热处理之扩散PPT课件

1、 钢的退火 可作为：预备热处理和最终热处理；q钢的退火定义： 钢加热到临界点Ac1以上或以下，保温后随炉慢冷以获得近于平衡状态的组织的工艺。目的： 消除铸锻焊件的内应力； 均匀成分、组织，细化晶粒； 消除内应力和加工硬化； 改善钢的成型性、切削加工性； 为淬火作组织上的准备；第1页/共70页种类： 按加热温度分如图重结晶退火完全退火扩散退火不完全退火球化退火低温退火再结晶退火去应力退火 按冷却方式分：等温退火和连续退火第2页/共70页第3页/共70页v定义：第4页/共70页5v工艺参数： 加热温度：2030 原则：得到单相，又防止晶粒粗大 保温时间： 在箱式炉中：（单位: min, K=1.5

2、 2.0min/mm，D:工件有效厚度: mm) 对锻、轧材：=(3 4)+(0.2 0.5)Q (单位: h , Q为装如量，单位为t） 冷却方式：炉冷，600 以后出炉空冷 组织： 性能：硬度低，塑性好；第5页/共70页、等温退火：v 定义：将钢奥氏体化后，根据硬度要求快冷到低于r的某一温度，等温停留到转变完成，再空冷；v适用：中碳（0.250.6%C）合金钢v 优点：缩短了工艺周期；保证工件内外在同一温度转变；v 缺点：大件、大批量不适v 目的：A转变为Pv 工艺参数：等温温度、等温时间、冷却；第6页/共70页 、亚共析钢的不完全退火：v定义：将钢加热到c以上3050、保温、得到不完全奥

3、氏体后，缓冷得到近于平衡组织的热处理工艺。v目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，减小内应力，改善切削加工性v适用钢种：亚共析钢中无大缺陷v工艺参数：加热温度C12030, 加热时间、冷却同上。优点是节能、节时第7页/共70页 、球化退火v定义：将钢中的碳化物转化为球状或粒状的一种不完全退火工艺过程v目的：降低硬度，均匀组织，改善切削加工性，为淬火作准备。v适用钢种：共析钢、过共析钢、合金工具钢。v工艺参数：球化前要消除网状碳化物； 加热温度：2030 加热时间：一般为24小时或按公式计算 冷却速度：炉冷或Ar1以下20 长时间等温， 600 以后出炉空冷。 第8页/共70页9v工艺类型： 普通

4、球化退火、等温球化退火、循环球化退火注意：普通球化退火效果较差，等温球化退火效果较好，循环球化退火的效果最佳，但考虑生产成本，一般用等温球化退火，成本不高效果又好。第9页/共70页 、扩散退火（均匀化退火）v定义：将钢锭或锻件加热到稍低于固相线以下某温度长时间保温，然后缓冷以消除化学成分的不均匀现象，称为扩散退火。v目的：均匀成分，均匀组织v适用钢种：中、高合金钢v工艺参数： 加热温度：Ac3（Acm）+150300（碳钢 1100 1200 ；合金钢 1200 1300 ） 保温时间：与钢种和偏析程度有关， （3060）min/25mm 或（1.52.5）min/mm 按装炉量Q计算：./（

5、小时） ：装炉量（吨），一般为； 第10页/共70页11v 问题： 一般扩散退火加热温度高，时间长，晶粒会粗大，扩散退火之后要进行一次完全退火或正火来进行细化晶粒，消除过热缺陷。 周期长、能耗大、氧化脱碳严重、成本高 故：有时可采用完全退火来代替。第11页/共70页 、去应力退火v定义：为消除铸锻焊件的内应力而进行的退火叫作去应力退火。v目的：去应力，稳定尺寸，防止变形和开裂。v工艺： 加热温度：小于Ac1，500650，铸件为500550，焊件为500600（大焊件用火焰或工频感应加热局部退火）。 保温时间：由工件的尺寸和装炉量决定。钢3min/mm，铸铁6min/mm。 冷却：缓冷，以免产

6、生新的应力。第12页/共70页 7、再结晶退火v定义：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，使变形的晶粒转变为均匀细小的等轴晶粒而消除加工硬化的热处理工艺过程。v工艺： 加热温度：T 再150250 T 再：与成分、变形度有关，纯铁：450 钢：650700。 保温时间：1-3h。 冷却方式：空冷。 中间退火或最终热处理。第13页/共70页2 钢的正火（正常化或常化）v定义：将钢加热到c3（或cm）以上的某温度，完全化后，保温，空冷以得到珠光体类型的组织，称为正火。v目的：改善切削加工性能：消除热加工缺陷；普通结构件：要求不高，可以作为最终热处理来应用；第14页/共70页第15页/共70页v

7、正火后的组织： 含碳量0.6：少量； 含碳量在0.61.4之间：v 正火的实质： 奥氏体化加伪共析转变；v 正火与退火的比较： 实质上：正火是退火的一个特例； 共同点：；扩散型相变，得到软韧组织 不同点：工艺上，组织上，性能上；第16页/共70页17v正火的应用 改善钢的切削加工性（含碳低于0.25%的-HB140-190）； 消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作准备 （抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。） 消除热加工缺陷（中碳结构钢铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、带状组织） 提高普通结构件的机械性能第17页/共70页v 退火和正火的选取原则（）0.25的低碳钢，采用正火，利于切

8、削加工；防止游离三次渗碳体的析出，提高工件的冷变形性。（）0.250.5的中碳钢，也采用正火，因成本低；（）.5.75%的中高碳钢，一般采用完全退火；（）.75% 的高碳钢，一般采用球化退火，便于降低硬度，改善切削加工性。 （ 5 ）含碳量、合金元素高，奥氏体稳定高，缓冷得到马氏体和贝氏体，应高温回火。第18页/共70页3钢的淬火v定义： 将钢加热到临界点（c3或c1）以上的某温度，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却以获得马氏体（或下贝氏体）组织的热处理工艺叫做淬火。v目的：强硬化；v工艺特点： 关键：加热温度、冷速足够大； 带来的问题：内应力；第19页/共70页1、淬火应力 1)热应力：工件

9、加热或冷却时由于内外温差导致热胀冷缩不一致而产生的内应力。 将工件加热到Ac1以下保温后快冷，其表面和心部温度及热应力。 影响因素:冷速、加热温度、截面尺寸、导热系数、线膨胀系数。第20页/共70页2)组织应力 工件在冷却过程中，由于内外温差造成组织转变不同时，引起内外比容的不同变化，而产生的内应力。 奥氏体-珠光体-贝氏体-马氏体，比容逐渐增大，体积膨胀。 与热应力正好相反。表面：压拉 影响因素：化学成分、冶金质量、钢件结构尺寸、导热性、冷速、淬透性等。第21页/共70页3)实际工件的淬火应力 组织应力和热应力的迭加，很复杂。 与钢中的碳和合金元素、工件尺寸、 淬火介质、冷却方法有关； C%

10、高，马氏体的比容提高，组织应力提高； C%高，Ms点下降，组织应力下降。总之，含碳量越高，组织应力越大。 合金元素：导热性下降，热、组应力均增加。奥氏体越稳定，组织应力越大。 工件尺寸：大，心部不易得到M，热应力越大。 淬火介质：高温区冷却快，热应力大；Ms点 冷却快，组织应力大。 减小工件淬火应力的方法： 温差减小。第22页/共70页2、淬火加热温度：v原则：得到均匀细小的组织，以便冷却后得到均匀细小的马氏体组织；v亚共析钢：c33050v共析、过共析钢：c13050v合金钢: 低合金钢：c1或c3+ 50100 ； 高合金钢：温度更高； （考虑合金元素的作用，淬火加热温度应相应提高，以使合

11、金元素的作用充分发挥） 亚共析钢组织 :细小板条M +少量残余奥氏体； 过共析钢组织:隐晶M 细小碳化物残余奥氏体第23页/共70页v淬火加热温度选取原因： 若亚共析钢于c3以下温度淬火，在淬火组织中将出现铁素体，造成软点；也不能超过Ac3太多，否则晶粒粗大。 若过共析钢于cm以上温度淬火，奥氏体的含碳量提高，Ms和Mf点降低，将使残余奥氏体量增加，导致淬硬性的降低；同时，粗化，将会在淬火组织中出现粗大的片状高碳孪晶马氏体，增加钢的脆性。 例：球状珠光体的T8钢分别在600 、780 、1000 淬火：第24页/共70页254、淬火冷却介质对淬火介质的要求： 冷速大于临界淬火速度； 理想的冷速

12、； 无毒、无公害； 价格便宜、性能稳定； 慢650快慢400 ; 图为理想淬火介质冷却曲线。3、淬火加热时间： 原则：保证零件内外达到规定的温度， 完成组织转变；第25页/共70页 常用冷却介质：表10-1所示：水：中-慢，低-快。 使用温度：； 适用于：尺寸不大，形状简单的碳钢工件盐水、碱水：中-快，低-快。使用温度：；适用于：碳钢、低合金钢；油： 中-慢，低-慢使用温度：；适用于：合金钢；低温硝盐：50%KNO3+50%NaNO2;熔点：145；使用温度：160500;适用于：油淬不硬，水淬开裂的碳钢；第26页/共70页第27页/共70页28、常用淬火方法v单液淬火法：图适用：形状简单、尺

13、寸较大的工件；优点：简便、易于实现机械化；缺点：易变形、开裂；预冷淬火法v双液淬火法（水淬油冷）：图优点：减少变形；缺点：难以控制；v分级淬火法：冷却介质为低温盐浴、碱浴.图适用：尺寸较小，形状复杂的工件；优点：减小内应力，减小变形、开裂；缺点：工件尺寸不能太大；第28页/共70页第29页/共70页第30页/共70页、钢的淬透性：如图 淬透层（淬硬层）：冷却速度大于临界淬火速度，淬成马氏体的部分；淬透层的确定：由表面到（半马氏体）处的厚度；原因 如图钢中半马氏体的硬度主要取决于含碳量，如图影响淬硬层深度的因素： 、成分 、介质的冷却能力、工件尺寸第31页/共70页v 注意:v 注意:淬硬性与淬

14、透性的区别： 淬硬性：钢淬火时，获得的的最高硬度（钢 淬火时的硬化能力）；取决于M中的含碳量 第32页/共70页第33页/共70页第34页/共70页第35页/共70页 3)淬透性的测定方法临界淬火直径法：是指钢在某种淬火介质中能完全淬透（心部马氏体的体积分数为50%或90%、95%）的最大直径（Dc）。 Dc越大，钢的淬透性越好。条件是淬火介质相同。Dc油 Dc水-，但- 概念直观，但测定费时费力。 意义：选择钢种、热处理工艺、淬火介质。末端淬火法 奥氏体化后，迅速放入实验装置。水温20-30，水柱高为655mm，两侧各磨去0.2-0.5mm，隔1.5mm。第36页/共70页37第37页/共7

15、0页38根据淬透性曲线，通常用J（HRC/）表示钢的淬透性，例如，（40/6）表示在淬透性带上距末端6处的硬度为HRC40。v钢的淬透性对机械性能的影响：淬透的钢回火后性能由表面到心部都一致；没淬透的钢，回火到与同一硬度时，表心组织不同，性能不同，心部的强度和韧性低；选材时应注意：淬透性、变形、开裂。第38页/共70页 4钢的回火v 定义： 将淬火钢加热到以下某温度，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式（空冷）冷却到室温的热处理工艺过程称为回火。v 类型： 低温回火 、中温回火、 高温回火第39页/共70页、低温回火：v 回火温度：150250的回火；v 回火组织：回火马氏体v 性能特点：

16、保持马氏体的高硬度和高耐磨性， 适当的提高了韧性；v 适用：刃具、量具、滚动轴承、渗碳件及 高频表面淬火的工件。v 特点：较高的硬度和强度第40页/共70页、中温回火：v回火温度：v回火组织：回火屈氏体v性能特点：高的弹性极限v适用：弹性元件的热处理第41页/共70页42、高温回火：v回火温度：50060v回火组织：回火索氏体v性能特点：综合机械性能优良v适用：各种轴类、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、 机床主轴及齿轮的热处理；v调质处理：淬火高温回火；第42页/共70页、工艺参数：v 回火时间：；如图所示；v 回火冷却：空冷（对于存在高温回脆的工件： 空冷水冷、油冷低温回火） v 回火温度：所要求

17、的硬度越高，回火温度越低；v 高合金钢在600-680 软化退火。第43页/共70页第44页/共70页 三、淬火加热的缺陷 、过热：概念：加热温度过高、保温时间过长，造成的粗大的晶粒组织；危害：淬火裂纹；体粗大；补救办法：延长回火时间（轻）；退火后重新加热淬火（严重） 、过烧：概念：加热温度过高造成的局部晶界熔化现象。危害：设备失灵只能报废：第45页/共70页 、氧化：概念：工件表面与O2、H2O、CO2等反应生成了 氧化铁，使金属铁被损失掉；加热温度570 ，Fe3O4致密; 570 ，FeO松散。危害：尺寸、性能不均、光洁度防止：低温短时加热；盐浴加热、保护气氛加热或刷涂料； 第46页/共

18、70页、脱碳： 概念：工件表面的碳参与反应而烧损； C-Fe+O2=CO2， C-Fe+ CO2=2CO C-Fe+H2O=CO+H2 ，C-Fe+ 2H2=CH4 危害：硬度、耐磨性、疲劳性。 防止：改变炉内气氛（碳势）；保护加 热或刷涂料。第47页/共70页485其它类型的热处理 一、钢的形变热处理v定义： 将塑性变形和热处理有机的结合在一起的一种复合热处理工艺v优点： 强 、塑、韧、节能v分类： 高温形变热处理、低温形变热处理：第48页/共70页1、高温形变热处理v 性能：强度高， 塑 性、低温韧性都提高v 适用：普通碳钢、低合金钢v 强韧化原因：第49页/共70页、低温形变热处理v 适

19、用：合金钢v 性能：提高抗拉强度和疲劳强度v强化原因：晶粒、亚晶细化、K细小、孪晶减少。v缺点：工艺难第50页/共70页二、钢的表面淬火v概念：将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却后，使工件表面层获得淬火组织的热处理方法。v目的：表硬心韧；v种类： 感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 电解液加热表面淬火 电接触加热表面淬火 激光加热表面淬火第51页/共70页、感应加热表面淬火 概念:利用电磁感应现象，在工件表面产生密度很高感生电流，使工件表面迅速被加热的一种淬火方法。 一般,电流的频率越高，加热深度就越小，加热速度越快。第52页/共70页53 种类:）高频加热表面淬火 电流频率：801000

20、KHz，硬化层深度：0.5mm； 适用：中小模数齿轮、小轴）中频加热表面淬火 电流频率：25008000Hz；硬化层深度： 36mm； 适用：曲轴、凸轮轴、大模数齿轮、钢轨）工频加热表面淬火 电流频率：50Hz；硬化层深度: 1015mm 适用：大直径钢材、大工件。第53页/共70页 特点:）加热速度快;）工件表面形成隐晶马氏体，压应力，有利于疲劳寿命的提高;）硬度、耐磨性比普通淬火的耐磨性高;）不易产生氧化和脱碳，变形小；）生产率高，易于实现自动化生产。 6 ）设备费用高。第54页/共70页n 工艺：淬火加热温度：AC3（150200），不保温冷却：喷水；低温回火：150180，降应力。n

21、预处理：对于心部性能要求高的零件:调质处理;对于心部性能要求不高的零件:正火处理；n 适用：中碳钢、中碳合金结构钢；第55页/共70页三、钢的化学热处理v定义： 将工件放入某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中的某些元素的原子扩散到表层中，以改变表层的化学成分和组织，从而使其表层具有与心部不同的特殊性能的一种操作。v优点：可获得表硬心韧的性能；v分类：根据渗入元素的不同，可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗等；第56页/共70页v 基本操作： 将工件加热到一定温度，从而有利于吸收 渗入元素的“活性原子”；由化合物分解或离子转变而得到渗入元素的“活性原子”；例如：渗碳CO、CH4分解出C；渗氮氨气分

22、解出N。 活性原子被吸附，并溶入工件表面，形成固溶体，在活性原子的浓度很高时，还可以形成化合物； 渗入原子在一定温度下，由表层向内扩散，形成一定的扩散层；第57页/共70页1、钢的渗碳： 定义：向钢的表面层渗入碳原子的过程。 目的：使工件在热处理后表面具有高硬度和高耐磨性，而心部仍保持一定的强度和较高的塑性和韧性； 分类：气体渗碳法、固体渗碳法、液体渗碳法； 适用: 低碳钢；第58页/共70页1.1 气体渗碳法：将工件置于密封的加热炉中，通入气体渗碳剂（如：滴入煤油、通入甲烷、丙烷等），在900950加热，保温、使钢件表面层增碳的过程；第59页/共70页 气相反应： CH4C+2H2；2COC

23、+CO2；CO+H2C+H2O； 活性碳原子溶入高温奥氏体中，而后向钢的内部扩散，实现渗碳； 工艺参数： 加热温度：Ac3以上5080，即900950，T渗碳速度渗碳层； 但温度过高，会使钢件中的晶粒长大，使钢变脆； 保温时间：所需的渗碳层渗碳时间；第60页/共70页 渗碳后的组织: 低碳钢渗碳后缓冷： 表面层：P+Fe3C；（渗碳后表层的最佳含碳量为：0.851.05%） 心部:F+P（心部为原材料的含碳量：010.25%） 中间为过渡层, 越靠近表面铁素体越少;如图 第61页/共70页渗碳后的热处理:n渗碳后应进行适当的热处理,以获得表硬心韧的性能,一般为淬火+低温回火,具体做法有:直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法；n热处理后组织： 表层：针状回火马氏体+渗碳体+少量残