热处理原理及工艺四

第12章

形变热处理

山东理工大学

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什么是形变热处理？将塑性变形与热处理相结合，使材料发生形变强化和相变强化的一种综合强化工艺。12.1形变热处理的分类和应用1、高温形变热处理–AC3之上形变-再结晶，细化晶粒，热处理后强韧性好。（a)高温形变淬火（b)高温形变正火--控制轧制-比正常轧制（900度）温度低。

（c)高温形变等温淬火12.1.1相变前形变的形变热处理2、低温形变热处理------保留加工硬化（d)低温形变淬火（e)低温形变等温淬火12.1.2相变中形变的形变热处理相变和形变同时P区—塑性高B区—加工硬化，强度高M区—形变诱发M—强度高；相变诱发M塑性—变塑钢（TRIP钢）12.1.3相变后形变的形变热处理对A转变产物的形变强化1、P的冷形变—钢丝铅淬冷拔；2、P的温加工（g)，GCr15，促进碳化物球化；3、回火M的形变时效——小形变量、时效——强度高。

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12.2.1显微组织强化12.2.2位错密度和亚结构强化12.2.3碳化物的弥散强化作用12.3影响形变热处理强韧化效果的因素12.3.1形变温度12.3.2形变量12.3.3形变后退火前的停留时间12.2形变热处理强韧化的机制第13章

真空热处理

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金属在加热时时的氧化反应应及氧化过程程1：氧化:材材料中金属属元素与氧化化性气氛形成成氧化物层。。其危害是不不仅使工件表表面变色，失失去光泽，而而且使机械性性能变坏（如如疲劳性能））因此要防止止氧化。2：氧化反应应：对于铁来来说，根据加加热温度不同同，常见的氧氧化反应也不不同，在加热温度<570度时时，形成Fe3O4，反应如下：Fe＋2O2=

Fe3O43/4Fe+H2O=

1/4Fe3O4+H23/4Fe+CO2=

3/4Fe3O4+CO在加热温度>570度度时，发生下下列反应：Fe＋1/2O2=

FeOFe+H2O=

FeO+H2Fe+CO2=

FeO+CO3:氧化物的的组织形式：：（1）：Fe3O4磁性氧化铁，，在570度度以下形成，，组织严密，，一旦形成氧化速速度较慢，如如步枪枪支要要氧化处理。。（2）：Fe2O3当T>570度时，形成无无磁性氧化铁铁。（3）FeO：温度继续升高高，形成疏松松FeO，氧化速度加剧剧。4：生锈肿胀胀:钢铁工件在氧氧化性介质加加热时，沿表表面下的晶界界及石墨夹杂杂迅速发生氧化，因因氧化物体积积大，从而导导致肿胀的现现象。它是一一种特殊的内氧化形形式。真空；指压力力较正常大气气压小（负压压）的任何气气态空间。真空热处理：：将热处理的的加热和冷却却过程置于真真空中进行称真空热处理理。真空度：真空空状态下负压压的程度。单位：毫米汞汞柱，称“托托”山东理工大学学ShandongUniversityofTechnology山东理工大学学ShandongUniversityofTechnology13.1.1真空保保护作用13.1.2真空除除气13.1.3净化作作用13.1.4脱脂作作用13.1.5蒸发作作用13.1真真空在热处处理中的作用用山东理工大学学ShandongUniversityofTechnology13.2真真空热处理理的优越性13.2.1热处理理变形小13.2.2提高零零件使用性能能，延长其使使用寿命13.2.3节省能能源13.2.4减少污污染山东理工大学学ShandongUniversityofTechnology13.3真真空热处理理工艺13.3.1真空热处处理炉加热特特点炉子升温快工件升温慢（主要靠辐射射加热）1、真空退退火表面光亮，节省后续加工。2、真空淬淬火一般用气淬或或油淬山东理工大学学ShandongUniversityofTechnology3、真空渗渗碳优点：1、渗碳碳时间间短；；2、渗碳碳均匀匀；3、不产产生反反常渗渗碳层层和晶晶间腐腐蚀；；4、工艺艺重现现性好好；5、可进进行深深层渗渗碳。。第14章热处理理工艺艺设计计山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology14.1热热处处理工工艺与与机械械零件件设计计的关关系14.1.1合合理理选择择材料料并提提出技技术要要求1、根根据零零件服服役条条件合合理选选择材材料材料选选择：：材材料性性能零件尺尺寸（1））调质质件；；表表面面硬度度淬透层层深度度①截面面承载载均匀匀件，，要求求心部部至少少有50%M，对重要要件要要求心心部有95%以以上M；②对某些些轴类类件，，由于于承受受的是是弯曲曲、扭扭转等等复合合应力力，最最大应力在在表层层，要要求自自表3/4或半半径1/2处淬淬透，，防止止游离离F；大尺寸寸碳素素钢、、低合合金钢钢，性性能要要求不不高““正火火+高高温回回火””性能要要求高高“调调质””。（2））工具具、模模具，，要求求完全全淬透透，选选材：：性性能指指标材料的的淬透透性山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology（3））表面面硬化化件如高频频淬火火、渗渗碳、、渗氮氮件选材：：材料料的淬淬透性性、心心部部的含含碳量量、硬硬化层层深度度、截面尺尺寸比比（硬硬化层层与心心部））。14-1直径大大，表表残余余压应应力大大。14-2深碳层层浅，，最大大压应应力移移向表表面处处。14-3含碳低低，表表面压压应力力大。。（1））根据据零件件服役役条件件，恰恰当地地提出出性能能要求求如齿轮轮：①机床床齿轮轮：传传递应应力较较大，，接触触应力力较大大—摩摩擦磨磨损不不大；；中碳钢钢-调调质-表淬淬-低低回；；②汽车车齿轮轮：传传递应应力大大，接接触应应力、、磨损大大，有有冲击击载荷荷；低碳（（合金金）钢钢-渗渗碳-淬火火-低低回；；③介于于二者者之间间可用用渗N处理。。38CrMoAlA调质-机加加-渗渗N.2、合合理确确定热热处理理技术术条件件槽口:35-45HRC45钢：高高频局局部淬淬火-回火。。（2））热处理理要求求只能能定在在所选选钢号号淬透透性和和可淬淬硬性性允许的的范围围内;（3）热热处理理要求求应该该允许许有一一定的的热处处理变变形;（4））经济济效果果制造成成本:使用成成本山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology热处理理成本本设设备备投资资、工工时、、材料料消耗耗、返返修率、、废品品率制造过过程成成本：：单件件、大大批量量易拆换换件---易损损件(低成成本)重点件件(关关键件件)---影响响整机机性能能(高高成本本）14.1.2零零件件结构构设计计与热热处理理工艺艺性的的关系系（1））零件件加热热、冷冷却时时便于于装夹夹，吊吊挂——如开开工艺艺孔；；（2））有利利于热热处理理时均均匀加加热和和冷却却；T14-5（3））避免尖尖角和和棱角角；T14-6（4））采用封封闭、、对称称结构构；（5））形状状复杂杂或截截面尺尺寸变变化大大的工工件，，用组组合结结构或或镶拼拼结构构。山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology14.2热热处处理工工艺性性与其其它加加工工工艺的的关系系14.2.1锻锻造工工艺对对热处处理质质量的的影响响1、锻锻造加加热的的影响响如如组织织粗大大：锻锻造-高温温正火火（或或多次次正火））；2、锻锻造比比不足足或锻锻打不不当——合金金碳化化物呈呈带状状、网网络状状、大大块状；；消除：：过过共析析钢--锻锻打消消除碳碳化物物不均均匀；；亚共析析钢——高温温退火火或扩扩散退退火；；3、锻锻造变变形不不均匀匀性的的影响响；退火或或正火火消除除。14.2.2切切削削加工工与热热处理理的关关系山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology切削性性能：：热处处理后后硬度度为187-220HB切削性性能最最好。。有切削削应力力---热热处理理后易易变形形；表面粗粗糙、、尤其其有较较深尖尖锐刀刀痕时时---淬淬火易易裂；；表面硬硬化（（M），，磨削时时易产产生磨磨削裂裂纹。。14.2.3工工艺艺路线线对热热处理理质量量的影影响T14—7原设计计：加加工成成形---淬火火---回回火，，张口口张开开；革新：：加工工成封封闭结结构（（轮廓廓线））---淬火火---回回火——切割割开口。。T14—8原设计计：加加工---高频频淬火火（靠靠近φ35孔处节节圆下下凹））；革新：：高频频淬火火—加加工6×φ35孔。14.3加加工工工艺的的组合合与复复合热热处理理复合热热处理理：对对工件件施加加两种种以上上的化化学热热处理理或化化学热处处理与与其它它热处处理相相结合合的工工艺。。14.3.1渗渗N整体淬淬火（（GCr15)（1））渗N（500-700度—加加热淬淬火（（保护护气氛氛）--冷冷处理-低回回；（2））保护护气氛氛加热热-渗渗N—淬火-冷处处理-低回回；GCr15为高碳碳钢，，表渗渗N后Ms降，心心部先先形成成M，后在表表面形成成M，表为为残余余压应应力。。14.3.2渗渗氮加加高频频加热热表面面淬火火山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology疲劳性性能：：2居居中。。14.3.3渗渗碳碳加高高频淬淬火变形小小于渗渗碳-淬火火14.4热热处理理工艺艺设计计的方方法和和步骤骤山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology步骤:提提出出方案案-工工艺试试验（（实验验室））-使使用性性能试试验（（装车车试验验）--小小批试试生产产。根据设设计任任务提提出几几种可可能的的工艺艺方案案、对对各工工艺方方案进进行工艺艺分析析和技技术经经济分分析、、对确确定方方案进进行实实验室室试验验、对试验验结果果分析析、评评定（（或改改进））后编编制热热处理理工艺艺规程程。山东理理工大大学ShandongUniversityofTechnology例：T14-10东方红红拖拉拉机驱驱动轴轴服役条条件（1））传递递扭矩矩，承承受弯弯曲载载荷-高的的疲劳劳极限限；（2））承受受过载载冲击击载荷荷—要要求良良好的的综合合性能能。选材：：40Cr45Cr热处理理要求求：（1））调质质265-305HBS，无游离离F；（2））轴径φ90及花键键处高高频淬淬火，，53HRc以上，，淬硬硬层深深不小小于1、5，M：5-6级。工艺方案案（1）工工艺路线线：锻造造—毛坯坯调质––加工成成形--轴径φ90及花键处高频频淬火优点：工工艺简单单缺点：加加工余量量大，浪浪费材料料（加工工φ23孔）；淬透性差差。锥度处为为过渡区区，性能能低。山东理工工大学ShandongUniversityofTechnology花键锥度山东理工工大学ShandongUniversityofTechnology（2）工工艺路线线：锻造造—荒车车及钻φ23孔-调质质–加加工成形形--轴轴径φ90及花键处处高频淬淬火；优点：调调质效效果好（（壁薄））缺点：加加工余量量大，浪浪费材料料；调质需防防氧化-脱C层；锥度及花花键处应应连续淬淬火，但操作复复杂（直直径不同同）。荒车；毛毛坯车间间车浇口口、冒口、模锻锻飞边等等。山东理工工大学ShandongUniversityof