钢的热处理工艺.ppt

1、第五章 钢的热处理工艺,供应窄带钢行业热处理设备,教学内容,5.1 钢的退火与正火工艺 5.2 钢的淬火与回火 5.3 钢的表面热处理 5.4 钢的化学热处理,一般要求,1. 钢在加热和冷却时组织转变的机理； 2. 各种热处理的具体工艺过程； 3. 钢在加热和冷却过程中产生的缺陷.,1. 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素； 2. 本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素； 3. 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。 4. 非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素； 5. 奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度

2、对钢的组织变化和最终性能的影响； 6. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和适用的钢种，零件的范围。,51 钢的退火与正火工艺,一、退火 （将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。）,退火工艺曲线,1完全退火 加热温度： Ac3以上20-30度 组 织： P+F 目 的： 细化，均匀化粗大、 不均匀组织 接近平衡组织 消除内应力 应用范围： 亚共折钢，共析钢， 不适用于过共析钢。,2球化退火（不完全退火） 加热温度： Ac1以上20-40度 应用范围： 过共析钢，共析钢 组 织： 球状P（F+球状Cem） 目 的： 使Cem球化HRC，韧性切削性 为淬火

3、作准备,1050-1150，10-20h, P+F或P+Fe3CII 目的：消除偏析 后果：粗大晶粒 （应用完全退火消除）,4再结晶退火 加热温度：Ac1以下50-150度， 或T再+30-50度 目的：消除加工硬化,5去应力退火 500-650,3扩散退火（均匀化退火）,二、正火 （空冷）,Ac3或Accm+30-50 组织：S+（F或Fe3C） 应用： （1）作最终热处理，普通结构钢零件 目的： a. 细化A晶粒，组织均匀化 b. 减少亚共析钢中F%P%， c. P细化强度，韧性、硬度 （2）预先热处理 a. 消除不均匀组织（魏氏组织，带状组织）； b. 细化组织为淬火、调质作准备 c.

4、使过共析钢中Fe3CII使其不形成连续网状，为球化 作准备 （3）改善切削加工性能（低碳钢）,以45#钢为例的正火工艺曲线：,保温时间的经验公式:=KD (单位为min,式中,K加热系数,一般K=1.5-2.0m/min,若装炉量大则可延长保温时间,D工件有效厚度,单位为m),操作步骤如下：,三、退火、正火的选择,正火：冷速快，材料组织细化，机械性能好 1切削加工 低碳钢正火 中高碳钢完全退火 高碳钢、合金工具钢正火球化退火 2作为最终热处理正火 3为最终热处理提供良好的组织状态 4. 正火可替代完全退火以提高效率,5.2 钢的淬火与回火,一、淬火：加热到AC3、AC1相变温度以上，保温，快速

5、冷却M+A,1淬火温度的决定,淬火温度过高A粗大M粗大力学性能， 淬火温度过高A粗大M粗大淬火应力变形，开裂,2淬火介质 理想：650以上，慢，减小热应力 650-400，快，避免C曲线 400以下，慢，减轻相变应力,理想淬火冷却曲线示意图,不同淬火方法示意图,以45#钢为例的淬火工艺曲线：,油冷,M,T,二、钢的淬透性,1淬透性：淬火条件下得到M组织的能力，取决于 VK （上临界冷却速度） 2淬硬性：钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M中C%， C%淬硬性,3影响淬透性的因素 VK，C曲线,影响C曲线的因素,（1）根据服役条件，确定对钢淬透性的要求 选材的依据 （2）热处理工艺制定的依据 （3

6、）尺寸效应,4淬透性的应用,三、回火,a. 消除淬火应力，降低脆性 b. 稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定 c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。,2钢在回火时的组织转变,a. 马氏体分解（200以下）：析出-Fe2.4C碳化物（亚稳定） 组织：回火马氏体M过饱和固溶体十亚稳定碳化物（极细的) 作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。 b. 残余A分解（200-300）：AM（或AB下） 组织：回火马氏体M c. 回火屈氏体T形成（250-400 ）：Fe3C; F维持M外形 组织：回火屈氏体T(F+ Fe3C) d. 碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（400） 组织：回火索氏体SF（

7、等轴晶）+ Fe3C（粒）,1回火目的（淬火组织的问题）,3回火工艺组织性能关系,（1）低温回火（150-250） 回火马氏体 M 降低淬火应力，提高韧性，保证高硬度（HRC58-64）和耐磨性 高碳的工具、模具、滚动轴承，渗碳与表面淬火的零件 （2）中温回火（350-500） 回火屈氏体 T 高弹性极限和屈服强度，一定的韧性，硬度一般为HRC35-45 弹簧 （3）高温回火（500-650） 回火索氏体 S 淬火高温回火调质处理 综合机械性能好(强度、韧性、塑性的配合)，硬度一般为HRC25-35 承受交变载荷，连杆、轴、齿轮等重要结构件最终热处理 精密量具、模具预先热处理,45钢 400,

8、回火索氏体,正火与调质处理的比较： 45钢 b (MN/m2) (%) ak(kJ/m2) HB 组织 正火 700-800 12-20 500-800 163-220 细片S+F 调质 750-850 20-25 800-1200 210-250 细粒S,硬 度： 200度以下，HRC不变。 200-300度，M分解，残余A转变为马氏体，硬度降低不大， 高碳钢硬度,有一定的升高。 300度，HRC降低。 韧 性： 400度开始升高，600度最高。 弹性极限： 在300-400度最高。 塑 性： 在600-650度最高。 1、高碳回火马氏体： 强度、硬度高、塑性、韧性差 2、低碳回火马氏体：

9、高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。 3、回火屈氏体： 屈服强度与弹性极限高 4、回火索氏体： 综合机械性能。,（4）回火温度与机械性能的关系,（5）回火脆性,（1）低温回火脆性（250-400） 碳化物片沿M晶界析出 避免在此温度回火 （3）高温回火脆性（450-650） P等元素在原A晶界偏聚，慢冷时 Cr、Ni等促进偏聚 Mo等抑制偏聚 减少P等杂质元素， 添加Mo等合金元素,5回火工艺及其应用,记注：淬火+高温回火调质处理,以45#钢为例的调质工艺曲线：,淬火+高温回火调质处理,5.3 钢的表面热处理,表面淬火： 不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部 热处理方法。 目 的：心部保

10、持较高的综合机械性能，表面具有高硬度 和耐磨性。,一、感应加热表面淬火 1原理 交变磁场感应电流工件电阻加热，集肤效应 表面加热 2分类 a. 高频 200-300KHz，淬硬深度 0.5-2mm 小工件 b. 中频2500-8000Hz 淬硬深度2-5mm 尺寸较大的工件 c. 低频 50Hz 淬硬深度10-15mm 大型工件 d. 超音频 30-40KHz 3钢种 中碳钢和中碳低合金钢 磨损部位（高硬度，耐磨）,加热速度快 几秒几十秒 b. 加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度，脆性 c. 残余压应力提高寿命 d. 不易氧化、脱碳、变形小 e. 工艺易控制，设备成本高,4特点,锻造

11、退火或正火粗加工调质精加工表面淬火低温回火（粗磨时效精磨）,5工艺路线,5.4 钢的化学热处理,一、渗碳 ：AC3以上；900950 ， 低碳钢,1目的及应用 提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度 和良好的塑性和韧性 2钢种 低碳钢，低碳合金钢,3加工工艺路线 锻造正火切削加工渗碳淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）低温回火喷丸磨削,（1）直接淬火 （如图a、b曲线） 奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大。 只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。 （2）一次淬火 （如图c曲线） 心部要求高时AC3以上 表面要求高时AC1以上30-500 （3）二次淬火 （如图

12、d曲线） 第一次，改变心部组织 AC3以上30-500 第二次，细化表面组织 AC1以上30-500 ,4渗碳工艺-组织-性能关系 加热温度，保温时间渗碳层厚度,二、氮化 （含Al, Cr, Mo，V的钢）,它系指在一定温度（一般在AC1）以下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀性能，且因氮化温度低、变形小，因此在工艺中的应用也非常广泛。常用的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）等。,1、气体氮化,气体氮化是将工件放在密封的炉内加热，并通入氮气。渗碳的加热温度低（小于Ac1温度，钢的组织处于铁素体状态），因此工件变形小、氧化脱碳少。,

13、气体氮化的原理： 氨气在300以上是便可以受热分解出活性氮原子， 即：2NH33H2+2N 活性氮原子被钢的表面吸收，形成固溶体和化合物。,气体氮化的温度低500600变形小，对心部调质组织影响小,气体氮化的工艺路线：,锻造退火机械粗加工调质半精加工去应力退火粗磨氮化精磨,说明： 为保证零件的心部具有良好的综合力学性能，氮化前要经过调质处理； 为减少在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。,氮化作为最后工序,气体氮化的时间长3050h,气体氮化的硬度高HV1000-1100高耐磨性，热硬性,气体氮化高的疲劳强度和抗腐蚀性能,钢的氮化层显微组织 400X,钢的氮化层显微组织,A3钢多元共渗渗层 X400,42rMo钢多元共渗组织 X400,B-Al,B-Al共晶组织（菊花状）,5.5 其它热处理,加热与保温过程中的氧化与脱碳 一、可控气氛热处理 二、真空热处理 快速加热与冷却 三、激光加热表面淬火 形变与相变结合综合强化 四、形变热处理,5.6 表面处理,加热与保温过程中的氧化与脱碳 一、可控气