《金属热处理缺陷分析及案例》课件(完整版)

金属热处理缺陷分析及案例兵装集团 2010年大规模专业培训授课内容：授课内容： 第一部分： 常见热处理缺陷的特征、产生原因、危害性和预防措施。 第二部分： 热处理质量全面控制体系。 第三部分： 典型热处理缺陷案例分析。 第四部分： 总结复习第一部分第一部分热处理缺陷特征、原因热处理缺陷特征、原因及防止措施及防止措施第一章、热处理缺陷概述： （一）、含义： 指在热处理生产过程中产生的使零件失去使用价值或不符合技术条件要求的各种不足，以及使热处理以后的后序工序 工艺性能变坏或降低使用性能 的热处理隐患。（二）、分类：1、按缺陷的性质分类： 有裂纹、变形、残余应力、组织不合格、性能不合格、脆性及其他（如表 1 1所示）。2、按照危害程度分类：（ 1）、 第一类热处理缺陷 ：最危险缺陷如 裂纹 ，其中最主要是 淬火裂纹 ，其次加热裂纹、延迟裂纹、冷处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹等。（ 2）、第二类热处理缺陷： 热处理中最常见的缺陷是热处理中最常见的缺陷是 变形变形 ，其，其中淬火变形占多数。产生原因是：相中淬火变形占多数。产生原因是：相变和热应力。变和热应力。(3)、第三类热处理缺陷：、第三类热处理缺陷： 发生频率和严重性较低，如残余应发生频率和严重性较低，如残余应力、组织不合格、性能不合格、脆性力、组织不合格、性能不合格、脆性及其它缺陷。及其它缺陷。3、热处理缺陷产生原因： 概括为：热处理前、热处理中和热处理后。 热处理前：设计不良、原材料或毛坯缺陷。 热处理中：工艺不当、操作不当、设备和环境条件不合适。 热处理后：磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬火、电火花加工裂纹、电镀或酸洗脆性；应力集中过大裂纹、温度过高裂纹或变形等。(二 )、热处理缺陷分析方法： 1、热处理缺陷的影响：直接影响产品质量、使用性能和安全，所以准确分析和判断十分重要。 2、分析方法：断口分析 (裂源位置、扩展方向、断裂性质和方式 )、化学分析 (材料成分、沉积物、氧化物 )、金相分析 (晶粒、组织、晶界 )、力学性能试验 (硬度、拉伸、冲出、疲劳断裂韧度 )、验证试验 (原工艺和改进工艺对比 )、综合分析 (得出缺陷产生的几种主要原因，提出改进措施 )。第二章、热处理裂纹：第二章、热处理裂纹： (一 )、产生原因：内应力作用下发生，最终断裂。条件是内应力脆断强度。 (二 )、断裂类别： 1、裂纹按扩展程度 ：（失稳） 可发展裂纹、阻断裂纹（不断裂）。 2、断裂：脆性断裂和韧性断裂。多数为脆性断裂（断口灰亮色）（三）、加热不当形成的裂纹：（三）、加热不当形成的裂纹： 升温速度过快（多出现于灰铸铁、升温速度过快（多出现于灰铸铁、合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸件合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸件）、表面增碳或脱碳）、表面增碳或脱碳 合金钢、低碳合金钢、低碳马氏体钢马氏体钢 20SiMn2MoV，高锰钢，高锰钢(Mn13)、过热或过烧（高速钢、不、过热或过烧（高速钢、不锈钢）、氢致裂纹（条件：足够氢锈钢）、氢致裂纹（条件：足够氢、对氢敏感的金相组织和三向应力、对氢敏感的金相组织和三向应力。措施：脱氢、低温回火、自然时。措施：脱氢、低温回火、自然时效、低氢淬火）效、低氢淬火）（四）、淬火裂纹：（四）、淬火裂纹： 1、淬火目的：强化钢件，获得 M。 2、类别：纵向裂纹、横向裂纹、网状裂纹和剥离裂纹，最常见的是纵向裂纹（轴向裂纹）且常出现于完全淬透的工件上。 3、纵向裂纹的原因： 碳量增加、材质（夹杂物、碳化物）、尺寸、形状（管件内壁）和淬火加热温度高。4、淬火裂纹原因： A、冶金因素： （ 1）材料质量：冶金缺陷扩展成淬火裂纹。 （ 2）、化学成分： 、碳量超高，倾向越大。 、合金元素：双向作用。 （ 3） 、原始组织：粗大组织或魏氏组织倾向大。球状组织倾向小。 B、零件尺寸和结构： （ 1）、截面尺寸过大或过小不易淬裂。 （ 2）、截面突变处：淬裂倾向大。C、工艺因素： （ 1）、加热：加热温度升高，淬裂倾向大；保温时间长，倾向大；加热炉（选用真空或电炉）。 （ 2）、冷却： Ms点以上冷却时不易淬裂，在 Ms点以下时易淬裂（但若缓慢冷却，也不易淬裂）。 防止淬裂措施： M等温淬火、分级淬火、水 -油淬火、水空气双液淬火。5、预防淬火裂纹的方法 A、正确设计产品。、正确设计产品。 （ 1）、技术性和经济性。 （ 2）、结构设计： 、截面尺寸均匀；、截面尺寸均匀； 、圆角过渡；、圆角过渡； 、形状：球形冷却快于板料。、形状：球形冷却快于板料。 （ 3）、热处理条件）、热处理条件B、合理安排工艺路线、合理安排工艺路线 （ 1）、形状复杂精度高的零件，粗精加）、形状复杂精度高的零件，粗精加工之间的淬火前应安排去应力退火。工之间的淬火前应安排去应力退火。 （ 2）、大截面零件（直径或厚度）、大截面零件（直径或厚度 50）的高碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢件的高碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢件淬火前应球化退火。淬火前应球化退火。 （ 3）、淬火前应消除亚共析钢的魏氏组）、淬火前应消除亚共析钢的魏氏组织。织。 （ 4）、高铬钢、轴承钢和高速钢：避免）、高铬钢、轴承钢和高速钢：避免偏析，严重时应降低淬火温度。偏析，严重时应降低淬火温度。C、加热参数合理： （ 1）、介质：真空、保护气氛、电阻、盐浴、火焰炉淬裂倾向逐渐增大。 （ 2）、加热速度：对碳素钢、低合金钢和中合金钢可较快速度加热；对高碳高合金钢要合适；对大、复杂的高锰钢、不锈钢、高速钢和高碳合金钢采用限制加热速度或预热法。 （ 3）、淬火加热温度：一般合金钢为）、淬火加热温度：一般合金钢为Ac1或或 Ac3+(30-50) ，亚共析钢为，亚共析钢为Ac3+(30-50) ，过共析钢为，过共析钢为 Ac1+(30-50) 。（亚温或高温）。（亚温或高温） 加热时间按： 加热时间按： t=a*d（加热系数（加热系数有效厚度）计算有效厚度）计算 （ 4）、保温时间：经验公式为 t= K D（ 有效厚度）有效厚度） 对于高合金钢等加热保温时间要对于高合金钢等加热保温时间要延长。延长。 D、淬火方法合适：、淬火方法合适： 应选择增加热应力、减少相变应力 应选择增加热应力、减少相变应力的淬火方式。的淬火方式。 （ 1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬火）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬火）。）。 （ 2）、多介质淬火：）、多介质淬火： 、双介质淬火：先强冷后弱冷，如水油、水空、盐水油、油空气、碱空气。 、三介质淬火：适用于形状复杂、变形要求严格的零件如碳素钢零件。 （ 3）、分级淬火：快冷至 Ms点上保温后空冷。如截面大、易变形开裂的高碳、高速钢等，应采用 2次或 3次的逐级分级淬火。 （ 4）、马氏体等温淬火：冷却至 Ms点下 50 100度等温保持。一般用油淬。 （ 5）、薄壳淬火：即表层淬火。 （ 6）、间断淬火：水空水空水冷至室温。此外还有浅冷淬火和局部淬火。E、淬火介质合适： 水：简单碳钢件或低淬透性零件。 盐水：冷速比水快，但开裂倾向小于水。 碱水：与油相似，用于淬透性较差的碳钢件，变形小、开裂小。 油：有普通、快速、等温油。 聚合物溶液：有聚乙烯醇（ PVA）和聚二醇（ PAG）。 F、其它措施： 及时回火。局部包扎。 （六）、其它热处理裂纹： 回火裂纹：多出现于高速钢或高合金工具钢。 冷处理裂纹：高速钢刀具、工模具冷至 80度以下的淬火处理时易出现裂纹。 时效裂纹：高温合金多。 磨削裂纹：出现于淬硬工具钢或经渗碳、碳氮共渗并淬火的零件。 电镀裂纹：由于内应力引起应力腐蚀裂纹。第三章 热处理变形 一、产生原因：热处理应力引起。 二、对质量影响最大：淬火变形。 三、类别： 尺寸变化 和 形状畸变 。 四、影响因素： 1、成分 (Mn、 Cr、 Si、 Ni、 Mo、 B等降低 Ms点，减小淬火变形 )。 工业上应用：微变形钢（含较多的 Si、W、 V等合金元素）。2、组织和应力状态： （ 1）、粒状组织变形小，片状较大，条状变形最大。 组织愈均匀，变形越小 。 （ 2）、应力集中越严重，则变形倾向越大。 （ 3）、形状愈不对称，或冷却的不均匀性愈大，淬火后变形也愈明显。 （ 4）、工艺参数：不均匀加热，加热温度（组织应力小、热应力大），冷却速度（越快 内应力越大 变形越大）。（ 5）、时效与冷处理：）、时效与冷处理： 冷处理目的：保持精度和尺寸稳定。冷处理目的：保持精度和尺寸稳定。 冷处理使体积膨胀；冷处理使体积膨胀； 低温回火和时效一方面使体积缩小，另低温回火和时效一方面使体积缩小，另一方面引起形状畸变。一方面引起形状畸变。3、化学热处理： （ 1）、高温处理如 渗碳 ，工件变形较大； （ 2）、低温处理如渗氮 ,工件变形较小。五、热处理变形的矫正：五、热处理变形的矫正： （一）、机械矫正法：冷压校正、热压（一）、机械矫正法：冷压校正、热压校正、加压回火校正、锤击校正。校正、加压回火校正、锤击校正。 （二）、热处理校正：（二）、热处理校正： 1、在、在 Ac1温度以下加热急冷：对胀大变温度以下加热急冷：对胀大变形的工件进行收缩处理；形的工件进行收缩处理； 2、淬火胀大法：对收缩变形的工件进行、淬火胀大法：对收缩变形的工件进行胀大处理。胀大处理。第四章 残余应力第四章 残余应力 一、概述：一、概述： 由于温度差和相变引起的工件内部 由于温度差和相变引起的工件内部残余应力。残余应力。 形