钢的热处理

第四章钢的热处理1、热处理的概念将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织与性能的工艺。加热保温冷却时间温度2、热处理的目的其目的是改善材料的性能，充分发挥材料的潜力，延长其使用寿命，提高产品的质量和经济效益。热处理是机械零件制造中常用的加工方法，汽车中有3/4的钢铁零件需要进行热处理。3、热处理的分类按热处理的方式不同，热处理分为：1、普通热处理2、表面热处理表面淬火、化学热处理退火、正火、淬火、回火第4章钢的热处理第一节钢的退火与正火1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢冷却的热处理工艺。2、目的：1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内应力。一、钢的退火第4章钢的热处理二、钢的正火1、概念：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30～50ºC，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。2、目的：1）细化晶粒、减少内应力；2）提高钢的强度和韧性；3）改善钢的切削加工性能。第4章钢的热处理三、退火和正火的选择退火和正火都属于预备热处理。完全退火和正火的工艺相似。完全退火和正火的作用也基本相同。讨论1：完全退火和正火能否相互替代？有时能相互替代，有时不能替代。讨论2：在实际生产中，退火和正火怎么选用？1、从切削加工性考虑最宜切削加工的硬度：170~230HBW因此对Wc0.50%的结构钢：预备热处理宜采用正火。对Wc0.50%的结构钢：预备热处理宜采用完全退火。对高碳工具钢：预备热处理宜采用球化退火。2、从零件的结构形状考虑3、从经济性考虑对形状复杂或尺寸较大的零件：预备热处理宜采用退火而不用正火，以减少应力和变形。正火生产周期短，成本低，操作简单。因此，在可能条件下尽量采用正火，以降低生产成本。退火与正火的加热温度范围第4章钢的热处理第二节钢的淬火与回火2、目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。淬火是强化金属材料性能的一种主要手段。1、概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。一、钢的淬火第4章钢的热处理3、淬火冷却介质：水、矿物油、盐水和碱水等。冷却能力依次为：盐和碱水溶液＞水＞矿物油。第4章钢的热处理目前国内外还研制了许多新型聚合物水溶液淬火介质（如聚乙烯醇水溶液），其冷却性能一般介于水和油之间，且有着良好的经济效益和环境效益，是今后淬火冷却介质应用和发展的方向。二、钢的回火1、回火的概念：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺。2、回火的目的：降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。第4章钢的热处理3、回火的种类按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：150ºC~250ºC中温回火：350ºC~500ºC高温回火：500ºC~650ºC第4章钢的热处理第4章钢的热处理1、低温回火（150～250）ºC目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火内应力，减少钢的脆性。硬度为58～64HRC。主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件。2、中温回火（350～450）ºC目的：能使钢件获得较高的弹性和强度，并具有一定的韧性。硬度为35～45HRC。主要用于：弹性零件及热锻模具等。3、高温回火（500～650）ºC目的：能使钢获得良好的综合力学性能。硬度为25～35HRC。生产中把淬火+高温回火称为“调质”。主要用于：各种重要零件，如半轴、螺栓、齿轮等。第三节钢的表面热处理第4章钢的热处理引言：在机械设备中，有很多零件（如汽车传动齿轮、活塞销等）是在冲击载荷和表面摩擦条件下工作的。这些零件表面必须具有高硬度、高耐磨性和疲劳强度，而心部要求有足够的强度和韧性。为满足使用要求，通常用表面热处理的方法来实现。一、表面淬火2、操作要点：加热（快）、保温（很短）、冷却（快），即“三快”。1、概念：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。3、种类(1)火焰加热表面淬火：用氧—乙炔火焰喷射到工件表面，使其被快速加热到淬火温度，随即喷水冷却的操作方法。淬硬层深度可达2～6mm。第4章钢的热处理特点：设备简单，操作灵活，淬火成本低。但加热温度和淬硬层深度不易控制，质量不稳定。用于单件或小批量零件以及大型零件上的局部处理。应用：（2）感应加热表面淬火用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度，并立即喷水冷却的操作方法。提示集肤效应：涡流在工件截面上的分布是不均匀的，涡流主要集中在工件表面，这种现象称为涡流的“集肤效应”或“趋肤效应”。感应器中的电流频率越高，涡流越集中于工件的表层，趋肤效应越明显。这样，生产中只要调整通入感应器的电流频率，就可以有效控制加热层的深度。特点：1）加热速度快，加热时间短，晶粒细小，硬度高，且脆性小。2）工件淬硬层深度易于控制，淬火质量好，工件变形小。3）容易实现机械化和自动化，广泛用于大批量生产。1）设备投资较大。2）受设备限制，难以对大型或形状复杂的零件进行表面处理。不足：分类电源频率淬硬层深度应用范围高频感应加热200~300KHz0.5~2mm要求耐磨的小型齿轮、小轴中频感应加热1~10KHz2~8mm承受扭曲、压力载荷的曲轴、大齿轮、主轴等工频感应加热50Hz10~15mm承受扭曲、压力的大型零件，如冷轧辊、火车车轮等二、表面化学热处理1）概念：将钢置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。2）分类：渗碳、渗氮、碳氮共渗第4章钢的热处理1、渗碳概念：将钢放入渗碳的介质中加热并保温，使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。目的：通过渗碳及随后的淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性能，而心部具有一定的强度和良好的韧性配合。渗碳方法：渗碳方法有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳。目前广泛应用的是气体渗碳法。渗碳用钢：含碳量为0.1%～0.25%的低碳钢和低碳合金钢。第4章钢的热处理2、渗氮概念：渗氮俗称氮化，是指在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的热处理工艺。目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。生产中应用较多的是气体渗氮。渗氮用钢：优质碳素结构钢，如20，40等；一般合金结构钢，如40Cr等；渗氮专用钢，如38CrMoAlA。第4章钢的热处理3、其它化学热处理方法碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。第4章钢的热处理