金属材料处理二

2.1材料的強化方式2.1.3熱處理強化.退火/正火淬火+回火固溶+時效鈹銅6****鋁合金7****鋁合金基體相晶粒細化及過剩相晶粒細化，晶粒越細，單位體積內的晶界面積越大，對位錯運動的阻力越大，因而強度及塑韌性越高。主要手段有:變質處理變形及再結晶;壓鑄加難熔質點作為非自發晶核等;2.1材料的強化方式2.1.4細晶強化.2.2、熱處理基本概念鋼的熱處理就是將鋼在固態下施以不同的加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織結構，獲得所需性能的一種加工工藝。在大多數熱處理工藝中，鋼加熱的目的主要是獲得奧氏體組織，因此習慣上把鋼從室溫組織加熱到奧氏體狀態的過程稱為鋼的奧氏體化。其最基本的類型根據加熱和冷卻方法不同，可分為退火、正火、淬火、回火等四種。2.2.1淬火概念及目的淬火就是將鋼加熱到Ac3或Ac1點以上某一溫度，保持一定時間，然後以適當速度冷卻獲得馬氏體和(或)貝氏體組織的熱處理工藝。淬火目的:淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體(或貝氏體)轉變，得到馬氏體（或貝氏體）組織，然後配合以不同溫度的回火，獲得所需的力學性能。回火就是鋼件淬硬后，再加熱到低於Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然後冷卻到室溫的熱處理工藝。(1).回火目的：A.合理地調整力學性能，使工件滿足使用要求；B.穩定組織，使工件在使用過程中不發生組織轉變，從而保證工件的尺寸、形狀不變；C.降低或消除淬火內應力，以減少工件的變形並防止開裂。2.2.2回火概念及目的A.低溫回火：回火溫度在250℃以下，回火后的組織為回火馬氏體+殘餘奧氏體；B.中溫回火：回火溫度在350~500℃，回火后組織為回火托氏體+殘餘奧氏體；C.高溫回火：也稱調質處理(淬火+高溫回火)，回火溫度在500~650℃，回火后組織為回火索氏體+殘餘奧氏體；此工藝也稱為調質處理（即淬火＋高溫回火）。回火分類退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度，保溫一定時間，然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變。(1).退火目的:A.降低鋼的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷變形加工;B.細化晶粒，消除因鍛、焊等引起的組織缺陷，均勻鋼的組織成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作準備;C.消除鋼中的內應力，以防止變形或開裂。2.2.3退、正火概念及目的(2).退火方法:常用的退火方法有完全退火、球化退火、去應力退火、再結晶退火、擴散退火和等溫退火等幾種。4、正火:正火就是將鋼材或鋼件加熱到Ac3(或Accm)上30~50℃，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。。正火目的:A.可消除過共析鋼中的网狀碳化物，改善鋼的切削加工性能;B.細化過熱鑄、鍛件晶粒和消除內應力;C.對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作預先熱處理;D.含C量在0.4~0.7%的不太重要的工件可在正火狀態下使用。2.2.4、深冷處理深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續在０℃以下的介質中冷卻的熱處理工藝，也稱為冷處理，是淬火過程的繼續。深冷處理目的是為了最大限度的減少殘余奧氏體(常溫下不穩定組織，容易引起尺吋變吋等)，以進一步提高工件淬火后的硬度和防止在使用過程中因殘余奧氏體的分解而引起的變形，同時強度、硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高。超深冷處理目的1.殘留沃斯田鐵完全轉變成麻田散鐵(97%~98%);2.比一般熱處理或深冷處理工件更能提升耐磨耗性能;3.使組織細膩結構均勻並析出細微碳化物;4.消除殘留應力;5.不受處理時效限制;6.硬度完全不發生變化。衝壓模具超深冷處理優點1.保持線切割后的呎寸精度，不因時效產生組織變態造成材料不規則的膨脹，定位精度流失;2.容易研磨，並且精度容易控制到達;3.線切割(粗)后，切割孔徑的垂直度與平面的變形量減少可降低精修成本;4.正負20℃以內熱脹冷縮只有原來的三分之一可由靜態精度間接控制到動態精度;5.線切割大工件或薄工件時不因材料變形產生線變形;6.模具量產時，下模板、脫料板，料帶摩擦產生的痕跡(浮水印)可以降到最低，只有原本的1/5;7.衝切刀口使用壽命提高數倍，降低大量成本。壓鑄模具超深冷處理優點影響壓鑄模具壽命的原因大可分為熱疲勞鬼裂、熔損、燒付、磨耗等，但80%的壓鑄模具損壞來自熱疲勞鬼裂，因此，防止熱疲勞鬼裂，應用超深冷處理有顯著的效果:1.析出過度固溶的碳化物顆粒，增加材料表面的強度，有效的延長材料表面發生熱疲勞鬼裂的初階段;2.得組織均勻麻田散鐵基地，增加材料的整體機械性質，有效的抑制已發生熱疲勞鬼裂的進展;3.消除熱處理過程中殘留的組織變態應力，配合加工品質的改良，消除熱疲勞鬼裂的起點。項目淬火回火退火正火加熱溫度高低低~高高目的加硬調整性能消除應力降低硬度利於加工類型直接/分級/等溫淬火高/中/低溫回火等溫/球化/去應力/再結晶冷卻方式油冷氣冷水冷空冷空冷爐冷空冷組織淬火馬氏體回火馬/屈/索氏體珠光體細珠光體不同類型熱處理區別2.3、鋼加熱時的轉變鋼加熱的目的主要是獲得奧氏體組織。因此習慣上把鋼從室溫組織加熱到奧氏體狀態的過程稱為鋼的奧氏體化。1.奧氏體形成過程:奧氏體晶核的形成奧氏體晶核的長大殘餘滲碳體的溶解奧氏體成份的均勻化。Fe3CFe圓珠光體向奧氏體轉變過程2.奧氏體晶粒度:鋼加熱到相變點(亞共析鋼為Ac3，過共析鋼為Ac1或Accm)以上某一溫度，並保溫一定時間所得到的奧氏體晶粒的大小，用“晶粒度”這個尺度來衡量。A.實際晶粒度鋼加熱到臨界點以上，奧氏體形成剛剛結束時的晶粒是非常細小的(一般稱此為起始晶粒度)，但是隨著加熱溫度升高或時間延長就會出現晶粒長大現象。所謂實際晶粒度就是指在具體加熱溫度下所得到的奧氏體晶粒的大小。B.本質晶粒度它是表示在一定的溫度範圍內(即930℃以下)保溫一定的時間(即3~8小時)，奧氏體晶粒長大的傾向。本質晶粒度是鋼的熱處理工藝性能的一個重要指標。對本質細晶粒鋼來說，晶粒不易因溫度過高而長大，所以淬火加熱溫度較寬，滲碳件滲碳后可直接淬火。而本質粗晶粒鋼，則必須很好控制加熱溫度，防止因過熱而引起奧氏體晶粒粗化，使鋼性能變坏。1級2級3級4級合金工具鋼淬火晶粒度5級7級6級8級三、鋼冷卻時的轉變鋼冷卻時在不同等溫溫度轉變產物四、熱處理加工缺陷1.氧化與脫碳:所謂氧化，就是鋼表面的鐵被氧或某些氧化物所氧化而在表層形成氧化鐵皮。而脫碳則是鋼表面的碳被氧化物奪去，從而使此層的含碳量降低。2.過熱與過燒:由於加熱溫度過高或高溫下加熱時間過長,引起晶粒粗化的現象,稱為”過熱”。如果加熱溫度遠遠超過了正常的加熱溫度,以致沿晶界出現熔化和氧化的現象,叫做”過燒”。SLD鋼的過熱組織500×SLD鋼的嚴重過燒組織500×3.硬度不足:A.原材料中出現組織缺陷:如碳工鋼中出現石墨碳;B.加熱溫度低,或保溫時間不足;C.冷卻速度不夠，不能形成足夠數量馬氏体;D.加熱時的表面脫碳;E.回火時溫度過高。4.變形與開裂:(1).變形:A.尺寸變化;B.形狀變化;(2).裂紋:縱向裂紋:大多產生於全部淬透的工件上，裂紋較平直且較深，產生的原因是：后期冷卻過快、組織應力過大；材料中原有的裂紋、大塊非金屬夾雜物、嚴重的碳化物帶狀偏析等缺陷。橫向裂紋:這類裂紋往往出現在末淬透的截面較大的高、中碳鋼柱狀零件上，以及工件的尖角、凹槽或銷孔處。橫向裂紋一般呈弧形，裂紋較深，常出現在工件端部，有時會導致斷裂。网狀裂紋:网狀裂紋是較淺的，呈任意方向的、互相聯結成網狀的表面裂紋。與工件的外形無關。這種裂紋是多次加熱導致工件表面脫碳引起的，常在返修工件上產生。應力集中裂紋:這類裂紋發生在工件的應力集中部位，如凹角、切口、過深的凹槽、切削刀痕、尺寸相差懸殊的截面交界處等。淬火過熱裂紋:是由於淬火加熱溫度過高引起的。五、常用熱處理材料特性常用冷作模具材料加工特性鋼材特性熱處理加工特性常用回火溫度、硬度及相關特性熱處理特性SKD11﹑SLD﹑DC11﹑D2﹑2379﹑Cr12Mo1V1具良好的淬透性,高韌性,高耐磨性,強韌性极佳,並具有良好抗回火穩定性,熱處理變形小。1.低溫回火160~200℃二次硬度HRC60~63●高硬度、高耐磨性、高強度、高韌性且變寸小。●回火程度差，線切割、放電、研磨及生產使用易開裂2.高溫回火500~560℃二次硬度HRC50~59。●回火程度佳，後工段加工不易開裂。●500~520℃回火硬度為HRC58~59，較高硬度但韌性較差。540~560℃回火硬度為HRC50~55,硬度較低但韌性高●此類材質淬透性好，淬火一般為空淬``或油淬。●低溫回火變寸小約為0.02~0.04％，``高溫回火變寸為0.04~0.08％。30鋼材特性熱處理加工特性常用回火溫度、硬度及相關特性熱處理特性4Cr5MoSiV8407DACSKD61熱模鋼，高韌性及耐熱性良好。550~600℃回火二次硬度為HRC45~54,回火程度佳。具有高的韌性，耐熱疲勞性、抗熱龜裂性佳。隨回火溫度升高韌性更高、耐熱疲勞性、抗熱龜裂性更佳。●此類材質淬透性好，淬火模``````式為空淬```或油淬。```變寸約為0.03～0.08％。常用熱作模具材料加工特性31碳素鋼加工特性鋼材特性熱處理加工特性常用回火溫度、硬度及相關特性熱處理特性S45C45#水淬碳素調質鋼(1)`低溫回火180~200℃二次硬度HRC40~50。回火````程度差。硬度高，耐磨性好但韌性和其它性能較````差(2)`高溫回火500~650℃一次硬度HRC15～30。調````質處理、伸長率、抗拉和降伏強度比素材好●水淬火加工,易``變形`、開裂,僅`適合加工```較小且結構簡單之```模具,熱處理加工(``尤其模板)較難。YK30SKS3YCS3油淬碳素工具鋼(1)`低溫回火180~220℃二次硬度HRC58~60。回火````程度差線切割和研磨加工易開裂且變寸達````0.08~0.127％。(2)`中溫回火350~400℃二次硬度HRC50~55。回火````程度佳。后工段加工不易開裂且變寸小,約`0.03~0.06％。●淬透性、回火穩定性``差,易變形、開裂,僅``適合較小且結構簡單``模仁及厚度≦25mm規格模板之加工。32化學成份材質中國Cr12Mo1V11.40~1.60≦0.60≦0.6011.00~13.000.70~1.20≦1.10中國Cr12MoV1.45~1.70≦0.40≦0.4011.00~12.500.41~0.600.15~0.30德國23791.50~1.600.10~0.400.15~0.4511.50~12.500.61~0.800.90~1.10日本SKD111.40~1.60≦0.40≦0.6011.00~13.000.81~1.200.20~0.50美國D21.40~1.600.30~0.500.30~0.5011.00~13.000.71~1.20(0.80)中國Cr122.00~2.300.40.411.50~13.00CSiMnCrMoV常用冷作模具材料化學成份比較熱處理設備介紹篇第三篇真空熱處理技術具有無氧化、無脫碳、脫脂、表面質量好、變形微小、熱處理零件綜合力學性能優異、使用壽命長、無污染、無公害、自動化程度高等一系列突出優點。真空淬火的工件具有良好的表面狀態和較高的力學性能,同時其壽命也比常規工藝處理的工件壽命長。真空爐真空爐結構示意圖真空爐性能指標真空相关概念1）真空的定义：真空并不是真正的没有空气，它是指低于一个大气压的气体空间。2）真空度的单位：分子数/cm³,即分子密度的单位(标准状态3x1019个/cm3)，但分子密度这个物理量不好度量，一般用压强作真空度的单位。密度越低则真空度越高。压强的单位为Pa或Torr。真空度和压强是两个不同的概念。1Torr=133.322Pa3）气体与蒸气临界温度：气体无论如何压缩都不会液化的特定温度。真空区域的划分：1）粗真空（105~102Pa)2）低真空（102~10-1Ｐａ）3）高真空（10-1~10-6Pa)4）超高真空(10-6Pa~10-12Pa)5）极高真空(1