精密铸造热处理理论教材

1、精密铸造热处理理论教材第1页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二一.热处理常用术语简介1.什么叫热处理？热处理是:把金属毛坯或成品另件,通过加热、保温、冷却,而改变毛坯或成品零件的金相结构,以达到设计和使用要求的各种物理和力学性能要求的一种工艺方法。热处理:不改变金属毛坯或成品零件的化学成分和几何形状,只是改变金属内部组织来改善金属的性能,从而提高材料的使用价值,并满足各种使用要求。第2页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二2.临界点:金属加热和冷却时发生相转变的温度叫临界点或叫临界温度。如:Ac1,Ac3,Acm等。这些临界温度不是一个常数,随化学成分变化

2、而变动3.再结晶:金属由于冷加工变形,使晶格发生歪扭,晶粒破碎,产生加工硬化,当加热到适当温度并保温后,金属内将进行重新成核和晶核长大,获得没有内应力和加工硬化组织,这种在固态金属内没有相变的结晶过程,也就是使加工硬化的金属不经过相变进行软化的过程,就叫作再结晶。4.重结晶:具有多型性相变的金属,当温度改变超过其临界转变温度时,发生一种点阵结构变成另外一种点阵结构的过程,在这种相变中,金属发生重新成核和晶核长大的过程叫重结晶。第3页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二5.退 火:退火是把金属加热到临界点或再结晶温度以上并保温一段时间,然后以小于静止空气中的冷却速度进行缓冷的一

3、种热处理工艺。目 的:1)降低硬度,提高塑性,以利于机械加工。 2)减少残余应力。 3)使成分均匀化。 4)细化晶粒,提高材料性能。根据退火的目的和金属的成分和性能要求有以下几种退火工艺:(1)完全退火 ( 2)不完全退火 (3)球化退火 (4)再结晶退火 ( 5)等温退火 (6)光亮退火 (7)扩散退火 和(8)相变以下的低温退火等。一般退火要加热到Ac3以下2030,保温一定时间,随炉缓慢冷却第4页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二6.正 火:正火是把金属材料加热到Ac3或Acm以上3050,保温一定时间,使金属转变为均匀的奥氏体,然后在空气中自然冷却得到珠光体组织的热

4、处理工艺。目 的:1)细化组织,改善铸态组织均匀性,消除过共析钢渗碳体网状组织。 2)提高力学性能。正火冷却速度以退火大,得到的珠光体组织比退火小。正火仅适用于碳素钢和低合金钢。通过再结晶可以得到细小珠光体和索氏体。第5页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二7.淬 火:淬火是把金属加热到临界温度Ac3以上2030,保温一定时间,快速冷却(水、油、盐) ,以大于临界冷却速度快速冷却的热处理工艺。目 的:提高硬度,获得马氏体为主的不平衡组织。改善某些物理、化学性能,保证回火后满足所要求的力学性能。适用于碳钢、低合金钢和高合金钢铸件。第6页，共31页，2022年，5月20日，8点4

5、8分，星期二8.回 火:是将已淬火的金属重新加热到Ac1以下温度,保温一定时间,然后冷却的热处理工艺。是淬火的后继工序。目 的:消除淬火的内应力,改善淬火钢的韧性和塑性,稳定组织,获得所需要的综合力学性能。回火后钢的组织为回火马氏体和托氏体等马氏体分解产物。回火分低温、中温和高温回火三种。适用于碳钢、低合金钢和某些高合金钢,淬火后一定要回火！第7页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二9.调质处理:调质处理是利用淬火和高温(中温)回火双重处理。目 的:使金属获得较高强度和韧性配合良好的综合力学性能的热处理工艺。有时调质也是为进一步热处理作准备。10.均匀化处理:把金属材料加热到

6、Ac3以上 120200,保温一定时间,后空冷。目 的:消除组织偏析,使组织均匀化,改善冷、热加工性能。适用高碳钢和中、高合金钢铸件。第8页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二11.固溶处理:将金属加热到适当温度并经过充分保温,使其某些组成物溶解到金属基体中去,形成均匀的固溶体,把金属加热到Ac3以上更高温度(10501100),然后迅速冷却,使溶入的组成物保存在固溶体中,这种热处理工艺叫固溶处理。目 的:是改善金属的塑性和韧性,溶解碳化物或其它奥氏体析出相,获得单相组织,提高抗蚀性能。本工艺适用于奥氏体不锈钢、奥氏体高锰钢、沉淀硬化钢。第9页，共31页，2022年，5月20

7、日，8点48分，星期二15.碳钢件的退火工艺 碳 含 量 质量分数(%) 退火温度 保 温 冷 却 方 式 布 氏 硬 度 HBS铸件厚度 mm 时间h 0.100.20 0.200.30 0.300.40 0.400.50 0.500.60 910880 880850 850820 820800 80078030 1 炉冷至 620后出炉11514313315614318715621718723030每增厚30mm增加1h 随着含碳量增加,退火温度降低,随厚度增加,保温时间增长,硬度增加。第10页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二16.碳钢件的正火处理工艺 含 碳 量质量

8、分数(%) 正火温度 回 火(1) 布氐硬度 HBS 温度冷却方式 0.100.20 0.200.30 930900 900870 126149 139169 0.300.40 870840550650 空 冷 149187 0.400.50 840820 163216 0.500.60 820800 187228 随着含碳量增加,正火温度降低(1)一般不回火,硬度有所增加。第11页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二17.碳钢铸件的淬火、回火温度含碳量只有0.35%以上的碳钢才能淬火处理,而且随回火温度增加,硬度有所降低。 含碳量(%) 淬火温度 回火温度回火后硬度 HBS

9、 0.350.45 850830 水淬 300400 400450 510550 540580 580640 364444 321415 241286 228269 192228 0.450.55 830810 水淬 550630 450 550 650 220240 269 248 228第12页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二18.低合金钢熔模铸件的热处理对于低合金钢熔模铸件来说,热处理的目的是消除内应力和细化组织,改善铸件的综合性能外,更主要的是发挥合金元素的作用,提高淬透性能,使铸件获得更好的力学性能,因此低合金钢熔模铸件主要是淬火加回火或正火加回火。1)热处理温

10、度及保温时间:提高热处理温度Ac3 (50100),保温时间以透烧为原则。2)回火后的冷却速度:合金元素Mn、Si、Cr及单独使用Mo,都会促使钢出现回火脆性,当Mo配合其它元素使用时可以抑制和减轻回火脆性,大多数中、低碳钢熔模铸件在回火时则需要快冷。第13页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二19.低合金钢常用热处理规范 合金牌号 热 处 理 温度 冷却方式硬度HBS ZG20CrMo 正 火 回 火 800820 600650 空 冷 135 ZG20CrMOV 正 火 回 火 920940 690710 空 冷 140 ZG20Cr3MoVB 退 火 正 火 回 火 1

11、040 9801000 700 空 冷 210240 ZG35CrMo 正 火 回 火 900 550600 空 冷 淬 火 回 火 850 600 水 冷 ZG40Cr 正 火 回 火 830860 520680 空 冷212 正 火 回 火 800900 400450 空 冷217第14页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二20.熔模铸造件热处理原则 熔模铸造件金属铸态是热壳浇注下凝固结晶,铸态晶粒一般比较粗大,而且内部存在较大的应力,热处理的温度和保温时间长短也需要根据铸件的复杂程度、壁厚等因素决定。熔模铸造所用金属材料,绝大部分为合金钢和特种合金,合金中各种元素对热处

12、理工艺都有不同影响。 所以在确定热处理工艺时,要根据客户要求而选用最佳热处理方案,以求得最好的经济效果。第15页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二铸件质量检验员应知应会第16页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二21.铸件质量检验211熔模铸件质量标准铸件质量检验是铸件生产过程不可缺少的重要环节,其目的是保证铸件质量符合交货验收技术条件。铸件质量检验的主要依据是:铸件图、熔模铸件质量标准或由供需双方签订的铸件交货验收合同或协议。目前国际上尚无统一熔模铸件国际标准。不同国家有不同标准,很少国家有国家标准。绝大多数是行业标准或企业标准。第17页，共31页，20

13、22年，5月20日，8点48分，星期二212.熔模铸件质量检验项目 检 验 内 容 检 验 项 目 检 验 方 法外观质量铸件尺寸、几何形状和铸件重量铸件尺寸公差和形位公差量具、测具常规检捡和划线检捡、电感测量光学测量、工业CT表面粗糙度(含浇冒口余根表面粗糙度与标准样块比对轮廓仪测量、光切显微镜干涉显微镜检测表面和近表面缺陷外观目视检验渗透检验肉眼观察、荧光探伤、着色探伤、磁粉探第18页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二213熔模铸件质量检验项目 检 验 内 容 检 验 项 目 检 验 方 法内在质量化学成分化学成分化学分析、光谱分析原子吸收光谱力学性能抗拉强度、屈服强度

14、、伸长率、断面收缩率、冲击韧性、硬度、疲劳强度、蠕变室温拉伸试验硬度试验 冲击试验疲劳试险 高温拉伸试验宏观缺陷低倍金相检验射线探伤肉眼式放大镜检查X射线探伤 工业CT微观缺陷晶粒度显微疏松脱碳层和增碳层合金贫化层非金属夹杂物鉴定光学显微镜(含定量金相)电子显微镜物理和化学性能其它特殊要求耐压密封性抗氧化性抗腐蚀性磁性密封抗氧化晶间腐蚀盐雾磁性等试验第19页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二214普通碳钢和低合金钢熔模铸件分类和检验项目铸 件 类 别 定 义 检 验 项 目 1承受重载荷,工作条件复杂,用于关键部位,一但铸件损坏将危及整机安全运行。力学性能、化学成分、尺寸公

15、差、表面粗糙度、表面缺陷、其它特殊要求。 2承受中等载荷,用于重要部位,铸件损坏将影响部件正常工作,造成事故。力学性能、化学成分、尺寸公差、表面粗糙度、表面缺陷。 3承受轻载荷,用于一般部位力学性能(一般只包括硬度) 、尺寸公差、表面粗糙度、表面缺陷。第20页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二22熔模铸件几何尺寸和重量检测221熔模铸件尺寸(线性尺寸)公差国家标准GBT64141986铸件尺寸公差将铸件的尺寸公差分为16个等级,表示为CT1CT16。熔模铸件:铸钢、铸铁、高温合金等熔模铸件尺寸公差等级为CT57级,有色合金熔模铸件为CT46级。222熔模铸件形位公差熔模铸件

16、形位公差尚无统一国际标准和国家标准,现在只有行业或企业标准可供参考。第21页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二223熔模铸件尺寸检测的方式和方法序 检 测 方 式 适 用 范 围1 检 测 全 部 尺 寸试生产首件;大量生产随机抽样件;单件或小批生产铸件2检测控制尺寸(通常为精度要求高的尺寸,易超差尺寸能代表铸件变形程度的尺寸)大批量生产时控制性检测,采用这种检测方法的前题是铸件生产工艺稳定,设备运行正常3划线检测试生产铸件;形状复杂或重要铸件;需要加工的铸件;流水线生产的铸件定期随机抽样检测4用专用工、夹具、量具检测铸件全部主要尺寸大批量生产的重要铸件或度杂铸件5分析性检

17、测对有争仪尺寸仲裁,提出争仪原因和解决措施第22页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二224铸件尺寸的检测方法2241常规检测指用常观的量具、仪器(如卡尺、高度尺、平台等)对铸件尺寸进行测量。这种方法比较简便,灵活性强,应用最普遍。2242电感测量仪测量当需要多尺寸综合测量时,用电感测量有更高的精度和效率。2243三坐标测量仪测量三坐标测量仪是一种用微型计算机控制的测量物体尺寸的设备,优点是测量精度高,速度快,自动显示,可以打印测量结果。2244超声波测量用超声波测量主要测量厚度,不必破坏铸件结构,可以测量铸件任何一个部位的壁厚。2245X射线断层扫描(工业CT)是断层扫描技

18、术和计算机图象处理相结合的产物,主要测量复杂薄壁铸件上任仟截面的形状和尺寸,在计算机屏幕上显示出来,不但能检侧铸件上的几何形状和尺寸,同时能检查出铸件内部某些宏观缺陷(如缩孔) 。第23页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二225熔模铸件的重量偏差 公差值(%)公称重量Kg 熔模铸件重量公差等级1234567891011120.4056810120.401.004568101.004.00345684.0010.02345610.020.0234520.030.023430.040.02350.02第24页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二226熔模铸件重

19、量偏差评定国标GBT113511989铸件重量公差规定,铸件重量公差等级分16级,但这个标准不适合熔模铸造。因为:一)熔模铸件尺寸精度及加工余量都小于普通铸造(有的甚至没有余量),GBT113511989铸件重量公差规定不适合熔模铸件。二)熔模铸件大部分都在5Kg以下,很大部分都在1Kg以内,有的轻至10几g,重量偏差都很严格。所以,熔模铸件重量偏差都由供需双方协商制订。第25页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二23.熔模铸件化学成分检验 化学成分经常作为铸件验收重要技术条件之一,即使不作为必须的验收条件,为保证铸件质量,在生产过程中也要对化学成分进行检查和控制。 化学成分

20、检验分炉前和炉后两种,一般熔模铸件合金熔炼只是重熔,炉前化学成分化验非常重要, 熔模铸造通常用光电(直读)光谱分析法,国内常用的光谱仪有德国斯派克SPECTRO、意大利纳克HACO等国际先进的分析设备,保证化学成分的准确。第26页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二24.熔模铸件力学性能检验241力学性能检验的项目、内容和方法试验项目 检验内容 检验方法 特点和应用 室温拉伸 试 验抗拉强度、伸长率、断面收缩率、以及屈服强度GBT2281987HB51431980室温工作条件的铸件高温拉伸试 验抗拉强度、非比例伸长应力、屈服点、伸长率、断面收缩率GBT43381995室温1100下工作的铸件 硬 度 布氏硬度 HBS(HBW)GBT2311984HB51681981试验结果重复性好,但硬度要HBW450第27页，共31页，2022年，5月20日，8点48分，星期二试验项目 检验内容 检验方法 特点和应用 硬度维氏硬度HVGBT43401984压头是金刚石,可测各种金属硬度显微硬度GBT43421991探测表面硬度变化及不均匀的个别区域或细小超薄部分冲击试验 室温GBT2291994室温下工作 低温GBT229199415192工作的铸件 高温GBT577519863501000