热处理工艺的制订规范(共70页).ppt

1、工程五工程五 热处理工艺的制订标准热处理工艺的制订标准预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理退火：完全退火、等温退火、球化退火、退火：完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火、再结晶退火。均匀化退火、去应力退火、再结晶退火。正火正火普通热处理：淬火、回火普通热处理：淬火、回火外表热处理：外表淬火感外表热处理：外表淬火感应、火焰应、火焰化学热处理渗碳、渗氮等化学热处理渗碳、渗氮等预备热处理预备热处理机加工机加工机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：毛坯铸、锻毛坯铸、锻最终热处理最终热处理退火与正火主要用于预备热处理，只有当退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要

2、求不高时才作为最终热处理。工件性能要求不高时才作为最终热处理。 一、退火一、退火退火退火将钢加热至适当温度保将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却温，然后缓慢冷却 (炉冷炉冷) 的热处理工艺的热处理工艺调整硬度，便于切削调整硬度，便于切削加工加工消除内应力，防止加消除内应力，防止加工中变形工中变形细化晶粒、做组织准细化晶粒、做组织准备备退火的目的退火的目的完全退火等温退火球化退火扩散退火去应力退火再结晶退火退火的种类真空退火炉真空退火炉完全退火将工件加热到Ac3+3050保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢 . 高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较等温退火等温退火亚共析

3、钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. 球化退火将工件加热到将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后缓冷，保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。空冷。主要用于共析、过共析钢。球状珠光体球状珠光体 球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体, 用P球表示。对于有网状二次渗碳体的过共析钢

4、，球化退火前应先进行正火，以消除网状.u 正火是将亚共析钢加热到正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢，过共析钢 加热到加热到Accm+30 50保温保温 后空冷的工艺。后空冷的工艺。u 正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。u 1、正火后的组织：、正火后的组织： 0.6%C时，组织为时，组织为F+S； 0.6%C时，组织为时，组织为S 。 正火温度正火温度二、正火二、正火正火正火2、正火的目的、正火的目的 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退，目的与退火的相同。火的相同。 对于过共析钢，用于消对于过共析钢，用于消除

5、网状二次渗碳体，为除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。球化退火作组织准备。 普通件最终热处理。普通件最终热处理。 要改善切削性能，低碳钢用要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火.热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度三、三、 钢的淬火钢的淬火淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速度冷却，度冷却，使奥氏体转变为马氏体或贝氏体的热处理工艺使奥氏体转变为马氏体或贝氏体的热处理工艺. l淬火是应用最广的热处淬火是应用最广的热处理工艺之一。理工艺之一。l淬火

6、目的是为获得马氏淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能体组织，提高钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉1、淬火温度淬火温度n碳钢n1 亚共析钢淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。亚共析钢淬火组织亚共析钢淬火组织：n 0.5%C时为时为Mn 0.5%C时为时为M+A。65MnV钢钢(0.65%C) 淬火组织淬火组织45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织在在Ac1 Ac3之间的加热之间的加热淬火称淬火称亚温淬火亚温淬火。35钢含钢含0.35%C亚温淬火组织亚温淬火组织 亚温淬火组织为亚温淬火组织为F+M，强度、，强度、硬度低，但塑韧硬度低，但塑韧性好性好.2共析钢共析钢淬火温度为淬火

7、温度为Ac1+30-50；淬火组织为；淬火组织为M+A。 过共析钢过共析钢淬火温度淬火温度: Ac1+30-50.温度高于温度高于Accm，那么奥，那么奥氏体晶粒粗大、含碳量氏体晶粒粗大、含碳量高高,淬火后马氏体晶粒粗淬火后马氏体晶粒粗大、大、A量增多。使钢硬量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。变形开裂倾向增加。淬火组织淬火组织: M+Fe3C颗颗粒粒+A。(预备组织为预备组织为P球球)T12钢（含钢（含1.2%C）正常淬火组织）正常淬火组织u合金钢合金钢由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。n 亚共析钢

8、淬火温度为亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50100。n 共析钢、过共析钢淬火温度为共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50100。 钢坯加热钢坯加热2、淬火介质、淬火介质u理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以到达既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。l常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。u 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。小尺寸的碳钢件。u 熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔

9、盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。级淬火和等温淬火。u 聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.3、淬火方法、淬火方法采用不同的淬火方法可弥采用不同的淬火方法可弥补介质的缺乏。补介质的缺乏。1单液淬火法单液淬火法加热工件在一种介质中连加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方续冷却到室温的淬火方法。法。操作简单，易实现自动化。操作简单，易实现自动化。各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法2双液淬火

10、法双液淬火法工件先在一种冷却能力强的介工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷如水淬油冷，油淬空冷.优点是冷却理想，缺点是不易优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状复杂的碳钢掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。件及大型合金钢件。3分级淬火法分级淬火法在在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。可减少内外温度均匀后再取出缓冷。可减少内应力，用于小尺寸工件。应力，用于小尺寸工件。盐浴炉盐浴炉4等

11、温淬火法等温淬火法将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐浴或的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火而获得下贝氏体组织的淬火方法。方法。经等温淬火零件具有良好的综经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小合力学性能，淬火应力小.适用于形状复杂及要求较高的适用于形状复杂及要求较高的小型件。小型件。淬火方法淬火方法第六节第六节 钢的淬透性钢的淬透性网带式淬火炉网带式淬火炉u淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。u是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。1、淬透性的概念、淬透性的概念M量和硬度随量和

12、硬度随深度的变化深度的变化u淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度是指由工件淬硬层深度是指由工件外表到半马氏体区外表到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。的深度。l淬硬性是指钢淬火后所淬硬性是指钢淬火后所能到达的最高硬度，即能到达的最高硬度，即硬化能力硬化能力.2、淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系 u同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。寸小

13、、介质冷却能力强，淬硬层深。u淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。的。 3、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素u钢的淬透性取决于临界冷却速钢的淬透性取决于临界冷却速度度Vk， Vk越小，淬透性越高。越小，淬透性越高。uVk取决于取决于C曲线的位置，曲线的位置，C 曲曲线越靠右，线越靠右，Vk越小。越小。 因而但凡影响因而但凡影响C曲线的因素都曲线的因素都是影响淬透性的因素是影响淬透性的因素.即除即除Co 外，外，凡溶入奥

14、氏体的合金元素都使钢凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。保温时间长也使钢的淬透性提高。 n不同冷却条件下的转变产物不同冷却条件下的转变产物等温退火等温退火P退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)ST+M+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)(油冷油冷)A1MSMf时间时间温度温度淬火淬火PP均匀均匀A细细A？四、钢的回火四、钢的回火螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹回回 火火指将淬火钢加热到指将淬火钢加热到A1以下的某以下的某温度保温后冷却的工艺。温度保温后冷却的工艺。回火

15、目回火目的的减少或消减少或消除淬火内除淬火内应力应力获得所需获得所需要的力学要的力学性能性能稳定尺寸稳定尺寸防止使用防止使用时变形时变形高淬透性高淬透性的钢采用的钢采用回火软化回火软化 未经淬火的钢回火无意义，未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火钢经淬火后应立即进行回火。注注意意钢钢在在回回火火时时的的组组织织转转变变马氏体的分解马氏体的分解剩余奥氏体分解剩余奥氏体分解 -碳化物转变为碳化物转变为Fe3CFe3C聚集长大和聚集长大和铁素体多边形化铁素体多边形化回火马氏体回火马氏体回火马氏体回火马

16、氏体回火索氏体回火索氏体回火托氏体回火托氏体透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌回火马氏体回火马氏体 回火托氏体回火托氏体回火索氏体回火索氏体淬火钢硬度随回火温度的变化淬火钢硬度随回火温度的变化40钢力学性能与回火温度的关系钢力学性能与回火温度的关系回火时的性能变化回火时的性能变化回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。硬度下降，塑性、韧性提高。l200以下，由于马氏以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，体中碳化物的弥散析出，钢的硬度并不下降，高钢的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。

17、碳钢硬度甚至略有提高。l200-300，由于高碳，由于高碳钢中钢中A转变为转变为M回回, 硬度硬度再次升高。再次升高。l大于大于300,由于由于Fe3C粗化，马氏体转变为铁粗化，马氏体转变为铁素体素体,硬度直线下降。硬度直线下降。3回火脆性回火脆性u淬火钢的韧性并不淬火钢的韧性并不总是随温度升高而总是随温度升高而提高。提高。u在某些温度范围内在某些温度范围内回火时，会出现冲回火时，会出现冲击韧性下降的现象，击韧性下降的现象，称称回火脆性回火脆性。 1第一类回火脆性第一类回火脆性又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350回火回火时出现的脆性。时出现的脆性。l这

18、种回火脆性是不可逆的，这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效会出现脆性，目前尚无有效消除方法。消除方法。l回火时应避开这一温度范围。回火时应避开这一温度范围。 2、第二类回火脆性、第二类回火脆性 又称可逆回火脆性。是指淬又称可逆回火脆性。是指淬火钢在火钢在500-650范围内范围内回火后缓冷时出现的脆性回火后缓冷时出现的脆性. 回火后快冷不出现，是可回火后快冷不出现，是可逆的。逆的。防止方法：防止方法： 回火后快冷。回火后快冷。 参加合金元素参加合金元素W (约约1%)、 Mo(约约0.5%)。该法更适。该法更适用于大截面的零部件。用于

19、大截面的零部件。 四、回火种类四、回火种类根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类：根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类： 淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称，简称调质。调质。广泛用于各种结构件如轴、广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备求较高精密件、量具等预备热处理。热处理。 适用于各种高碳适用于各种高碳钢、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件。面淬火件。 应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧

20、性。 提高提高 e及及 s，同，同时使工件具有一时使工件具有一定韧性定韧性 。在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力。降低内应力。 回火目的回火目的S回 T回 M回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧热处理弹簧热处理弹弹簧簧热热处处理理五五 钢的外表淬火钢的外表淬火外表淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况外表淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件外

21、表的热处理方法。化零件外表的热处理方法。外表淬火目的：外表淬火目的： 使外表具有高的硬度、耐磨性和疲劳极使外表具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限限; 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。适用于：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的适用于：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。零件。1、外表淬火用材料、外表淬火用材料 0.4-0.5%C的中碳钢。的中碳钢。含碳量过低，那么外表硬度、耐磨性下降。含碳量过低，那么外表硬度、耐磨性下降。含碳量过高，心部韧性下降；含碳量过高，心部韧性下降； 铸铁铸铁 提高其外表耐磨性

22、。提高其外表耐磨性。机床导轨机床导轨外表淬火齿轮外表淬火齿轮2、预备热处理、预备热处理工艺：工艺：对于结构钢为调质或正火。对于结构钢为调质或正火。前者性能高，用于要求高的重要前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件，后者用于要求不高的普通件。件。目的目的:为外表淬火作组织准备；为外表淬火作组织准备；获得最终心部组织。获得最终心部组织。 回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体 3、外表淬火后的回火、外表淬火后的回火采用低温回火，温度不高于采用低温回火，温度不高于200。回火目的为降低内应力，保存淬火高硬度、耐磨性。回火目的为降低内应力，保存淬火高硬度、耐磨性。 4、外表淬火、外表淬火+

23、低温回火后的组织低温回火后的组织表层组织为表层组织为M回；心部组织为回；心部组织为S回回(调质调质)或或F+S(正火正火)。感应加热表面淬火感应加热表面淬火 感应淬火机床感应淬火机床感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图5、外表淬火常用加热方法、外表淬火常用加热方法 感应加热感应加热: 利用交变电流在工件利用交变电流在工件外表感应巨大涡流，使工件外外表感应巨大涡流，使工件外表迅速加热的方法。表迅速加热的方法。感应加热分为：感应加热分为：u高频感应加热高频感应加热 频率为频率为250-300KHz，淬硬层深度淬硬层深度0.5-2mm传动轴连续淬传动轴连续淬火感应器火感应器感应加热外表淬火齿

24、轮的截面图感应加热外表淬火齿轮的截面图u中频感应加热中频感应加热 频 率 为频 率 为 2 5 0 0 -8000Hz，淬硬层，淬硬层深度深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴u工频感应加热工频感应加热 频率为频率为50Hz,淬淬硬层深度硬层深度10-15 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热 火焰加热火焰加热: 利用乙炔火焰直接加热利用乙炔火焰直接加热工件外表的方法。本钱低，但质量工件外表的方法。本钱低，但质量不易控制。不易控制。 激光热处理激光热处理: 利用高能量密度的激利用高能量密度的激光对工件外表进行加热的方法

25、。效光对工件外表进行加热的方法。效率高，质量好。率高，质量好。火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激激光光外外表表热热处处理理六六 钢的化学热处理钢的化学热处理化学热处理化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。进而改变其性能的热处理工艺。u与外表淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改与外表淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还改变其化学

26、成分。变其化学成分。u化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。u根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮化、多元共渗、渗其他元素等。共渗、渗其他元素等。 可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗碳回火炉渗碳回火炉1、化学热处理的根本过程、化学热处理的根本过程 1介质介质(渗剂渗剂)的分解的分解: 分解的分解的同时释放出活性原子。同时释放出活性原子。 如：渗碳如：渗碳 CH42H2+C 氮化氮化 2NH33H2+2N2工件外表的吸收工件外表的吸收: 活性原子活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元向固溶体溶解或与

27、钢中某些元素形成化合物。素形成化合物。3原子向内部扩散。原子向内部扩散。 氮化扩散层氮化扩散层钢的渗碳是指向钢的外表渗入钢的渗碳是指向钢的外表渗入碳原子的过程。碳原子的过程。1渗碳目的渗碳目的 提高工件外表硬度、耐磨性提高工件外表硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。良好的韧性。2渗碳用钢渗碳用钢为含为含0.1-0.25%C的低碳钢。的低碳钢。碳高那么心部韧性降低。碳高那么心部韧性降低。经渗碳的机车从动齿轮经渗碳的机车从动齿轮2、钢的渗碳钢的渗碳气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图3渗碳方法渗碳方法1 气体渗碳法气体渗碳法 将工件放入密封炉内，在高将工件放入密封炉

28、内，在高温渗碳气氛中渗碳。温渗碳气氛中渗碳。 渗剂为气体渗剂为气体 (煤气、液化气煤气、液化气等等)或有机液体或有机液体(煤油、甲醇煤油、甲醇等等)。 优点优点: 质量好质量好, 效率高效率高；缺点缺点: 渗层成分与深度不易控制。渗层成分与深度不易控制。2固体渗碳法固体渗碳法将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。渗剂为木炭。渗剂为木炭。优点：操作简单；优点：操作简单；缺点：渗速慢，劳动条件差。缺点：渗速慢，劳动条件差。4渗碳温度：为渗碳温度：为900-950。渗碳层厚度由外表到过度层一渗碳层厚度由外表到过度层一半处的厚度：半处的厚度： 一般

29、为一般为0.5-2mm。渗碳层外表含碳量：以渗碳层外表含碳量：以0.85-1. 05为最好。为最好。渗碳缓冷后组织：表层为渗碳缓冷后组织：表层为P+网状网状Fe3C; 心部为心部为F+P; 中间中间为过渡区。为过渡区。低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织5渗碳后的热处理渗碳后的热处理淬火淬火+低温回火低温回火, 回火温度为回火温度为160-180。淬火方法有：。淬火方法有： 预冷淬火法预冷淬火法渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火。温度直接淬火。渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图u 一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。u 二次淬火法：二次淬火法：u 即渗碳缓冷后第一次加