热处理工艺——钢的热处理举例处理实用教案

1、1第1页/共49页第一页，共49页。21、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要(zhngyo)零件，受力情况复杂。2、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）； 齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）； 断齿（强度低或超载）一一.齿轮齿轮(chln)热处理热处理第2页/共49页第二页，共49页。33.齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能； 齿轮根部(n b)及齿轮具有高的强度和韧性。4.齿轮用钢:低、中碳轻载齿轮轻载齿轮(chln)：45， 调质或正火调质或正火中载齿轮中载齿轮(chln)：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮重载齿

2、轮(chln)：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火渗碳淬火高精度齿轮高精度齿轮(chln)：38CrMoAlA， 调质调质-渗氮渗氮第3页/共49页第三页，共49页。41 1）渗碳齿轮）渗碳齿轮材料材料(cilio)(cilio)：20CrMnTi20CrMnTi、 20Cr 20Cr、 30CrMnTiA 30CrMnTiA等等服役场合：高速重载（汽车齿轮）服役场合：高速重载（汽车齿轮）下料下料锻造锻造(dunzo)(dunzo)正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火5.齿轮热处理工艺齿轮热处理工艺精加工精加工掌握各热处理工序的目的，工艺，组织掌握各热处理工序的目的，工

3、艺，组织第4页/共49页第四页，共49页。5(1)正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至Ac3+3050,空冷, 组织细珠光体+(少量铁素体)(2)渗碳 提高表面含碳量 920930保温39h (3)渗碳后淬火 获得(hud)马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 表面：高碳M+Ar+碳化物,过渡层:M+Ar, 心部:低碳M+F（少量） (4)回火 消除淬火应力，低温200，MM回下料下料锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火精加工精加工工艺(gngy)路线第5页/共49页第五页，共49页。620 CrMnTi 钢制造(zhzo)齿轮的热处理工艺曲线第6页/

4、共49页第六页，共49页。7加工工艺(gngy)路线:下料 锻造 粗加工 半精加工 精车加工及 精磨 2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火） 适用适用(shyng)于于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。等材料齿轮。正火正火调质调质(dio zh)表面淬火表面淬火低温回火低温回火第7页/共49页第七页，共49页。8(1)正火(或完全退火） 细化晶粒，调整硬度 加热至Ac3+3050,空冷, 细珠光体+(少量铁素体)(2)调质热处理 使心部具有良好强韧性 加热至Ac3+3050后淬火+500600高温回火, 回火索氏体(3

5、)表面感应淬火(表面火焰淬火) 提高(t go)表面硬度 表面加热至Ac3+3050，心部没有加热。 淬火后表面获得马氏体+残余奥氏体, 过渡层马氏体+F残余奥氏体, 心部回火索氏体 (4)低温回火 消除淬火应力，低温200，MM回 第8页/共49页第八页，共49页。9 轻载齿轮：45， 调质或正火 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位(bwi)表面淬火 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮第9页/共49页第九页，共49页。10第10页/共49页第十页，共49页。11二、滚动轴承(gndngzhuchng)热处理滚珠轴滚珠轴承承滚针

6、轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承1、工作条件、工作条件高载荷高载荷(zi h)，交变应力，交变应力高转速，一定冲击。高转速，一定冲击。第11页/共49页第十一页，共49页。12 接触接触(jich)疲疲劳破坏劳破坏2、失效、失效(sh xio)形式形式第12页/共49页第十二页，共49页。13塑性变形塑性变形 第13页/共49页第十三页，共49页。14磨损磨损(m sn)第14页/共49页第十四页，共49页。153 3、性能、性能(xngnng)(xngnng)要求要求: :（内外圈和（内外圈和滚动体）滚动体）v高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性; ;v高的接触高的接触(jich)(jich)疲劳强

7、度疲劳强度; ;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性; ;v尺寸稳定性尺寸稳定性滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承第15页/共49页第十五页，共49页。164 4、轴承、轴承(zhuchng)(zhuchng)用钢用钢: :G Cr15 含Cr量WCr 1.5 %滚动轴承钢高碳高碳, Wc = 0.951.15%第16页/共49页第十六页，共49页。17GCr15轴承(zhuchng)钢制造轴承(zhuchng)的工艺路线锻造锻造(dunzo) 机加工机加工 球化退火球化退火(tu hu)淬火淬火+ 冷处理冷处理 ( 60 80;1h )低温回火低温回火正火正火磨削加工磨削加工

8、稳定化处理稳定化处理 ( 120 150；5 10h )第17页/共49页第十七页，共49页。185、热处理工艺预备热处理:正火：消除网状碳化物，细化晶粒球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织(zzh)准备淬火:获得马氏体组织(zzh) 810860（温度偏高），让Cr尽量溶入A，又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；油冷冷处理:获得马氏体组织(zzh),减少Ar低温回火:消除残余应力，保持高硬度.第18页/共49页第十八页，共49页。19汽车板簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧(tnhung)丝第19页/共49页第十九页，共49页。20三、弹簧(tnhung)热处理1、工作条件 储存能量和减轻震动,主

9、要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；2、失效形式： 疲劳断裂，永久变形3、性能要求： 高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能）4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢第20页/共49页第二十页，共49页。215、热处理工艺（一）冷成形弹簧（小弹簧） 由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝）冷卷成弹簧， 只需进行去应力退火（加热温度250 300 ），以消除(xioch)变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。 （二）热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧） 淬火提高强度， 中温回火消除(xioch)应力，提高弹性极限。

10、淬火温度Ac3以上，回火温度350 450 ， 组织：回火屈氏体大型热卷弹簧去应力去应力(yngl)退火退火淬火淬火(cu hu)+中温回火中温回火（或采用等温淬火）（或采用等温淬火）或采用等温淬火，得到贝氏体组织或采用等温淬火，得到贝氏体组织第21页/共49页第二十一页，共49页。22（三）沉淀硬化处理对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下：（1）固溶处理：奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织(zzh)（2）成型加工（3）调整热处理（或淬火处理）加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥氏体组织(zzh)（4）深冷处理：

11、使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体（根据需要确定）（5）沉淀硬化处理在480 550 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。第22页/共49页第二十二页，共49页。23（四）弹簧的其它强化处理（1）形变热处理 对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火(hu hu)（2）化学热处理 对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料，可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下，化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成型加工+淬火+回火(hu hu)-化学渗处理。（3）喷丸强化 使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命51

12、0倍。第23页/共49页第二十三页，共49页。24（五）弹簧的稳定化处理 为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧在使用(shyng)过程中弹性稳定。第24页/共49页第二十四页，共49页。25工具一般包括刃具、模具、量具(lingj)常用钢包括： 碳素工具钢、 低合金工具钢、 高合金工具钢（高速钢等）四四.工具工具(gngj)热处理热处理模具量具刃具成分成分(chng fn)特点：高碳特点：高碳第25页/共49页第二十五页，共49页。264.1 刃具刃具(rnj)热处理热处理l 性能要求性能要求l 高硬度高硬度(HRC60) ：主要取决于含碳：主

13、要取决于含碳量。量。 l 高耐磨性：高耐磨性： 靠高硬度和析出细小均靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。匀硬碳化物来达到。l 红硬性：即高温下保持高硬度的能力红硬性：即高温下保持高硬度的能力(nngl)l 足够的韧性：以防止脆断和崩刃。足够的韧性：以防止脆断和崩刃。l 刃具用钢刃具用钢l 碳素工具钢：碳素工具钢：T7T12（0.71.2%C）木工(mgng)凿手锤第26页/共49页第二十六页，共49页。27T12T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织球状珠光体球状珠光体碳工钢热处理及组织热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火球化退火目的： 降低硬度，便于加工； 为淬火作组织准备。 使用状态(zh

14、ungti)下的组织： M回+颗粒状碳化物+AR(少量)第27页/共49页第二十七页，共49页。28低合金工具钢： CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢， 只是淬火(cu hu)介质为油（碳工钢为水）。板牙板牙(bny)丝锥丝锥(szhu)第28页/共49页第二十八页，共49页。29 9 SiCr 钢板(gngbn)牙热处理工艺曲线板牙板牙第29页/共49页第二十九页，共49页。30W18Cr4V的生产工艺及热处理铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次高温回火 磨削(m xio)加工高合金高合金(hjn)刃具钢：（高速钢）刃具钢：（高速钢） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2第

15、30页/共49页第三十页，共49页。31W18Cr4V铸态组织 420 铸造铸造:高速钢属于莱氏体钢高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布(fnb)的粗大共的粗大共晶碳化物晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。钢的韧性大幅下降。第31页/共49页第三十一页，共49页。32锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除, 只能依靠反复(fnf)多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织 210 第32页/共49页第三十二页，共49页。33 W18Cr4V球化退火组织 420 球化退火球化退火:消除应力消除应力, 降低硬度，便于降低硬度，便于(biny)机加工机加工

16、, 调整组织调整组织,为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。 球化退火球化退火(tu hu)后的组织后的组织 : S + 粒状粒状 Cm球化退火球化退火(tu hu)温度温度830880易于机械加工。易于机械加工。第33页/共49页第三十三页，共49页。34淬火淬火(cu hu) : 1200(cu hu) : 120013001300 淬火淬火(cu hu)(cu hu)后的组织后的组织:M+Cm+AR(20:M+Cm+AR(2025%)25%)（温度（温度(wnd)高）高） 让让C和和Me充分溶入充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化

17、效应，提高硬度生二次硬化效应，提高硬度(yngd)提高红硬性提高红硬性高速钢淬火温度高的原因第34页/共49页第三十四页，共49页。35三次高温三次高温(gown)回回火火在在560560回火时回火时 , , 产生产生(chnshng)(chnshng)二次硬化多次回火二次硬化多次回火, ,获得更多碳化物析出让残余获得更多碳化物析出让残余奥氏体转变。奥氏体转变。回火回火(hu hu)组织：组织： S回回+碳化物碳化物+Ar ( 1 2 % )* *淬火后淬火后A A残约残约202025 %25 %。* *第一次回火第一次回火后后A A残约剩残约剩151518 %18 %。* *第二次回火第二次

18、回火后后A A残约剩残约剩3 35 %5 %。* *第三次回火第三次回火后后A A残约剩残约剩1 12 %2 %。组织硬度组织硬度为为HRC65HRC65以上。以上。第35页/共49页第三十五页，共49页。36 W18Cr4V钢的热处理过程(guchng)示意图进展进展:现在现在(xinzi)对这种热处理工艺还不满意对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火对高速钢淬火+回火后回火后,再进行再进行TiN沉积沉积第36页/共49页第三十六页，共49页。374.2 冷作冷作(ln zu)模具热处理模具热处理v 性能性能(xngnng)(xngnng)要求要求: :高硬度（高硬度（HRC50HRC506

19、060）；）；高耐磨性、强度高耐磨性、强度(qingd)(qingd)和韧性；和韧性；热处理变形小热处理变形小; ;汽车冲压模具汽车冲压模具v 应用应用: :冷冲模、冷镦模、冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等冷挤模、搓丝板等v 冷作模具用钢冷作模具用钢: :碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T8T8低合金工具钢：低合金工具钢： 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具钢：高合金工具钢： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）第37页/共49页第三十七页，共49页。38 Cr12型冷作型冷作(ln zu)模具钢的

20、热处理模具钢的热处理（ C1.4%2.3%、Cr11%12%） 球化退火 冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火处理。 球化退火温度830880，获得细化碳化物+珠光体组织，易于机械加工。 淬火+回火 一次硬化法： 较低温(dwn)度淬火（980）低温(dwn)回火 回火组织为M回+碳化物+Ar 二次硬化法： 较高温度淬火（1050）23次高温回火 回火组织为S回+碳化物+Ar(少量）第38页/共49页第三十八页，共49页。394.3 热作模具热作模具(mj)热处理热处理v 性能性能(xngnng)(xngnng)要求要求: :v 应用应用(yngyng):(yngy

21、ng):v 热作模具用钢热作模具用钢: :使热金属或液态金属成型的模具，使热金属或液态金属成型的模具，包括热锻模、热挤压模和压铸模等。包括热锻模、热挤压模和压铸模等。高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力和导热性高的热疲劳抗力和导热性; 中碳中碳 0.30.6 %;热变形模具钢，热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo压铸模具，压铸模具，3Cr2W8V第39页/共49页第三十九页，共49页。40曲轴模具曲轴模具 5 CrMnMo热处理热处理: 热处理工艺热处理工艺: 完全退火完全退火 淬火淬火(cu hu) 550回火

22、回火 热处理后的组织热处理后的组织(zzh): S回回第40页/共49页第四十页，共49页。41 3 Cr2W8V钢热处理钢热处理: 热处理工艺热处理工艺: 淬火淬火 + 550三次三次(sn c)回火回火 回火时二次硬化现象回火时二次硬化现象HRC47 第41页/共49页第四十一页，共49页。424.4 量具量具(lingj)热处理热处理v 性能性能(xngnng)(xngnng)要求要求: :v 量具量具(lingj)(lingj)用钢用钢: :高的硬度（高的硬度（HRC62）和耐磨性，热处理变形小、尺寸）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。稳定，保证尺寸精度。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺碳素工具钢：碳素工具钢：T8T12低合金工具钢：低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。淬透性高，用于精度要求较高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr第42页/共49页第四十二页，共49页。43千分尺千分尺卡尺卡尺特点 预备热处理组织为球化退火或调质处