鋼的五種熱處理工藝

-.z.鋼的五種熱處理工藝熱處理工藝——外表淬火、退火、正火、回火、調(diào)質(zhì)工藝：1、把金屬材料加熱到相變溫度〔700度〕以下，保溫一段時(shí)間后再在空氣中冷卻叫回火。

2、把金屬材料加熱到相變溫度〔800度〕以上，保溫一段時(shí)間后再在爐中緩慢冷卻叫退火。

3、把金屬材料加熱到相變溫度〔800度〕以上，保溫一段時(shí)間后再在特定介質(zhì)中〔水或油〕快速冷卻叫淬火。◆外表淬火

?鋼的外表淬火有些零件在工件時(shí)在受扭轉(zhuǎn)和彎曲等交變負(fù)荷、沖擊負(fù)荷的作用下，它的外表層承受著比心部更高的應(yīng)力。在受摩擦的場(chǎng)合，外表層還不斷地被磨損，因此對(duì)一些零件外表層提出高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和高疲勞極限等要求，只有外表強(qiáng)化才能滿足上述要求。由于外表淬火具有變形小、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。根據(jù)供熱方式不同，外表淬火主要有感應(yīng)加熱外表淬火、火焰加熱外表淬火、電接觸加熱外表淬火等。感應(yīng)外表淬火后的性能:1.外表硬度：經(jīng)高、中頻感應(yīng)加熱外表淬火的工件，其外表硬度往往比普通淬火高2～3單位〔HRC〕。2.耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。這主要是由于淬硬層馬氏體晶粒細(xì)小，碳化物彌散度高，以及硬度比擬高，外表的高的壓應(yīng)力等綜合的結(jié)果。3.疲勞強(qiáng)度：高、中頻外表淬火使疲勞強(qiáng)度大為提高，缺口敏感性下降。對(duì)同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi)，隨硬化層深度增加而疲勞強(qiáng)度增加，但硬化層深度過(guò)深時(shí)表層是壓應(yīng)力，因而硬化層深度增打疲勞強(qiáng)度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化層深δ＝〔10～20〕％D。較為適宜，其中D。為工件的有效直徑?！敉嘶鸸に囃嘶鹗菍⒔饘俸秃辖鸺訜岬竭m當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過(guò)共析鋼則是粒狀珠光體?？傊嘶鸾M織是接近平衡狀態(tài)的組織。

?退火的目的①降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。②細(xì)化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鹘M織準(zhǔn)備。③消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開(kāi)裂。

?退火工藝的種類①均勻化退火〔擴(kuò)散退火)

均勻化退火是為了減少金屬鑄錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性，將其加熱到高溫，長(zhǎng)時(shí)間保持，然后進(jìn)展緩慢冷卻，以化學(xué)成分和組織均勻化為目的的退火工藝。均勻化退火的加熱溫度一般為Ac3+〔150～200℃〕，即1050～1150℃，保溫時(shí)間一般為10～15h，以保證擴(kuò)散充分進(jìn)展，大道消除或減少成分或組織不均勻的目的。由于擴(kuò)散退火的加熱溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，晶粒粗大，為此，擴(kuò)散退火后再進(jìn)展完全退火或正火，使組織重新細(xì)化。②完全退火完全退火又稱為重結(jié)晶退火，是將鐵碳合金完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。完全退火主要用于亞共析鋼，一般是中碳鋼及低、中碳合金構(gòu)造鋼鍛件、鑄件及熱軋型材，有時(shí)也用于它們的焊接構(gòu)件。完全退火不適用于過(guò)共析鋼，因?yàn)檫^(guò)共析鋼完全退火需加熱到Acm以上，在緩慢冷卻時(shí)，滲碳體會(huì)沿奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致材料脆性增大，給最終熱處理留下隱患。完全退火的加熱溫度碳鋼一般為Ac3+〔30～50℃〕；合金鋼為Ac3+〔500～70℃〕；保溫時(shí)間則要依據(jù)鋼材的種類、工件的尺寸、裝爐量、所選用的設(shè)備型號(hào)等多種因素確定。為了保證過(guò)冷奧氏體完全進(jìn)展珠光體轉(zhuǎn)變，完全退火的冷卻必須是緩慢的，隨爐冷卻到500℃左右出爐空冷。③不完全退火不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1～Ac3之間溫度，到達(dá)不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細(xì)化組織和降低硬度，加熱溫度為Ac1+(40～60)℃，保溫后緩慢冷卻。④等溫退火等溫退火是將鋼件或毛坯件加熱到高于Ac3〔或Ac1〕溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后，較快地冷卻到珠光體溫度區(qū)間地*一溫度并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝。等溫退火工藝應(yīng)用于中碳合金鋼和低合金鋼，其目的是細(xì)化組織和降低硬度。亞共析鋼加熱溫度為Ac3+(30～50)℃，過(guò)共析鋼加熱溫度為Ac3+(20～40)℃，保持一定時(shí)間，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進(jìn)展等溫轉(zhuǎn)變，然后出爐空冷。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻。⑤球化退火球化退火是使鋼中碳化物球化而進(jìn)展的退火工藝。將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。球化退火主要適用于共析鋼和過(guò)共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過(guò)程中也容易變形和開(kāi)裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂傾向小。另外對(duì)于一些需要改善冷塑性變形〔如沖壓、冷鐓等〕的亞共析鋼有時(shí)也可采用球化退火。球化退火加熱溫度為Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時(shí)奧氏化是"不完全〞的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過(guò)剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過(guò)共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進(jìn)展正火，將其消除，才能保證球化退火正常進(jìn)展。球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)展等溫，等溫時(shí)間為其加熱保溫時(shí)間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴(yán)格地控制退火后的硬度。⑥再結(jié)晶退火〔中間退火〕再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時(shí)間，使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和剩余應(yīng)力的熱處理工藝。⑦去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的剩余應(yīng)力而進(jìn)展的退火工藝。鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力，如不及時(shí)消除，將使工件在加工和使用過(guò)程中發(fā)生變形，影響工件精度。采用去應(yīng)力退火消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力十分重要。去應(yīng)力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此，在整個(gè)熱處理過(guò)程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力主要是通過(guò)工件在保溫和緩冷過(guò)程中消除的。為了使工件內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底，在加熱時(shí)應(yīng)控制加熱溫度。一般是低溫進(jìn)爐，然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度。焊接件得加熱溫度應(yīng)略高于600℃。保溫時(shí)間視情況而定，通常為2～4h。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時(shí)間取上限，冷卻速度控制在〔20～50〕℃/h，冷至300℃以下才能出爐空冷。◆正火工藝正火工藝是將鋼件加熱到Ac3〔或Acm〕以上30～50℃，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。把鋼件加熱到Ac3以上100～150℃的正火則稱為高溫正火。對(duì)于中、低碳鋼的鑄、鍛件正火的主要目的是細(xì)化組織。與退火相比，正火后珠光體片層較細(xì)、鐵素體晶粒也比擬細(xì)小，因而強(qiáng)度和硬度較高。低碳鋼由于退火后硬度太低，切削加工時(shí)產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象，切削性能差，通過(guò)正火提高硬度，可改善切削性能，*些中碳構(gòu)造鋼零件可用正火代替調(diào)質(zhì)，簡(jiǎn)化熱處理工藝。過(guò)共析鋼正火加熱刀Acm以上，使原先呈網(wǎng)狀的滲碳體全部溶入到奧氏體，然后用較快的速度冷卻，抑制滲碳體在奧氏體晶界的析出，從而能消除網(wǎng)狀碳化物，改善過(guò)共析鋼的組織。焊接件要求焊縫強(qiáng)度的零件用正火來(lái)改善焊縫組織，保證焊縫強(qiáng)度。在熱處理過(guò)程中返修零件必須正火處理，要求力學(xué)性能指標(biāo)的構(gòu)造零件必須正火后進(jìn)展調(diào)質(zhì)才能滿足力學(xué)性能要求。中、高合金鋼和大型鍛件正火后必須加高溫回火來(lái)消除正火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。有些合金鋼在鍛造時(shí)產(chǎn)生局部馬氏體轉(zhuǎn)變，形成硬組織。為了消除這種不良組織采取正火時(shí)，比正常正火溫度高20℃左右加熱保溫進(jìn)展正火。正火工藝比擬簡(jiǎn)便，有利于采用鍛造余熱正火，可節(jié)省能源和縮短生產(chǎn)周期。正火工藝與操作不當(dāng)也產(chǎn)生組織缺陷，與退火相似，補(bǔ)救方法根本一樣。正火與退火的不同點(diǎn)是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來(lái)代替退火。正火的主要應(yīng)用范圍有：①用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理。②用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)展外表淬火前的預(yù)備處理。③用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。⑤用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而防止淬火時(shí)較大的開(kāi)裂傾向。⑥用于球墨鑄鐵，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零件。◆回火工藝回火是將淬火后的鋼重新加熱到Ac1以下*一溫度范圍(大大低于退火、正火和淬火時(shí)的加熱溫度)，保溫后在空氣中、油或水中冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖菧p小或消除工件在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低淬火鋼的脆性，使工件獲得較好的強(qiáng)度、韌性、塑性、彈性等綜合力學(xué)性能。根據(jù)回火溫度的不同，回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。1．低溫回火回火溫度為150~250°C。低溫回火可以局部消除淬火造成的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，提高韌性，同時(shí)保持較高的硬度。故廣泛應(yīng)用于要求硬度高、耐磨性好的零件，如量具、刃具、冷變形模具及外表淬火件等。2．中溫回火回火溫度為300~450°C。中溫回火可以消除大局部?jī)?nèi)應(yīng)力，硬度有顯著的下降，但仍有一定的韌性和彈性。中溫回火主要應(yīng)用于各類彈簧、高強(qiáng)度的軸、軸套及熱鍛模具等工件。3．高溫回火回火溫度為500~650°C。高溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，使工件既具有良好的塑性和韌性，又具有較高的強(qiáng)度。淬火后再經(jīng)高溫回火的工藝稱為調(diào)質(zhì)處理。對(duì)于大局部要求較高綜合力學(xué)性能的重要零件，都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，如軸、齒輪等。將經(jīng)過(guò)淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理。鋼鐵工件在淬火后具有以下特點(diǎn)：①得到了馬氏體、貝氏體、剩余奧氏體等不平衡〔即不穩(wěn)定〕組織。②存在較大內(nèi)應(yīng)力。③力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過(guò)回火?；鼗鸬淖饔迷谟冢孩偬岣呓M織穩(wěn)定性，使工件在使用過(guò)程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。②消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。③調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求?；鼗鹬跃哂羞@些作用，是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進(jìn)展擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應(yīng)力的消除還與溫度升高時(shí)金屬?gòu)?qiáng)度降低有關(guān)。一般鋼鐵回火時(shí)，硬度和強(qiáng)度下降，塑性提高?；鼗饻囟仍礁撸@些力學(xué)性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在*一溫度范圍回火時(shí)，會(huì)析出一些顆粒細(xì)小的金屬化合物，使強(qiáng)度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱為二次硬化。要求:用途不同的工件應(yīng)在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。①刀具、軸承、滲碳淬火零件、外表淬火零件通常在250℃以下進(jìn)展低溫回火。低溫回火后硬度變化不大，內(nèi)應(yīng)力減小，韌性稍有提高。②彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。③中碳構(gòu)造鋼制作的零件通常在500～600℃進(jìn)展高溫回火，以獲得適宜的強(qiáng)度與韌性的良好配合。淬火加高溫回火的熱處理工藝總稱為調(diào)質(zhì)。鋼在300℃左右回火時(shí)，常使其脆性增大，這種現(xiàn)象稱為第一類回火脆性。一般不應(yīng)在這個(gè)溫度區(qū)間回火。*些中碳合金構(gòu)造鋼在高溫回火后，如果緩慢冷至室溫，也易于變脆。這種現(xiàn)象稱為第二類回火脆性。在鋼中參加鉬，或回火時(shí)在油或水中冷卻，都可以防止第二類回火脆性。將第二類回火脆性的鋼重新加熱至原來(lái)的回火溫度，便可以消除這種脆性。◆調(diào)質(zhì)工藝調(diào)質(zhì)指通過(guò)淬火＋高溫回火，以獲得回火索氏體的熱處理工藝