钢的热处理举例

1、Beijing Institute of Petro-chemical Technology,1,工作条件,用于传递动力、改变方向或速度的重要零,件，受力情况复杂,2,常见失效形式,齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足,齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀,断齿（强度低或超载,一,齿轮热处理,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,一,齿轮热处理,3,齿轮的技术要求,齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能,齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性,4,齿轮用钢,低、中碳,轻载齿轮,45,调质或正火,中载齿轮,45,40Cr,调质，耐磨部位表面淬火,重载齿轮

2、,20Cr,20CrMnTi,渗碳淬火,高精度齿轮,38CrMoAlA,调质渗氮,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,1,渗碳齿轮,材料,20CrMnTi,20Cr,30CrMnTiA,等,服役场合：高速重载（汽车齿轮,下料,工艺,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,5,齿轮热处理工艺,精加工,掌握各热处理工序的目的，工艺，组织,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,1,正火,细化晶粒；调整硬度，便于切削加工,加热至,Ac,3,30,50,空冷,组织细珠光体,少量铁素体,2

3、,渗碳,提高表面含碳量,920,930保温,3,9h,3,渗碳后淬火,获得马氏体，提高表面硬度,直接淬火或一次淬火,表面,高碳,M+Ar,碳化物,过渡层,M+Ar,心部,低碳,M+F,少量,4,回火,消除淬火应力，低温,200,MM,回,下料,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,精加工,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,20 CrMnTi,钢制造齿轮的,热处理工艺曲线,Beijing Institute of Petro-chemic

4、al Technology,加工工艺路线,下料,锻造,粗加工,半精加工,精车加工,及,精磨,5,齿轮热处理工艺,2,中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火,适用于,35,55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn,等材料齿轮,正火,调质,表面淬火,低温回火,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,1,正火,或完全退火,细化晶粒，调整硬度,加热至,Ac,3,30,50,空冷,细珠光体,少量铁素体,2,调质热处理,使心部具有良好强韧性,加热至,Ac,3,30,50后淬火,500,600高温回火,回火索氏体,3,表面感应淬火,表面火焰淬

5、火,提高表面硬度,表面加热至,Ac,3,30,50，心部没有加热,淬火后,表面,获得马氏体,残余奥氏体,过渡层,马氏体,F,残余奥氏体,心部,回火索氏体,4,低温回火,消除淬火应力，低温,200,MM,回,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,二、滚动轴承热处理,滚珠轴,承,滚针轴承,滚柱轴承,1,工作条件,高载荷，交变应力,高转速，一定冲击,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,接触疲劳破

6、坏,二、滚动轴承热处理,2,失效形式,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,塑性变形,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,磨损,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,3,性能要求,内外圈和滚动体,高的硬度和耐磨性,高的接触疲劳强度,足够的韧性和耐蚀性,尺寸稳定性,滚珠轴承,滚针轴承,滚柱轴承,二、滚动轴承热处理,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,4,轴承用钢,二、滚动

7、轴承热处理,G,Cr15,含,Cr,量,W,Cr,1.5 ,滚动轴承钢,高碳,Wc = 0.95,1.15,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,GCr15,轴承钢制造轴承的工艺路线,锻造,机加工,球化退火,淬火,冷处理,60,80,1h,低温回火,正火,磨削加工,稳定化处理,120,150,5,10h,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,5,热处理工艺,预备热处理,正火,消除网状碳化物，细化晶粒,球化退火,降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备,淬火,获得马氏体组织,810,860（

8、温度偏高），让,Cr,尽量溶入,A,又不致于导致晶粒粗大,A,含碳过高；油冷,冷处理,获得马氏体组织,减少,Ar,低温回火,消除残余应力，保持高硬度,二、滚动轴承热处理,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,汽车板簧,扭转弹簧,大型热卷弹簧,弹簧丝,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,三、弹簧热处理,1,工作条件,储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷,2,失效形式,疲劳断裂，永久变形,3,性能要求,高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性,成型、热处理

9、性能,4,常用材料,65,65Mn,60Si2Mn,等中碳钢及中碳合金钢,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,5,热处理工艺,一）冷成形弹簧（小弹簧,由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火,回火的钢丝,冷卷成弹簧,只需进行去应力退火（加热温度,250,300 ），以消,除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸,二）热成形弹簧,采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧,淬火提高强度,中温回火消除应力，提高弹性极限,淬火温度,Ac3,以上，回火温度,350,450,组织,回火屈氏体,大型热卷弹簧,去应力退火,淬火,中温回火,或采用等温淬火,或采

10、用等温淬火，得到贝氏体组织,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,工具一般包括刃具、模具、量具,常用钢包括,碳素工具钢,低合金工具钢,高合金工具钢（高速钢等,四,工具热处理,模,具,量具,刃具,成分特点：高碳,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,4.1,刃具热处理,性能要求,高硬度,HRC60,主要取决于含碳量,高耐磨性,靠高硬度和析出细小均匀,硬碳化物来达到,红硬性,即高温下保持高硬度的能力,足够的韧性,以防止脆断和崩刃,刃具用钢,碳素工具钢,T7,T12,0.7,1.2%C,木

11、,工,凿,手锤,圆冲,T12,钢正常淬火组织,球状珠光体,碳工钢热处理及组织,热处理,正火,球化退火,淬火,低温,回火,球化退火目的,降低硬度，便于加工,为淬火作组织准备,使用状态下的组织,M,回,颗粒状碳化物,A,R,少量,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,丝,锥,板牙,刃具用钢,低合金工具钢,CrWMn,9SiCr,热处理及组织同碳素工具钢,只是淬火介质为油（碳工钢为水,板牙,丝锥,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,9 SiCr,钢板牙热处理工艺曲线,板牙,Beijing

12、 Institute of Petro-chemical Technology,W18Cr4V,的生产工艺及热处理,铸造,锻造,球化退火,机加工,淬火,三次高温回火,磨削加工,刃具用钢,高合金刃具钢：（高速钢,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,W18Cr4V,钢的铸态组织,W18Cr4V,铸态组织,420,铸造,高速钢属于,莱氏体,钢,铸态组织中含有大量呈鱼,骨状分布的粗大共晶碳化物,M6C,钢的韧性大幅下降,Beijing Institute of Petro-chemical Technolo

13、gy,锻造,鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎,W18Cr4V,锻造组织,210,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,球化退火,消除应力,降低硬度，便于机加工,调整组织,为淬火作好组织准备,球化退火后的组织,S,粒状,Cm,球化退火温度,830,880,易于机械加工,W18Cr4V,球化退火组织,420,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,淬火,1200,1300,淬火后的组织,M+Cm+A,R,20,25,温度高,高速钢淬火温度高的原因,让,C,

14、和,Me,充分溶入,A,淬火后得到高合金马氏体,高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度,提高红硬性,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,三次高温回火,在560回火时,产生二次硬化,多次回火,获得更多碳化物析出,让残余奥氏体转变,回火组织,S,回,碳化物,Ar ( 1,2 ,淬火后,A,残约,20,25 ,第一次回火,后,A,残约剩,15,18 ,第二次回火,后,A,残约剩,3,5 ,第三次回火,后,A,残约剩,1,2 ,组织硬度,为,HRC65,以上,Beijing Institute of Petro-chemical Technolo

15、gy,W18Cr4V,钢的热处理过程示意图,进展,现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火,回火后,再进行,TiN,沉积,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,4.2,冷作模具热处理,性能要求,高硬度,HRC50,60,高耐磨性、强度和韧性,热处理变形小,汽车冲压模具,应用,冷冲模、冷镦模,冷挤模、搓丝板等,冷作模具用钢,碳素工具钢,T7,T8,低合金工具钢,9SiCr,9Mn2V,CrWMn,或,GCr15,高合金工具钢,Cr12,Cr12MoV,C1.4,2.3,Cr11,12,Beijing Institute of Petro-

16、chemical Technology,Cr12,型冷作模具钢的热处理,C1.4,2.3,Cr11,12,球化退火,冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复,锻打后退火处理,球化退火温度,830,880，获得细化碳化物,珠光体组织,易于机械加工,淬火,回火,一次硬化法,较低温度淬火（980）低温回火,回火组织为,M,回,碳化物,Ar,二次硬化法,较高温度淬火（1050,2,3,次高温回火,回火组织为,S,回,碳化物,Ar,少量,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,4.3,热作模具热处理,性能要求,应用,热作模具用钢,使热金

17、属或液态金属成型的模具,包括热锻模、热挤压模和压铸模等,高的热硬性、高温耐磨性,高的热强性和足够高的韧性,高的热疲劳抗力和导热性,中碳,0.3,0.6 ,热变形模具钢,5CrNiMo,5CrMnMo,压铸模具,3Cr2W8V,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,5 CrMnMo,热处理,热处理工艺,完全退火,淬火,550,回火,曲轴模具,热处理后的组织,S,回,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,3 Cr2W8V,钢热处理,热处理工艺,淬火,550,三次回火,回火时二次硬化现象,

18、HRC47,汽车四缸压铸模,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,4.4,量具热处理,性能要求,量具用钢,高的硬度,HRC62,和耐磨性,热处理变形小、尺寸稳定，保证,尺寸精度,卡,尺,量,规,千分尺,碳素工具钢,T8,T12,低合金工具钢,淬透性高，用于精度要求较高的量具,CrWMn,4Cr13,GCr15,9SiCr,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,千分,尺,卡尺,特点,预备热处理组织为球化退火或调质处理组织,下限温度淬火及冷处理，目的是减少A,长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方,度,淬火,冷处理,70,80,低温回火,时效处理,120,130,几十小时,热处理,Beijing Institute of Petro-chemical Technology,CrWMn,钢制造块规退火后热处理工艺,650,820,840,油冷,3h,70,80,冷处理,140,160,3h,110,120,36h,时效处理,精磨,3h,研磨,温,度,时间,Beijing Institute of Petro-che