熱處理工藝及設(shè)備講義

1、熱處理工藝及設(shè)備 教學(xué)內(nèi)容第一講： 緒論自我介紹，與學(xué)生溝通。舉例：例1：彈簧件：目前用于制作彈簧工件的材料有很多種。首先根據(jù)工件使用條件和要求選用適宜的彈簧鋼，然后加工成形。這時(shí)雖然材料和工件的形狀都到達(dá)了彈簧工件的要求，但性能并沒有到達(dá)技術(shù)要求。 這時(shí)工件在受力作用下就會(huì)發(fā)生塑性變形，無法起到彈簧工件的作用。要想使工件充分表達(dá)出彈簧的特性，就要根據(jù)所用具體材料進(jìn)行相應(yīng)熱處理來滿足。例2：家用菜刀、剪刀等，這些工件使用性能如何，熱處理的好與壞，直接影響刀具的質(zhì)量，如硬度低時(shí)，易出現(xiàn)卷刃現(xiàn)象，如硬度過高，易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象等。例3：學(xué)生在鉗工實(shí)習(xí)時(shí)制作的小錘子。在鉗工制作錘子時(shí)，所用工具有：銼刀、

2、鋸條和鉆頭等工具，它們同樣是金屬材料，為什么錘子能被加工得動(dòng)？這說明這些工具的硬度比錘子的硬度高，所以能把錘子從原材料加工成錘子的形態(tài)。但在鉗工加工成形的錘子也只是一個(gè)半成品。因?yàn)殡m然錘子的形狀，尺寸到達(dá)了要求，但它們的機(jī)械性能并沒有到達(dá)要求。如果這時(shí)用它錘擊工件，錘子本身就會(huì)出現(xiàn)變形。所以要想使錘子不但在尺寸和精度上到達(dá)要求而且在性能上也應(yīng)到達(dá)技術(shù)要求，為此就要通過進(jìn)行熱處理來完成。例4：古代刀劍，不經(jīng)過熱處理，是沒法上戰(zhàn)場使用的。引出本課程的教學(xué)目的：認(rèn)識(shí)、理解、掌握、運(yùn)用?熱處理工藝及設(shè)備?知識(shí)。0 緒論0-1 熱處理的起源和歷史春秋戰(zhàn)國時(shí)期，鑄鐵的石墨化退火和脫碳退火，應(yīng)用于農(nóng)具中；西

3、漢時(shí)代，鋼鐵兵器的淬火提高硬度；三國時(shí)代，發(fā)現(xiàn)了淬火介質(zhì)對工件質(zhì)量的影響；漢魏時(shí)期，開始了化學(xué)熱處理；圖0-1 熱處理工藝曲線示意圖明代，有了滲碳工藝；由于歷史原因，新中國成立前的熱處理一直停滯不前。0-2 熱處理的概念、工藝特點(diǎn)1、熱處理：采用適當(dāng)?shù)姆绞綄虘B(tài)金屬或合金進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)或外表化學(xué)成分與性能的工藝。性能包括：工藝性能、機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能。1加熱升溫的目的使金屬材料由低溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷亟M織舉例：鋼在常溫下其內(nèi)部有珠光體、鐵素體、馬氏體、上、下貝氏體等組織。隨著溫度的升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)727或超過727時(shí)，就發(fā)生了組織轉(zhuǎn)變。常溫的組織開始轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷氐?/p>

4、組織，也就是向奧氏體轉(zhuǎn)變。2保溫的目的使工件燒透且組織轉(zhuǎn)變有充足的時(shí)間工件有尺寸、形狀，加熱有快慢，工件芯部與外表溫度要求一致3冷卻的目的將金屬材料的高溫組織以不同的冷卻速度冷卻到室溫，獲得不同的室溫組織，從而到達(dá)不同的機(jī)械性能。2、工藝特點(diǎn)：熱處理工藝是機(jī)械制造過程中一個(gè)重要的組成環(huán)節(jié)，與其它工藝相比，有其工藝特點(diǎn)：1熱處理工藝不改變工件的外部形態(tài)，只改變內(nèi)部組織形態(tài)，提高其內(nèi)在質(zhì)量，賦予各種使用性能；2熱處理工藝不能獨(dú)立存在，可在機(jī)械制造過程中任何一個(gè)位置存在，與前后工序起相輔相成的作用；舉例：機(jī)加工之前的高溫退火、鋁合金成品前的固溶處理等3操作溫度和過程時(shí)間范圍廣；溫度可高達(dá)工件的熔點(diǎn)，

5、也可低至零下幾十度，而時(shí)間短那么幾秒長那么上百小時(shí)4工藝控制精確；溫度、時(shí)間的控制，冷去速度、方法的要求，熱處理時(shí)工件的擺放及移動(dòng)速度等5加熱、冷卻介質(zhì)的多樣性和嚴(yán)格性；6加熱冷卻的均勻性和區(qū)分性。0-3 熱處理的分類1、按機(jī)械加工過程中的位置和作用分：1最終熱處理；為獲得零件最后使用狀態(tài)所需性能的熱處理2預(yù)先熱處理；常在最終熱處理之前進(jìn)行，為其他工藝做好組織性能準(zhǔn)備3補(bǔ)充熱處理。常在最終熱處理之后進(jìn)行，為了消除應(yīng)力或穩(wěn)定加工效果2、按零件熱處理部位不同分：1整體熱處理；2局部熱處理；3外表熱處理；4區(qū)分熱處理。3、按零件化學(xué)成分是否要求變化分：1普通熱處理；2化學(xué)熱處理。4、按熱處理溫度分：

6、1高溫?zé)崽幚恚?中溫?zé)崽幚恚?低溫?zé)崽幚恚?冷處理。5、按工藝特點(diǎn)、組織轉(zhuǎn)變及形狀性能變化分：1根本熱處理-退火、正火、淬火、回火、冷處理、時(shí)效等；2化學(xué)熱處理-滲碳、滲氮、滲硼、滲金屬、多元滲等；3外表淬火-火焰淬火、感應(yīng)淬火、滲液淬火、電接觸淬火、激光淬火等；4形變熱處理-高溫形變熱處理、中溫形變熱處理、低溫形變熱處理；5復(fù)合熱處理-滲碳淬火、外表淬火自行回火、鍛熱淬火、焊接余熱退火等。0-4 國內(nèi)熱處理工藝現(xiàn)狀及開展趨勢1、現(xiàn)狀：與興旺國家相比，工藝水平低、質(zhì)量差、耗能大、本錢高、產(chǎn)品缺乏競爭力； 工藝研究和設(shè)備開發(fā)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)到國家，高端精密的熱處理工藝設(shè)備絕大局部從國外進(jìn)口。2、

7、開展趨勢： 1節(jié)能減排，降低能耗，加強(qiáng)熱處理工藝過程的控制與管理，積極采用復(fù)合熱處理等新熱處理工藝； 2推廣無氧化、防脫碳、防熱裂的熱處理工藝； 3改造和引進(jìn)自動(dòng)化熱處理生產(chǎn)線； 4減少污染、采用清潔能源、采用高效熱處理工藝。第二講：金屬的加熱及鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變圖0-1 熱處理工藝曲線示意圖提問學(xué)生：1熱處理的定義？熱處理的工藝過程？畫右圖示意2熱處理按工藝、特點(diǎn)和形狀性能角度如何分類？1 金屬的加熱及鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變1-1 熱處理的加熱過程1、加熱物理過程：熱的傳遞方式：傳導(dǎo)溫度不同的接觸物體間或同一物體中各局部之間的熱能傳遞過程； 舉例：烤紅薯、用暖水袋暖手等等對流流體流動(dòng)時(shí)，流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

8、引起的熱能傳遞過程； 比方：暖氣管、空調(diào)、吹風(fēng)扇等等輻射物體間通過熱輻射在空間中傳遞熱能的過程。 比方：微波爐、太陽光等等2、加熱影響因素：1加熱介質(zhì) 畫出書中的表1-1，加以說明 一般來說，傳導(dǎo)比對流的加熱速度要快一倍以上 舉個(gè)例子：燒水2鋼件或合金成分 畫出書中的表1-2，加以說明 鋼的化學(xué)成分不同決定了其比熱、密度和導(dǎo)熱系數(shù)有差異，那么影響著加熱速度； 一般來說，加熱速度與導(dǎo)熱系數(shù)成正比、與比熱、密度成反比， 即：v /c。 舉例，鋁鍋、銅壺。合金元素越多，那么導(dǎo)熱系數(shù)越小、密度越大，不宜快速加熱3鋼件或合金形狀 有效受熱外表積與體積之比，F(xiàn)/V，其越大，那么加熱速度越大。3、加熱標(biāo)準(zhǔn)的

9、一般原那么：與零件有關(guān)，也與加熱設(shè)備、加熱方式、裝爐量及工藝要求有關(guān)1加熱溫度確定 畫圖1-2加熱溫度優(yōu)選示意圖過燒金屬或合金在熱處理加熱時(shí)，由于加熱溫度接近其固相線附近，晶界氧化和開始局部熔化的現(xiàn)象。過熱金屬或合金在加熱時(shí)，加熱溫度超過相變所需溫度，使組織和性能異常的現(xiàn)象。氧化脫碳2加熱速度選擇采用小的慢速加熱速度：脆性大的工件、導(dǎo)熱性差的工件、大尺寸工件、復(fù)雜形狀的工件、剩余應(yīng)力大的工件、固體滲碳和退火工藝、具有嚴(yán)重偏析和夾渣物的工件。沒有以上因素的工件，從生產(chǎn)效率、節(jié)約資源考慮，都應(yīng)采用大的加熱速率。3加熱方法選擇 畫出書中圖1-3示意1冷爐裝料：需要加熱速度小的工件、裝爐量較多的情況；

10、2到溫裝爐：加熱速度大、操作方便，截面溫差大，退火、正火、淬火等普遍采用的加熱方法；3高溫裝爐：爐溫比加熱溫度高100150 、加熱速度大、熱應(yīng)力大、操作不方便，鍛件退火或正火，碳鋼或低合金鋼鍛件的淬火。4低溫裝爐：低于600、加熱速度中等、溫差較小，熱處理溫度較低的工件，大型鑄鍛件，淬火不合格返修件，經(jīng)過預(yù)熱要進(jìn)行高溫?zé)崽幚淼?、為了減少高溫氧化和脫碳的工件。4加熱時(shí)間確定理論計(jì)算法：一般來說，加熱時(shí)間包括：工件升溫時(shí)間、均熱時(shí)間、保溫時(shí)間；但理論計(jì)算時(shí)，加熱時(shí)間僅指升溫時(shí)間。1外表熱流密度恒定時(shí)：傳給工件的熱量與工件吸收而升溫的熱量相等2爐溫恒定時(shí)：d時(shí)間內(nèi)傳遞給工件外表的熱量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法：=

11、ad常用有效厚度計(jì)算方法畫圖1-4表示1-2 熱處理的加熱介質(zhì)：1、固體介質(zhì)：木炭、煙煤、石墨、剛玉砂、石英砂、碳化硅等，主要應(yīng)用于固體滲碳、滲金屬等固體化學(xué)熱處理及無氧化加熱。2、液體介質(zhì)：熔鹽、熔堿、熔融金屬、各種油類等，主要應(yīng)用于加熱質(zhì)量要求高的高碳高合金鋼的小零件、工模具的加熱及某些液體化學(xué)熱處理，也可用于等溫淬火冷卻。 熔鹽溫度1401300，價(jià)格低、易于去除，使用廣泛； 熔融金屬有毒、易污染、不易清理，幾乎不用； 油浴200以下，主要用于回火加熱。3、氣體介質(zhì)： 1一般爐氣：CO、CO2、H2、O2、N2、CH4等，具有較大氧化性，普通工件加熱。 2放熱型DX型氣體：液化石油氣、天

12、然氣、城市煤氣等，與空氣混合燃燒發(fā)生反響后制得，常用于保護(hù)性氣體，光亮退火、光亮淬火、光亮熱處理。 3吸熱型RX型氣體：丙烷、丁烷、甲烷等，與少量空氣混合后，在高溫反響罐中，經(jīng)觸媒作用反響制得，常用于鋼件防止氧化脫碳，如氣體滲碳等。 4氨分解氣體：常用于不銹鋼、硅鋼片、低碳高合金鋼的光亮熱處理。 5氮基氣體、氫氣及木炭發(fā)生氣 6真空氣體1-3 鋼在加熱過程中的轉(zhuǎn)變1、奧氏體的形成過程：形核和長大兩個(gè)根本過程，可分為四個(gè)階段畫圖書中9-2示意 1奧氏體的形核：Ac1溫度以上，珠光體不穩(wěn)定，在F和Fe3C的界面上優(yōu)先出現(xiàn)奧氏體的晶核； 這是因?yàn)橄嘟缑嫔咸紳舛确植疾痪?、原子排列不?guī)那么、能量較高狀態(tài)

13、 2奧氏體晶核長大：穩(wěn)定了的奧氏體晶核開始逐漸長大，依靠Fe、C原子的擴(kuò)散，晶格改組為面心立方晶格； 3剩余滲碳體的溶解：鐵素體優(yōu)先溶解消失于奧氏體中，剩余的滲碳體需要時(shí)間來溶解消失； 4奧氏體均勻化：濃度不均，那么需要長時(shí)間的C原子繼續(xù)擴(kuò)散均勻，同時(shí)伴有奧氏體的合并現(xiàn)象。2、奧氏體的晶粒長大及控制 1奧氏體晶粒度：衡量奧氏體晶粒大小的尺度，對冷卻后鋼的組織和性能有著重要影響。 表示方法有：經(jīng)理尺寸表示法晶粒截面的平均直徑或單位面積內(nèi)的晶粒數(shù)目； 晶粒度級別指數(shù)G表示法分8級，1最粗、8最細(xì)，一般5以上為細(xì)晶粒。 2奧氏體晶粒長大：起始晶粒度、實(shí)際晶粒度 3晶粒度大小的控制：1加熱溫度和保溫時(shí)

14、間的控制； 2加熱速度的控制；快速加熱，短時(shí)間保溫細(xì)化晶粒 3鋼的化學(xué)成分；可抑制晶粒長大的元素：Al、V、Ti、Zr、Nb、W、Cr、Mo等 4鋼的原始組織；越細(xì)的組織越有利于晶粒長大第三講：鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變提問復(fù)習(xí)：1加熱時(shí)間確實(shí)定？加熱溫度確實(shí)定？加熱速度確實(shí)定？ 2鋼在加熱過程中發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)變？1-4 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1-4-1 冷卻條件對鋼性能的影響 畫書上表9-1 連續(xù)冷卻：將奧氏體化后的鋼件以一定的冷卻速度從高溫一直連續(xù)冷到室溫。 等溫冷卻：把奧氏體化后的鋼件迅速冷到臨界點(diǎn)以下某個(gè)溫度，等溫保持一定時(shí)間后再冷至室溫。1-4-2 過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線C曲線1、過冷奧氏體：臨界點(diǎn)以

15、下暫時(shí)存在的奧氏體，是介穩(wěn)定相。 TTT曲線Time-Temperature-Transition：反映過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)的實(shí)驗(yàn)曲線，C曲線。剩余奧氏體：未發(fā)生轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體2、共析碳鋼C曲線分析 畫出書上圖9-4 C曲線圖1C曲線中，A1溫度線是奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的臨界溫度；左邊和右邊的C曲線分別為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線、終了線。2共分幾個(gè)區(qū)域：高于A1的奧氏體穩(wěn)定區(qū)、轉(zhuǎn)變開始線以左的過冷奧氏體區(qū)、轉(zhuǎn)變終了線以右和Ms點(diǎn)以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)、轉(zhuǎn)變開始線與終了線之間為過冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的共存區(qū)。3過冷奧氏體在不同溫度等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，都要經(jīng)過一段孕育期，即為縱坐標(biāo)到轉(zhuǎn)變開始線之間的距離。550為

16、鼻溫，孕育期最短、轉(zhuǎn)變時(shí)間最短。4發(fā)生三種轉(zhuǎn)變：高溫的珠光體轉(zhuǎn)變、中溫的貝氏體轉(zhuǎn)變、低溫的馬氏體轉(zhuǎn)變。1-4-3 影響因素1、奧氏體成分的影響：碳濃度、合金元素2、奧氏體化狀態(tài)的影響：晶粒度、均勻化、晶體缺陷密度等3、應(yīng)力和塑性變形的影響：1-4-4 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線1、CCT曲線continuous-cooling-transition (畫圖書上9-8)CCT曲線的臨界冷卻速度Vc、TTT曲線的臨界冷卻速度Vk、上下臨界冷卻速度這里，提問學(xué)生：a、要獲得全部馬氏體，冷卻曲線如何畫？全部為珠光體呢？1-5 珠光體轉(zhuǎn)變1-5-1 定義：在高溫時(shí)發(fā)生的擴(kuò)散性相變，生成鐵素體與滲碳體的機(jī)

17、械混合物 寫出反響式 典型的擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，退火、正火和索氏體化處理時(shí)，發(fā)生的主要相變?yōu)橹楣怏w轉(zhuǎn)變。1-5-2 組織形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能1、片狀珠光體：由具有一定厚度的片狀鐵素體與片狀滲碳體交替排列堆疊而成；分為片狀珠光體、細(xì)片狀珠光體索氏體S、極細(xì)片珠光體屈氏體T2、球狀珠光體：在鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體組織；球化退火3、性能：片間距和粒度越小，那么強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性越好。一般來說，退火后球狀珠光體的性能比片狀珠光體的性能好。 魏氏體組織會(huì)降低鋼的力學(xué)性能，應(yīng)該防止，或經(jīng)過正火、退火、鍛造來消除。1-6 馬氏體轉(zhuǎn)變1-6-1 定義：在較低的溫度下發(fā)生的無擴(kuò)散性相變，生成碳在-Fe中過飽和

18、的間隙固溶體。 典型的無擴(kuò)散相變、淬火處理時(shí)，發(fā)生的主要相變?yōu)轳R氏體轉(zhuǎn)變。1-6-2 主要特點(diǎn)：1、無擴(kuò)散性相變、以共格切變的方式進(jìn)行；2、具有一定的位向關(guān)系和慣習(xí)面；3、外表浮凸現(xiàn)象，說明是切變轉(zhuǎn)變；4、轉(zhuǎn)變在一個(gè)溫度范圍內(nèi)完成，必須冷卻到Mf以下，才能轉(zhuǎn)變完成，否那么都會(huì)存在剩余奧氏體；5、高速長大，不需要孕育期。1-6-3 形態(tài)及其亞結(jié)構(gòu)1、板條馬氏體：一般為低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼的典型馬氏體組織，扁條狀和薄板狀；2、片狀馬氏體：一般為高碳鋼、中碳鋼、高鎳的鐵鎳合金的典型馬氏體組織，雙凸透鏡或竹葉狀；3、亞結(jié)構(gòu)：孿晶4、影響因素：奧氏體的碳含量、馬氏體形成溫度。1-6-4 性能1、高強(qiáng)度

19、、高硬度：固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化2、塑性和韌性：受碳含量及亞結(jié)構(gòu)影響馬氏體的強(qiáng)度主要取決于碳含量，塑性和韌性主要取決于亞結(jié)構(gòu)。1-7 貝氏體轉(zhuǎn)變1-7-1 定義：在中溫條件下進(jìn)行碳原子擴(kuò)散和鐵原子不擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變，形成剩余奧氏體與珠光體的混合物；1-7-2 形態(tài)上貝氏體：350-550轉(zhuǎn)變，形成羽毛狀的貝氏體；下貝氏體：350以下轉(zhuǎn)變，形成針狀的貝氏體；粒狀貝氏體：貝氏體形成溫度最上部。1-7-3 性能性能主要受到形成溫度、化學(xué)成分影響；下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能，尤其韌性更加。第四講 退火與正火提問：a、畫出C曲線；畫出CCT曲線； b、指出哪條是連續(xù)冷卻曲線，哪條是等溫冷卻

20、曲線？并說明它們最終的相變產(chǎn)物。 c、什么是馬氏體轉(zhuǎn)變？主要特點(diǎn)？第二章 退火與正火退火與正火是生產(chǎn)中常用的預(yù)備熱處理工藝。一般為了消除鑄、鍛和焊件的內(nèi)應(yīng)力以及成分、組織的不均勻性，為下道工序做好組織準(zhǔn)備。2-1 退火的定義及分類 一、退火：把鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。溫度：高于Ac3、Ac1，或低于A1；畫出書上圖9-1，并與鐵碳相圖比照說明A1 A3 Acm等溫度點(diǎn)冷卻方式：隨爐冷卻；組織：平衡組織，珠光體組織。二、目的：在于均勻化學(xué)成分、改善機(jī)械性能及工藝性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力并為零件最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。要消除的組織缺陷一般有：魏

21、氏體組織、帶狀組織、粗大晶粒等；后續(xù)的工藝操作一般有：切削加工、淬火等。三、分類：再結(jié)晶退火：加熱到再結(jié)晶溫度低于A1，靠生成新晶粒及晶粒長大以消除由冷變形所引起的晶格歪曲與性能變化的一種熱處理工藝。相變重結(jié)晶退火：在相變溫度以上發(fā)生結(jié)構(gòu)、組織與性能變化的一種熱處理工藝。低溫退火：加熱到相變溫度以下，進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力，防止變形，降低硬度，恢復(fù)塑性和消除加工硬化，改善切削與沖壓加工性等的熱處理工藝，亦稱之為軟化退火或去應(yīng)力退火。2-2 退火工藝畫圖9-431、完全退火：為改善熱鍛、熱軋、焊接或鑄造過程由于溫度過高在鋼件內(nèi)出現(xiàn)的不良組織，提高機(jī)械性能，或?yàn)槭逛摷浕?，以改善加工性能與消除內(nèi)應(yīng)力，而采

22、用的熱處理工藝。a、加熱溫度：一般采用Ac3 +2050 b、加熱速度：不同鋼種采用不同加熱速度，一般的，碳鋼選150200 /h，低合金鋼選100 /h，高合金鋼選50 /h。對于大型工件及裝爐量大的工況，因透熱性差，宜在550650 停留一段時(shí)間，再繼續(xù)升溫。c、保溫時(shí)間：為使工件透燒，保證內(nèi)外組織轉(zhuǎn)變完成和均勻化，一般的，碳鋼選1.52 min/mm，低合金鋼22.5 min/mm，高合金鋼2.53 min/mm。裝箱保護(hù)退火時(shí)，應(yīng)根據(jù)箱子大小和箱內(nèi)填充劑進(jìn)行適當(dāng)延長，一般需增加14 h。d、冷卻速度：控制冷卻速度保證奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變?nèi)客瓿?、又不獲得高的彌散度。碳鋼選100200 /

23、h，低合金鋼選50100 /h，高合金鋼選2050 /h。e、冷卻方式：為了提高設(shè)備利用率，并使組織充分轉(zhuǎn)變，由退火溫度至550 為爐冷，550 以下取出空冷。f、應(yīng)用：碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼的鍛件、軋件、鑄件和焊接件，不宜用于過共析鋼件。2、不完全退火：為消除碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼因熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使鋼件軟化或改善工具鋼被切削性而采用的熱處理工藝。 由于加熱溫度在兩相區(qū)進(jìn)行，僅發(fā)生局部相變重結(jié)晶，鐵素體或碳化物形態(tài)、分布仍保存。a、加熱溫度：Ac1Ac3或Ac1Ac3b、加熱速度：同完全退火c、保溫時(shí)間：同完全退火d、冷卻速度：同完全退火e、冷卻方式：同完全退火f、應(yīng)用：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素

24、工具鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和低合金工具鋼的熱鍛件和熱軋件。3、球化退火：是不完全退火的一種特例，使鋼中碳化物球化并均勻分布在鐵素體基體上，獲得粒狀珠光體的退火工藝。目的：改善工具鋼的可切削性；為淬火作好金相組織準(zhǔn)備。a、球化退火工藝畫圖2-21主要用于淬火或冷加工后鋼的球化；2屢次重復(fù)使鋼中原晶界上的碳化物和珠光體中滲碳體經(jīng)過溶解和重新析出、聚集而到達(dá)球化目的；此方法適用于原始組織為珠光體的鋼；3主要使碳化物溶解，而后快速冷卻，以防網(wǎng)狀碳化物析出；4過共析鋼最常用的球化；5使網(wǎng)狀碳化物或大塊碳化物完全溶解，以利其后球化；6與5類似。b、影響球化質(zhì)量因素：化學(xué)成分：碳含量增加有利于球化，參加可形成碳化

25、物的元素不利球化；原始組織：網(wǎng)狀碳化物很難球化，馬氏體、細(xì)小的珠光體或貝氏體有利于球化，冷變形后組織有利于球化；加熱溫度與等溫溫度：加熱溫度過高或過低、等溫溫度過高或過低，都不利于球化；球化時(shí)間：不宜過長，否那么球化碳化物變粗，硬度下降；冷卻速度：冷卻速度會(huì)影響碳化物的彌散度，冷卻速度小有利于球化，采用緩慢冷卻進(jìn)行球化退火是保證得到理想組織的重要因素。c、應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于工具鋼、軸承鋼和量具鋼，作為預(yù)先熱處理。4、等溫退火：與完全退火相同，但可有效縮短生產(chǎn)周期a、加熱溫度：Ac3 +2050 或Ac1 +2050 b、加熱速度：同完全退火c、保溫時(shí)間：同完全退火d、等溫溫度：根據(jù)C曲線及硬度要

26、求確定e、冷卻速度：大件隨爐冷卻，小件空冷f、冷卻方式：500 隨爐冷，500 為爐冷，400 為爐冷，c)溫度：低于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度t650，奧氏體不穩(wěn)定區(qū)650400，奧氏體較為穩(wěn)定區(qū)400。理想的淬火冷卻曲線畫圖3-3：在鼻子上面的高溫區(qū)應(yīng)緩冷減小熱應(yīng)力，在鼻子附近須快冷防過冷奧氏體分解，而在Ms點(diǎn)附近應(yīng)盡量緩冷減少馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應(yīng)力。理想淬火介質(zhì)要求畫表3-12、淬火介質(zhì)的分類與要求分類：第一類：淬火時(shí)不發(fā)生物態(tài)變化輻射、傳導(dǎo)、對流進(jìn)行降溫，有熔鹽、熔堿與空氣；第二類：淬火時(shí)發(fā)生物態(tài)變化汽化進(jìn)行降溫，有水、油、水溶液。要求：1具有一定冷卻能力，成分穩(wěn)定不變質(zhì)、粘度小、流動(dòng)性好，無毒

27、無味，不腐蝕工件，淬火后易于清洗，來源廣、價(jià)格低。 2相變角度上，奧氏體不穩(wěn)定區(qū)冷卻能力大，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，馬氏體形成區(qū)冷卻能力小一些，可保證淬火后質(zhì)量。3、淬火介質(zhì)的冷卻機(jī)理1第一類：通過淬火介質(zhì)的自身性質(zhì)導(dǎo)熱性、比熱、粘度、介質(zhì)溫度等影響冷卻能力；2第二類：通過物態(tài)變化過程的吸熱，影響冷卻能力。 第二類冷卻可分三個(gè)階段：蒸汽冷卻、沸騰冷卻、對流冷卻， 要求：蒸汽冷卻不能太長，沸騰冷卻應(yīng)劇烈，對流冷卻開始溫度要高于馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)。4、影響因素1自身內(nèi)在因素：比熱、汽化熱、蒸汽壓、導(dǎo)熱性、粘度、外表張力；2外界因素：添加物、介質(zhì)溫度、攪拌、工件淬火溫度、工件尺寸5、淬硬能力的評定急冷度鋼的硬化

28、層深度：H=/，為鋼外表與淬火介質(zhì)的熱交換系數(shù)，為鋼的導(dǎo)熱系數(shù)。二、常用淬火介質(zhì)1、水高溫區(qū)冷速較低，低溫區(qū)冷速很大，導(dǎo)致工件極易開裂馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織應(yīng)力開裂優(yōu)點(diǎn)：清潔、平安、廉價(jià)、不需要清洗等；缺點(diǎn)：只適合形狀簡單、尺寸不大的碳鋼工件。2、鹽水、堿水溶液蒸汽膜階段極短，冷卻能力大，可獲得高而均勻的硬度優(yōu)點(diǎn)：冷卻均勻、無軟點(diǎn)產(chǎn)生，淬裂傾向小；缺點(diǎn)：可腐蝕工件和設(shè)備、要清洗、對人體有害。 3、油 優(yōu)點(diǎn)：工件變形與開裂傾向小； 缺點(diǎn)：粘度影響冷卻能力，只適合合金鋼和小截面的碳鋼工件畫表9-5，常用淬火介質(zhì)的冷卻特性第七講：淬火方法和淬火工藝標(biāo)準(zhǔn)提問：淬火的必要條件？淬火介質(zhì)的分類及冷卻機(jī)理？3

29、-3 淬火方法工件具體情況與淬火介質(zhì)盡量減小淬火應(yīng)力、工件變形，防止開裂，決定淬火方法。1、單液淬火1定義：指將加熱到淬火溫度并保溫一定時(shí)間后的工件放入一種淬火介質(zhì)連續(xù)冷卻至室溫的淬火方法。畫圖3-16a2淬火介質(zhì)：水碳鋼、油合金鋼、空氣、各種水溶性介質(zhì)3優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡單、經(jīng)濟(jì)、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、應(yīng)用最廣；但對某些形狀復(fù)雜的工件水淬易變形開裂而油淬硬度缺乏。2、雙液淬火1定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時(shí)間后，先浸入一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中使過冷奧氏體不發(fā)生向珠光體轉(zhuǎn)變，待其冷卻到稍高于Ms后立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻使過冷奧氏體緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的淬火方法。畫圖3-16b2淬火介質(zhì)：水、油、

30、空氣等；一般都是水淬+空冷+油冷。3優(yōu)缺點(diǎn)：剩余應(yīng)力小、不易變形和開裂；但對操作者技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)水平要求高，水冷時(shí)間不易控制。4水冷時(shí)間控制的經(jīng)驗(yàn)：a、按每5-6mm有效厚度約1s計(jì)算；b、振動(dòng)或水的響聲停止的一瞬間；c、工件外表變黑，再延長一倍時(shí)間。3、分級淬火1定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時(shí)間后，由奧氏體溫度淬入稍高于或稍低于Ms溫度的液態(tài)介質(zhì)中，并適當(dāng)保溫直至工件各局部溫度到達(dá)淬火介質(zhì)的溫度，然后取出空冷至室溫，以獲得馬氏體組織的淬火方法。畫圖3-16c2淬火介質(zhì)：油、熔鹽、空氣等。3優(yōu)缺點(diǎn)：不易開裂和變形剩余應(yīng)力?。坏叽绶€(wěn)定性差剩余奧氏體增多，只適合于變性要求嚴(yán)格且尺寸較小的工件

31、。4、等溫淬火1定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時(shí)間后，快冷到下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)260-400等溫保持足夠時(shí)間，獲得下貝氏體組織的淬火方法。畫圖3-16d2淬火介質(zhì)：熔鹽等。3優(yōu)缺點(diǎn)：強(qiáng)度、硬度高，塑性、韌性好，淬火應(yīng)力小，變形??；但只適合于形狀復(fù)雜、尺寸較小、精度要求高的工件。3-4 淬火工藝標(biāo)準(zhǔn)1、淬火加熱溫度淬火的主要工藝參數(shù)之一，根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)來確定，同時(shí)還應(yīng)考慮工件的形狀尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質(zhì)和冷卻方式等因素。碳鋼淬火加熱溫度范圍的一般原那么：1亞共析鋼：Ac3 + 40-60依據(jù)：a、應(yīng)保證加熱時(shí)得到成分均勻的奧氏體； b、應(yīng)保證加熱時(shí)得到細(xì)小的奧氏體晶粒； c、盡

32、可能低的氧化脫碳及淬火后的變形開裂傾向； d、獲得高的機(jī)械性能。原因：根據(jù)鐵碳相圖可知a、假設(shè)加熱溫度低于Ac3，那么加熱后組織為奧氏體+鐵素體，淬火后得到馬氏體與鐵素體的混合物，這是不完全淬火，硬度和強(qiáng)度較低；b、而超過Ac3溫度過高，那么奧氏體晶粒粗大淬火后馬氏體粗大、且容易造成氧化脫碳嚴(yán)重，變形開裂傾向大，韌性不好。2共析鋼和過共析鋼：Ac1 + 40-60依據(jù)：a、應(yīng)保證加熱時(shí)碳或合金元素充分溶解，得到較高的硬度和耐磨性； b、應(yīng)保證加熱時(shí)奧氏體晶粒不粗大； c、獲得較高的機(jī)械性能。原因：a、溫度低于Ac1，那么無法進(jìn)行奧氏體轉(zhuǎn)變； b、溫度高于Acm，那么碳化物溶解，馬氏體組織粗大，

33、且氧化脫碳嚴(yán)重，剩余奧氏體增多，致使硬度和耐磨性降低；另外，脆性增加，淬火變形開裂傾向增大。3合金鋼：由臨界點(diǎn)Ac1或Ac3決定，但要考慮合金元素的作用依據(jù)：a、含有有利于碳化物形成的元素時(shí)，淬火溫度可偏高些； b、含碳、錳較高的本質(zhì)粗晶粒鋼，淬火溫度應(yīng)偏低。4其他情況：a、組織方面：有嚴(yán)重帶狀組織、球狀組織時(shí)，可適當(dāng)提高淬火溫度；碳化物偏析嚴(yán)重、片狀組織時(shí)可適當(dāng)降低淬火溫度；b、工件形狀尺寸方面：形狀簡單、尺寸較大時(shí)，可適當(dāng)提高淬火溫度；形狀復(fù)雜、尺寸較小時(shí)，淬火溫度應(yīng)適當(dāng)降低些；c、淬火介質(zhì)方面：油淬時(shí)取上限，水淬時(shí)取上限；d、爐型方面：鹽浴爐加熱時(shí)取下限，箱式爐加熱時(shí)取上限；e、返修工件

34、及加熱脫碳傾向嚴(yán)重的工件，取下限；而要求紅硬性的工件，取上限。各種不同牌號鋼的臨界點(diǎn)、淬火介質(zhì)、淬火溫度范圍，都可以在鋼的熱處理工藝手冊上找到，但具體的工藝參數(shù)確定，還是要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)和試驗(yàn)確定。2、淬火加熱時(shí)間升溫時(shí)間+保溫時(shí)間=kD 為加熱系數(shù)可查；k為裝爐修正系數(shù)取1.5-2.0；D為有效厚度；3、淬火介質(zhì)選擇1選擇油冷的情況：a、形狀簡單、要求不嚴(yán)的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、薄壁高碳鋼制件；b、45鋼、高碳鋼、低碳鋼滲碳件等的厚度小于4mm，直徑小于5mm；c、45鋼，要求HRC25-29(厚度小于50mm)，或HRC20-24厚度小于75mm。2選擇水淬的情況：a、形狀簡單，尺

35、寸較大的45鋼或中碳鋼制件；b、形狀簡單的高碳鋼或低碳鋼滲碳件。3選擇堿浴、硝鹽浴的情況：a、形狀復(fù)雜、尺寸小的45鋼、高碳鋼制件，堿??；b、形狀復(fù)雜、要求變形小的合金鋼制件，堿浴或硝鹽浴。4、冷卻方式遵循以下原那么：a、細(xì)長的工件鉆頭、絲錐、銼刀等應(yīng)垂直淬入介質(zhì)中，否那么將發(fā)生彎曲；b、薄而平的工件圓盤銑刀等應(yīng)立著淬入介質(zhì)中；c、薄壁環(huán)狀工件，其軸應(yīng)垂直液面淬入介質(zhì)；d、具有凹面的工件，不要使凹面向下淬入介質(zhì)中，否那么凹面處會(huì)產(chǎn)生蒸汽膜。第八講：鋼的淬透性和回火提問：淬火方法有哪些？亞共析鋼的淬火溫度可以選擇700度么，為什么？碳含量為0.8%的高碳鋼可以在920度進(jìn)行淬火么，為什么？3-5

36、 鋼的淬透性淬透性是鋼的主要熱處理工藝性能，它對合理選用材料及正確制訂熱處理工藝具有十分重要的意義一、淬透性和淬硬性1、淬透性1概念：指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，是鋼的一種屬性。2大?。和ǔＳ靡?guī)定條件下淬火獲得淬透層的深度來表示。3淬透層深度：由工件外表到半馬氏體區(qū)馬氏體和非馬氏體組織各一半的區(qū)域的深度。4淬透性的好壞：由鋼的臨界冷速或過冷奧氏體的穩(wěn)定性決定。2、淬硬性1概念：指鋼淬火后所能到達(dá)的最高硬度，取決于馬氏體的碳含量。2大?。河晒ぜ挠捕戎祦肀硎?。3影響因素：碳含量、冷卻速度、工件尺寸、晶粒度大小等。淬透性和淬硬性之間沒有線性關(guān)系，淬透性表征工件獲得馬氏體厚度的能力，而淬硬性表征工

37、件獲得最高硬度的能力。二、淬透性和組織、性能之間的關(guān)系畫圖3-81、完全淬透：整個(gè)截面組織與性能一致，那么綜合機(jī)械性能會(huì)較高；2、芯部未淬透：芯部與外表組織與性能不一致，那么芯部綜合機(jī)械性能會(huì)比外表差；3、只有淺層淬透：只有表層的綜合性能好，但整體的綜合機(jī)械性能會(huì)很差。三、影響淬透性的因素：1、奧氏體化學(xué)成分：主要影響C曲線的位置和鋼的臨界冷卻速度；冷卻速度愈小或C曲線位置右移，那么奧氏體穩(wěn)定性越好，越不易轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，那么越有利于形成馬氏體，那么淬透性越好；2、奧氏體均勻度和奧氏體化溫度：奧氏體均勻度和奧氏體化溫度越高，越有利于鋼的淬透性；3、奧氏體晶粒度：晶粒越大，越有利于鋼的淬透性。4、

38、奧氏體中非金屬夾雜物和穩(wěn)定碳化物：越多，那么淬透性越差；因?yàn)榻档土藠W氏體的穩(wěn)定性，從而增大了臨界冷卻速度，那么降低了淬透性5、原始組織：片狀、粗大、球狀的組織越有利于淬透性。四、影響硬化層厚度的因素影響淬透性的因素都會(huì)影響硬化層厚度，另外，冷卻速度、淬火介質(zhì)、工件形狀等也對硬化層厚度有影響。五、淬透性的評定標(biāo)準(zhǔn)畫圖3-10評定淬透性的標(biāo)準(zhǔn)一般通常認(rèn)為應(yīng)除馬氏體外，還允許含有一定百分?jǐn)?shù)的非馬氏體組織一般來說，淬透性的評定標(biāo)準(zhǔn)：外表至半馬氏體組織的距離。六、淬透性表示和測定方法1、斷口法畫圖3-11：試樣橫截面的硬度分布曲線，或直接測橫截面的硬化層深度；2、臨界直徑表示法：某種淬火介質(zhì)中，所能得到

39、最大的淬透直徑，用D0來表示，D0越大，那么淬透性越好。鋼的臨界淬透直徑可查3、末端淬火法：畫圖9-47普遍采用的方法半馬氏體區(qū)離試樣末端距離越大，那么淬透性越好。用JHRC/d表示，J表示末端淬透性，d表示至水冷端距離。七、淬透性在生產(chǎn)中的應(yīng)用和意義1、應(yīng)用：a、連桿螺栓，承受均勻狡辯的拉壓應(yīng)力，必須保證整個(gè)截面均勻一致的組織和性能；b、承受彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的軸類，其危險(xiǎn)應(yīng)力一般在離外表至1/4或1/3的半徑處，這個(gè)部位需要高強(qiáng)高韌性，其它部位承受應(yīng)力較低不需要太高的強(qiáng)度，特別是芯部，假設(shè)完全淬透，反而會(huì)使壽命降低；c、熱鍛模，要求高強(qiáng)高韌，硬化層深度越高，壽命越高。d、彈簧，必須淬透，且要求

40、全部獲得90%以上馬氏體，否那么會(huì)引起彈性極限顯著降低。2、意義：a、為使用部門和機(jī)械設(shè)計(jì)人員在選擇鋼種時(shí)提供了一項(xiàng)重要的參考數(shù)據(jù)；b、熱處理工作者可依據(jù)鋼的淬透性決定在工藝上能否采用緩和的冷卻介質(zhì)，減少工件的熱應(yīng)力和變形開裂等缺陷；c、恰如其分的選擇具有適當(dāng)淬透性的鋼種，可節(jié)約資源，降低本錢，節(jié)能環(huán)保。3-6 回火回火是熱處理過程中的最后一道工序，關(guān)系著工件的使用壽命。一、定義：將淬火鋼加熱至Ac1以下某一溫度并保溫一定時(shí)間后，以適當(dāng)方式冷到室溫，使不穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定組織的熱處理工藝。二、目的：a、消除或減小工件的淬火應(yīng)力；b、適當(dāng)降低硬度、提高塑性和韌性，得到較高的綜合機(jī)械性能；c、穩(wěn)

41、定組織，使工件尺寸在長期使用過程中不發(fā)生變化。三、分類：1、低溫回火150-250：a、組織：回火馬氏體，淬火應(yīng)力局部消除，顯微裂紋大局部愈合；b、性能：保持了淬火馬氏體的高強(qiáng)度高硬度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性；c、冷卻方式：空冷；d、應(yīng)用：工、模、量具，滾動(dòng)軸承，滲碳淬火和高頻外表淬火件等。2、中溫回火350-500：a、組織：回火屈氏體，淬火應(yīng)力根本消除；b、性能：具有高的彈性極限、較好的塑性和韌性；c、冷卻方式：空冷；d、應(yīng)用：彈簧鋼件和熱鍛模具淬火件等3、高溫回火500-650：又稱“調(diào)質(zhì)a、組織：回火索氏體；b、性能：具有良好的綜合機(jī)械性能；c、冷卻方式：水冷或油冷；d、應(yīng)用：中

42、碳結(jié)構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機(jī)半軸、機(jī)床主軸、齒輪等重要的機(jī)器零件。4、屢次回火由于剩余奧氏體和內(nèi)應(yīng)力不能很好消除，因此需要進(jìn)行屢次回火；有高速鋼、高合金鋼，特別是具有回火硬化的鋼。四、回火工藝制定1、回火溫度選擇a、采用強(qiáng)烈淬火介質(zhì)時(shí)，取上限，分級或等溫淬火時(shí)，取下限；b、采用冷油淬火時(shí)，取下限；c、裝箱工件，取上限，不裝箱工件取下限；d、箱式回火取上限，鹽浴爐回火取下限；2、回火時(shí)間選擇空氣爐中按2-5min/mm選取，最短不低于30-40min；液體介質(zhì)中，時(shí)間可縮短50-60%的時(shí)間。3、回火考前須知：a、淬火后工件不能放到第二天才回火；自然時(shí)效的因素b、250-400特別是300是第一類回火脆性區(qū)，要盡量防止在此溫度區(qū)回火；具有第二類回火脆性的鋼材450-650高溫回火后應(yīng)快冷，可消除回火脆性。五、時(shí)效鋼淬火冷卻到室溫后，剩余奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變而使體積膨脹，同時(shí)鋼中馬氏體會(huì)發(fā)生分解而體積收縮，從而引起鋼的變形。對于尺寸穩(wěn)定性要求高的精密工件，需要進(jìn)行時(shí)效處理。其它金屬或合金，其熱處理工藝也包括四把火，只是淬火一般稱為固溶，回火稱為人工時(shí)效作業(yè)：1、 何謂鋼的淬透性？淬硬性？說明影響淬透性、淬硬性和淬透層深度的因素。2、 試