鋼熱處理工藝要點PPT課件

1、結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 教學內容 5.1 鋼的退火與正火工藝5.2 鋼的淬火與回火5.3 鋼的表面熱處理5.4 鋼的化學熱處理 一般要求 1. 鋼在加熱和冷卻時組織轉變的機理；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1頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 1. 鋼在加熱時組織轉變的過程中及影響因素； 2. 本質晶粒度與實際

2、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中各條線的含義。C曲線中種溫度區(qū)域內奧氏體轉變產(chǎn)物的組織形貌，性能特點。 4. 非共析鋼C曲線與共析鋼C典線的差別及影響C典線的因素； 5. 奧低體連續(xù)冷卻轉變曲線的特點，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、組織轉變過程，性能變化，用途和適用的鋼種，零件的范圍。重點掌握 第2頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 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 （

3、將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。） 退火工藝曲線第3頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 1完全退火 加熱溫度： Ac3以上20-30度 組 織： P+F 目 的： 細化，均勻化粗大、 不均勻組織 接近平衡組織 消除內應力 應用范圍： 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） 加熱溫度： Ac1以上20-40度 應用范圍： 過共析鋼，共析鋼 組 織： 球狀P（F+球狀Cem） 目 的： 使Cem球化HRC，韌性切削性 為淬火

4、作準備第4頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 1050-1150，10-20h, P+F或P+Fe3CII 目的：消除偏析 后果：粗大晶粒 （應用完全退火消除）4再結晶退火 加熱溫度：Ac1以下50-150度， 或T再+30-50度 目的：消除加工硬化5去應力退火 500-6503擴散退火（均勻化退火）第5頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 二、正火 （

5、空冷） AcAc3 3或Accm+30-50 Accm+30-50 組織：S+S+（F F或FeFe3 3C C） 應用： （1）作最終熱處理，普通結構鋼零件 目的： a. 細化A晶粒，組織均勻化 b. 減少亞共析鋼中F%P%， c. P細化強度，韌性、硬度 （2）預先熱處理 a. 消除不均勻組織（魏氏組織，帶狀組織）； b. 細化組織為淬火、調質作準備 c. 使過共析鋼中Fe3 3CIIII使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化 作準備 （3）改善切削加工性能（低碳鋼）第6頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的

6、熱處理工藝鋼的熱處理工藝 以45#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,若裝爐量大則可延長保溫時間,D工件有效厚度,單位為m) 操作步驟如下： 入爐保溫出爐空冷第7頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 三、退火、正火的選擇 正火：冷速快，材料組織細化，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

7、代完全退火以提高效率第8頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 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AC3、AC1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 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A粗大M粗大力學性能，淬火溫度過高A粗大M粗大淬火應力

8、變形，開裂第9頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 2淬火介質理想：650以上，慢，減小熱應力 650-400，快，避免C曲線 400以下，慢，減輕相變應力理想淬火冷卻曲線示意圖不同淬火方法示意圖第10頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 以45#鋼為例的淬火工藝曲線： 入爐保溫出爐油冷(或水冷) 油冷MT第11頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 E

9、ngineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 二、鋼的淬透性 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12頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 3影響淬透性的因素 VK，C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

10、二相未溶第二相 淬透性 影響C曲線的因素第13頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理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4淬透性的應用 第14頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 三、回火 a. 消除淬火應力，降低脆性 b. 穩(wěn)定工件尺寸，由于M，殘余A不穩(wěn)定 c. 獲得要求的強度、硬度、塑性、韌性。

11、2鋼在回火時的組織轉變 a. 馬氏體分解（200以下）：析出-Fe2.4C碳化物（亞穩(wěn)定） 組織：回火馬氏體M過飽和固溶體十亞穩(wěn)定碳化物（極細的) 作用：晶格畸變降低，淬火應力有所下降。 b. 殘余A分解（200-300）：AM（或AB下） 組織：回火馬氏體M c. 回火屈氏體T形成（250-400 ）：Fe3C; F維持M外形 組織：回火屈氏體T(F+ Fe3C) d. 碳化物的聚集長大，鐵素體的回復與再結晶（400） 組織：回火索氏體SF（等軸晶）+ Fe3C（粒）1回火目的（淬火組織的問題）第15頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MA

12、T,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 3回火工藝組織性能關系（1 1）低溫回火（）低溫回火（150-250150-250） 回火馬氏體回火馬氏體 M 降低淬火應力，提高韌性，保證高硬度（HRC58-64）和耐磨性 高碳的工具、模具、滾動軸承，滲碳與表面淬火的零件（2 2）中溫回火（）中溫回火（350-500350-500） 回火屈氏體回火屈氏體 T T 高彈性極限和屈服強度，一定的韌性，硬度一般為HRC35-45 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質處理調質處理 綜合機械性能

13、好(強度、韌性、塑性的配合)，硬度一般為HRC25-35 承受交變載荷，連桿、軸、齒輪等重要結構件承受交變載荷，連桿、軸、齒輪等重要結構件最終熱處理最終熱處理 精密量具、模具精密量具、模具預先熱處理預先熱處理第16頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 45鋼 400 回火索氏體 正火與調質處理的比較：正火與調質處理的比較：4545鋼鋼 b b (MN/m (MN/m2 2) (%) a) (%) ak k(kJ/m(kJ/m2 2) HB ) HB 組織組織 正火正火 700

14、-800 12-20 500-800 163-220 700-800 12-20 500-800 163-220 細片細片S+FS+F調質調質 750-850 20-25 800-1200 210-250 750-850 20-25 800-1200 210-250 細粒細粒S S第17頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 硬硬 度：度： 200度以下，HRC不變。 200-300度，M分解，殘余A轉變?yōu)轳R氏體，硬度降低不大， 高碳鋼硬度,有一定的升高。 300度，HRC降低

15、。韌 性： 400度開始升高，600度最高。彈性極限： 在300-400度最高。塑 性： 在600-650度最高。 1 1、高碳回火馬氏體： 強度、硬度高、塑性、韌性差2 2、低碳回火馬氏體： 高的強度與韌性，硬度、耐磨性也較好。3 3、回火屈氏體： 屈服強度與彈性極限高4 4、回火索氏體： 綜合機械性能。（4 4）回火溫度與機械性能的關系第18頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 （5 5）回火脆性（1 1）低溫回火脆性（）低溫回火脆性（250-400250-400） 碳化

16、物片沿M晶界析出 避免在此溫度回火（3 3）高溫回火脆性（）高溫回火脆性（450-650450-650） P等元素在原A晶界偏聚，慢冷時 Cr、Ni等促進偏聚 Mo等抑制偏聚 減少P等雜質元素， 添加Mo等合金元素第19頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 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 性能及應用性能及應用 組織形態(tài)組織形態(tài) 低溫回火 150250 回火M（M） 保持高硬度，降低脆性及殘余應力，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

17、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回火工藝及其應用回火工藝及其應用 記注：淬火+高溫回火調質處理 第20頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 以45#鋼為例的調質工藝曲線： 淬火+高溫回火調質處理第21頁/共35頁結束放映下一頁

18、上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5.3 鋼的表面熱處理表面淬火： 不改變表面化學成分，只改變其表面組織的局部 熱處理方法。 目 的：心部保持較高的綜合機械性能，表面具有高硬度 和耐磨性。一、感應加熱表面淬火 1原理 交變磁場感應電流工件電阻加熱，集膚效應 表面加熱 2分類 a. 高頻 200-300KHz，淬硬深度 0.5-2mm 小工件 b. 中頻2500-8000Hz 淬硬深度2-5mm 尺寸較大的工件 c. 低頻 50Hz 淬硬深度10-15mm 大型工件 d. 超音頻 30-40KHz

19、3鋼種 中碳鋼和中碳低合金鋼 磨損部位（高硬度，耐磨）第22頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 a. 加熱速度快 幾秒幾十秒b. 加熱時實際晶粒組小，淬火得到極細馬氏體，硬度，脆性c. 殘余壓應力提高壽命d. 不易氧化、脫碳、變形小e. 工藝易控制，設備成本高4特點 鍛造退火或正火粗加工調質精加工表面淬火低溫回火（粗磨時效精磨） 5工藝路線第23頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼

20、的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 5.4 鋼的化學熱處理一、滲碳 ：AC3以上；900950 ， 低碳鋼 1目的及應用 提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的強度 和良好的塑性和韌性2鋼種 低碳鋼，低碳合金鋼3加工工藝路線 鍛造正火切削加工滲碳淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）低溫回火噴丸磨削第24頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 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，殘余A多，耐磨性低，變形大。 只適用于本質細晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。（2

21、）一次淬火 （如圖c曲線） 心部要求高時AC3以上 表面要求高時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，細化表面組織 AC1以上30-500 4滲碳工藝-組織-性能關系 加熱溫度，保溫時間滲碳層厚度第25頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 二、氮化 （含Al, Cr, Mo，V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表面的化學熱處理工藝。其目的是使工件表面獲得高硬度和良好的耐蝕性

22、能，且因氮化溫度低、變形小，因此在工藝中的應用也非常廣泛。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 氣體氮化是將工件放在密封的爐內加熱，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： 氨氣在300以上是便可以受熱分解出活性氮原子， 即：2NH33H2+2N 活性氮原子被鋼的表面吸收，形成固溶體和化合物。第26頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 氣體氮化的溫度低500600變形

23、小，對心部調質組織影響小氣體氮化的工藝路線： 鍛造退火機械粗加工調質半精加工去應力退火粗磨氮化精磨說明： 為保證零件的心部具有良好的綜合力學性能，氮化前要經(jīng)過調質處理； 為減少在氮化中的變形，在切削加工后要進行去應力退火。氮化作為最后工序氣體氮化的時間長3050h氣體氮化的硬度高HV1000-1100高耐磨性，熱硬性氣體氮化高的疲勞強度和抗腐蝕性能第27頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 鋼的氮化層顯微組織 400X鋼的氮化層顯微組織第28頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 A3鋼多元共滲滲層 X400 42rMo鋼多元共滲組織 X400 第29頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineering Materials MAT,SWJTU教程首頁第五章第五章 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） B-Al-W共晶組織（三角形）B-Al亞共晶組織 （樹枝狀） 第30頁/共35頁結束放映下一頁上一頁 本章首頁 Engineerin