4.2(机制)汇总课件

1、2021/3/2714.2 钢的热处理工艺4.2.1 退火二、 目的 消除缺陷,改善组织 细化晶粒,改善机械性能 降低硬度,改善切削加工性 消除应力,防止变形或开裂将零件加热到某一温度,保温一定时间,随后缓慢冷却(炉冷)的处理工艺。 均匀成分;为最终热处理作好组织准备。一、定义2021/3/2721、完全退火 常用于中、高碳亚共析钢2、球化退火（不完全退火）主要用于共析钢和过共析钢及合金工具钢3、去应力退火 （低温退火） 主要用于消除铸件、锻件、焊接件或切削加工过程中的残留的应力4、扩散退火主要用于消除晶内偏析三、工艺及应用FPAc3(3050)Ac1(2030) P球Ac1以下通常为5006

2、50 Ac3 + +1502502021/3/273二、目的与退火相同三、加热温度(完全奥氏体化)亚共析钢:共 析 钢:过共析钢:一、定义 将钢加热到某一温度,保温一定时间,随后从炉中取出,在静止空气中冷却的处理工艺。4.2.2 正火Ac3+3050FSAc1+3050SAccm+3050Fe3CS2021/3/274四、应用1、作为普通结构零件的最终处理2、适当提高低碳钢和低碳合金钢的硬度,便于切削加工3、消除过共析钢中的网状Fe3C, 为球化退火作好组织准备。2021/3/275 将钢件加热到临界温度以上30 50, 保温一定时间,随后快速冷却( 水或油冷)的热处理工艺。一、定义二、目的1

3、、获得M提高钢的硬度和耐磨性;2、与回火配合,获得各种优良的力学性能。过共析钢:Ac1+3050三、加热温度亚共析钢:Ac3+3050共析钢: Ac1+3050 组 织:M+A残组 织: M+A残组 织: M+Fe3C +A残4.2.3 钢的淬火2021/3/276四、冷却介质1、理想淬火冷却介质2、常用的淬火冷却介质 水易得、价廉、冷却能力较强。但在转变区的冷速太大易造成变形或开裂,并且对水温变化敏感,水温升高冷却能力急剧下降。用于Vk大的碳钢件。 油 在Ms冷速小,故变形开裂的倾向小,但在C曲线鼻尖处冷速低,用于Vk小的合金钢及小件 其他盐或碱的水溶液（如NaCl、NaOH）水溶液等）、熔

4、融状态的盐等2021/3/277五、方法 单液淬火用于形状简单的小件 双液淬火 碳 钢 水淬油冷合金钢 油淬空冷用于形状复杂的重要件。 分级淬火用于截面较小,形状复杂的小件 等温淬火用于要求高硬度和强韧性、形状复杂、截面较小的重要件2021/3/278淬透性（工艺性能）:钢在淬火时获得的能力六、淬透性1、概念:用规定条件下的淬硬层深度表示。2021/3/279淬透性主要取决于临界淬火冷却速度VK 的大小淬硬层深度:由钢的表面到50%组织处的深度淬硬性:钢经淬火后能达到的最高硬度（M）。淬硬性主要取决于M中的含碳量2、淬透性对钢力学性能的影响淬透性高的钢:力学性能沿截面均匀分布淬透性低的钢:截面

5、心部的力学性能低2021/3/2710设计和制造零件时,必须考虑钢的热处理尺寸效应。3、淬透性的应用对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及要求力学性能均匀的零件,应选用高淬透性的钢制造。对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件,可选用低淬透性的钢制造。末端淬火法:4、测定方法2021/3/2711临界淬透直径Dc:Dc淬透性圆形钢棒在某种介质中能被淬透的最大直径。 根据GB225-2006的规定,钢的淬透性用J-d表示,其中 J 表示端淬实验,d表示距淬火末端的距离, 为该处测的硬度值,为HRC。如: J35-15表示距淬火末端15 mm处试样具有35 HRC的硬度值。2021/3/2712

6、二、目的1、 稳定尺寸2、 降低脆性,消除或减少内应力3、 调整强韧性,获得零件所需性能 将淬火后的钢件重新加热到Ac1线以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。一、定义4.2.4 回火三、加热温度:A1四、回火时的组织转变1、马氏体的分解（ 200）2、残余奥氏体的转变（200300 ）3、渗碳体的形成（250 400 ）4、渗碳体的聚集长大（400 ）2021/3/2713 五、回火种类和应用回火后钢的组织与性能决定于回火温度,选择时应根据使用时对性能的要求来定。1、低温回火 温度:150250 组织:M回(在M中分布着极细小的Fe3C微粒) 性能:高硬度、高耐磨性、低的塑

7、性和韧性 HRC5864 应用:处理各种工具,滚动轴承,渗碳件及表面淬火件2、中温回火 组织:T回(在F上分布着极细小的颗粒状Fe3C) 温度:350 500 性能:具一定的强韧性,弹性极限最高 HRC3545 应用:处理各种弹簧及要求高强度中韧性的部件(锻模)2021/3/27143、高温回火温度:500650组织:S回(在F基体上均匀分布着细粒状渗碳体) 性能:综合机械性能优良, HRC2535淬火 + 高温回火 = 调质处理应用:处理各种重要的机械零件。如:齿轮、轴、连杆等五、回火脆性(淬火钢回火时其冲击韧性显著下降的现象)1、低温回火脆性:250350避免在此温度范围回火（不可逆回火脆

8、性、第一类回火脆性）2、 高温回火脆性:450650 （可逆回火脆性、第二类回火脆性）再次高温回火并快冷或在合金钢中加入钼和钨等元素。2021/3/27154.2.5 表面热处理4.2.5.1表面淬火:将工件表层快速加热到淬火温度,不等热量传至心部,立即冷却,使零件表面淬硬的热处理工艺。（使零件具有“表硬里韧”的力学性能）电磁感应1、 原理 集肤效应淬硬层深度主要取决于电流频率。频率愈高,淬硬层愈浅。 一、 感应加热表面淬火2021/3/2716 特点: 加热迅速、效率高,能获得高质量的表面层,易实 现机械化和自动化,但设备费用高,维修安装困难。主要用于大批量生产。轧辊等大型零件，用作穿透加热

9、101550 Hz工 频大、中模数齿轮，直径较大的轴21025008000Hz中 频小模数齿轮，中小型零件2200300kHz高 频应 用淬硬层深度/mm常用频率感应加热名称2、常用感应加热方法的种类、特性及应用2021/3/2717特点:设备简单,操作方便,不受工件大小和淬火部位的限制,灵活性较大,成本低,淬火质量不够稳定。 主要用于单件小批生产及大型大型工件的表面淬火。二、火焰加热表面淬火:利用氧-乙炔（或其他可燃气）火焰对零件表面进行加热,随之淬火冷却的工艺。2021/3/2718 将零件置于一定的化学介质中 , 通过加热、保温,使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层,以改变钢表层的化学

10、成分和组织的热处理工艺。一、定义4.2.5.2 化学热处理（Chemical Heat Treatment )二、基本过程1、分解: 2、吸收: 3、扩散 : （改变表层组织的同时改变表层的化学成分）化学介质分解成活性原子;活性原子被工件表面吸收形成固溶体或化合物;活性原子向工件心部扩散,形成一定深度的扩散层。 2021/3/2719三、 常用方法1、 渗碳目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。用钢: 低碳钢和低碳合金钢。方法: 固体、气体、液体渗碳。将碳原子渗入钢件的表层 ( Carburize of steel )工艺: 加热温度为900950; 渗碳时间一般为39小时;热处理特点:渗碳后需

11、进行淬火低温回火渗碳剂:煤油、甲醇、丙酮等2021/3/2720目的: 获得具有表硬里韧性能的零件及抗蚀性能的零件用钢:中碳合金钢工艺:加热温度500600; 保温时间0.30.5mm/2050h。热处理特点: 渗氮前需调质处理; 渗氮后不需热处理。( Nitridation of steel )2、 渗氮（氮化）将氮原子渗入钢件的表层方法: 气体渗氮、离子渗氮 常用的钢种 : 35CrMo、18CrNiW、 38 CrMoAlA等。渗氮介质:氨气2021/3/2721特点:与渗碳比较 具有更高的疲劳强度和耐蚀能力; 氮化温度低,工件变形很小; 处理时间长（获得0.30.5mm的氮化层需205

12、0h） 具有更高的表面硬度、耐磨性和红硬性; 3、碳氮共渗（氰化）-将碳、氮原子同时渗入钢件的表层 ( Carbonitriding of steel )2021/3/27224.2.5.3常用表面热处理方法比较(表面淬火、渗碳和氮化)2021/3/27234.2.6 热处理工艺的安排一、 预备热处理退火毛坯制造之后粗加工之前 正火调质 表面淬火和氮化时的预先热处理粗加工之后半精加工之前对硬度和耐磨性要求不高的零件也可作为最终热处理二、最终热处理1、淬火、回火根据硬度的不同,淬火零件可分:2021/3/2724 淬硬件淬火后经低温（中温）回火的零件HRC3035）切削加工之后磨削加工之前例:高铬钢冷冲模的制造工艺如下:锻造正火球化退火粗、精加工 淬火低温回火磨削加工 调质件（淬火后经高温回火的零件 HRC3035）例:45钢机床丝杆的机加工工艺粗车外圆、螺纹调质精车外圆、螺纹2、表面淬火铸造正火（退火）粗加工调质半精加工表面淬火+低温回火精加工半精加工和精加工之间粗加工之后半精加工之前2021/3/2725下料锻造正火粗加工调质半精加工局部淬火回火高频淬火低温回火精加工