热处理工艺课件

铜棒Ø24mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？电缆线Ø0.15mm切削件的硬度在170～230HB范围内，切削性能较好。刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？20世纪初，英军在印度贮存的黄铜弹壳，每当雨季就频繁发生大量裂缝，当时称之为季裂。第三节钢的普通热处理工艺毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理的作用是消除锻造的缺陷，如晶粒粗大、内应力、缺陷组织等，同时调整硬度，为后续的切削做准备。——退火;正火；调质最终热处理的作用是使材料具有使用状态下的性能，如强度、硬度等。——淬火;回火；表面热处理为什么将其安排在铸/锻造与切削加工之间呢?为什么退火与正火有着非常广泛的应用?在一个零件的加工路线中，热处理起着很重要的作用，一般有两种情况，如一个齿轮：下料------锻造------预备热处理（退火或正火）------铣齿------最终热处理（淬火回火）------精加工（磨削）一、钢的退火1、退火：将钢加热到适当温度（临界温度以上30～50℃），保温一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的——为后续加工和最终热处理作好组织准备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。第三节钢的普通热处理工艺3退火种类第一类退火是不以组织转变为目的的退火工艺方法。工艺特点：通过控制加热温度和保温时间使钢由冶金及冷、热加工过程中产生的不平衡状态如成分偏析、冷变形强化、内应力等过渡到平衡状态。扩散（均匀化）退火、再结晶退火、去应力退火。钢的退火工艺种类很多，根据热处理目的不同，可将退火工艺分为两大类。工艺特点：通过控制加热温度、保温时间及冷却速度等工艺参数，来改变钢中的珠光体、铁素体、渗碳体等组织形态及分布，从而改变其性能，如降低硬度、提高塑性、细化晶粒、改善机械加工性能等。第二类退火是以改变组织与性能为目的的退火工艺方法。完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火等。1）完全退火定义：将钢加热Ac3以上30-50ºC,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到600ºC以下，出炉空冷。组织：细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体）•目的：①细化，均匀化粗大、不均匀组织•②接近平衡组织——调整硬度→切削性↑•③消除内应力适用范围：亚共析钢。保温Ac3+30～50℃温度炉冷空冷时间600℃完全退火组织问题：亚共析钢（共析钢）的平衡状态组织？45钢的完全退火组织（F+P）200X完全退火全过程所需时间非常长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要数十小时，甚至数天的时间。缺点：•低碳钢为什么不能用完全退火？•过共析钢能采用完全退火吗？注意事项：低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢加热至Accm以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。网状渗碳体2）球化退火定义：将钢加热到Ac1+(30~50)℃，保温后随炉缓冷至600ºC，出炉空冷，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。组织：球状珠光体（渗碳体呈球形的细小颗粒弥散分布在铁素体基体中）时间温度保温Ac1+30～50℃缓冷空冷600℃球化退火的目的：1、降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。如T10钢经球化退火后，硬度由255～321HBS降到≤197HBS。从而改善切削加工性能；2、获得球状珠光体也是为淬火作组织准备，使淬火加热时奥氏体晶粒不易长大，并可减小冷却时变形和开裂的倾向。适用范围：主要用于过共析钢、合金工具钢。球状珠光体对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状.应注意的是时间温度Ts-100～200℃保温10～15h缓冷3）扩散退火（均匀化退火）定义：将钢加热到Ac3以上150-300ºC，保温10h～15h后随炉缓冷。目的：使钢中的化学成分和组织均匀化。适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻坯。偏析存在形式及危害铸造化学成分不均匀、非金属夹杂物分布不均匀、微气泡和气孔造成偏析。偏析直接导致大型铸件各处成分和组织不均匀、产生组织应力、出现裂纹、机械性能恶化。•工件经扩散退火后，奥氏体的晶粒十分粗大，必须进行完全退火或正火处理来细化晶粒。•由于扩散退火温度高、时间长，生产成本高，一般不轻易采用。只有一些优质的合金钢和偏析较严重的合金钢铸件才使用这种工艺。应注意的是4）去应力退火定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500～600ºC），保温后随炉缓冷至200～300ºC出炉空冷，又称低温退火。目的：消除铸件、锻件、焊接件和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余内应力。（没有发生组织变化）适用范围：用于所有的钢。时间温度保温500～600℃炉冷空冷200～300℃5）等温退火•加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的某一温度保持使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。•对于亚共析钢可代替完全退火，对于过共析钢可代替球化退火。时间温度空冷等温退火工艺图6)再结晶退火–适用：存在加工硬化的冷变形金属–目的：消除加工硬化，降低硬度，改善切削加工性能；提高延展性（塑性）及压延成型性能。–加热温度：T再+150～250℃，一般钢材再结晶退火温度650～700℃。•再结晶：•冷变形金属加热至一定温度时，将开始形成一些位向与变形晶粒不同、内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属中扩展长大，直到冷变形金属组织完全消失为止的过程。随着加热温度增加，其组织和性能的变化过程可分为回复、再结晶、及晶粒长大三个阶段。其示意图如下：名称目的工艺制度组织应用完全退火细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，提高塑性加热到AC3以上30～50℃，炉冷至600℃左右空冷F＋P亚共析钢的铸、锻、轧件，焊接件球化退火降低硬度，改善切削性能，提高塑性韧性，为淬火作组织准备加热到AC1＋30～50℃，然后出炉空冷。球状珠光体共析、过共析钢及合金钢的锻件、轧件等扩散退火改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化加热到Ac3以上150-300ºC，先缓冷，后空冷粗大组织合金钢铸锭及大型铸钢件或铸件再结晶退火消除加工硬化，提高塑性加热到再结晶温度，再空冷等轴晶冷变形加工的制品去应力退火除残余应力，提高尺寸稳定性加热到500～650℃缓冷至200℃空冷无变化铸、锻、焊、冷压件及机加工件退火第三节钢的普通热处理工艺二、钢的正火把钢零件加热到临界温度以上30～50℃,保温一定时间,然后在空气中冷却的热处理工艺。临界温度：Ac3或Accm+30-50℃组织：S+（F或Fe3C）热处理与硬度关系合适切削加工硬度正火的应用：•（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。•（3）用于过共析钢，消除网状Fe3CⅡ，有利于球化退火的进行。•（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，•正火可以细化晶粒，使组织组织均匀化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于普通结构钢零件，机械性能要求不很高时，可以用正火作为最终热处理。正火与退火的选择（2）从使用性能上考虑如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能。但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。（3）从经济上考虑正火比退火的生产周期短，耗能少，操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑正火。（1）从切削加工性上考虑一般金属的硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。高则过硬，难加工，刀具磨损快；低则切屑不易断，刀具发热和磨损，加工后零件表面粗糙度大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢、工具钢和中碳以上合金钢则以退火为宜。正火第三节钢的普通热处理工艺三、钢的淬火•淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间后，快速冷却的热处理工艺。•目的：1、提高钢的硬度及耐磨性（如工具、轴承等要求高耐磨性的零件）。2、获得良好的综合机械性能（中碳钢经淬火+高温回火可获得强、韧兼备组织；各种弹簧都要求强度高、弹性好，一般用高碳钢制作，经淬火+中温回火后，弹性大大提高）。1、碳钢•⑴亚共析钢淬火温度为Ac3+30-50℃。(一)、淬火温度图碳钢的淬火加热温度范围•亚共析钢淬火组织：•0.5%C时为M•0.5%C时为M+A’。65MnV钢(0.65%C)淬火组织45钢(含0.45%C)正常淬火组织•⑵共析钢•淬火温度为Ac1+30-50℃；淬火组织为M+A’。图碳钢的淬火加热温度范围⑶过共析钢•淬火温度:Ac1+30-50℃.•温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大、A’量增多,使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。•淬火组织:M+Fe3C颗粒+A’。(预备组织为P球)T12钢（含1.2%C）正常淬火组织总结M+Fe3C+A残Ac1+30～50过共析钢M+A残Ac1+30～50共析钢M+A残Ac3+30～50亚共析钢Wc＞0.5%MAc3+30～50亚共析钢Wc≤0.5%最终组织淬火温度(℃)钢种(二)淬火冷却介质•为得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但这必然会产生很大的内应力，往往会引起工件变形和开裂，为此人们提出了理想的淬火冷却曲线。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。淬火冷却介质水、含盐水溶液、油、盐浴、碱浴等。到目前为止，在实际生产中还没有找到符合这一理想曲线的冷却介质。现有淬火介质有：淬火介质水油盐水碱浴硝盐浴冷速650～550℃600℃/s快150℃/s太慢1000～1200℃/s快比油快350℃/s200～300℃270℃/s太快30℃/s慢300℃/s太快比油弱10℃/s特点l高温冷速快，可保证工件淬硬l低温冷速快，工件易变形开裂l冷却能力对水温敏感l杂质使冷却能力下降l低温冷速慢，工件不易变形、开裂l高温冷速慢，工件易分解，淬不硬l易老化、易燃l油温增加，冷却能力增加（20～80℃）l冷却能力强l工件表面质量好，硬度均匀l易变形开裂l易腐蚀l既能保证工件淬硬，又能使变形开列程度减少l流动性好l工作环境差用途碳钢合金钢小截面碳钢形状简单，截面尺寸大的碳钢小件、形状复杂、精度要求高的工件常用淬火介质水：冷却能力较强，中温够快，低温不够慢—用于碳钢。油：冷却能力较低，中温不够快，低温够慢—用于合金钢。盐、碱浴：冷却能力介于上两者之间，用于要求变形较小的合金钢小件。（四）常用淬火方法1单液淬火法工件在一种介质中连续冷却到室温的操作方法。如水淬，油淬。2双液淬火法在Ms以上，在冷却能力较强的介质中冷却，接近Ms时转入冷却能力较弱的介质中冷却，如水淬油冷法，以防在马氏体相变时开裂。3、分级淬火法•在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。•优点：操作简单。可有效防止应力和开裂。•缺点：需要盐浴炉•适用：适用于尺寸较小(φ10～12mm的碳钢或φ20～30mm的合金钢)，要求变形小、尺寸精度高的工件如刀具、模具等。组织：获得马氏体和残余奥氏体。4等温淬火法将钢件淬入稍高于MS温度的硝盐浴或碱浴中，保温足够时间，使其发生下贝氏体转变，随后在空气中冷却。组织：获得下贝氏体。5冷处理冷处理：将淬火冷至室温的零件继续深冷至Mf以下的致冷剂中，保持一段时间，使残余奥氏体充分转变成马氏体的操作方法。目的：为了减少钢中的残余奥氏体以获得最大数量的马氏体，防止工件在保存或使用中发生组织转变。中国在春秋晚期已掌握冶铁技术。战国时期，冶铁业已逐渐盛行，到了晚期，不仅能炼出高碳钢，并