樣品沖成直徑為3mm的圓片后置于電解槽中接陽極，樣品兩側(cè)各有電解液噴嘴一個，噴嘴內(nèi)裝有鉑絲陰極，電解液以一定速度噴向試樣中心，使試樣雙面減薄，當樣品減薄到剛剛穿孔時，控制系統(tǒng)切斷電源然后在拋光形成的小孔附近找到符合透射電鏡觀察厚度的薄區(qū)。2.4 工藝曲線圖溫度930 3h時間/h圖2.1 淬火工藝曲線圖溫度 630 4h時間/h圖2.2 高溫回火工藝曲線圖操作守則：a.淬火加熱和保溫應確定原始組織完全奧氏體化；b.淬火冷卻速度能夠確保大多數(shù)奧氏體轉(zhuǎn)變馬氏體組織，零件表層鐵素體體積分數(shù)不得超過3%5%。2.5材料的組織、性能 加熱溫度后的組織及性能回火正常溫

10、度的組織和性能 回火索氏體，良好的綜合力學性能淬火正常溫度的組織和性能 大部分接近平衡狀態(tài)的組織，為奧氏體；工件較軟，塑韌性好回火加熱溫度不足的組織及性能 下貝氏體，硬度較高，塑性和韌性差淬火溫度不足的組織及性能奧氏體和殘留碳化物。加熱溫度低于Ac1，組織中會保留一部分滲碳體，使淬火強度，硬度高回火加熱溫度過高的組織及性能 上貝氏體，易產(chǎn)生回火脆性淬火加熱溫度過高的組織及性能 奧氏體晶粒細化，但易脫碳氧化 保溫時零件的組織轉(zhuǎn)變 回火后轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w，淬火保溫時奧氏體不發(fā)生轉(zhuǎn)變，工件心部和表面組織和性能差異不大。 冷卻到室溫后的組織及性能回火正常冷卻后的組織及性能 回火索式體和殘余奧氏體，良好的綜

11、合力學性能淬火正常冷卻后的組織及性能 得到馬氏體還有一部分殘余奧氏體回火冷卻速度不足的組織及性能 少量的鐵素體和屈氏體和殘余奧氏體，易產(chǎn)生回火脆性淬火冷卻速度不足的組織及性能 摻雜一定的珠光體、奧氏體，使硬度、強度降低回火冷卻速度過大的組織及性能 少量的鐵素體和屈氏體晶粒與正常態(tài)比細化了，硬度較高，不易加工，工件易變形。淬火冷卻速度過大的組織及性能 有較多的馬氏體和殘余奧氏體，硬度較高 產(chǎn)生缺陷預測及防護a. 工件表面脫碳嚴重 由于工件在氧化氣氛的加熱爐中加熱時間過長、溫度過高所致。解決辦法是合理選擇加熱溫度和保溫時間，或選擇保護氣氛加熱爐、真空爐等加熱設備。b. 力學性能過低 這是由于淬火加

12、熱溫度低游離態(tài)鐵素體未完全溶入奧氏體中所致；或是原材料鋼材的淬透性差；或是由于回火溫度過高或過低所致。解決方法為：調(diào)整淬火溫度；調(diào)整回火溫度。c. 淬裂 由于原材料內(nèi)部缺陷所致；淬火冷卻過于激烈；尖角溝槽處應力集中，切削刀紋粗大；工件表面脫碳。2.6 熱處理的設備選擇：淬火用中溫井式電阻爐 RJ2-190-9 回火用臺車式爐 RT2-320-9理由：適用于軸類等長型零件的退火、正火、淬火及預熱等，裝爐量少，常用于質(zhì)量要求較高的零件。臺車式爐適用于大型鍛、鑄件的退火、正火、回火等。表2.1 RT2-320-9參數(shù)參數(shù)名稱額定功率額定電壓相數(shù)額定溫度爐膛尺寸單位KWVmmRT2-320-93203

13、8039503000×1350×9502.7 熱處理中的掛件、裝具、夾具、圖2.3井式爐加熱用星形吊具3. 去應力退火工藝去應力退火的目的：為了去除鍛件及切削加工過程中產(chǎn)生的殘余內(nèi)應力。它可以降低原材料或毛坯的硬度，以利于切削加工；還可以徹底地消除被處理的參與內(nèi)應力。3.1 工藝參數(shù) 加熱溫度選擇：610理由：碳鋼和低合金鋼的去應力退火溫度一般為550650。 加熱方法選擇：隨爐加熱理由：因為此時的熱處理對工件性能要求高，且軸類零件要求精度高。隨爐加熱防止其產(chǎn)生新的應力，有利于保持工件性能。 加熱介質(zhì)選擇：氮氣理由：由于加熱溫度過高，零件容易氧化脫碳，氮氣可以很好的防護，使

14、金屬燒損、性能降低。 保溫時間選擇：6h理由：根據(jù)工件的截面尺寸和裝爐量決定。鋼的保溫時間為3mm/min。 冷卻方法選擇：隨爐冷至小于300，出爐空冷理由：大型零件或要求消除應力十分徹底的零件，則需爐冷至300，再出爐空冷，此軸是精度要求高的零件，且去應力退火的冷卻應盡量緩慢，以免產(chǎn)生新的應力，故選擇隨爐冷卻再空冷。 冷卻介質(zhì)選擇：氮氣 空氣 去應力退火后檢驗方法 應檢查彎曲，工件外圓全跳動量小于或等于0.50mm；進行粉磁探傷，用以檢驗厚材料與淬火裂紋。彎曲檢驗方法：采用三點彎曲計算方法 =2.5PL/d3 f= L2/6d d：圓棒直徑 L：跨距（mm） P:彎曲斷裂載荷 f:彎曲撓度（

15、mm) :試樣彎曲外層殘留伸長量（%）粉刺探傷方法：a. 受檢表面及附近30mm范圍內(nèi)用進行干燥和清潔處理，不得有污垢、銹蝕、松動的氧化皮等。b. 當受檢表面妨礙顯示時，應打磨或噴砂處理。c. 干粉探傷時，磁化時間一般每次約0.51s；濕粉探傷時，磁化時間需幾秒鐘。d. 磁化方向。每個受檢區(qū)域應進行兩次檢驗，兩次檢驗的磁力線方向應大體上垂直。 工藝曲線圖溫度溫度爐冷至300610300 空冷 6h時間/h圖3.1 去應力退火的工藝曲線圖操作守則：a.工件裝爐應在加熱溫度不超過200300狀態(tài)下進行，并以不大于150/h的速度升溫加熱；b.去應力退火冷卻速度應嚴格控制，一般以不大于50/h的速度

16、進行冷卻；c.去應力退火工件的出爐溫度，不得高于300。3.2 材料的組織和性能 加熱溫度后的組織及性能正常溫度的組織和性能 貝氏體，硬度較高，具有良好的綜合性能 加熱溫度不足的組織及性能下貝氏體，具有較高的硬度和強度，工件有較差的任性和塑性，且易開裂。加熱溫度過高的組織及性能 粗大的珠光體和鐵素體，具有較差的強度和硬度，但韌性和塑性高，溫度嚴重過高時，容易氧化脫碳。工件尺寸因素對熱處理后的組織和性能的影響 工件尺寸過大，心部和表面溫差大，容易開裂，并產(chǎn)生應力。 保溫時零件的組織轉(zhuǎn)變 保溫時，碳逐漸融入奧氏體中，碳的分布逐漸均勻 冷卻到室溫后的組織及性能正常冷卻后的組織及性能 組織為貝氏體，綜

17、合性能良好冷卻速度不足的組織及性能 少量珠光體和貝氏體，工件較軟，不易于以后的熱處理。冷卻速度過大的組織及性能 貝氏體和馬氏體，硬度和強度較高，不易于機加。 產(chǎn)生缺陷預測及防護易產(chǎn)生新的應力；由于工件在冷卻過程中，冷卻速度較快，易產(chǎn)生新的應力，應控制好冷卻速度，選擇恰當?shù)睦鋮s方法。3.3 熱處理爐的設備選擇：中溫井式電阻爐 RJ2-190-9理由：適用于軸類等長型零件的退火、正火、淬火及預熱等，裝爐量少，常用于質(zhì)量要求較高的零件。3.4 熱處理中的掛件、裝具、夾具、圖3.2 井式爐加熱用星形吊具4. 滲氮熱處理工藝選用氣體滲氮，采用三段氣體滲氮法。即工件隨爐緩慢升溫，在440保溫2h，然后升溫

18、至500，保溫30h，緩慢升溫至560，保溫24h，再隨爐緩慢降溫至530，保溫6h退氮處理。關閉出氣閥門，打開進氣閥門。然后爐冷至小于200出爐空冷。4.1 工藝參數(shù) 加熱溫度選擇：分別是440、500、560、530理由：為了保證氮化物自身的心部強度與硬度不變化，氮化溫度必須低于調(diào)質(zhì)回火溫度；若氮化溫度過低，滲氮速度慢，為達到一定的氮化深度需延長時間，同時導致工件表面不能吸收足夠活性氮原子，硬度不高，故氮化溫度選在500560。 加熱方法 選擇：隨爐溫加熱 加熱介質(zhì)選擇：氮氣 保溫時間選擇：2h、30h、24h、6h理由：當滲層深度在0.4mm以內(nèi)時，平均滲氮速度為0.0150.02mm/

19、h；當滲層深度在0.40.7mm以內(nèi)時，平均滲氮速度為0.0050.015mm/h；滲層越深，滲速越慢。 冷卻方法選擇：爐冷至小于200出爐空冷 冷卻介質(zhì)選擇：氮氣、空氣 熱處理后檢驗方法滲氮層深度的檢驗：包化合物層和擴散層。檢驗方法為金相法、硬度法和斷口法。滲氮層硬度檢測：由于滲氮層薄且硬度高，所以對表面硬度的檢查一般都采用維氏硬度計或表面洛氏硬度計。滲氮層脆性檢測：按維氏硬度壓痕邊角碎裂程度分5級。應在工件工作部位或隨爐試樣的表面檢驗滲氮層脆性。 工藝曲線圖 時間/h440一段滲氮500二段滲氮560三段滲氮530空冷溫度爐冷至低于2002h 30h24h6h圖4.1 38CrMnAl三段氣體滲氮工藝圖操作守則：滲氮件入爐前，應仔細清理其表面，使之無氧化皮、油脂及其他污物，以免影響滲氮質(zhì)量；滲氮過程，要嚴格執(zhí)行安全守則。尤其注意：通氮后罐內(nèi)空氣未排凈前不得點火，否則極易引起爆炸。4.2 材料的組