钢的热处理工艺1PPT学习教案

1、会计学1钢的热处理工艺钢的热处理工艺1 铜棒 24 mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？ 电缆线 0.15 mm第1页/共29页 切削件的硬度在170230HB范围内，切削性能较好。 刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？第2页/共29页季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？第3页/共29页退火退火正火正火淬火淬火回火回火其他热处其他热处理理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳

2、、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等第4页/共29页第5页/共29页第6页/共29页的组织均匀性，为最终热处理作好组织准备。第7页/共29页三、退火分类三、退火分类 根据加热温度分：根据加热温度分：在临界温度以上的退火在临界温度以上的退火在临界温度以下的退火在临界温度以下的退火l 根据冷却方式分：根据冷却方式分： 等温退火等温退火 连续冷却退火连续冷却退火第8页/共29页第9页/共29页四、退火工艺四、退火工艺（一）完全退火（一）完全退火 完全退火是将钢件或钢材加热至完全退火是将钢件或钢材加热至Ac3以上以上2030，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓，保温足够长时间，使组织完

3、全奥氏体化后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。 完全退火主要适用于亚共析钢（完全退火主要适用于亚共析钢（wc=0.3%0.6%），目的是细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降），目的是细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度和改善钢的切削加工性。低硬度和改善钢的切削加工性。 低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。第10页/共29页 完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。通常，加热时间以工件有效厚度来计炉方式等因素有关。通常，加热时间以工件有效厚度

4、来计算。算。 对于一般碳素钢或低合金钢工件，当装炉量不大时，在对于一般碳素钢或低合金钢工件，当装炉量不大时，在箱式炉中退火的保温时间可按下式计算：箱式炉中退火的保温时间可按下式计算： = KD（min）式中，式中，D工件有效厚度（工件有效厚度（mm）；）； K加热系数，一般加热系数，一般K = 1.52.0min/mm。若装炉量过大，则应根据具体情况延长保温时间。若装炉量过大，则应根据具体情况延长保温时间。 实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至600左右左右即可出炉空冷。即可出炉空冷。第11页/共29页（二）不完全退火（二）不完全退火 不完全退火是将钢加

5、热至不完全退火是将钢加热至 Ac1Ac3（亚共析钢（亚共析钢）或）或 Ac1Accm（过共析钢）之间，经保温后缓（过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。 亚共析钢的不完全退火起到适当细化组织，消亚共析钢的不完全退火起到适当细化组织，消除内应力和降低硬度的作用。除内应力和降低硬度的作用。 过共析钢的不完全退火主要是为了获得粒状珠过共析钢的不完全退火主要是为了获得粒状珠光体组织，以消除内应力，降低硬度，改善切削光体组织，以消除内应力，降低硬度，改善切削加工性能，又称为球化退火。加工性能，又称为球化退火。第12页/共29页（三）球化退火

6、（三）球化退火 球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺。一种热处理工艺。 球化退火是不完全退火的一种，加热温度一般为球化退火是不完全退火的一种，加热温度一般为Ac1以上以上2030，保温，保温24h。通常采用炉冷，或在。通常采用炉冷，或在Ar1以下以下20左右进行较长时间等温。球化退火主要用于左右进行较长时间等温。球化退火主要用于共析钢、过共析钢以及合金工具钢。共析钢、过共析钢以及合金工具钢。 球化退火的目的是降低硬度，均匀组织，改善切削球化退火的目的是降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，并为淬火作组织准备。加工性，并为淬火作组织

7、准备。 第13页/共29页a）一次加热球化退火工艺）一次加热球化退火工艺b）等温球化退火工艺）等温球化退火工艺c）往复球化退火（周期球化退火）工艺）往复球化退火（周期球化退火）工艺碳素工具钢（碳素工具钢（T7T7T10T10）的几种球化退火工艺）的几种球化退火工艺第14页/共29页 球化退火能获得粒状珠光体的原因：在高温时，珠球化退火能获得粒状珠光体的原因：在高温时，珠光体中的渗碳体片和网状渗碳体（特别是其中的最薄光体中的渗碳体片和网状渗碳体（特别是其中的最薄部分），会沿着亚晶界和高位错密度的部位逐渐溶解部分），会沿着亚晶界和高位错密度的部位逐渐溶解，使渗碳体断裂成形状不一的点状，然后这些点状

8、碳，使渗碳体断裂成形状不一的点状，然后这些点状碳化物为了降低界面能会逐渐球化。化物为了降低界面能会逐渐球化。 球化退火前的冷加工或热加工可以加速随后的球化球化退火前的冷加工或热加工可以加速随后的球化退火过程，因为这种加工可使渗碳体碎化（形成亚晶退火过程，因为这种加工可使渗碳体碎化（形成亚晶界），而多量的亚晶界有利于渗碳体的局部溶解、断界），而多量的亚晶界有利于渗碳体的局部溶解、断裂和球化。裂和球化。第15页/共29页（四）扩散退火（四）扩散退火 均匀化退火又称为扩散退火，是将钢锭、铸件均匀化退火又称为扩散退火，是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温或锻坯加热至略低于固相线的温

9、度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。处理工艺。 均匀化退火的目的是消除铸锭或铸件在凝固过均匀化退火的目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。均匀化。第16页/共29页 均匀化退火加热温度通常为均匀化退火加热温度通常为Ac3或或Accm以上以上150300，具体加热温度视偏析程度和钢种而定。，具体加热温度视偏析程度和钢种而定。时间一般为时间一般为1015h。 由于均匀化退火在高温下长时间加热，因此退由于均匀化退火在高温下长时间加热，因此退火后晶粒

10、粗大，可用完全退火或正火来细化晶粒火后晶粒粗大，可用完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷。，消除过热缺陷。 一般情况下尽量不采用均匀化退火，只是一些一般情况下尽量不采用均匀化退火，只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。使用这种工艺。第17页/共29页（五）去应力退火和再结晶退火（五）去应力退火和再结晶退火 为了消除铸件、锻件、焊接件和机械加工工件中的残余内为了消除铸件、锻件、焊接件和机械加工工件中的残余内应力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精加工应力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精加工或淬火之前将工件加

11、热到或淬火之前将工件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，以下某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为去应力退火，也称为低温退然后缓慢冷却的热处理工艺称为去应力退火，也称为低温退火。火。 去应力退火温度低，不改变工件原来的组织。钢的去应力去应力退火温度低，不改变工件原来的组织。钢的去应力退火加热温度一般为退火加热温度一般为500650，铸铁件为，铸铁件为500550，焊，焊接钢件为接钢件为500600。去应力退火保温时间根据钢件的截面。去应力退火保温时间根据钢件的截面尺寸和装炉量而定，钢的保温时间为尺寸和装炉量而定，钢的保温时间为3min/mm，铸铁为，铸铁为6min/mm。去应

12、力退火后应尽量缓慢冷却，以免产生新的应。去应力退火后应尽量缓慢冷却，以免产生新的应力。力。第18页/共29页 再结晶退火是把冷变形的金属加热到再结晶温度以再结晶退火是把冷变形的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺晶粒，同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。 经过再结晶退火后，钢的组织和性能恢复到冷变形经过再结晶退火后，钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。前的状态。 一般钢材的再结晶退火温度为一般钢材的再结晶退火温度为650700，保温时，保温时间为间为13h，通常在空

13、气中冷却。当钢处于临界冷变形，通常在空气中冷却。当钢处于临界冷变形量（量（6%10%）时，应采用正火或完全退火来代替再）时，应采用正火或完全退火来代替再结晶退火，以免得到粗大的晶粒。结晶退火，以免得到粗大的晶粒。第19页/共29页正火温度正火温度第20页/共29页二、正火目的及工艺二、正火目的及工艺 正火（正火（normalizing）是将钢加热到）是将钢加热到Ac3（亚共析钢）（亚共析钢）或或Accm（过共析钢）以上适当温度，保温以后在空气中（过共析钢）以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。 正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变

14、。当钢正火过程的实质是完全奥氏体化加伪共析转变。当钢中含碳量为中含碳量为0.6%1.4%时，正火组织中不出现先共析相时，正火组织中不出现先共析相，只有伪共析体或索氏体。含碳量小于，只有伪共析体或索氏体。含碳量小于0.6%的钢，正火的钢，正火后除了伪共析体外，还有少量铁素体。后除了伪共析体外，还有少量铁素体。 正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，强度和硬度也比退火组织高。，强度和硬度也比退火组织高。第21页/共29页1. 改善低碳钢的切削加工性能改善低碳钢的切削加工性能 正火可用来细化低碳钢制件的组织，提高硬度和韧正火可用来细化低碳钢制件

15、的组织，提高硬度和韧性，改善切削加工性能。性，改善切削加工性能。2. 消除碳钢中的热加工缺陷消除碳钢中的热加工缺陷 正火可以消除中碳钢铸、锻、轧件和焊接件中的魏正火可以消除中碳钢铸、锻、轧件和焊接件中的魏氏组织、粗大晶粒和带状组织。氏组织、粗大晶粒和带状组织。第22页/共29页3. 消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火 正火的冷却速度较快，可抑制碳化物沿奥氏体晶界正火的冷却速度较快，可抑制碳化物沿奥氏体晶界析出，从而达到消除网状碳化物的目的，为球化退火析出，从而达到消除网状碳化物的目的，为球化退火作组织准备。作组织准备。4. 提高普通结构件的力学性能提高

16、普通结构件的力学性能 正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于一些性能要求不高的碳钢的强度、硬度和韧性。对于一些性能要求不高的碳钢和合金钢零件，正火可以作为最终热处理。钢和合金钢零件，正火可以作为最终热处理。第23页/共29页三、退火和正火的选用三、退火和正火的选用l 含碳量含碳量wC小于小于0.25%的低碳钢，通常采用正火代替退火的低碳钢，通常采用正火代替退火。l 含碳量含碳量wC=0.25%0.5%的中碳钢也可用正火代替退火的

17、中碳钢也可用正火代替退火。l 含碳量含碳量wC=0.5%0.75%的钢，一般采用完全退火，以的钢，一般采用完全退火，以降低硬度、改善切削加工性能。降低硬度、改善切削加工性能。l 含碳量含碳量wC大于大于0.75%的高碳钢或工具钢一般采用球化退的高碳钢或工具钢一般采用球化退火。如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火以消除网火。如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火以消除网状碳化物。状碳化物。 在钢的使用性能和工艺性能能满足的条件下，应尽可能在钢的使用性能和工艺性能能满足的条件下，应尽可能用正火代替退火。用正火代替退火。第24页/共29页工艺工艺目的目的加热温度加热温度组织组织退退火火1.调整硬度

18、调整硬度,便于切便于切削加工。削加工。2.细化晶粒细化晶粒,为最终为最终热处理作组织准。热处理作组织准。亚共析钢亚共析钢Ac3+3050共析钢共析钢 Ac1+3050过共析钢过共析钢Ac1+3050F+PPP球球正正火火1.低中碳钢同退火。低中碳钢同退火。2.过共析钢：消除网过共析钢：消除网状二次渗碳体。状二次渗碳体。3.普通件最终热处理普通件最终热处理亚共析钢亚共析钢Ac3+3050共析钢共析钢 Ac1+3050过共析钢过共析钢Accm+30500.6%C, F+S;0.6%C，SSS第25页/共29页四、常见退火、正火缺陷四、常见退火、正火缺陷1、过热、过热 过热是指工件加热温度偏高而使晶

19、粒过度长大，以致力过热是指工件加热温度偏高而使晶粒过度长大，以致力学性能降低的现象。对某些中、高碳钢，过热还常伴随形学性能降低的现象。对某些中、高碳钢，过热还常伴随形成魏氏组织，使钢的冲击性能明显降低。一般的晶粒粗大成魏氏组织，使钢的冲击性能明显降低。一般的晶粒粗大和魏氏组织可通过稍高于和魏氏组织可通过稍高于Ac3的正火或完全退火来消除。的正火或完全退火来消除。2、硬度偏高、硬度偏高 中碳钢退火后硬度过高多由于退火冷速过快所致，高碳中碳钢退火后硬度过高多由于退火冷速过快所致，高碳钢硬度偏高主要是因球化不当造成的，有时硬度偏高也与钢硬度偏高主要是因球化不当造成的，有时硬度偏高也与装炉量过大、炉温

20、不均匀有关。对硬度偏高的工件，可通装炉量过大、炉温不均匀有关。对硬度偏高的工件，可通过重新退火来修正。过重新退火来修正。第26页/共29页3、黑斑、黑斑 黑斑多见于高碳钢。当高碳钢加热温度过高（黑斑多见于高碳钢。当高碳钢加热温度过高（1000）、保温时间过长或多次返修退火时，均容易使渗碳体转变为、保温时间过长或多次返修退火时，均容易使渗碳体转变为石墨，使零件的强度、塑性及表面粗糙度等级明显降低（故石墨，使零件的强度、塑性及表面粗糙度等级明显降低（故也称为也称为“黑脆黑脆”）。出现黑斑的工件不能返修，只能报废。）。出现黑斑的工件不能返修，只能报废。4、球化不完全、球化不完全 工具钢球化退火常出现球化不完全（仍有部分片状组织）工具钢球化退火常出现球化不完全（仍有部分片状组织）的组织缺陷，可重新进行球化退火。的组织缺