【精品课件】机械制造基础

机械制造基础沈阳广播电视大学第2章钢的热处理机械制造基础沈阳广播电视大学一目的与要求•了解热处理的目的。•初步掌握热处理的四个基本环节。•初步掌握钢的热处理工艺。机械制造基础沈阳广播电视大学二教学内容•本章将介绍钢的普通热处理的四个基本环节（退火、正火、淬火、回火）,重点讨论钢的退火和正火、淬火和回火的基本原理，基本工艺，特点与应用,并简要介绍钢的表面热处理工艺。机械制造基础沈阳广播电视大学三重点与难点•钢的普通热处理的四个基本环节与应用。机械制造基础沈阳广播电视大学第2章钢的热处理•2.1钢的普通热处理工艺•2.1.1钢的退火和正火•1.钢的退火•(1)完全退火和等温退火•完全退火工艺：亚共析钢加热到Acm以上30-50℃，保温一定时间(主要取决于工件的有效厚度)后，随炉缓慢冷却(或埋在砂或石灰中)至500℃以下在空气中冷却。机械制造基础沈阳广播电视大学•等温退火工艺：亚共析钢加热到Ac3+30～50℃,共析、过共析钢加热到Ac1+30～50℃，保温后快冷到珠光体转变温度区间停留，使奥氏体转变成珠光体类组织后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。机械制造基础沈阳广播电视大学机械制造基础沈阳广播电视大学•（3）球化退火•球化退火工艺：过共析钢加热到Ac1以上80～50°C，保温一段时间以不大于50℃／s的冷却速度随炉冷却，最终获得的组织为球状珠光体(球状渗碳体分布在铁素体基体上)。在球化退火之前，若钢的原始组织中有明显的网状渗碳体，应先进行正火处理。机械制造基础沈阳广播电视大学（3）去应力退火•去应力退火的工艺：将钢件随炉缓慢加热(100～150℃／h)至500～650℃(＜Ac1)，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(50～l00℃/h)至200～300℃以下出炉。从以上工艺可以看出，由于加热温度低于Ac1，所以在去应力退火中，钢的组织并无变化，残余应力主要是通过钢在500～650℃保温后的缓慢冷却过程中消除的。机械制造基础沈阳广播电视大学•2.钢的正火•正火和退火的工艺目的基本相同，工艺也基本一样，只是正火的冷却速度稍微快一些，故正火的组织比较细，它的硬度、强度比退火高。状态抗拉强度／(N/mm2)延伸率δ／(％)冲击值／(N.m/cm2)HBS(W)退火6500～700015～20400～600～180正火7000～800015～20500～800～22045钢正火、退火状态的机械性能比较机械制造基础沈阳广播电视大学正火工艺：钢加热到Ac3或Acm以上30～50℃保温一段时间，随后在空气中冷却。•正火的应用：•⑴对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的为改善切削性能。•⑵对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。•⑶普通件最终热处理。机械制造基础沈阳广播电视大学3.退火和正火的选择：（1）从切削加工性考虑（2）从使用性能考虑（3）从经济上考虑2.1.2钢的淬火1.淬火的目的：•将钢加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温后快速冷却以获得马氏体的热处理工艺，称为淬火。机械制造基础沈阳广播电视大学淬火的目的：对于工具钢、轴承钢以及经表面热处理和化学热处理的工件，通过淬火得到高硬度的马氏体组织，再配合以低温回火，提高其硬度与耐磨性；对于机械制造用的优质结构钢，通过淬火与适当回火的配合来满足结构零件的各种性能要求，如强度、弹性、塑性与韧性等的不同配合；对于磁钢、不锈钢等特种钢，通过淬火可以改善其某些物理性能、化学性能，如磁性、耐蚀性等。机械制造基础沈阳广播电视大学2.淬火加热的温度和保温时间（1）钢的淬火温度的选择亚共析钢：淬火温度为Ac3+30～50℃。共析钢：淬火温度为Ac1+30～50℃。过共析钢：淬火温度为Ac1+30～50℃（2）加热时间的选择t=αKDt—加热时间min，α—加热系数min/mmK—装炉修正系数，D—零件有效厚度mm机械制造基础沈阳广播电视大学3.淬火冷却介质常用的淬火介质有水、油、盐水，各种硝盐或碱液，以及各种有机或无机化合物的水溶液等。机械制造基础沈阳广播电视大学4.常用的淬火方法（1）单液淬火法（2）双液淬火法（3）分级淬火法（4）等温淬火法机械制造基础沈阳广播电视大学（5）局部淬火法机械制造基础沈阳广播电视大学淬火实际操作机械制造基础沈阳广播电视大学•2.1.3钢的回火•1.钢回火的目的•钢的回火和淬火是密不可分的，经过淬火的零件，一般来说都要回火。回火的主要目的如下：•①降低脆性，消除或减少内应力。•②获得工件所要求的机械性能。•③稳定工件的尺寸。机械制造基础沈阳广播电视大学•④对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火(或正火)后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，降低硬度，以利于切削加工。•2.淬火钢在回火时的组织与性能的变化回火马氏体回火托氏体机械制造基础沈阳广播电视大学回火索氏体回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。机械制造基础沈阳广播电视大学根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。应用获得良好的综合力学性能，即保持较高的强度，具有良好的塑性和韧性。提高e及s，同时使工件具有一定韧性。在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力。回火目的S回T回M回回火组织500-650℃350-500℃150-250℃回火温度高温回火中温回火低温回火适用于弹簧热处理机械制造基础沈阳广播电视大学•2.2钢的表面热处理工艺表面热处理是指为改变工件表面的组织和性能，仅对工件表层进行的热处理工艺。火焰加热感应加热机械制造基础沈阳广播电视大学•2.2.1钢的表面淬火•表面淬火目的：•①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;•②心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。•适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。机械制造基础沈阳广播电视大学三种感应加热表面淬火类别频率范围/kHz淬硬层深度/mm应用举例高频感应加热200～3000.5～2在摩擦条件下工作的零件，如小齿轮、小轴中频感应加热1～102～8承受扭曲、压力载荷的零件，如曲轴、大齿轮工频感应加热5010～15承受扭曲、压力载荷的大型零件，如冷轧辊机械制造基础沈阳广播电视大学•感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应淬火机床机械制造基础沈阳广播电视大学传动轴连续淬火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热是利用交变电流在工件表面感应巨大涡流来加热工件的机械制造基础沈阳广播电视大学•利用乙炔火焰直接加热工件表面，并快速冷却的淬火工艺。淬层深度2-6mm。成本低，但质量不易控制。•2.2.2火焰加热表面淬火机械制造基础沈阳广播电视大学•化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种活性元素渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。•2.2.3钢的化学热处理可控气氛渗碳渗碳炉机械制造基础沈阳广播电视大学•钢的化学热处理常用的工艺方法有渗碳、氮化和碳氮共渗三种。1.钢的渗碳•渗碳目的：•提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。经渗碳的机车从动齿轮机械制造基础沈阳广播电视大学2.钢的氮化（1）气体氮化将工件放入密封炉内，在高温氮化气氛中氮化。井式气体氮化炉机械制造基础沈阳广播电视大学（2）离子氮化离子渗氮是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件。与气体渗氮相比，氮化时间短，氮化层脆性小。离子氮化炉机械制造基础沈阳广播电视大学3.碳氮共渗同时使用煤油和氨气为渗剂，具有加热温度低，工件变形小，生产效率高的特点。缝纫机用碳氮共渗件碳氮共渗的机车曲轴机械制造基础沈阳广播电视大学•2.3热处理零件的结构工艺性•①形状力求简单，尽量对称，使应力分布均匀。如右图。机械制造基础沈阳广播电视大学•②避免尖角锐边，应将其倒钝或改成圆角，且圆角半径尽可能大，避免应力集中，如图所示。•③尽量减少零件上的孔、槽和肋，若确实需要，应采取相应的防护措施(如绑石棉绳和堵孔等)，以减少这些地方因应力集中引起的开裂倾向。机械制造基础沈阳广播电视大学•④尽量使零件截面均匀，厚薄大致相同。必要时开工艺孔和工艺槽，并合理地分布孔的位置和数量，或改盲孔为通孔等，如图所示。机械制造基础沈阳广播电视大学•⑤某些易变形的零件，可采用封闭结构。如弹簧夹头热处理后再把槽口切开，如图所示。机械制造基础沈阳广播电视大学•⑥当形状特别复杂或不同部位有不同的性能要求时，可改为组合结构。如图所示。机械制造基础沈阳广播电视大学•2.4热处理技术条件及工序以机床主轴的热处理为例介绍热处理工艺。1.钢材选择CA6140机床主轴属于中速、中负荷、在滚动轴承中工作的机床主轴，选用45钢。机械制造基础沈阳广播电视大学2.工艺路线确定下料——锻造——正火（调质）——机加工——高频淬火——回火——磨加工。3.热处理工艺确定①正火，840-860℃，保温1-1.5h，空冷，HBS≤229；②高频淬火，在高频设备及淬火机床上进行淬火，淬火前应进行一次预热；③回火，220-250℃，1-1.5h。机械制造基础沈阳广播电视大学4.工艺分析①正火：在主轴经过锻造后进行正火，主要是为了调整、细化内部组织使其具有良好的综合机械性能，为表面高频淬火做好准备。如果性能要求很高，则需将正火改为调质。经过调质处理的主轴，其综合性能要大大优于正火主轴。②高频淬火：主要提高轴颈部的接触精度及接触刚度，可以大大延长零件的使用寿命。③回火：高频淬火后经过低温回火，主要是为了消除淬火应力，保持表面淬火的高硬度和高耐磨性。