20Cr20CrMnTi渗碳淬火高精度齿轮38CrMoAlA调质渗氮课件

1、第六章 钢的热处理举例第六章 钢的热处理举例毛坯生产 预备热处理 机械加工 最终热处理 机械精加工预备热处理 : 退火 ; 正火最终热处理 : 淬火 ; 回火一般零件生产的工艺路线:预备热处理 : 退火 ; 正火最终热处理 : 淬火 ; 回火 调整硬度，便于切削加工 改善组织（均匀组织、均匀成分、消除网状碳化物等） 细化晶粒，为最终热处理做组织准备预备热处理 : 退火（炉冷） ; 正火（空冷） 得到珠光体类组织常用的退火和正火工艺 调整硬度，便于切削加工预备热处理 : 退火（炉冷） ;最终热处理 : 淬火 回火得到M组织，提高强度硬度低温回火，得到M，消除应力，保留高硬度中温回火，得到T，高弹

2、性极限高温回火，得到S，良好综合力学性能最终热处理 : 得到M组织，提高强度硬度低温回火，得到M，常用的退火和正火工艺退火、正火、淬火的区别与联系：加热保温， 目的均为A化，具体温度看成分和是否完全A化 亚共析钢均为完全A化，Ac3+3050 过共析钢，正火为完全A化， Accm+3050 退火淬火为不完全A化， Ac1+3050 常用的退火和正火工艺退火、正火、淬火的区别与联系：常用的退火和正火工艺退火、正火、淬火的区别与联系：冷却阶段，退火炉冷，得到珠光体 正火空冷，得到细珠光体（S） 淬火快冷（水、油），得到M类组织 常用的退火和正火工艺退火、正火、淬火的区别与联系：表面和心部要求不同（

3、表硬里韧）零件的热处理中碳钢：调质表面淬火低温回火 （表面5055HRC，心部265280HBS）低碳钢：渗碳淬火低温回火 （表面5662HRC，心部156179HBS ）38CrMoAl：调质氮化 （表面700HV，心部2633HRC，高精度）表面和心部要求不同（表硬里韧）零件的热处理中碳钢：调质表面齿轮热处理轴承热处理弹簧热处理工具热处理轴的热处理基本思路：工作条件（载荷，环境）失效形式性能要求材料热处理工艺齿轮热处理基本思路：工作条件（载荷，环境）失效形式性能要求材20Cr20CrMnTi渗碳淬火高精度齿轮38CrMoAlA调质渗氮课件1、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，

4、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（韧性低 或强度低或超载）一.齿轮热处理1、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情一.齿轮热处理3.齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能； 齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。4.齿轮用钢 低、中碳轻载齿轮：45， 调质或正火中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮一.齿轮热处理轻载齿轮：45，1）渗碳齿轮材料：20CrMnTi、 20Cr、 30CrM

5、nTiA等服役场合：高速重载（汽车齿轮）下料工艺：锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火5.齿轮热处理工艺精加工掌握各热处理工序的目的，工艺，组织1）渗碳齿轮材料：20CrMnTi、 20Cr、 30C(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 获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 理想组织： 表面：隐针M+Ar （少量） +碳化物 心部:低碳M+F（少量） (4)回火 消除淬火应力，低温200，MM回下料锻造正火切削加工渗碳淬火低温回火精加工(1)正火下料锻造

6、正火切削加工渗碳淬火低温回火精加工渗碳齿轮热处理后应达到如下要求：1）表面层硬度HRC5863，心部HRC31452）表面和心部应具有细晶粒组织3）表面的金相组织应是细针状或隐晶马氏体组织，沿晶界不允许有网状碳化物，仅允许少量粒状碳化物和残余奥氏体4）表面和心部之间应有足够过渡层5）热处理后心部组织： 合金钢，低碳马氏体或低碳马氏体铁素体； 碳钢，珠光体铁素体6）脱碳和变形尽量减至最少程度7）心部除要求高韧性，还必须有高强度。渗碳齿轮热处理后应达到如下要求： 20 CrMnTi 钢制造齿轮的 热处理工艺曲线 20 CrMnTi 钢制造齿轮的 加工工艺路线:下料 锻造 粗加工 半精加工 精车加工

7、及 精磨 5.齿轮热处理工艺2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火） 适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。正火调质表面淬火低温回火加工工艺路线:下料 锻造 (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)表面感应淬火(表面火焰淬火) 提高表面硬度 表面加热至Ac3+3050，心部没有加热。 淬火后表面获得马氏体, 过渡层马氏体+S回残余奥氏体, 心部回火索氏体 (4)低温回火 消除淬火应力，

8、低温200，MM回 (1)正火(或完全退火）轻载齿轮：45， 调质或正火中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮轻载齿轮：45，20Cr20CrMnTi渗碳淬火高精度齿轮38CrMoAlA调质渗氮课件二、滚动轴承热处理滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承1、工作条件高载荷，交变应力高转速，一定冲击。二、滚动轴承热处理滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承1、工作条件 接触疲劳破坏二、滚动轴承热处理2、失效形式 接触疲劳破坏二、滚动轴承热处理2、失效形式塑性变形 塑性变形 磨损磨损3、性能要求:（内外圈和滚动体）高的硬度和

9、耐磨性;高的接触疲劳强度;较好的韧性和耐蚀性;尺寸稳定性滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承二、滚动轴承热处理3、性能要求:高的硬度和耐磨性;滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承二、4、轴承用钢:二、滚动轴承热处理G Cr15 含Cr量WCr 1.5 %滚动轴承钢高碳, Wc = 0.951.15%4、轴承用钢:二、滚动轴承热处理G Cr15 含Cr量WCGCr15轴承钢制造轴承的工艺路线锻造 机加工 球化退火淬火+ 冷处理 ( 60 80;1h ) 低温回火正火磨削加工稳定化处理 ( 120 150；5 10h ) GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线锻造 5、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

10、退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备淬火:获得马氏体组织 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,减少Ar低温回火:消除残余应力，保持高硬度.二、滚动轴承热处理5、热处理工艺二、滚动轴承热处理汽车板簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧丝汽车板簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧丝三、弹簧热处理1、工作条件储存能量和减轻震动,主要承受拉力、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三、

11、弹簧热处理5、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， 中温回火消除应力，提高弹性极限。 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退火淬火+中温回火（或采用等温淬火）或采用等温淬火，得到贝氏体组织5、热处理工艺大型热卷弹簧去应力退火淬火+中温回火（三）弹簧的其它强化处理（1）形变热处理对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳

12、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（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-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510倍。（4）沉淀硬化（三）弹簧的其它强化处理工具一般包括刃具、模具、量具常用钢包括： 碳素工具钢、 低合金工具钢、 高合金工具钢（高速钢等）四.工具热处理模具量具刃具成分特点：高碳工具一般包括刃具、模具、量具四.工具热处理模具量具刃具成分特四.工具热处理4.1 刃具热处理 性能要求 高硬度

13、(HRC60) ，主要取决于含碳量。 高耐磨性， 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。 红硬性 即高温下保持高硬度的能力 足够的韧性 以防止脆断和崩刃。刃具用钢 碳素工具钢：T7T12（0.71.2%C）木工凿手锤圆冲四.工具热处理4.1 刃具热处理 性能要求木工凿手锤圆冲T12钢正常淬火组织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。 使用状态下的组织： M回+颗粒状碳化物+AR(少量) T12钢正常淬火组织球状珠光体碳工钢热处理及组织丝锥板牙刃具用钢 低合金工具钢： CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工

14、具钢， 只是淬火介质为油（碳工钢为水）。板牙丝锥丝锥板牙刃具用钢板牙丝锥 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线板牙 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线板牙W18Cr4V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 磨削加工刃具用钢 高合金刃具钢：（高速钢） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W18Cr4V的生产工艺及热处理铸造 锻造 W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4V铸态组织 420 铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。 W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,

15、 只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织 210 锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,W18Cr4V球化退火:消除应力, 降低硬度，便于机加工, 调整组织,为淬火作好组织准备。 球化退火后的组织 : S + 粒状 Cm球化退火温度830880易于机械加工。 W18Cr4V球化退火组织 420 球化退火:消除应力, 降低硬度，便于机加工, 淬火 : 12001300 淬火后的组织:M+Cm+AR(2025%)（温度高）高速钢淬火温度高的原因：让C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬性淬火 : 12001300（温度高）高速钢淬

16、火温度高的原三次高温回火在560回火时 , 产生二次硬化多次回火,获得更多碳化物析出 让残余奥氏体转变。回火组织： S回+碳化物+Ar ( 1 2 % )*淬火后A残约2025 %。*第一次回火后A残约剩1518 %。*第二次回火后A残约剩35 %。*第三次回火后A残约剩12 %。组织硬度为HRC65以上。三次高温回火在560回火时 , 产生二次硬化回火组织：*淬 W18Cr4V钢的热处理过程示意图进展:现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火+回火后,再进行TiN沉积 W18Cr4V钢的热处理过程示意图进展:现在对这种热四.工具热处理4.2 冷作模具热处理 性能要求:高硬度（HRC5060

17、）；高耐磨性、强度和韧性；热处理变形小;汽车冲压模具 应用:冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等 冷作模具用钢:碳素工具钢：T7T8低合金工具钢： 9SiCr、9Mn2V、CrWMn或GCr15高合金工具钢： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）四.工具热处理4.2 冷作模具热处理 性能要求:高硬度（HR Cr12型冷作模具钢的热处理（ 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： 较低温度淬火（98

18、0）低温回火 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） Cr12型冷作模具钢的热处理球化退火四.工具热处理4.3 热作模具热处理 性能要求: 应用: 热作模具用钢: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。高的热硬性、高温耐磨性;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力和导热性; 中碳 0.30.6 %;热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo压铸模具，3Cr2W8V四.工具热处理4.3 热作模具热处理 性能要求: 应用: 热 5 CrMnMo热处理: 热处理工艺: 完全退火 淬火 550回

19、火 曲轴模具热处理后的组织: S回 5 CrMnMo热处理:曲轴模具热处理后的组织: S回 3 Cr2W8V钢热处理: 热处理工艺: 淬火 + 550三次回火 回火时二次硬化现象HRC47 汽车四缸压铸模 3 Cr2W8V钢热处理:汽车四缸压铸模四.工具热处理4.4 量具热处理 性能要求: 量具用钢:高的硬度（HRC62）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。卡 尺量 规千分尺碳素工具钢：T8T12低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr四.工具热处理4.4 量具热处理 性能要求: 量具用钢:高的千分尺卡尺特点 预备热处理组织

20、为球化退火或调质处理组织。 下限温度淬火及冷处理，目的是减少A。 长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。淬火 冷处理 ( - 70 - 80 ) 低温回火 时效处理 ( 120130,几十小时 ) 热处理:千分尺卡尺特点淬火 冷处理 ( CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺650820840油冷3h-70-80 冷处理1401603h11012036h时效处理精磨3h研磨温度时间 CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺65082084受力弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。性能此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的1/4即可。选材