热处理基本知识课件.ppt

可编辑,热处理基本常识 李庆磊 2008.03.31,1,可编辑,一.定义,1 钢 1.1 定义 钢含碳量wc2.1%的铁碳合金 按冶炼方法分 1）沸腾钢： 2）镇静钢： 3）半镇静钢 按化学成分分 碳素钢是指含碳量低于2%，并含有少量锰（Mn）、硅（Si）、硫（S）、磷 （P）、氧（O）等杂质元素的铁碳合金。按含碳量不同可分为： 工业纯铁含碳量wc0.02% 低碳钢0.02%wc0.25% 中碳钢0.25%wc0.60% 高碳钢0.60%wc2% ： 合金钢 为了改善钢的性能，在冶炼时加入一些合金元素成的钢。可分为： 低合金钢(5%) 中合金钢(5%10% ) 高合金钢(10%),2,可编辑,2.合金钢中各种主要合金元素的主要作用如下：,C： 含量增加，钢的硬度和强度提高，但塑性和韧性下降Cr：提高淬透性；增加高碳钢的耐磨性，但含量高时易产生脆性Mn：细化珠光体组织以改善力学性能；明显提高钢的淬透性；但有增加 晶粒粗化和回火脆性的不良倾向Mo（钼）：提高钢的淬透性；降低回火脆性；N（氮）：表面渗氮，提高硬度及耐磨性，增加抗蚀性Ni（镍）：提高塑性及韧性；改善耐腐蚀性；提高热强性，S（硫）：改善切削性；产生热脆现象，恶化钢的质量；影响焊接性能Si（硅）：常用的脱氧剂；固溶强化作用；提高淬透性；对改善综合力 学性能有利，提高弹性极限，增加自然条件下的耐蚀性；含量 较高时，降低焊接性，且易导致冷脆Ti（钛）：固溶强化作用强，但降低固溶体的韧性；改善回火稳定性； 提高耐热钢的抗氧化性和热强性，改善钢的焊接性,3,可编辑,3.热处理 是指金属或合金在固态范围内，通过一定的加热、保温和冷却方法，以改善金属或合金的内部组织，而得到所需性能的一种工艺操作,4,可编辑,二.热处理的分类,5,可编辑,2.铁碳相图,6,可编辑,三.钢的常见热处理,1.退火 1）退火是将工件加热到一定温度（温度范围根据不同的退火方法而定），经保温后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡组织的热处理。退火一般为预先热处理或中间热处理。根据工艺路线的不同，退火可分为球化退火、均匀化退火、去氢退火、再结晶退火、去应力退火等。 2）退火的目的：消除或改善坯料制备时所造成的各种组织缺陷；获得有利于切削加工的组织和硬度；改善组织中相的形态分布，细化晶粒，为最终热处理做好准备；消除或降低内应力，以见效后续加工引起的变形、开裂倾向；消除冷作硬化，软化金属，以利于冷塑性变形的顺利进行,7,可编辑,钢的常见热处理,2.正火1）正火的过程是将钢加热到Ac1或Acm以上3050，保温一定时间，使奥氏体均匀化，空冷后得到含有珠光体的均匀组织。含碳量小于0.5%的钢件常用正火代替退火. 2） 正火后的钢件可获得优于退火态的综合力学性能。对机械性能要求不高的零件，可用正火作为最终处理。,8,可编辑,钢的常见热处理,3.淬火1）淬火就是将钢加热到某一高温（Ac1或Ac3以上），保温一段时间后，然后以大于临界冷却速度的速度进行冷却，以达到高硬度的马氏体或下贝氏体的热处理工艺方法。淬火冷却方法有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火、盐水淬火等。一般地，淬火后的组织为淬火马氏体.2）淬火的目的：提高工件的硬度（HRC6066）、耐磨性。提高工件的综合机械性能或使工件获得较高的弹性。获得特殊的物理化学性能，如对永磁钢淬火增强铁磁性。,9,可编辑,钢的常见热处理,4.回火1）将工件加热到Ac1以下某一温度，再保温一段时间，然后进行冷却（一般冷至室温）的热处理工艺称为回火。钢件淬火后一般都要进行回火处理。2）回火的目的：消除淬火时产生的残余应力，提高材料的塑性和韧性。获得良好的综合力学性能。稳定工件尺寸，使钢的组织在工件使用过程中不发生变化。,10,可编辑,钢的常见热处理,3.）根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：低温回火（150250）：低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具等中温回火（350500）：中温回火所得组织为回火屈氏体（又叫回火托氏体）。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC3550。 高温回火（500650）：高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200330。,11,可编辑,5.感应加热淬火1）把工件放在有足够功率输出的感应线圈中，在交变磁场作用下，工件表面形成了强大的感应电流，使工件表面迅速升温后进行表面淬火的工艺方法，称为感应加热淬火法。集肤效应高频感应加热淬火前都要进行预先热处理，通常为正火或调质处理。可以得到表面具有相当硬度及耐磨性的组织，并且心部仍保持良好的韧性,12,可编辑,6.渗碳 在碳的活性介质中，钢的表面为碳所饱和而获得高碳的渗 层组织，此工艺过程为渗碳过程。常采用低碳钢加工成型后表面渗碳然后淬火和低温回火的热处理工艺，来达到改善零件表面及心部的组织、提高表面的硬度及耐磨性、增加钢的疲劳性能的目的。渗碳后的零件表面相当于高碳钢，在渗碳后的淬火+低温回火处理后，渗层组织主要由细针状或隐针状马氏体（HRC5864），心部为低碳马氏体或低碳马氏体+铁素体组织。当淬火温度过高时，表面渗层的马氏体组织将会过于粗大，甚至严重影响使用性能，所以要注意淬火温度的控制。,13,可编辑,7.氮化1） 钢的表面为氮原子饱和的过程称为氮化。氮化前一般要进行预先热处理，即先进行正火或退火，然后对零件进行调质（淬火+高温回火）。氮化层一般为含氮渗碳体。2）经氮化处理后的零件又以下特点：具有高的表面硬度（最高达HRC6572）及耐磨性。具有高的疲劳强度和抗腐蚀性。氮化温度较低（500600），且氮化后渗层直接获得高硬度，避免了淬火引起的变形。,14,可编辑,8.碳氮共渗 碳氮共渗就是钢件表面同时渗入碳和氮。碳氮共渗兼有渗碳和氮化的优点。共渗后淬火+低温回火形成含氮马氏体和少量碳氮化合物，具有良好的耐磨性。9.表面氧化（发蓝或发黑） 分别采用碱性氧化法或无碱性氧化法，使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为发黑或发蓝。钢件经发黑、发蓝处理后所形成的氧化膜，其外层主要是四氧化三铁，内层为氧化亚铁。,15,可编辑,三.热处理的工艺性,是指金属或合金经过热处理后，其组织和性能改变的能力，包括淬硬性、淬透性、回火脆性、氧化及脱碳趋势等。1）淬硬性：是指钢在正常淬火条件下（加热到临界温度以上）所形成的马氏体组织能达到的最大硬度。淬硬性主要取决于钢中的含碳量，含碳量越高，淬火后的硬度值就越高。2）淬透性：是指钢在淬火时，能够得到一定的淬硬层深度的能力。淬透性越好，形成马氏体的能力越强，淬硬层就越深，表面和心部的性能差别就越小。,16,可编辑,3）回火脆性：、碳钢在200400（合金钢在250450）回火时出现的冲击韧度显著下降的现象称为第一类回火脆性。这类回火脆性一旦产生，在此温度下重新回火，脆性不会消除，因此又称为不可逆回火脆性。一般要避免在此温度范围内进行回火。II、淬火工件在450600温度范围内长时间保温或缓慢冷却使钢变脆的现象称为第二类回火脆性。此类脆性的脆化元素包括氢、氮、硅、硫、磷、砷（As）、锡（Sn）、锑（Sb）等元素。若已脆化的工件重新加热到上述温度，适当保温后快冷，这种脆性又会消除，因此又称为可逆回火脆性。对于这类回火脆性的钢种，可以通过回火后快速冷却来避免回火脆性的产生。4） 氧化及脱碳：钢件在加热时，炉内的氧气、水蒸气等与钢件表面发生化学反应而生成氧化铁皮的现象。钢件表面含碳量远低于内部组织的现象为脱碳。氧化使钢件表面粗糙不平。脱碳不仅降低表面硬度和耐磨性，而且容易发生淬火裂纹。,17,可编辑,四.常规零件的常用热处理,1.齿轮 齿轮要求表面的齿部有很高的硬度和耐磨性、心部有很好的韧性。 1）心部组织：正火：一般对于机械性能要求不很高或不适合采用淬火或调质的大直径齿轮，常采用正火处理。正火处理后为珠光体+铁素体组织。正火后组织的硬度一般为HB229。调质：调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如45钢、40Cr、35SiMn等。调质齿轮的综合性能比正火齿轮要高，屈服极限和冲击韧性比正火处理的高。调质处理后齿面硬度一般为HBS220280。调质处理可细化晶粒,并获得均匀的回火索氏体。,18,2022/11/26,19,可编辑,2）齿表组织：表面淬火：常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45钢、40Cr等。齿轮表面常用的高频淬火硬化层深度一般约为1mm1.5mm。特点是抗疲劳点蚀、抗胶合能力高。耐磨性好；由于齿心部分未淬硬，齿轮仍有足够的韧性，能承受不大的冲击载荷。,20,可编辑,渗碳淬火（包括碳氮共渗）：重车辆中的重要齿轮常进行渗碳淬火处理。常用于低碳钢和低碳含金钢，如 20钢、20Cr等。而齿轮心部仍保持较高的韧性，轮齿的抗弯强度和齿面接触强度高，耐磨性较好，常用于受冲击载荷的重要齿轮传动渗氮：、疲劳强度及抗腐蚀能力。渗氮处理温度低，故齿轮变形极小，材料主要有38CrMoAl、20CrMnTi等。小齿轮表面硬度略高于大齿轮表面硬度。,21,可编辑,五.热处理变形后的矫正,零件经热处理后引起弯曲变形，须校直；具体校正方法如下：1. 冷态校正，分法如下： （1）冷压校直法：最常用校正方法。零件呈“C”状变形，这种方法一般适用于低于HRC35，硬化层小于零件直径或厚度的1/5的钢件。去应力处理，。 （2）冷态正,反敲校直法： 室温 硬度大于HRC502. 热态校正，（1）热压校直法：（2）局部烘热校直法。,22,可编辑,力学性能实验,硬度实验的意义 硬度是表征金属在表面局部体积内抵抗变形或破坏的能力 金属的硬度没有确切的物理意义.但和材料的关键性能存在联系.压入法:表征金属抵抗变形的能力划刻法:表征金属抵抗破裂的能力.,23,可编辑,硬度分类,硬度实验分为:压入法,回跳法,划刻法三类.压入法: 布氏硬度 ,洛氏硬度,维氏硬度,显微硬度及努氏硬度 回跳法: 肖氏硬度划刻法:莫氏硬度,24,可编辑,布氏硬度（HB）,A、布氏硬度（HB）,淬火钢球时， 用HBS 表示；HB450硬质合金球时，用HBW 表示。HB650,25,可编辑,120HBS10/1000/30：表示用直径10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为120N/ mm2（MPa）。布氏硬度分散性小，重复性好，特别适合于测定像灰铸铁和轴承合金这样的具有粗大晶粒或粗大组成相的材料的硬度,26,可编辑,定义与人们的思维习惯相符合，即材料愈硬，压痕的深度愈小；反之，压痕深度大,27,可编辑,各种洛氏硬度实验条件和应用,28,可编辑,表面洛氏硬度,用于测定极薄的工件和表面硬化层如(氮化)的硬度。表面洛氏硬度的表示方法是在HR 后面加注标尺符号，硬度值写在HR之前 .40HR30N 50HR30T,29,可编辑,洛氏硬度的原理和优点,压痕的深度不同的压头和载荷，可以测量从极软到极硬的材质。压痕小，操作简单迅速。 缺点： 1）不同硬度级测得的硬度无法统一比较。 2）压痕小，对具有粗大组织的材料（灰铸铁等） 不适用,30,可编辑,洛氏硬度的注意事项和局限性,试样表面的制备压痕的间距 。 3倍中心距试样尺寸和形状高硬度 （450HBW）,31,可编辑,维氏硬度和显微硬度,32,可编辑,维氏硬度和显微硬度,136金刚四方角锥体。载荷可以任意改变单位：9.8N/MM（2)GB4340-1984 规定，采用的载荷分为：.，如采用：，的要求：表面粗糙度，试样两面要平行。,33,可编辑,显微硬度,载荷由到，单位：.式样要求：抛光，研磨优点：常用于表面淬火时硬化层深度和化学热处理（渗碳）的表面硬度和小件的硬度,34,可编辑,努氏硬度,努氏法更适于测定极薄层或极薄零件，丝、带等细长件以及硬而脆的材料（如玻璃、玛瑙、陶瓷等）的硬度。,35,2022/11/26,36,