热处理原理及工艺ppt

第12章形变热处理山东理工大学ShandongUniversityofTechnology山东理工大学ShandongUniversityofTechnology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。山东理工大学ShandongUniversityofTechnology12.2.1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章真空热处理山东理工大学ShandongUniversityofTechnology金属在加热时的氧化反应及氧化过程1：氧化:材料中金属元素与氧化性气氛形成氧化物层。其危害是不仅使工件表面变色，失去光泽，而且使机械性能变坏（如疲劳性能）因此要防止氧化。2：氧化反应：对于铁来说，根据加热温度不同，常见的氧化反应也不同，在加热温度570度时，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度时，发生下列反应：Fe＋1/2O2=FeOFe+H2O=FeO+H2Fe+CO2=FeO+CO3:氧化物的组织形式：（1）：Fe3O4磁性氧化铁，在570度以下形成，组织严密，一旦形成氧化速度较慢，如步枪枪支要氧化处理。（2）：Fe2O3当T570度时，形成无磁性氧化铁。（3）FeO：温度继续升高，形成疏松FeO，氧化速度加剧。4：生锈肿胀:钢铁工件在氧化性介质加热时，沿表面下的晶界及石墨夹杂迅速发生氧化，因氧化物体积大，从而导致肿胀的现象。它是一种特殊的内氧化形式。真空；指压力较正常大气压小（负压）的任何气态空间。真空热处理：将热处理的加热和冷却过程置于真空中进行称真空热处理。真空度：真空状态下负压的程度。单位：毫米汞柱，称“托”山东理工大学ShandongUniversityofTechnology山东理工大学ShandongUniversityofTechnology13.1.1真空保护作用13.1.2真空除气13.1.3净化作用13.1.4脱脂作用13.1.5蒸发作用13.1真空在热处理中的作用山东理工大学ShandongUniversityofTechnology13.2真空热处理的优越性13.2.1热处理变形小13.2.2提高零件使用性能，延长其使用寿命13.2.3节省能源13.2.4减少污染山东理工大学ShandongUniversityofTechnology13.3真空热处理工艺13.3.1真空热处理炉加热特点炉子升温快工件升温慢（主要靠辐射加热）1、真空退火表面光亮，节省后续加工。2、真空淬火一般用气淬或油淬山东理工大学ShandongUniversityofTechnology3、真空渗碳优点：1、渗碳时间短；2、渗碳均匀；3、不产生反常渗碳层和晶间腐蚀；4、工艺重现性好；5、可进行深层渗碳。第14章热处理工艺设计山东理工大学ShandongUniversityofTechnology14.1热处理工艺与机械零件设计的关系14.1.1合理选择材料并提出技术要求1、根据零件服役条件合理选择材料材料选择：材料性能零件尺寸（1）调质件；表面硬度淬透层深度①截面承载均匀件，要求心部至少有50%M，对重要件要求心部有95%以上M；②对某些轴类件，由于承受的是弯曲、扭转等复合应力，最大应力在表层，要求自表3/4或半径1/2处淬透，防止游离F；大尺寸碳素钢、低合金钢，性能要求不高“正火+高温回火”性能要求高“调质”。（2）工具、模具，要求完全淬透，选材：性能指标材料的淬透性山东理工大学ShandongUniversityofTechnology山东理工大学ShandongUniversityofTechnology（3）表面硬化件如高频淬火、渗碳、渗氮件选材：材料的淬透性、心部的含碳量、硬化层深度、截面尺寸比（硬化层与心部）。14-1直径大，表残余压应力大。14-2深碳层浅，最大压应力移向表面处。14-3含碳低，表面压应力大。（1）根据零件服役条件，恰当地提出性能要求如齿轮：①机床齿轮：传递应力较大，接触应力较大—摩擦磨损不大；中碳钢-调质-表淬-低回；②汽车齿轮：传递应力大，接触应力、磨损大，有冲击载荷；低碳（合金）钢-渗碳-淬火-低回；③介于二者之间可用渗N处理。38CrMoAlA调质-机加-渗N.2、合理确定热处理技术条件槽口:35-45HRC45钢：高频局部淬火-回火。（2）热处理要求只能定在所选钢号淬透性和可淬硬性允许的范围内;（3）热处理要求应该允许有一定的热处理变形;（4）经济效果制造成本:使用成本山东理工大学ShandongUniversityofTechnology热处理成本设备投资、工时、材料消耗、返修率、废品率制造过程成本：单件、大批量易拆换件---易损件(低成本)重点件(关键件)---影响整机性能(高成本）14.1.2零件结构设计与热处理工艺性的关系（1）零件加热、冷却时便于装夹，吊挂—如开工艺孔；（2）有利于热处理时均匀加热和冷却；T14-5（3）避免尖角和棱角；T14-6（4）采用封闭、对称结构；（5）形状复杂或截面尺寸变化大的工件，用组合结构或镶拼结构。山东理工大学ShandongUniversityofTechnology14.2热处理工艺性与其它加工工艺的关系14.2.1锻造工艺对热处理质量的影响1、锻造加热的影响如组织粗大：锻造-高温正火（或多次正火）；2、锻造比不足或锻打不当—合金碳化物呈带状、网络状、大块状；消除：过共析钢--锻打消除碳化物不均匀；亚共析钢—高温退火或扩散退火；3、锻造变形不均匀性的影响；退火或正火消除。14.2.2切削加工与热处理的关系山东理工大学ShandongUniversityofTechnology切削性能：热处理后硬度为187-220HB切削性能最好。有切削应力---热处理后易变形；表面粗糙、尤其有较深尖锐刀痕时---淬火易裂；表面硬化（M），磨削时易产生磨削裂纹。14.2.3工艺路线对热处理质量的影响T14—7原设计：加工成形---淬火---回火，张口张开；革新：加工成封闭结构（轮廓线）---淬火---回火—切割开口。T14—8原设计：加工---高频淬火（靠近φ35孔处节圆下凹）；革新：高频淬火—加工6×φ35孔。14.3加工工艺的组合与复合热处理复合热处理：对工件施加两种以上的化学热处理或化学热处理与其它热处理相结合的工艺。14.3.1渗N整体淬火（GCr15)（1）渗N（500-700度—加热淬火（保护气氛）--冷处理-低回；（2）保护气氛加热-渗N—淬火-冷处理-低回；GCr15为高碳钢，表渗N后Ms降，心部先形成M，后在表面形成M，表为残余压应力。14.3.2渗氮加高频加热表面淬火山东理工大学ShandongUniversityofTechnology疲劳性能：2居中。14.3.3渗碳加高频淬火变形小于渗碳-淬火14.4热处理工艺设计的方法和步骤山东理工大学ShandongUniversityofTechnology步骤:提出方案-工艺试验（实验室）-使用性能试验（装车试验）--小批试生产。根据设计任务提出几种可能的工艺方案、对各工艺方案进行工艺分析和技术经济分析、对确定方案进行实验室试验、对试验结果分析、评定（或改进）后编制热处理工艺规程。山东理工大学ShandongUniversityofTechnology例：T14-10东方红拖拉机驱动轴服役条件（1）传递扭矩，承受弯曲载荷-高的疲劳极限；（2）承受过载冲击载荷—要求良好的综合性能。选材：40Cr45Cr热处理要求：（1）调质265-305HBS，无游离F；（2）轴径φ90及花键处高频淬火，53HRc以上，淬硬层深不小于1、5，M：5-6级。工艺方案（1）工艺路线：锻造—毛坯调质–加工成形--轴径φ90及花键处高频淬火优点：工艺简单缺点：加工余量大，浪费材料（加工φ23孔）；淬透性差。锥度处为过渡区，性能低。山东理工大学ShandongUniversityofTechnology花键锥度山东理工大学ShandongUniversityofTechnology（2）工艺路线：锻造—荒车及钻φ23孔-调质–加工成形--轴径φ90及花键处高频淬火；优点：调质效果好（壁薄）缺点：加工余量大，浪费材料；调质需防氧化-脱C层；锥度及花键处应连续淬火，但操作复杂（直径不同）。荒车；毛坯车间车浇口、冒口、模锻飞边等。山东理工大学ShandongUniversityofTechnology（3）该整体结构为组合结构，分为法兰盘+花键轴，花键轴为通花键，与法兰盘连接。法兰盘工艺路线：锻造—调质–加工成形--轴径φ90处高频淬火—拉花键内孔。花键轴工艺路线：棒料钻孔--调质–加工成形--花键中频淬火。优点：省料，工艺简单。缺点：法兰盘需拉花键内孔。三种方案试验结果：第（3）方案疲劳强度可提高2、8倍。编制热处理工艺规程：1、用热处理工艺曲线表示加热温度，保温时间，回火温度，回火保温时间；2、淬火冷却介质，冷却方式；3、工艺分析（说明理由）。山东理工大学ShandongUniversityofTechnology1、材料45钢。调质硬度30-35HRc山东理工大学ShandongUniversityofTechnology2、汽车版簧:材料60Si2Mn淬火后回火硬度42-45HRc山东理工大学ShandongUniversityofTechnology3、手用丝锥材料：T12A淬火后回火硬度60-62HRc热处理工艺路线:下料-球化退火-机加-淬火-低回山东理工大学ShandongUniversityofTechnology