31钢的热处理工艺

QingdaoOceanShippingMarinersCollege钢的热处理Heat-TreatmentofSteel1.热处理：将固态金属或合金通过加热、保温和冷却的方法改变内部组织，从而获得所需性能的一种工艺。2.热处理工艺过程：加热、保温、冷却三环节。QingdaoOceanShippingMarinersCollege在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。模具、滚动轴承100%需经过热处理。总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。QingdaoOceanShippingMarinersCollege3.根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：整体热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火表面淬火—感应加热、火焰加热化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege一、钢在加热时的组织转变GPQSEAFF+AA+Fe3CⅡPF+PP+Fe3CⅡ临界点：钢在固态下发生组织转变的温度线。A1A3Acm0.02180.772.11A1线（PSK）APA3线（GS）Acm线（ES）AFAFe3CHeat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege一、钢在加热时的组织转变GPQSEAFF+AA+Fe3CⅡPF+PP+Fe3CⅡAc3AccmAc1Ar3Ar1ArcmA1A3Acm0.02180.772.11临界点：钢在固态下发生组织转变的温度线。A1线（PSK）APA3线（GS）Acm线（ES）AFAFe3C实际加热时的临界点：Ac1、Ac3、Accm实际冷却时的临界点：Ar1、Ar3、ArcmHeat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege2.钢的奥氏体化加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是加热到临界点以上，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。共析钢加热时的奥氏体化过程：A形核A长大Fe3C溶解A均匀化FFe3C未溶Fe3C未溶Fe3CHeat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析F或Fe3CⅡ的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege加热的目的：实现奥氏体化（完全奥氏体化、部分奥氏体化）完全奥氏体化温度亚共析钢共析钢过共析钢:＞Ac3:＞Ac1:＞Accm部分奥氏体化温度亚共析钢过共析钢:Ac1～Ac3:Ac1～AccmHeat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege毛坯生产预先热处理机械加工最终热处理机械精加工预先热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火一般零件生产的工艺路线:一、钢的整体热处理工艺QingdaoOceanShippingMarinersCollege(一)退火(anneal)将钢加热到一定温度，保温后缓慢冷却(炉冷)的热处理工艺叫做退火。1.退火目的(1)降低硬度，便于切削加工。(2)提高塑性，便于冷变形加工。(3)消除内应力，防止零件变形和开裂。(4)细化晶粒，为最终热处理作组织准备。真空退火炉Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege(二)正火(normalizing)正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~50℃，共析钢加热到Ac1+30~50℃，过共析钢加热到Accm+30~50℃保温后在静止空气中冷却的工艺。正火比退火冷却速度大。共析钢正火后的组织：索氏体S正火温度1.正火目的：1)提高硬度，改善切削加工性能；2)细化组织和消除过热缺陷；3)消除和减少网状渗碳体，提高钢的综合机械性能。2.应用:1）用于低碳钢或低合金钢改善切削加工性能。2）用正火代替中碳钢、中合金钢的大直径或形状复杂零件的调质处理。3）用正火代替工时很长的铸、锻件的完全退火。4）作为球化退火之前的预先热处理。Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege2.退火的分类退火重结晶退火低温退火完全退火扩散退火球化退火再结晶退火去应力退火根据钢的成分和处理目的的不同，可分为QingdaoOceanShippingMarinersCollege碳钢的各种退火、正火加热温度范围正火的冷却速度较快，得到的组织比较细小，强度和硬度也稍高一些。退火种类加热温度目的适用范围完全退火Ac3+（30～50）℃降低硬度，细化组织亚共析钢球化退火Ac1+（30～50）℃使渗碳体球状化，降低硬度，改善切削加工性过共析钢再结晶退火T再+（100～200）℃消除加工硬化经冷变形的低碳钢低温退火A1－（100～200）℃消除内应力铸、锻、焊接件2.常见退火工艺Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege(三)淬火(quenching)淬火是将钢加热到临界点以上，保温后急速冷却的热处理工艺。淬火是应用最广的热处理工艺之一。淬火目的是为了获得马氏体组织，提高钢的硬度。真空淬火炉QingdaoOceanShippingMarinersCollege1.淬火温度(1)亚共析钢淬火温度为Ac3+(30-50)℃(2)共析、过共析钢淬火温度为Ac1+(30-50)℃QingdaoOceanShippingMarinersCollege2.淬火介质理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。常用淬火介质是水和油。QingdaoOceanShippingMarinersCollege3.常用淬火方法单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火时间温度MsA1M+A’M+A’M+A’B下3.淬火方式①单液淬火（a）②双液淬火（b）③分级淬火（c）④等温淬火（d）⑤冷处理：实质——零下淬火目的：减少残余奥氏体量，提高硬度和稳定零件尺寸。各种淬火方式示意图a——单液淬火；b——双液淬火c——分级淬火；d——等温淬火时间（s）温度（℃）A1MsabcdQingdaoOceanShippingMarinersCollege4.钢的淬透性①淬透性：淬火条件下得到M组织的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M+50%T)的深度。QingdaoOceanShippingMarinersCollege②影响淬透性的因素钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk。Vk越小，淬透性越高。Vk取决于C曲线的位置。C曲线越靠右，Vk越小。因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素。即除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化的条件越有利，C曲线位置越向右移，钢的淬透性越好。Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege（四）钢的回火(temper)回火是指将淬火钢加热到A1以下一定温度保温后在静止空气中冷却的工艺。1.回火的目的减少或消除淬火内应力，稳定工件尺寸。获得良好的综合力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。螺杆表面的淬火裂纹QingdaoOceanShippingMarinersCollege2.回火工艺及应用回火方法加热温度组织性能特点适用范围低温回火（150～250）℃M’高硬度、高耐磨性刃具、量具、模具中温回火（350～500）℃T’良好的弹性极限和屈服极限各类弹簧高温回火（调质）（500～650）℃S’良好的综合机械性能曲轴、连杆等记住：淬火+高温回火→调质处理Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege40钢力学性能与回火温度的关系淬火钢硬度随回火温度的变化回火时的性能变化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。QingdaoOceanShippingMarinersCollege3.回火脆性：冲击韧性aK降低的现象。回火脆性温度范围特点第一类回火脆性（低温回火脆性、不可逆回火脆性）（250～350）℃所有钢中，无法消除第二类回火脆性（高温回火脆性、可逆回火脆性）（450～650）℃含Cr、Ni、Mn、Si的钢中，可以消除Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege钢的表面热处理目的：表硬里韧途径：一、只改变表面组织（表面淬火）二、同时改变表面化学成分和组织（表面化学热处理）Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege1.钢的表面淬火•表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。适用材料：中碳钢、中碳合金钢、铸铁种类：火焰加热表面淬火感应加热表面淬火Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege1）火焰加热表面淬火•优点：设备简单，使用方便、灵活；•缺点：容易过热，淬火质量不够稳定。•用于单件或小批生产的大型零件，局部淬火的零件火焰加热加热层移动方向喷水管焊炬淬硬层工件Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege2）感应加热表面淬火•优点：加热速度快，生产效率高，淬硬层可控制、工艺质量稳定；易实现机械化和自动化•缺点：成本高•适用于形状简单、成批生产的零件。感应加热淬火喷水圈感应线圈零件间隙水水水水加热层电流集中层电流密度→Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege2.钢的表面化学热处理•表面化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。渗碳渗氮碳氮共渗Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege•渗碳适用材料：低碳钢、低碳合金钢热处理：淬火+低温回火•渗氮（氮化）适用材料：含Cr、Mo、Al的合金钢（38CrMoAlA）Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege其他热处理一、激光热处理二、气相沉积技术三、无氧化加热1.真空热处理2.保护气氛中加热Heat-TreatmentofSteelQingdaoOceanShippingMarinersCollege其他热处理四、强韧化处理——同时改善钢件强度和韧性的热处理1.获得板条马氏体的热处理1)提高淬火加热温度2)快速短时低温加热淬火3)锻造余热淬火2.超细化处理3.获得复合组织的淬火其他热处理五、形变热处理——将变形强化和热处理强化结合起来的热处理工艺。1)高温形变热处理2)中温形变热处理