鋼的熱處理工藝技術(shù)(共35頁).ppt

1、第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 供應(yīng)窄帶鋼行業(yè)熱處理設(shè)備供應(yīng)窄帶鋼行業(yè)熱處理設(shè)備第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 5.1 鋼的退火與正火工藝5.2 鋼的淬火與回火5.3 鋼的外表熱處理5.4 鋼的化學(xué)熱處理 一般要求一般要求 1. 鋼在加熱和冷卻時組織轉(zhuǎn)變的機理；2. 各種熱處理的具體工藝過程； 3. 鋼在加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的缺陷.第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 1. 鋼在加熱時組織轉(zhuǎn)變的過程中及影響因素； 2. 本質(zhì)晶粒度與實際晶粒度的含義，控制晶粒度大小的因素； 3. 共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線

2、中各條線的含義。C曲線中種溫度區(qū)域內(nèi)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形貌，性能特點。 4. 非共析鋼C曲線與共析鋼C典線的差異及影響C典線的因素； 5. 奧低體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點，冷卻速度對鋼的組織變化和最終性能的影響； 6. 各種熱處理的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過程，性能變化，用途和適用的鋼種，零件的范圍。重點掌握重點掌握 第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5 51 1 鋼的退火與正火工藝鋼的退火與正火工藝一、退火一、退火 將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。 退火工藝曲線退火工藝曲線第五章第五章 鋼的熱處

3、理工藝鋼的熱處理工藝 1完全退火完全退火 加熱溫度： Ac3以上20-30度 組 織： P+F 目 的： 細(xì)化，均勻化粗大、 不均勻組織 接近平衡組織 消除內(nèi)應(yīng)力 應(yīng)用范圍： 亞共折鋼，共析鋼， 不適用于過共析鋼。2球化退火不完全退火球化退火不完全退火 加熱溫度：加熱溫度： Ac1以上以上20-40度度 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 過共析鋼，共析鋼過共析鋼，共析鋼 組組 織：織： 球狀球狀PF+球狀球狀Cem 目目 的：的： 使使Cem球化球化HRC，韌性，韌性切削性切削性 為淬火作準(zhǔn)備為淬火作準(zhǔn)備第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 1050-1150，10-20h, P+F或或P+Fe3C

4、II 目的：消除偏析目的：消除偏析 后果：粗大晶粒后果：粗大晶粒 應(yīng)用完全退火消除應(yīng)用完全退火消除4再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 加熱溫度：Ac1以下50-150度， 或T再再+30-50度 目的：消除加工硬化5去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 500-6503擴散退火均勻化退火擴散退火均勻化退火第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 二、正火二、正火 空冷空冷 Ac3或或Accm+30-50 組織：組織：S+F或或Fe3C 應(yīng)用：應(yīng)用： 1作最終熱處理，普通結(jié)構(gòu)鋼零件作最終熱處理，普通結(jié)構(gòu)鋼零件 目的：目的： a. 細(xì)化細(xì)化A晶粒，組織均勻化晶粒，組織均勻化 b. 減少亞共析鋼中減少亞共析鋼中F%P%， c

5、. P細(xì)化細(xì)化強度，韌性、硬度強度，韌性、硬度 2預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理 a. 消除不均勻組織魏氏組織，帶狀組織；消除不均勻組織魏氏組織，帶狀組織； b. 細(xì)化組織細(xì)化組織為淬火、調(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備為淬火、調(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備 c. 使過共析鋼中使過共析鋼中Fe3CII使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化 作準(zhǔn)備作準(zhǔn)備 3改善切削加工性能低碳鋼改善切削加工性能低碳鋼第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 以以45#鋼為例的正火工藝曲線：鋼為例的正火工藝曲線： 保溫時間的經(jīng)驗公式:=KD(單位為min,式中,K加熱系數(shù),一般K=1.5-2.0m/min,假設(shè)裝爐量大那么可延長保溫時間,D工件有效

6、厚度,單位為m) 操作步驟如下：操作步驟如下： 第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 三、退火、正火的選擇三、退火、正火的選擇 正火：冷速快，材料組織細(xì)化，機械性能好正火：冷速快，材料組織細(xì)化，機械性能好1切削加工 低碳鋼正火 中高碳鋼完全退火 高碳鋼、合金工具鋼正火球化退火2作為最終熱處理正火3為最終熱處理提供良好的組織狀態(tài)4. 正火可替代完全退火以提高效率第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5.2 5.2 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火一、淬火：加熱到一、淬火：加熱到AC3、AC1相變溫度以上，保溫，快速冷卻相變溫度以上，保溫，快速冷卻M+A 1 1淬火溫度的決定淬火溫度的決定

7、 亞共析鋼Ac3+30-50度 共析鋼 Ac1+30-50度 過共析鋼 Ac1+30-50度 A、 保留一定的CemHRC，耐磨性 B、 A中C%M中C%M脆性 A中C%M過飽和度殘余A C、 防止A粗大粗大淬火溫度過高淬火溫度過高A粗大粗大M粗大粗大力學(xué)性能力學(xué)性能，淬火溫度過高淬火溫度過高A粗大粗大M粗大粗大淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力變形，開裂變形，開裂第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 2淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)理想：理想：650以上，慢，減小熱應(yīng)力以上，慢，減小熱應(yīng)力 650-400，快，防止，快，防止C曲線曲線 400以下，慢，減輕相變應(yīng)力以下，慢，減輕相變應(yīng)力第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的

8、熱處理工藝 以以45#鋼為例的淬火工藝曲線：鋼為例的淬火工藝曲線： 油冷油冷MT第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 二、鋼的淬透性二、鋼的淬透性 1淬透性：淬火條件下得到M組織的能力，取決于 VK上臨界冷卻速度2淬硬性：鋼在淬火后獲得硬度的能力，取決于M中C%， C%淬硬性第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 3影響淬透性的因素影響淬透性的因素 VK，C曲線曲線 C%亞共析鋼 C%淬透性，過共析鋼C%淬透性 奧氏體化溫度奧氏體化溫度 Tt淬透性 合金元素合金元素 除Co%以外，C曲線右移，淬透性 未溶第二相未溶第二相 淬透性 影響影響C曲線的因素曲線的因素第五章第五章 鋼的熱處理

9、工藝鋼的熱處理工藝 1根據(jù)服役條件，確定對鋼淬透性的要求 選材的依據(jù)2熱處理工藝制定的依據(jù)3尺寸效應(yīng)4淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用 第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 三、回火三、回火 a. 消除淬火應(yīng)力，降低脆性 b. 穩(wěn)定工件尺寸，由于M，剩余A不穩(wěn)定 c. 獲得要求的強度、硬度、塑性、韌性。 2鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變 a. 馬氏體分解馬氏體分解200以下：析出以下：析出-Fe2.4C碳化物亞穩(wěn)定碳化物亞穩(wěn)定 組織：回火馬氏體組織：回火馬氏體M過飽和過飽和固溶體十亞穩(wěn)定固溶體十亞穩(wěn)定碳化物碳化物極細(xì)的極細(xì)的) 作用：晶格畸變降低，淬火應(yīng)力有所下降。作用：晶格畸變降低，

10、淬火應(yīng)力有所下降。 b. 剩余剩余A分解分解200-300：AM或或AB下下 組織：回火馬氏體組織：回火馬氏體M c. 回火屈氏體回火屈氏體T形成形成250-400 ：Fe3C; F維維持持M外形外形 組織：回火屈氏體組織：回火屈氏體T(F+ Fe3C) d. 碳化物的聚集長大，鐵素體的回復(fù)與再結(jié)晶碳化物的聚集長大，鐵素體的回復(fù)與再結(jié)晶400 組織：回火索氏體組織：回火索氏體SF等軸晶等軸晶+ Fe3C粒粒1回火目的淬火組織的問題回火目的淬火組織的問題第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 3回火工藝回火工藝組織組織性能關(guān)系性能關(guān)系1 1低溫回火低溫回火150-250150-250 回火馬

11、氏體回火馬氏體 MM 降低淬火應(yīng)力，提高韌性，保證高硬度降低淬火應(yīng)力，提高韌性，保證高硬度HRC58-64HRC58-64和耐磨和耐磨性性 高碳的工具、模具、滾動軸承，滲碳與外表淬火的零件高碳的工具、模具、滾動軸承，滲碳與外表淬火的零件2 2中溫回火中溫回火350-500350-500 回火屈氏體回火屈氏體 TT 高彈性極限和屈服強度，一定的韌性，硬度一般為高彈性極限和屈服強度，一定的韌性，硬度一般為HRC35-45HRC35-45 彈簧彈簧 3 3高溫回火高溫回火500-650500-650 回火索氏體回火索氏體 S S 淬火高溫回火淬火高溫回火調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 綜合機械性能好綜合機械性能好

12、( (強度、韌性、塑性的配合強度、韌性、塑性的配合) )，硬度一般為，硬度一般為HRC25-35HRC25-35 承受交變載荷，連桿、軸、齒輪等重要結(jié)構(gòu)件承受交變載荷，連桿、軸、齒輪等重要結(jié)構(gòu)件最終熱處理最終熱處理 精密量具、模具精密量具、模具預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 45鋼鋼 400 回火索氏體回火索氏體 正火與調(diào)質(zhì)處理的比較：正火與調(diào)質(zhì)處理的比較：4545鋼鋼 b (MN/m2) (%) ak(kJ/m2) HB b (MN/m2) (%) ak(kJ/m2) HB 組織組織 正火正火 700-800 12-20 500-800 163-220 700

13、-800 12-20 500-800 163-220 細(xì)片細(xì)片S+FS+F調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 750-850 20-25 800-1200 210-250 750-850 20-25 800-1200 210-250 細(xì)粒細(xì)粒SS第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 硬硬 度：度： 200200度以下，度以下，HRCHRC不變。不變。 200-300200-300度，度，M M分解，剩余分解，剩余A A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度降低不大，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度降低不大， 高碳鋼硬度高碳鋼硬度, ,有一定的升高。有一定的升高。 300300度，度，HRCHRC降低。降低。韌韌 性：性： 400400度開始升高，

14、度開始升高，600600度最高。度最高。彈性極限：彈性極限： 在在300-400300-400度最高。度最高。塑塑 性：性： 在在600-650600-650度最高。度最高。 1 1、高碳回火馬氏體：、高碳回火馬氏體： 強度、硬度高、塑性、韌性差強度、硬度高、塑性、韌性差2 2、低碳回火馬氏體：、低碳回火馬氏體： 高的強度與韌性，硬度、耐磨性也較好。高的強度與韌性，硬度、耐磨性也較好。3 3、回火屈氏體：、回火屈氏體： 屈服強度與彈性極限高屈服強度與彈性極限高4 4、回火索氏體：、回火索氏體： 綜合機械性能。綜合機械性能。4 4回火溫度與機械性能的關(guān)系回火溫度與機械性能的關(guān)系第五章第五章 鋼的

15、熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5 5回火脆性回火脆性1 1低溫回火脆性低溫回火脆性250-400250-400 碳化物片沿碳化物片沿M M晶界析出晶界析出 防止在此溫度回火防止在此溫度回火3 3高溫回火脆性高溫回火脆性450-650450-650 P P等元素在原等元素在原A A晶界偏聚，晶界偏聚，慢冷時慢冷時 CrCr、NiNi等促進偏聚等促進偏聚 MoMo等抑制偏聚等抑制偏聚 減少減少P P等雜質(zhì)元素，等雜質(zhì)元素， 添加添加MoMo等合金元素等合金元素第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 回火類型回火類型回火溫度回火溫度 組織組織 性能及應(yīng)用性能及應(yīng)用 組織形態(tài)組織形態(tài) 低溫回火 150

16、250 回火M（M） 保持高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力，用于工模具鋼，表面淬火及滲碳淬火件 過飽和a-Fe+e 碳化物 中溫回火 350-500 回火屈氏體（T ） 硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強度，用于彈性元件 保留馬氏體針形F+細(xì)粒Fe3C 高溫回火 500-650 回火索氏體（S ） 強度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機械性能，優(yōu)于正火得到的組織。中碳鋼、重要零件采用。 多邊形F+粒狀Fe3C 5 5回火工藝及其應(yīng)用回火工藝及其應(yīng)用 記注：淬火記注：淬火+高溫回火高溫回火調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 以以45#鋼為例的調(diào)質(zhì)工藝曲線：鋼為例的調(diào)質(zhì)工藝曲線： 淬

17、火淬火+高溫回火高溫回火調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5.3 鋼的外表熱處理鋼的外表熱處理外表淬火：外表淬火： 不改變外表化學(xué)成分，只改變其外表組織的局部不改變外表化學(xué)成分，只改變其外表組織的局部 熱處理方法。熱處理方法。 目目 的：心部保持較高的綜合機械性能，外表具有高硬度的：心部保持較高的綜合機械性能，外表具有高硬度 和耐磨性。和耐磨性。一、感應(yīng)加熱外表淬火一、感應(yīng)加熱外表淬火 1 1原理原理 交變磁場交變磁場感應(yīng)電流感應(yīng)電流工件電阻工件電阻加熱，集加熱，集膚效應(yīng)膚效應(yīng) 外表加熱外表加熱 2 2分類分類 a. a. 高頻高頻 200-300KHz200-300

18、KHz，淬硬深度，淬硬深度 0.5-0.5-2mm 2mm 小工件小工件 b. b. 中頻中頻2500-8000Hz 2500-8000Hz 淬硬深度淬硬深度2-5mm 2-5mm 尺寸較大的工件尺寸較大的工件 c. c. 低頻低頻 50Hz 50Hz 淬硬深度淬硬深度10-10-15mm 15mm 大型工件大型工件 d. d. 超音頻超音頻 30-40KHz30-40KHz 3 3鋼種鋼種 中碳鋼和中碳低合金鋼中碳鋼和中碳低合金鋼 磨損部位高硬度，耐磨磨損部位高硬度，耐磨第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 加熱速度快 幾秒幾十秒b. 加熱時實際晶粒組小，淬火得到極細(xì)馬氏體，硬度，脆性

19、c. 剩余壓應(yīng)力提高壽命d. 不易氧化、脫碳、變形小e. 工藝易控制，設(shè)備本錢高4特點特點 鍛造退火或正火粗加工調(diào)質(zhì)精加工外表淬火低溫回火粗磨時效精磨 5工藝路線工藝路線第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5.4 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理一、滲碳一、滲碳 ：AC3以上；以上；900950 ， 低碳鋼低碳鋼 1目的及應(yīng)用目的及應(yīng)用 提高外表硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的強度提高外表硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的強度 和良好的塑性和韌性和良好的塑性和韌性2鋼種鋼種 低碳鋼，低碳合金鋼低碳鋼，低碳合金鋼3加工工藝路線加工工藝路線 鍛造鍛造正火正火切削加工切削加工滲碳滲碳淬火直接淬

20、火、淬火直接淬火、一次淬火，二次淬火一次淬火，二次淬火低溫回火低溫回火噴丸噴丸磨削磨削第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 1直接淬火 如圖a、b曲線 奧氏體晶粒大，馬氏體粗，剩余A多，耐磨性低，變形大。 只適用于本質(zhì)細(xì)晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。2一次淬火 如圖c曲線 心部要求高時AC3以上 外表要求高時AC1以上30-500 3二次淬火 如圖d曲線 第一次，改變心部組織 AC3以上30-500 第二次，細(xì)化外表組織 AC1以上30-500 4滲碳工藝滲碳工藝-組織組織-性能關(guān)系性能關(guān)系 加熱溫度，保溫時間滲碳層厚度第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 二、氮化二、氮化 含

21、含Al, Cr, Mo，V的鋼的鋼 它系指在一定溫度一般在AC1以下，使活性氮原子滲入工件外表的化學(xué)熱處理工藝。其目的是使工件外表獲得高硬度和良好的耐蝕性能，且因氮化溫度低、變形小，因此在工藝中的應(yīng)用也非常廣泛。常用的氮化方法又氣體氮化、離子氮化、氮碳共滲軟氮化等。1、氣體氮化、氣體氮化 氣體氮化是將工件放在密封的爐內(nèi)加熱，并通入氮氣。滲碳的加熱溫度低小于Ac1溫度，鋼的組織處于鐵素體狀態(tài)，因此工件變形小、氧化脫碳少。氣體氮化的原理：氣體氮化的原理： 氨氣在氨氣在300以上是便可以受熱分解出活性氮以上是便可以受熱分解出活性氮原子，原子， 即：即：2NH33H2+2N 活性氮原子被鋼的外表吸收，

22、形成固溶體和化活性氮原子被鋼的外表吸收，形成固溶體和化合物。合物。第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 氣體氮化的溫度低氣體氮化的溫度低500600變形小，對心部調(diào)質(zhì)組織影響小氣體氮化的工藝路線：氣體氮化的工藝路線： 鍛造鍛造退火退火機械粗加工機械粗加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)半精加工半精加工去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火粗磨粗磨氮化氮化精磨精磨說明：說明： 為保證零件的心部具有良好的綜合力學(xué)性能，氮化前要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理； 為減少在氮化中的變形，在切削加工后要進行去應(yīng)力退火。氮化作為最后工序氮化作為最后工序氣體氮化的時間長氣體氮化的時間長3050h氣體氮化的硬度高氣體氮化的硬度高HV1000-1100高耐磨性，熱硬性氣體氮化氣體氮化高的疲勞強度和抗腐蝕性能第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 鋼的氮化層顯微組織鋼的氮化層顯微組織 400X鋼的氮化層顯微組織鋼的氮化層顯微組織第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 A3鋼多元共滲滲層鋼多元共滲滲層 X400 42rMo鋼多元共滲組織鋼多元共滲組織 X400 第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 B-Al B-Al共晶組織菊花狀共晶組織菊