钢的热处理实例.ppt

典型零件的热处理,调整硬度，便于切削加工 改善组织（均匀组织、均匀成分、消除网状碳化物等）细化晶粒，为最终热处理做组织准备,预备热处理:退火（炉冷）;正火（空冷）得到珠光体类组织,常用的退火和正火工艺,最终热处理:淬火 回火,得到M组织，提高强度硬度,低温回火，得到M，消除应力，保留高硬度,中温回火，得到T，高弹性极限,高温回火，得到S，良好综合力学性能,常用的退火和正火工艺,退火、正火、淬火的区别与联系：加热保温，目的均为A化，具体温度看成分和是否完全A化 亚共析钢均为完全A化，Ac3+3050 过共析钢，正火为完全A化，Accm+3050 退火淬火为不完全A化，Ac1+3050,常用的退火和正火工艺,退火、正火、淬火的区别与联系：冷却阶段，退火炉冷，得到珠光体 正火空冷，得到细珠光体（S）淬火快冷（水、油），得到M类组织,表面和心部要求不同（表硬里韧）零件的热处理,中碳钢：调质表面淬火低温回火（表面5055HRC，心部265280HBS）低碳钢：渗碳淬火低温回火（表面5662HRC，心部156179HBS）38CrMoAl：调质氮化（表面700HV，心部2633HRC，高精度）,齿轮热处理轴承热处理弹簧热处理工具热处理轴的热处理,基本思路：,工作条件（载荷，环境）,失效形式,性能要求,1、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。2、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；断齿（韧性低 或强度低或超载）,一.齿轮热处理,一.齿轮热处理3.齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。4.齿轮用钢 低、中碳,轻载齿轮：45，调质或正火中载齿轮：45、40Cr，调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：20Cr、20CrMnTi，渗碳淬火高精度齿轮：38CrMoAlA，调质渗氮,1）渗碳齿轮材料：20CrMnTi、20Cr、30CrMnTiA等服役场合：高速重载（汽车齿轮）,下料,工艺：,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,5.齿轮热处理工艺,精加工,掌握各热处理工序的目的，工艺，组织,(1)正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至Ac3+3050,空冷,组织细珠光体+(少量铁素体)(2)渗碳 提高表面含碳量 920930保温39h(3)渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 理想组织：表面：隐针M+Ar（少量）+碳化物 心部:低碳M+F（少量）(4)回火 消除淬火应力，低温200，MM回,20 CrMnTi 钢制造齿轮的 热处理工艺曲线,加工工艺路线:,5.齿轮热处理工艺2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。,正火,调质,表面淬火,低温回火,(1)正火(或完全退火）细化晶粒，调整硬度 加热至Ac3+3050,空冷,细珠光体+(少量铁素体)(2)调质热处理 使心部具有良好强韧性 加热至Ac3+3050后淬火+500600高温回火,回火索氏体(3)表面感应淬火(表面火焰淬火)提高表面硬度 表面加热至Ac3+3050，心部没有加热。淬火后表面获得马氏体,过渡层马氏体+F残余奥氏体,心部回火索氏体(4)低温回火 消除淬火应力，低温200，MM回,轻载齿轮：45，调质或正火中载齿轮：45、40Cr，调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：20Cr、20CrMnTi，渗碳淬火高精度齿轮：38CrMoAlA，调质渗氮,二、滚动轴承热处理,1、工作条件高载荷，交变应力高转速，一定冲击。,接触疲劳破坏,二、滚动轴承热处理,2、失效形式,塑性变形,磨损,3、性能要求:（内外圈和滚动体）,高的硬度和耐磨性;高的接触疲劳强度;较好的韧性和耐蚀性;尺寸稳定性,二、滚动轴承热处理,4、轴承用钢:,二、滚动轴承热处理,G Cr15,高碳,Wc=0.951.15%,GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线,锻造 机加工,球化退火,淬火,+冷处理(60 80;1h),低温回火,正火,磨削加工,稳定化处理(120 150；5 10h),5、热处理工艺预备热处理:正火：消除网状碳化物，细化晶粒球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备淬火:获得马氏体组织 810860（温度偏高），让Cr尽量溶入A，又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；油冷冷处理:获得马氏体组织,减少Ar低温回火:消除残余应力，保持高硬度.,二、滚动轴承热处理,弹簧丝,三、弹簧热处理1、工作条件储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；2、失效形式：疲劳断裂，永久变形3、性能要求：高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能）4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢,5、热处理工艺（一）冷成形弹簧（小弹簧）由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝）冷卷成弹簧，只需进行去应力退火（加热温度250 300），以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。（二）热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）淬火提高强度，中温回火消除应力，提高弹性极限。淬火温度Ac3以上，回火温度350 450，组织：回火屈氏体,去应力退火,淬火+中温回火,（或采用等温淬火）,或采用等温淬火，得到贝氏体组织,工具一般包括刃具、模具、量具常用钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢（高速钢等）,四.工具热处理,成分特点：高碳,四.工具热处理,4.1 刃具热处理,性能要求 高硬度(HRC60)，主要取决于含碳量。高耐磨性，靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。红硬性 即高温下保持高硬度的能力 足够的韧性 以防止脆断和崩刃。刃具用钢 碳素工具钢：T7T12（0.71.2%C）,碳工钢热处理及组织热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火球化退火目的：降低硬度，便于加工；为淬火作组织准备。使用状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+AR(少量),刃具用钢 低合金工具钢：CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳工钢为水）。,9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线,板牙,W18Cr4V的生产工艺及热处理,铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次高温回火 磨削加工,刃具用钢 高合金刃具钢：（高速钢）W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V铸态组织 420,铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。,锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。,W18Cr4V锻造组织 210,球化退火:消除应力,降低硬度，便于机加工,调整组织,为淬火作好组织准备。,球化退火后的组织:S+粒状 Cm,球化退火温度830880,易于机械加工。,W18Cr4V球化退火组织 420,淬火:12001300 淬火后的组织:M+Cm+AR(2025%),（温度高）,高速钢淬火温度高的原因：让C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬性,三次高温回火,在560回火时,产生二次硬化多次回火,获得更多碳化物析出 让残余奥氏体转变（二次淬火）。,回火组织：S回+合金碳化物+Ar(1 2%),*淬火后A残约2025%。,*第一次回火后A残约剩1518%。,*第二次回火后A残约剩35%。,*第三次回火后A残约剩12%。,组织硬度为HRC65以上。,W18Cr4V钢的热处理过程示意图,四.工具热处理,4.2 冷作模具热处理,性能要求:,高硬度（HRC5060）；高耐磨性、强度和韧性；热处理变形小;,汽车冲压模具,应用:,冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等,冷作模具用钢:,碳素工具钢：T7T8低合金工具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn或GCr15高合金工具钢：Cr12、Cr12MoV（C1.4%2.3%、Cr11%12%）,Cr12型冷作模具钢的热处理（C1.4%2.3%、Cr11%12%）,球化退火 冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火处理。球化退火温度830880，获得细化碳化物+珠光体组织，易于机械加工。淬火+回火 一次硬化法：较低温度淬火（980）低温回火 回火组织为M回+碳化物+Ar 二次硬化法：较高温度淬火（1050）23次高温回火 回火组织为S回+碳化物+Ar(少量）,四.工具热处理,4.3 热作模具热处理,性能要求:,应用:,热作模具用钢:,使热金属或液态金属成型的模具，包括热锻模、热挤压模和压铸模等。,高的热硬性、高温耐磨性;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力和导热性;,中碳 0.30.6%;,热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo压铸模具，3Cr2W8V,5 CrMnMo热处理:热处理工艺:完全退火 淬火 550回火,曲轴模具,热处理后的组织:S回,3 Cr2W8V钢热处理:热处理工艺:淬火+550三次回火 回火时二次硬化现象HRC47,汽车四缸压铸模,四.工具热处理,4.4 量具热处理,性能要求:,量具用钢:,高的硬度（HRC62）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。,卡 尺,量 规,千分尺,碳素工具钢：T8T12低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr,特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。下限温度淬火及冷处理，目的是减少A。长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。,淬火 冷处理(-70-80)低温回火 时效处理(120130,几十小时),热处理:,CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺,受力弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。性能此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的1/4即可。选材多用40、45钢，重要轴类用合金调质钢制造（40Cr、35CrMo、42Mn2V等）,五、轴的热处理,轻载主轴：45，调质或正火中载主轴：45，40Cr，调质，耐磨部位表面淬火重载主轴：20CrMnTi，渗碳淬火高精度主轴：38CrMoAlA，渗氮,备料,锻造,正火或退火,粗加工,调质,精加工,材料：45钢工艺：,轻载主轴加工工艺,中载主轴加工工艺,材料：40Cr钢工艺：整体调质，轴颈和锥孔表面淬火,表面淬火及低温回火,磨削,