淬火缺陷与控制教学热处理原理及工艺ppt课件

1、热处置原理及工艺热处置原理及工艺18-193-5 淬火缺陷与控制淬火缺陷与控制 变形和开裂变形和开裂 过热与过烧过热与过烧 软点与硬度缺乏软点与硬度缺乏 氧化脱碳氧化脱碳 变形和开裂是热处置常见缺陷变形和开裂是热处置常见缺陷 由淬火应力引起由淬火应力引起 淬火应力淬火应力 资料资料s 工件畸变变形工件畸变变形 淬火应力淬火应力 资料资料b 淬火裂纹淬火裂纹 l以纯以纯CuCu，加热，加热800800，上下喷水冷却为例。，上下喷水冷却为例。l第一阶段：第一阶段：l 外层受拉，心部受压应力。外层受拉，心部受压应力。 一、淬火应力一、淬火应力1、热应力、热应力 冷却开场时：表层冷却开场时：表层T低，

2、心高，外表冷得快，收缩较大。低，心高，外表冷得快，收缩较大。 冷却后期，心冷却后期，心T高高低，表低，表T变化小，心部收缩的多。变化小，心部收缩的多。冷收缩不同时，产生应力冷收缩不同时，产生应力第二阶段：表压，心拉第二阶段：表压，心拉T很低，很低，s较高，较高， 不再引起塑变。不再引起塑变。应力分布被保管下来成应力分布被保管下来成为剩余应力为剩余应力热应力：热应力：第一阶段：表拉，心压第一阶段：表拉，心压应力值应力值随随而而s， 塑性变形塑性变形应力松弛，应力值降低应力松弛，应力值降低第一阶段第一阶段第二阶段第二阶段u 热应力型剩余应力分布特点为：表层压应力，心部拉应力热应力型剩余应力分布特点

3、为：表层压应力，心部拉应力u 热应力引起变形在初期：表拉、心压热应力引起变形在初期：表拉、心压u 零件心部受多向压应力作用失去原形，外形向球状方零件心部受多向压应力作用失去原形，外形向球状方向开展，如圆柱体，高度减小，中部直径扩展，变成腰鼓向开展，如圆柱体，高度减小，中部直径扩展，变成腰鼓形。形。零件沿最大尺寸方向收缩，最小尺寸方向伸长零件沿最大尺寸方向收缩，最小尺寸方向伸长2、组织应力、组织应力transformation stress 相变应力相变应力 AM，VMVA 体积膨胀体积膨胀第一阶段第一阶段:第一阶段：表压、心拉，第一阶段：表压、心拉， T高，高，s低，引起塑变形，低，引起塑变形

4、， 松松驰应力。驰应力。第二阶段：表拉，心压。第二阶段：表拉，心压。 T低，低，s高，高， 不易引起塑性不易引起塑性变形，应力保管。变形，应力保管。组织应力引起的剩余应力形状组织应力引起的剩余应力形状为：表：拉应力，心：压应力。为：表：拉应力，心：压应力。 零件沿最大尺寸方向伸长，最小尺寸方向收缩零件沿最大尺寸方向伸长，最小尺寸方向收缩 热处置的剩余应力是热应力，组织应力和附加应力在热热处置的剩余应力是热应力，组织应力和附加应力在热处置过程中综协作用的结果。处置过程中综协作用的结果。 变形检验：简单检验法变形检验：简单检验法红汞涂试样上，在平面上擦，红汞涂试样上，在平面上擦，可看出是凸、凹或不

5、变形。可看出是凸、凹或不变形。 3. 3.附加应力附加应力其他缘由其他缘由 如表如表/ /心组织不均心组织不均 弹塑变形不一致弹塑变形不一致3、影响淬火应力的要素：、影响淬火应力的要素： 1含含C量量 V高高CMV低低CM C% 组织应力组织应力 C，MsA残残组织应力组织应力 综合效果：随综合效果：随C，热应力作用逐渐减弱，组织应力作用，热应力作用逐渐减弱，组织应力作用强强外表压力值外表压力值，拉应力值，拉应力值，拉应力位置越来越接近外，拉应力位置越来越接近外表表淬裂倾向淬裂倾向2合金元素合金元素Me： 钢中参与钢中参与Me后，热传导系数后，热传导系数热应力热应力，组织应力，组织应力 多数多

6、数Me 使使Ms A残残组织应力组织应力 热应力作用加强热应力作用加强3工件尺寸的影响工件尺寸的影响a完全淬透情况：完全淬透情况：尺寸越大，截面温差大，尤其高温区温差影响大，热应力尺寸越大，截面温差大，尤其高温区温差影响大，热应力作用加强，作用加强，热应力型剩余应力热应力型剩余应力尺寸小，温差较小，热应力作用较小，应力特征为组织应尺寸小，温差较小，热应力作用较小，应力特征为组织应力型。力型。 b不完全淬透情况：不完全淬透情况： 上述热应力和组织应力附加应力上述热应力和组织应力附加应力 附加应力附加应力 表层表层M，未淬硬部位为非，未淬硬部位为非M，表膨胀，表层受，表膨胀，表层受压，心拉，与热应

7、力类似。压，心拉，与热应力类似。工件尺寸越大，淬硬层越薄，热应力特征越明显工件尺寸越大，淬硬层越薄，热应力特征越明显 4原始组织原始组织 同一同一T：VAVBVFVM， AB，组织应力较小，组织应力较小 原始组织为原始组织为P+Cm，Cm均匀分布，可减小淬火组织应力均匀分布，可减小淬火组织应力球化退火球化退火 假设假设Cm呈网状分布，淬火后组织应力呈网状分布，淬火后组织应力。5热处置工艺热处置工艺淬火介质冷却特性淬火介质冷却特性-影响剩余应力形状影响剩余应力形状 中高温区快冷，中高温区快冷，Ms区缓冷可获热应力型分布区缓冷可获热应力型分布 Ms点附近冷速大，淬透，主要组织应力型为主点附近冷速大

8、，淬透，主要组织应力型为主合理的入水方式，零件与淬火介质之间相对运动，可使零件合理的入水方式，零件与淬火介质之间相对运动，可使零件均匀冷却均匀冷却降低淬火应力。降低淬火应力。回火可使淬火应力大幅度下降，甚至消除。回火可使淬火应力大幅度下降，甚至消除。 二、淬火变形二、淬火变形一变形的根本规律一变形的根本规律热应力作用热应力作用 ，表拉心压引起变形，表拉心压引起变形组织应力，表压心拉变形组织应力，表压心拉变形 比容差：工件各部分均匀胀大或减少，如组织比容差：工件各部分均匀胀大或减少，如组织转变同时转变同时 VAVA、VMVM不同。不同。 简单外形工件的热处置变形趋向简单外形工件的热处置变形趋向二

9、变形的影响要素：二变形的影响要素：1 1、淬透性、淬透性 高：变形复杂。两种应力协调变形高：变形复杂。两种应力协调变形 低：热应力型低：热应力型2 2、MsMs点点 高高 两应力可部分抵消两应力可部分抵消3 3、组织均匀性、组织均匀性 C C化物化物 膨胀系数小，膨胀系数小， F F 膨胀系数大膨胀系数大4、加热速度、加热速度 快，加热变形快，加热变形 5、淬火温度、淬火温度 加热加热T高，热应力引起变形大高，热应力引起变形大 6、冷速、冷速 大，温差大，变形大大，温差大，变形大经过变形趋势分析平板变形由何种应力引起？经过变形趋势分析平板变形由何种应力引起？ ( (热应力热应力 or or 组

10、织应力？组织应力？) )喷水方向喷水方向三减小变形的措施三减小变形的措施1、合理选材，正确设计构造、合理选材，正确设计构造2、正确锻造和进展预备热处置、正确锻造和进展预备热处置 3、采用合理的热处置工艺、采用合理的热处置工艺(温度、介质、方法温度、介质、方法) 1 1防止尖角与棱角防止尖角与棱角 热处置零件构造的工艺性热处置零件构造的工艺性 2 2防止截面厚薄悬殊，合理安排孔洞和键槽防止截面厚薄悬殊，合理安排孔洞和键槽 3 3采用封锁、对称构造采用封锁、对称构造 4 4采用组合构造采用组合构造 四淬火变形的矫正四淬火变形的矫正 变形在不大可以校正，开裂变形在不大可以校正，开裂报废。报废。热压矫

11、正热压矫正- 压力下冷却或接近压力下冷却或接近Ms时加压时加压 A-塑塑如：压淬如：压淬 热点矫正中小轴热点矫正中小轴 还击矫正还击矫正 轴、杆轴、杆冷压矫正冷压矫正 - 冷态冷态 压力机上。压力机上。 适用于硬度不高或淬硬层较浅的工件适用于硬度不高或淬硬层较浅的工件回火矫正回火矫正回火中加压回火中加压 薄片薄片 扁嘴钢锤压压淬淬校校直直三、淬火开裂三、淬火开裂一开裂缘由：一开裂缘由：拉拉bb 受压不易裂，受压不易裂，bb压压3b3b拉拉 剩余应力以组织应力方式分布剩余应力以组织应力方式分布易裂。易裂。 热处置时应防止裂纹发生，提高废品率。热处置时应防止裂纹发生，提高废品率。二影响淬火裂纹构成

12、的要素：二影响淬火裂纹构成的要素：冶金要素化学成份冶金要素化学成份,原始组织，夹杂等原始组织，夹杂等构造要素截面大小，外形，有否台阶构造要素截面大小，外形，有否台阶工艺要素加热规范，冷却，机加工质量，预先热处置。工艺要素加热规范，冷却，机加工质量，预先热处置。1、冶金要素：、冶金要素：1冶金质量冶金质量 气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕、白点、夹杂等缺陷气孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕、白点、夹杂等缺陷裂纹源裂纹源 2化学成分化学成分含含C量量C，板条，板条M孪晶孪晶M，淬火显微裂纹，淬火显微裂纹淬火开裂倾向淬火开裂倾向C，热应力作用，热应力作用，组织应力，组织应力，表拉，表拉，开裂倾向。开裂倾向。实

13、际证明：实际证明：Wc0.4%的钢，可以防止淬火裂纹的钢，可以防止淬火裂纹合金元素：作用复杂合金元素：作用复杂3原始组织原始组织球状球状P淬火前理想的组织形状淬火前理想的组织形状: Cm 妨碍晶粒长大妨碍晶粒长大片状片状P，越细，淬裂倾向大，越细，淬裂倾向大(应力应力+Cm片割裂作用片割裂作用)C化物分布均匀，化物分布均匀，淬裂淬裂网状网状C化物，化物，淬裂不允许淬裂不允许反复淬火易开裂反复淬火易开裂2、尺寸、构造工件外形、尺寸、构造工件外形 过大过大(淬不透淬不透)或过小温差小，不易淬裂。或过小温差小，不易淬裂。 存在危险尺寸，距表层一定尺寸处，易产生裂纹存在危险尺寸，距表层一定尺寸处，易产

14、生裂纹如：如：wc=0.30.55%，水淬时，淬裂危险直径：，水淬时，淬裂危险直径：1015mm。 构造：构造：截面有变化，易裂。截面有变化，易裂。尖角、棱角、凹槽尖角、棱角、凹槽部分冷速急剧变化。薄部先部分冷速急剧变化。薄部先AM，厚，厚部后部后AM，使薄区受拉，交界处产生应力集中，使薄区受拉，交界处产生应力集中易产易产生裂纹生裂纹 3、工艺要素、工艺要素加热加热T：高：高 ，易开裂，易开裂冷速：冷速： 650550，快冷，抑，快冷，抑AP，热应力大，热应力大 Ms附近，冷速小，减小温差，组织应力小，减小开裂倾向。附近，冷速小，减小温差，组织应力小，减小开裂倾向。 如：高速钢，如：高速钢，“

15、C右，可油淬右，可油淬减小开裂倾向减小开裂倾向n等温淬火，分级淬火，双液淬火等温淬火，分级淬火，双液淬火减小组织应力减小组织应力n预冷淬火预冷淬火减小热应力，而抵消组织应力少减小热应力，而抵消组织应力少减少变形，减少变形，不减少开裂倾向。不减少开裂倾向。 工件加热和淬火时的放置方式工件加热和淬火时的放置方式三常见裂纹方式三常见裂纹方式轴轴径径切切1、纵向裂纹、纵向裂纹 零件表层附近，由零件表层附近，由 外表裂向心部外表裂向心部 的深度较大的裂纹，平的深度较大的裂纹，平行轴向。行轴向。 组织应力引起。组织应力引起。 表层切向表层切向拉大拉大易纵裂的几种缘由：易纵裂的几种缘由：完全淬透工件易产生，

16、组织应力大。完全淬透工件易产生，组织应力大。 C%，纵裂倾向，纵裂倾向轴轴径径切切危险截面尺寸范围危险截面尺寸范围拉峰值，易纵裂。拉峰值，易纵裂。轧制钢材中，夹杂、碳化物沿变形方向分布，易纵裂。轧制钢材中，夹杂、碳化物沿变形方向分布，易纵裂。 在在Ms点以下尽量慢冷可有效防止点以下尽量慢冷可有效防止2、横向裂纹、弧形裂纹。、横向裂纹、弧形裂纹。 裂纹在裂纹在轴作用下产生。轴作用下产生。 在淬硬在淬硬未淬硬未淬硬 中间区域产生，中间区域产生， 由内由内外断裂。热应力引起外断裂。热应力引起 内应力分布：表压，离外表一定间隔处，拉应力较大，内应力分布：表压，离外表一定间隔处，拉应力较大，且且轴轴切。

17、切。轴轴径径切切特点：特点：1横裂横裂轴向，由内轴向，由内外断裂外断裂 大型轴类零件常发生。大型轴类零件常发生。 普通在未淬透情况下构成，属于热应力引起。普通在未淬透情况下构成，属于热应力引起。2弧裂，外形突变处以弧形分布，热应力引起弧裂，外形突变处以弧形分布，热应力引起 主要产生于工件内部或零件棱角、截面突变，尖角凹槽主要产生于工件内部或零件棱角、截面突变，尖角凹槽处，应力集中引起。处，应力集中引起。 普通也是在未淬透情况下，在淬硬普通也是在未淬透情况下，在淬硬-未淬硬未淬硬 中间区域产中间区域产生，由内生，由内外断裂。外断裂。预防措施：预防措施：1零件设计尽量减小截面厚薄悬殊，突变零件设计

18、尽量减小截面厚薄悬殊，突变设计合理；设计合理；2淬火淬火T不要过高，适宜介质淬火，添加工件淬硬层深度。不要过高，适宜介质淬火，添加工件淬硬层深度。 3、网状裂纹外表龟裂、网状裂纹外表龟裂特征：外表裂纹，特征：外表裂纹， 深度较浅，深度较浅，0.011.5mm处。处。 裂纹恣意方向，相互衔接构成网状，裂纹恣意方向，相互衔接构成网状， 外表受两向拉应力，外表受两向拉应力，轴、轴、切拉切拉 高高C钢外表脱钢外表脱C易网裂。易网裂。严厉控制外表质量，尽量防止氧化脱严厉控制外表质量，尽量防止氧化脱C。轴径切4、剥离裂纹、剥离裂纹 表层很窄区域内，表层很窄区域内， 外表外表 轴、轴、切压，切压，径拉，径拉

19、， 裂纹平行于零件外表。裂纹平行于零件外表。如：合金渗如：合金渗C钢钢外层：极细外层：极细P+C化物化物次表层：次表层：M+A残残 心：细心：细P+极细极细P 次表层次表层M膨胀，使表膨胀，使表 轴、切向压，径向拉轴、切向压，径向拉轴径切5、显微裂纹、显微裂纹第二类应力引起第二类应力引起原原A晶界或晶界或M片交界片交界高碳工具钢或渗碳淬火件过热时易出现高碳工具钢或渗碳淬火件过热时易出现 四、其它淬火缺陷四、其它淬火缺陷1、氧化、脱、氧化、脱C2、过热、过烧。、过热、过烧。 过热：温度过高，晶粒粗大过热：温度过高，晶粒粗大性能显著性能显著。 过烧：加热过烧：加热T接近固相线附近，晶界氧化和开场部

20、分熔化接近固相线附近，晶界氧化和开场部分熔化景象。景象。 过烧组织包括晶界部分熔化，显微空洞，高速钢过烧出现过烧组织包括晶界部分熔化，显微空洞，高速钢过烧出现鱼骨状共晶莱氏体等。鱼骨状共晶莱氏体等。 3、软点与硬度缺乏、软点与硬度缺乏1加热加热T偏低，保温偏低，保温t缺乏，缺乏， 原始原始P未完全未完全A。 A成份不均匀，不完全成份不均匀，不完全M+A残残软点软点2淬火介质搅动不充分，或浸入方向不对，延迟工件淬火介质搅动不充分，或浸入方向不对，延迟工件某些部位蒸气膜破裂，该处冷速低，出现某些部位蒸气膜破裂，该处冷速低，出现P软点。软点。 水蒸气膜比盐水稳定，易产生软点。水蒸气膜比盐水稳定，易产

21、生软点。 工件外表不清洁，如铁锈，工件外表不清洁，如铁锈，C黑等，软点。黑等，软点。一、回火的定义与目的：一、回火的定义与目的： 1、 定义定义 最后工序最后工序 组织变化组织变化淬火淬火回火回火3-6 回火回火温温度度时间时间回火时组织变化回火时组织变化马氏体马氏体回火马氏体回火马氏体碳化物的析出碳化物的析出剩余奥氏体的分解剩余奥氏体的分解铁素体的回复和再结晶铁素体的回复和再结晶回火索氏体回火索氏体回火托氏回火托氏体体2、目的：、目的：1消除大部分淬火时产生的剩余内应力，改善资料的消除大部分淬火时产生的剩余内应力，改善资料的塑性、韧性。塑性、韧性。2获得良好的综合力学性能。获得良好的综合力学

22、性能。 3稳定组织。稳定组织。4M时效钢，高时效钢，高C高合金钢回火的目的可获得弥散硬化高合金钢回火的目的可获得弥散硬化效应时效硬化，二次硬化。效应时效硬化，二次硬化。 l回火时力学性能变化回火时力学性能变化l 随回火温度升高随回火温度升高l硬度下降硬度下降l塑性、韧性上升。塑性、韧性上升。l屈 服 强 度 先 升 后 降 ， 最 高 值 在屈 服 强 度 先 升 后 降 ， 最 高 值 在200200左右出现；左右出现；l弹 性 极 限 先 升 后 降 ， 最 高 值 在弹 性 极 限 先 升 后 降 ， 最 高 值 在350350左右出现；左右出现；回火抗力回火抗力二、回火温度确实定温度的

23、选择与运用二、回火温度确实定温度的选择与运用 1 1低温回火低温回火150150250250回火组织：回火马氏体回火组织：回火马氏体, ,碳过饱和度降低的马氏体碳过饱和度降低的马氏体 + + 析出碳化物析出碳化物力学性能：力学性能：剩余应力消除剩余应力消除高硬度、高强度高硬度、高强度较低塑性和韧性较低塑性和韧性低温回火主要适用范围低温回火主要适用范围高碳钢制造的各类工模具、机械零件高碳钢制造的各类工模具、机械零件如锉刀如锉刀 T12 160180回火，回火， 64HRC 稳定性要求很高的工件可稳定性要求很高的工件可810h保温替代深冷处置保温替代深冷处置渗渗C及及CN共渗淬火后的零件共渗淬火后

24、的零件 低合金超高强度钢低合金超高强度钢 30CrMnSiNi2A 250300 量量 具具刃刃 具具模模 具具2 2中温回火中温回火350350500500回火组织：回火托氏体：铁素体回火组织：回火托氏体：铁素体 + + 极细粒极细粒状渗碳体状渗碳体力学性能：较高的屈服强度力学性能：较高的屈服强度, ,高的弹性极限，高的弹性极限，较好的塑性和韧性。较好的塑性和韧性。适用：适用：wc=0.6wc=0.60.9%0.9%碳素弹簧钢碳素弹簧钢(T(T取下限取下限) )和和wc=0.45wc=0.450.75%0.75%的合的合金弹簧钢金弹簧钢(T(T取上限取上限) )回火托氏体回火托氏体汽车板簧汽

25、车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧弹簧丝弹簧丝3 3高温回火高温回火500500650650回火组织：回火索氏体：铁素体回火组织：回火索氏体：铁素体+ +细粒状渗碳体细粒状渗碳体力学性能力学性能: :高的塑性、韧性高的塑性、韧性, ,较低屈服强度和硬度较低屈服强度和硬度回回火火索索氏氏体体适用：适用： 主要用于中碳碳素构造钢或低合金构造钢制造的主要用于中碳碳素构造钢或低合金构造钢制造的各种机械构造零部件各种机械构造零部件 构造钢淬火构造钢淬火+ +高温回火，以获得综合机械性能为目的，称高温回火，以获得综合机械性能为目的，称为调质处置为调质处置, ,如发动机曲轴、连杆、螺栓，机床

26、主轴等要如发动机曲轴、连杆、螺栓，机床主轴等要求综合机械性能零件。求综合机械性能零件。 40Cr 40Cr40Cr钢制造连杆螺栓热处置工艺钢制造连杆螺栓热处置工艺圆锥齿轮圆锥齿轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴高高C C高合金钢如高速钢、高高合金钢如高速钢、高铬钢的回火铬钢的回火T T的高达的高达500500600600，在这个，在这个T T区间里将发生区间里将发生二次硬化作用。二次硬化作用。 M M回回HRCT/ 560车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头 高合金渗高合金渗C钢钢18Cr2Ni4WA，20Cr2Ni4A等渗等渗C后淬火后淬火前也进展前也进展600680的高温回火的高温回火 缘由：缘由： 1. A

27、残多残多 2. 使渗使渗C层中层中C化物部分析出并球化，降低硬度，便化物部分析出并球化，降低硬度，便于切削加工，于切削加工，三、回火时间确实定三、回火时间确实定 t回回=t透烧透烧+t组织转变及消应力组织转变及消应力 消应力消应力t至少至少30min ，普通，普通 t回回 1小时小时 t根据工件截面厚度而定，普通每根据工件截面厚度而定，普通每25mm厚保温厚保温12h，回火回火T高时，可适当缩短。高时，可适当缩短。四、冷却：四、冷却： 回火冷却方式普通为空冷。回火冷却方式普通为空冷。 但对回火脆性敏感的钢，在高温回火后需求油冷或水冷。但对回火脆性敏感的钢，在高温回火后需求油冷或水冷。 五、回火本卷须知五、回火本卷须知1淬火硬化的工件都必需进展回火；淬火硬化的工件都必需进展回火；2淬火后，工件冷到用手可以触模时就可以进展淬火后，工件冷到用手可以触模时就可以进展回火；回火；3淬火后的工件当天回火淬火后的工件当天回火;4高高C高合金钢应冷透后再回火，以高合金钢应冷透后再回火，以A残。残。5防止回火脆性区范围内回火防止回火脆性区范围内回火.六、回火缺陷六、回火缺陷1、硬度不合格、硬度不合格2、回火后变形、回火后