热处理基础知识.ppt

1、热处理基础、1热处理定义、2热处理工艺介绍、3热处理硬度检测、4常用金属材料、回料、中山三民技术课、金属材料是目前应用最广泛的工程材料，具有优良的力学性能、物理性能、化学性能和过程性能。 具有强度高、塑性好、导电性高、导热性好、有金属光泽等特性。 介绍金属材料热处理的基础知识。 1、热处理的定义、热处理：将固体金属或合金在一定介质中加热、保温、蒸发制冷，改变整体或表面组织，获得所需性能的工艺方法。 金属材料性能的决定因素：化学成分、内部组织。 其中“化学成分”是改变性能的基础，“热处理”是改变性能的手段，“组织”是性能变化的依据。 热处理的3个阶段：加热保温蒸发制冷。 图1-1显示了最基本的热

2、处理过程曲线。 只有正确的热处理技术，才能得到一定的组织，才能得到期待的性能。氮化、表面热处理、整体热处理、热处理、退火正火淬火淬火固溶热处理和时效气体渗碳固体渗碳瓦斯气体碳氮共渗液体碳氮共渗化学处理瓦斯气体氮化瓦斯气体氮碳共渗液体氮碳共渗(盐浴软氮化)其它(例如，磷酸盐、染黑、渗铝、渗钒、喷涂等) 表面淬火退火(射频波淬火、火焰淬火)物理/2.1整体热处理，整体热处理常见的工艺有退火、正火、淬火、回火等，2.1.1 .退火将组织脱离平衡态的金属或合金加热至适当的温度，保持一定时间，然后退火得到接近平衡态的组织退火的目的：1 )降低钢的硬度，提高塑性，有利于切削加工和冷变形加工；2 )消除钢中

3、残留的内部应力，防止工件的变形和裂纹；3 )改善组织，使晶粒微细化，改变钢的性能，为以后的热处理做准备。 退火的分类：各种退火、正火加热温度及工艺曲线如图2-1所示。 图2-1退火正火工艺规范示意图，1 )完全退火。 加热至Ac3以上20300C，保温，缓冷至6000C以下，进一步空冷，得到接近平衡态的组织。 主要用于亚共析钢和共析钢的锻件、压延材、铸造件，细化晶粒，使组织均匀，消除残馀应力，提高钢材的性能。 过共析钢不应该完全退火，而是析出网状渗碳体，降低钢的力学性能。 2 )球化退火。 使钢中的碳化物变成球状进行退火。 将工件加热至ac120300 c并保温，然后慢慢蒸发制冷。 主要用于过

4、共析钢，将钢中的二次渗碳、体和珠体中的板状渗碳体球化，降低硬度提高韧性，改善切削加工性能。 图2-2退火正火工艺规范示意图，3 )脱应力退火。 用于消除应变加工、锻造、焊接等以及铸造件内存在的残馀应力的退火。 铸钢温度为6006500C，铸铁元素材料为500550C，保温后在炉内慢慢蒸发制冷。 组织不变，只消除内部应力，减少变形，稳定尺寸。 4 )扩散退火(均匀化退火)。 将钢加热到比固相线稍低的温度，长时间保温，使伴随炉蒸发制冷的化学成分和组织均匀化。 主要用于质量要求高的合金钢材锭、铸造件或锻件。 2.1.2正火正火是将工件加热至Ac3 (亚共析钢)或Accm (过共析钢)以上30500C

5、，保温适当时间，在自由流通的空气中蒸发制冷，得到珍珠岩系组织的热处理过程。正火主要有：1 )对于不太重要的零配件，可以使晶粒细化，组织均匀，提高机械性能，作为最终热处理；2 )对于低碳钢和低碳合金钢材，可以提高硬度，改善切削加工性；3 )对于过共析钢和工具钢，可以减少二次渗碳体，为连续2.1.3 .淬火淬火是将钢加热到相变温度以上，保温一定时间后，急冷得到高碳马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。 淬火可以提高工件的硬度和耐磨性，一般淬火后的工件配合适当温度的回火，得到良好的综合力学性能，如刀具、模具、轴和齿轮。 淬火质量取决于加热温度和制冷方式。 1 )淬火加热温度。 根据钢材的化学成分，亚共析

6、钢为ac330500 c，此时钢的组织为细粒的奥氏体不锈钢，淬火后能得到细的高碳马氏体。 当温度低于Ac3时，出现自由镍锌铁氧体。 温度过高，得不到粗大的高碳马氏体，性能变差。 共析钢和过共析钢加热温度为ac130500 c，可以得到微细的高碳马氏体和小粒子的渗碳体组织。 2 )淬火冷却方法。 蒸发制冷介质对淬火效果影响很大，常用水、油和盐、碱的水溶液。 水用于形状简单、断面大的碳钢工件。 油用于合金钢材和复杂的碳钢。 常用淬火方法如图1-3所示。 1表示单液淬火，2表示双液淬火，3表示分级淬火，4表示等温淬火。 例如，P863防钻板(材料65Mn )采用盐浴等温淬火，改善了变形。 C453角

7、舌总成(Q235 )采用渗碳水淬火、3 )淬火性和淬火性。 图2-3一般淬火方法的示意图、淬火性：钢在淬火后得到淬火层(淬火层)深度的能力。 淬透性：钢淬火时能达到的最高硬度。 2.1.4 .淬火回火是一种热处理工艺，为消除淬火引起的残馀应力，获得所要求的组织和性能，将淬火后的工件加热至Ac1以下的某温度，保温一定时间，然后蒸发制冷至室温。 淬火的目的：淬火后获得性能脆的高碳马氏体组织，且淬火高碳马氏体为不稳定组织，有稳定状态的倾向，使零配件尺寸变化，有内应力，零配件易变形易开裂。 因此，利用淬火，可以得到(1)淬火应力的降低和消除，(2)使工件尺寸稳定，防止变形和裂纹，(3)得到工件所需要的

8、组织和性能，即所要求的强度、硬度、韧性。 烘烤的种类和应用：1 )低温烘烤。 加热温度为1502500C，碳过饱和程度可得到较小的固态溶液淬火高碳马氏体，硬度高，在HRC5864之间耐磨耗性强。 可以消除一定的残馀应力，改善了韧性。 用于各种高碳钢的手工工具、模具、量测仪器。 2 )中温烧烤。 加热温度为3505000C，得到极细颗粒状渗碳体和镍锌铁氧体的混合物后火竞赛图具有极高的弹性极限和屈服强度，也具有良好的韧性。 硬度为HRC3545； 用于各种弹簧、弹簧夹头、冲模。 3 )高温烘烤。 加热温度为5006500C，得到细小均匀的颗粒状渗碳体和镍锌铁氧体的混合物烧制源体，具有较高的强度和硬

9、度，并具有较高的韧性和塑性。 工厂一般把淬火和高温回火叫做调质处理。 用于轴、齿轮、网络链接、螺栓等重要零配件。 2.2 .化学热处理是改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理过程。 将工件放入一定温度的含有碳、氮或其他合金元素体的活性介质(气体、液体、固体)中进行加热和保温，使工件表层渗透到碳、氮、硼、铬等元素体中。 使元素体渗透后，也有进行淬火和回火等其他热处理工序的情况。 提高工件表面的耐磨损性、耐腐蚀性、耐热性能等。 化学热处理的主要方法有渗碳、氮化、渗铝、渗硼、渗钒等。2.2.1渗碳，使富碳介质中的碳渗透到低碳钢(C0.1%0.3% )或低合金钢表面，使表面层的碳浓度达到0.81

10、.2%，经淬火和淬火，表面层得到高硬度、耐磨性和疲劳强度，co2co2co2co2co2c 优点碳氮共渗与渗碳相比，主要具有1 .渗透层性能好的优点。 两者渗透层的硬度差不大，但碳氮共渗层的耐磨性、耐腐蚀性及疲劳强度高于渗碳层。 2 .渗透速度快。 碳、氮原子渗透到云同步中，相互促进渗透过程3 .工件变形小。 碳氮共渗温度一般低于渗碳温度。 三民公司有盐浴碳氮共渗、多用途炉渗碳、多用途炉碳氮共渗等加工方式。 3 .硬度检查硬度是指金属材料抵抗外部物体表面压入的能力，也是测定金属材料硬度的力学性能指标。 工程中常用的是布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度。 1 )布氏硬度HBS(HBW )。 布氏硬度通

11、过布氏硬度修正进行修正测量，将一定直径的钢球或超硬合金球作为压头，以相应的实验力压入样品表面，保持规定时间后，拔出实验力，在样品表面形成压痕，将施加在压痕球形表面的平均载荷作为布氏硬度值，如图3-1所示。 另外，图3-1布氏硬度测试的原理图，在进行布氏测试时，仅通过测量d值就能够从关联表检测出对应的布氏硬度值。 压头为钢球时适用于HBS，布氏硬度450以下的材料。压头为超硬球时适用于HBW，布氏硬度650以下的材料。 优点：测量结果准确，缺点：压痕大，不适合产品检验。 2 )洛氏硬度洛氏硬度以压头压入的压痕深度作为硬度测量值的依据。 可以从洛氏硬度改正的表盘直接读取。 这是相对值，每0.002

12、mm的凹痕深度规定为洛氏硬度单位。 用HRA、HRB、HRC表示洛氏硬度。 表面洛氏硬度HR15N、HR30N、HR45N、HR15T等HRC以顶角为120的金刚石圆锥体为压头，施加150kgf的外力，主要用于淬火钢等硬材料的测定，常用硬度值为20-67HRC。 HRA采用加载60kgf，用于测定高硬度薄层，常用硬度值为70-85HRA。 HRB采用直径1.588mm的钢球，在100kgf的外加载荷下，用于硬度低的材料，常用硬度值为25-100HRB。 洛氏硬度的优缺点：1.洛氏硬度有很多不同的尺度，压头有硬质、软质的多种，能够测量从极软材料到极硬材料的硬度2 .压痕小，能完成零配件测试3 .

13、测量迅速而简便的缺点：洛氏硬度有很多不同的尺度， 其硬度值不能统一，3 )维氏硬度HV测量的基本原理与布氏硬度相同，但压头采用锥角为136的金刚石正四棱锥体。 维氏硬度测试所用载荷小，压痕深度浅。 适用于测量低负荷维氏硬度表面淬火时的硬化层深度和渗碳、氮化物表面硬度及小物、薄物硬度等。 优点和缺点：1.试验荷载可任意选择，(从1kg50kg、10g1000g开始)可测量硬度范围广，2 .材质不论软硬，计量资料稳定可靠，精度高。 3 .生产率低。、4金属材料分类、金属材料、碳钢合金钢材、碳钢碳素工具钢、合金结构钢合金工具钢特殊性能钢、铸铁元素：灰口铸铁元素、球状黑金属铅铸铁元素、蠕墨铸铁、锻铁有色金属：铜合金、铝合金等、钢、4特殊性能钢、建筑及工程用钢或构件用钢、机械制造用钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢， 滚动轴承钢、刀具钢、模具钢、修正器钢、不锈钢、耐热钢、耐