普通熱處理培訓資料課件

目錄一.熱處理作用 二.Fe-C相圖、C曲線及熱處理基本工藝 三.常用熱處理材料及相關(guān)失效模式 四.熱處理相關(guān)設(shè)備 五.熱處理質(zhì)量控制 熱處理知識講座一.熱處理作用1.1熱處理 將鋼在固態(tài)下加熱到預定的溫度，并在該溫度下保持一段時間，然后以一定的速度冷卻下來的一種熱加工工藝。1.2熱處理目的改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能。通過適當?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高機械性能，延長零件的使用壽命。電廠鍋爐、汽輪機、發(fā)電機以及輔機，多數(shù)零部件要在制造(或檢修)過程中進行熱處理，至于工具、模具、刃具以及軸承等，都須全部熱處理?？梢?，熱處理是現(xiàn)代機器制造或修理中不可缺少的環(huán)節(jié)。滲碳后零件調(diào)質(zhì)后零件1.3熱處理作用通過適當?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高機械性能，延長零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料的性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省材料與能源，而且能挺高產(chǎn)品的質(zhì)量，大幅度延長機械零件的使用壽命，做到一個頂幾個、幾十個。恰當?shù)臒崽幚砉に囅T鍛件等熱加工工藝造成的各種缺陷，細化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應力，使鋼的組織和性能更加均勻。熱處理也是機械零件工藝加工過程中的重要工序。例如含碳量較高的鍛件，鍛后的組織是細珠光體，硬度偏高，難以切削，有時工件的內(nèi)應力也較大，不利于以后的加工，如采用退火熱處理，可降低硬度，為后續(xù)加工和最終獲得滿意的性能奠定基礎(chǔ)。

通過熱處理還可使工件表面具有抗磨損，耐腐蝕等特殊的物理化學性能。鋼熱處理之所以發(fā)生如此重大的變化，是由于經(jīng)過不同的加熱及冷卻過程，鋼的內(nèi)部組織發(fā)生了變化，因此要制定正確的熱處理規(guī)范，保證熱處理質(zhì)量，必須了解鋼在不同的加熱及冷卻條件下的組織變化規(guī)律。鋼中組織變化規(guī)律，就是熱處理原理。二.Fe-C相圖、C曲線及基本熱處理工藝2.1Fe-C相圖鐵碳平衡圖（iron-carbonequilibriumdiagram），又稱鐵碳相圖或鐵碳狀態(tài)圖。它以溫度為縱坐標，碳含量為橫坐標,表示在接近平衡條件（鐵-石墨）和亞穩(wěn)條件（鐵－碳化鐵）下（或極緩慢的冷卻條件下）以鐵、碳為組元的二元合金在不同溫度下所呈現(xiàn)的相和這些相之間的平衡關(guān)系。鐵碳平衡圖是研究碳鋼和鑄鐵的基礎(chǔ)，也是研究合金鋼的基礎(chǔ)，它的許多基本特點即使對于復雜合金鋼也具有重要的指導意義，如在簡單二元Fe-C系中出現(xiàn)的各種相，往往在復雜合金鋼中也存在。當然，需要考慮到合金元素對這些相的形成和性質(zhì)的影響，因此研究所有鋼鐵的組成和組織問題都必須從鐵碳平衡圖開始。?????LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

2.2C曲線過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學曲線是表示不同溫度下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間關(guān)系的曲線。由于通常不需要了解某時刻轉(zhuǎn)變量的多少，而比較注重轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束時間，因此常常將這種曲線繪制成溫度—時間曲線，簡稱C曲線。2.3.常規(guī)熱處理工藝2.3.1退火與正火退火與正火是生產(chǎn)上應用很廣泛到的預備熱處理。機器零件加工工藝過程中，退火與正火是一種先行工藝，具有承上啟下的作用。大部分機器零件及工、模具的毛坯經(jīng)退火或正火后，不僅可以消除鑄件、鍛件及焊接件的內(nèi)應力及成分和組織的不均勻性，而且也能改善和調(diào)整鋼的機械性能和工藝性能，為下道工序做好組織準備。對于一些受力不大、性能要求不高的機械零件，退火與正火可以作為最終熱處理。對于鑄件，退火與正火通常就是最終熱處理。退火是將鋼加熱到臨界點AC1以上或以下溫度，保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝。其主要目的是均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應力及加工硬化，改善鋼的成形及切削加工性能，并為淬火做好組織準備。退火工藝種類較多，按加熱溫度可分為臨界溫度(AC1或AC3）以上或以下的退火。前者包括完全退火、擴散退火、不完全退火和球化退火，后者包括再結(jié)晶退后及去應力退火。常見的退火工藝為：完全退火：AC3+(30-50)℃；等溫退火：AC3+(30-50)℃（亞共析鋼），AC1+（20-40）℃（共析鋼和過共析鋼）；球化退火：AC1+(10-20)℃；均勻化退火：AC3+(150-200)℃正火時將鋼加熱到AC3（或ACm）以上適當溫度，保溫以后再空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。與完全退火相比，二者的加熱溫度相同，但正火的冷卻速度較快，轉(zhuǎn)變溫度較低。因此，相同的鋼材正火后獲得的珠光體組織較細，鋼的強度、硬度也較高。珠光體正火作為預備熱處理，為機械加工提供適宜的硬度，又能細化晶粒、消除內(nèi)應力、消除魏氏組織和帶狀組織，為最終的熱處理提供合適的組織狀態(tài)正火加熱溫度通常在AC3（或ACm）以上30-50℃，高于一般的退火溫度，對于含V、Ti、Nb等碳化物形成元素的合金鋼，可采用更高的加熱溫度，即AC3+(100-150)℃.2.3.2淬火與回火鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序。淬火可以顯著提高鋼的強度和硬度。為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應力，得到不同強度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。所以淬火與回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。淬、回火作為各種機器零件及工、模具的最終熱處理是賦予鋼件最終性能的關(guān)鍵工序，也是鋼件熱處理強化的重要手段之一。淬火：將鋼加熱至臨界點AC3或AC1以上一定溫度，保溫以后以大于臨界冷卻速度的速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫淬火。淬火的主要目的是使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體并配以不同的溫度回火獲得各種需要的性能。馬氏體組織奧氏體淬透性：表示鋼在一定條件下淬火時獲得淬透層深度的能力，主要受奧氏體中的碳含量和合金元素的影響，例如久隆螺桿、臂軸心部硬度偏低與鋼的淬透性相關(guān)淬硬性：鋼淬火時的硬化能力，主要取決于馬氏體中的碳含量淬火裂紋-淬火應力-熱應力與組織應力常用冷卻介質(zhì):鹽水、水、水基淬火液、油（冷卻能力由大到?。┗鼗穑簩⒋慊痄撛贏C1以下溫度加熱，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織，并以適當方式冷卻至室溫的工藝過程?；鼗鹬饕康氖菧p少或消除淬火應力，保證相應的組織轉(zhuǎn)變，提高鋼的塑性和韌性，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，滿足工件性能要求。低溫回火：約150-250℃，回火組織為回火馬氏體，與淬火馬氏體相比，保持了鋼的高硬度、高強度和良好的耐磨性，又適當提高了韌性，適合于刀具、量具、滾動軸承、滲碳件及高頻表面淬火的工件。中溫回火：一般在350-500℃，回火組織為回火索氏體，中溫回火后鋼具有高的彈性極限，較高的硬度，良好的強度及硬度、塑韌性，適用于各種彈簧鋼及熱鍛模具高溫回火：約在500-650℃，回火組織為回火索氏體，淬火與隨后的高溫回火叫做調(diào)質(zhì)處理，適用于中碳鋼或低合金鋼回火脆性：指淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象?；鼗鸫嘈钥煞譃榈谝活惢鼗鸫嘈院偷诙惢鼗鸫嘈?。第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性，主要發(fā)生在回火溫度為250～400℃時，在重新加熱脆性消失后，重復在此區(qū)間回火，不再發(fā)生脆性第二類回火脆性又稱可逆回火脆性，發(fā)生的溫度在400～650℃，當重新加熱脆性消失后，應迅速冷卻，不能在400～650℃區(qū)間長時間停留或緩冷，否則會再次發(fā)生脆化現(xiàn)象。三常用熱處理材料3.1鋼的分類1.按碳含量分類低碳鋼（C≤0.25%）中碳鋼（C≤0.25-0.60%）高碳鋼（C>0.60%）。2.按鋼的質(zhì)量分類普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均≤0.035%）高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%，S≤0.030%）3.按鋼的用途分碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼4.按合金元素加入量分類低合金鋼（C≤5%）中合金鋼（C≤5-10%）高合金鋼（C>10%）5.按鋼的用途分合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能合金鋼7.按鋼的組織分類：珠光體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼、馬氏體鋼8.按所含主要合金分類：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼3.2鋼中雜質(zhì)元素作用Mn:一般認為錳在鋼中是一種有益的元素。在碳鋼中含錳量通常在0.25～0．80％范圍；在含錳合金鋼中，一般控制在1.0～1.2％范圍Si:硅在鋼中也是一種有益的元素。在鎮(zhèn)靜鋼(用鋁、硅鐵和錳鐵脫氧的鋼)中含硅最通常在0.10～O.40％之間；沸騰鋼(只用錳鐵脫氧的鋼)中只含有0.03～0.07％SiS:硫主要以硫化鐵形式存在。硫化鐵與鐵形成低熔點共晶體（熔點985℃）分布于晶界上，當鋼材在800—1200℃鍛軋時，由于低熔點共晶體熔化而使鋼材沿晶界開裂，即“熱脆”。為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴格控制，壓力容器專用鋼板含硫量應≤0.020％。P：磷也是一種有害雜質(zhì)。磷在鋼中全部溶于鐵素體中，雖可使鐵素體的強度、硬度有所提高，但卻使室溫下鋼的塑性、韌性急劇降低，并使脆性轉(zhuǎn)化溫度有所升高，使鋼變脆，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。磷的存在也使焊接性能變壞，因此鋼中含磷量要嚴格控制，壓力容器專用鋼材含磷量應≤0.030％目前應用比較多的材料有調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、刀具鋼、模具鋼、球墨鑄鐵及鋁合金3.3常用材料調(diào)質(zhì)鋼35#鋼140Cr45#鋼設(shè)備工藝失效模式分析滲碳鋼20CrMnTi22CrMo18CrNiMo設(shè)備工藝失效模式分析多用爐井式爐推盤爐磨損折斷剝落失效模式分析脆斷磨損工具、刀具鋼W18Cr4V(刀具）GCr15(擠壓棒）W6Mo5Cr4V2(絲錐）真空爐高溫中溫鹽爐模具鋼熱磨（H13、4CrMoViSi)冷模性能性能失效失效在高溫下保持良好的強度塌陷磨損在高溫下保持良好的強韌性及耐磨性能磨損斷裂GCr15工藝：下料-檢測-鍛造-預處理（固溶細化）-加熱淬火回火（中溫鹽爐）-檢測W18Cr4V下料-檢測-鍛造-預處理（球化退火、組織檢驗）-加熱淬火（高溫）-回火（三次）-檢測3.4工刀具鋼工藝四.熱處理相關(guān)設(shè)備4.1設(shè)備分類普通箱式爐、網(wǎng)帶爐（推盤爐）、鹽爐、回火爐幾種不同類別熱處理爐的區(qū)別連續(xù)式推盤爐普通箱式爐鹽浴爐井式回火爐4.2設(shè)備常出現(xiàn)的問題淬火延時、