钢的热处理工艺(技师).ppt

钢的普通热处理工艺,正火退火淬火回火,1.钢的正火,将钢加热到Ac3（或Accm）点以上3050，保温适当时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。风冷 雾冷 预先热处理 代替调质,正火的目的,细化晶粒，均匀组织；提高低碳钢工件的硬度和切削加工性；消除加工硬化和去除内应力；消除过共析钢的网状碳化物；为下一步热处理做好准备,2.钢的退火,将金属或合金加热到适当温度，保持一定的时间然后缓慢冷却的热处理工艺。,退火的目的,降低硬度，改善力学性能；消除组织缺陷，均匀化学成分；消除或减少内应力，稳定尺寸；为最终热处理做组织准备,退火的分类,完全退火 中低碳钢铸件、热轧件、焊接件不完全退火 共析钢球化退火 共析钢、过共析钢均匀化退火 大型铸钢件和合金钢钢锭去应力退火 铸件、焊接件、锻轧件及机械 加工件再结晶退火 中间退火,（1）完全退火,加热温度：TAC3+(3050)冷却方式：缓冷（炉冷、灰冷、坑冷）至550C后空冷。组织：接近平衡组织应用：适用于亚共析钢铸、锻、焊件。如ZG35铸造齿轮。,（2）不完全退火,加热至Ac1Ac3(Accm)之间，然后缓慢冷却的退火方法；目的：软化、消除应力、改善加工性能主要用于过共析钢，消除锻轧应力、降低硬度、提高韧性，但是不能消除网状！用于亚共析钢消除锻轧应力、降低硬度可以降低成本,（3）球化退火,加热温度：TAC1+(2030)普通 TAC1+(2030)Ar1(10 20)等温冷却方式：缓冷普通或等温等温组织：球状P,球状P的强度、硬度稍低，塑性韧性好应用：主要用于降低高碳钢的硬度，以利于切削加工；为淬火作准备,（4）扩散退火（均匀化退火）,加热至固相线以下较高温度，长时间保温，消除枝晶偏析。适用于钢铁、有色合金等，如亚共析钢：TAc3+（150300)过共析钢：TAccm+（150300)保温1015h后空冷,（5）再结晶退火与去应力退火,较低温度加热（Ac1)，消除加工硬化或宏观应力，如500650保温缓冷至200后空冷，消除铸、焊件内应力200 300 保温缓冷，弹簧去应力退火再结晶温度相变温度，软化加工硬化的金属适用于所有金属与合金,几种退火的加热温度范围,3.钢的淬火,将钢件加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。,淬火目的,提高钢的强度、硬度、耐磨性等力学性能，提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性。,淬火加热方式,1.空气炉 氧化脱碳 毛坯料 改进：装箱 涂保护涂料2.盐浴炉 加热速度快，氧化脱碳小，可 实现局部加热。注意：定期脱氧捞渣，严格控制水分。3.保护气氛4.真空炉加热 无氧化脱碳，可实现光亮淬火；工件变形小；工件表面光亮；无污染，劳动条件好。,淬火温度,亚共析钢 Ac3(30-50)过共析钢 Ac1(30-50)过共析钢中碳化物溶解困难，淬火温度还要高，一般要(30-70)，甚至大于100,淬火加热时间,t=aKD 1）钢的成分 合金钢碳钢 2）工件尺寸及装炉量 3）加热设备 真空炉空气炉盐浴炉 4）装炉状况 间隙小，时间长 5）装炉温度 高温装炉可以缩短时间,淬火冷却,根据C-曲线,1.水及水溶液,清水 10%NaCl水溶液在550-650范围的冷却能力比清水提高近10倍；破坏蒸汽膜，消除软点。10-15%NaOH水溶液好于NaCl，但其易变质且有腐蚀。10%NaCl水溶液最高使用温度为50。10-15%NaOH水溶液最高使用温度为60。,2.油,油的温度高，冷却能力强，机油最好使用温度60-80。等温淬火油。快速淬火油真空淬火油光亮淬火油。油淬火件需清洗。选择淬火油时，应选择流动性好、闪点高而粘度低 的油,淬火冷却介质,3.盐浴和碱浴硝盐：热硝盐（分级、等温）冷硝盐（三硝）合金钢防止淬 火裂效果较好,淬火冷却介质,4.气体（氮气、空气）：C曲线非常靠右的材料：高速钢、H13、Cr12MoV等。,淬火冷却介质,有机淬火剂：聚乙烯醇 PAG,淬火冷却方法,（1）单液淬火；（2）双介质淬火：水-油；水-空气；油-空气；（3）分级淬火Ms（马氏体）；（4）等温淬火,260-400,下贝区（贝氏体）；（5）冷处理：目的：提高硬度，稳定尺寸，提高磁性。（主要是减少A）,淬透性,钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。深度深，淬透性好 钢材的固有属性，与外部因素无关,淬硬性,钢在理想条件下，淬火后所能达到的最高硬度的能力。主要取决于（马氏体）含碳量,淬透性是选材制定工艺的依据,淬透性与选材和制定热处理工艺的重要依据。如截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、对心部性能要求高较高淬透性材料对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的1/31/2）的钢。为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆断，材料的淬透性不能太好。,淬火缺陷,1.硬度不足和软点；2.过热和过烧；3.氧化和脱碳；4.变形和开裂。,4.钢的回火：,钢件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷到室温，获得较稳定组织及所需力学性能的热处理工艺。,回火目的,1.降低应力和脆性，防止断裂；2.获得良好的综合机械性能；3.防止工件变形，稳定工件尺寸；4.改善加工性能。,回火的分类：,1.低温回火 150-250 M回 用于硬度高的零件。2.中温回火 300-500 T回 用于弹性硬度、热锻模。3.高温回火 500-650 S回 调质处理高速钢的560回火并非高温回火，而是低温回火！,钢的回火脆性,回火脆性：淬火钢在某一回火温度范围内，随着回火的升高，使钢的冲击韧性下降的现象称为回火脆性。,第一类回火脆：250-350（低温、不可逆）。避免该温度回火。重新淬火第二类回火脆：450-550（高温、可逆）。含Cr、Mn、Ni的合金钢。回火后快冷可以抑制或消除。合金元素Mo可减轻第类回火脆性。,淬火钢在回火时的变化,(1)碳原子的偏聚(2)马氏体分解(3)残余奥氏体的转变(4)碳化物的析出、转化和长大(5)F的回复与再结晶,淬火钢在回火时的变化,淬火后钢处于不稳定状态，加热时由于原子活动能力增强，发生如下转变（温度碳钢）(1)碳原子的偏聚（T100）:碳原子由间隙位置逸出到位错线附近;(2)马氏体分解：在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M的分解，即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。M 100250析出-Fe2.4C；250400之间，-Fe2.4C溶解并重新析出Fe3C。,(3)残余奥氏体的转变：（200300）在回火加热、保温或降温过程中按 C曲线进行转变，如AM或B组织(4)碳化物的析出和长大当t 400时，M中的碳原子全部脱溶，变成F，但是保持M外形。T(5)F的回复与再结晶当t 600时，F发生回复和再结晶，Fe3C集聚长大并粗化。S,淬火钢在回火时性能的变化,淬火钢在回火时随着回火温度的升高，钢的硬度不断下降，塑性韧性、不断升高,45钢的回火温度与力学性能,低温回火,温度：碳钢在150250C组织：M+粒Fe3C性能：高硬度、较高强度，塑性及韧性较差，耐磨性好（如高碳钢达5864HRC）。应用：用于工模具、轴承、齿轮等。,中温回火,温度：碳钢350500 组织：回火屈氏体（T回），微细粒状碳化物弥散分布在F基体上 性能特点：高弹性极限及屈服极限，一定的韧性，硬度3545 HRC 应用：各种弹簧。如：60Si2Mn、65Mn、60、65、85钢。,高温回火,温度：碳钢500650 组织：回火索氏体（S回），粒状碳化物分布在F基体上 性能特点：较高的强度和硬度（HB200350），良好的塑性和韧性。即具有良好的综合机械性能应用：各种轴类、连杆、螺栓等。如：45、40Cr、40CrNiMo钢等。调质处理 淬火高温回火,结构钢的热处理,结构钢：调质钢45、40Cr、40CrNiMo、42CrMo、38CrMoAl（氮化钢）渗碳钢20、20Cr、20CrNiMo、20CrMnTi弹簧钢65Mn、60Si2Mn、50CrVA轴承钢GCr15、GCr9、GCr6,调质钢,最终热处理：轴类、连杆、高强螺栓等预先热处理：渗氮、软氮化、感应淬火工艺：淬火：AC3+（3050）回火：根据硬度要求（注意有回火脆的材料）,弹簧钢,弹簧钢：65Mn、60Si2Mn、50CrVA 淬火+中温回火；弹性硬度。T回 过热敏感性 去应力退火：240-300 表面光洁度（疲劳源）失效形式：疲劳（喷丸强化）不得酸洗（氢脆）,轴承钢,轴承钢：GCr15、GCr9、GCr6含碳量1.0%含铬量1.5%（不是15%）正火+球退+淬火、回火,工艺路线：下料-锻造-正火-球化退火-粗加工-淬火-（冷处理）-回火-精加工-一次时效（稳定化）-一次精磨-二次时效-二次精磨,正火：细化晶粒、消除网状球化退火:使碳化物成颗粒状，增加塑性、便于加工、为淬火做组织准备淬火：防止脱碳冷处理：减少A回火：消除应力、稳定组织和性能时效：进一步稳定组织（稳定化）组织：隐晶马氏体+A+K,渗碳钢,渗碳钢：20CrNiMo、20CrMnTi、20Cr、20、20Mn等正火渗碳后直接淬火：本质细晶粒钢（晶粒度）渗碳后一次淬火,渗碳后二次淬火,工模具钢的热处理,工具钢的性能要求1.高硬度、高耐磨性2.足够的强度和塑性3.一定的韧性4.热稳定性好5.热疲劳性能好6.工艺性能好,工具钢的分类,刃具钢碳素工具钢：T7、T8、T10、T12低合金工具钢：大截面9CrSi、CrWMn等高速钢：18-4-1、6-5-4-2、9-3-4-1等分级淬火；温度高，接近熔点，随炉试样；A,多，三次回火，红硬性好；冷处理“风钢”。,工具钢的热处理,正火（有网状）球化退火淬火回火,模具钢的热处理,冷作模具钢：丝锥、扳牙、塞规、冲模低合金：9CrSi、CrWMn、9Mn2V、高合金：Cr12MoV、Cr12高速钢：6-5-4-2、18-4-1基体钢：65Nb,模具钢的热处理,锻造-正火-球退-淬火、（冷处理）回火,模具钢的热处理,热作模具钢热锻模：5CrMnMo、5CrNiMo、5SiMnMoV、5CrMnSiMoV、4Cr5W2Si压铸模4Cr5MoV1Si、3Cr2W8（V）,热锻模的热处理,退火按高碳钢做球退硬度HRC42-47淬火时应带余热出油，工件冒青烟淬火后及时回火，回火炉提前升温大工件加热速度不能过快。预热、消除应力退火。燕尾槽的处理,合金元素的作用：Cr：增加淬透性Mn：增加淬透性、强化铁素体Mo：增加强度、耐磨性、红硬性,压铸模的热处理,淬火温度高回火温度高消除应力回火后油冷,钢的表面淬火和化学热处理,1.感应加热淬火特点1.集肤效应（表面效应）2.临近效应 3.圆环效应 4.尖角效应,钢的表面淬火,对于表面和心部要求不同的零件，不仅需要整体热处理，往往还需要进行表面淬火或化学热处理来满足上述要求。表面淬火是采用快速加热的方法将工件表面层奥氏体化后淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。根据加热方法不同，表面淬火法主要有感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，电接触加热表面淬火，以及电解液加热表面淬火等几种。目前感应加热和火焰加热表面淬火法应用最为普遍。,感应加热原理,把钢件置于线圈内，当感应线圈中通过交变电流时，在工件内产生涡流。集中于表层的电流可使表层迅速加热，在几秒钟内即可使温度上升800 1000。随即喷水冷却，使工件表层淬硬。,加 热 方 式,加热方式有同时加热一次淬火和移动加 热连续淬火两种,根据设备条件和零件形 状尺寸而定。比 功 率：同时加热0.54kW/cm2;移动加热1.5 4kW/cm2 例如短轴、小齿轮可以同时加热一次淬火，而长轴、齿宽较大的中模数齿轮、特大齿轮一般用连续加热淬火,感应加热种类,感应加热淬火的淬硬层深度除与加热功率、加热时间有关外，还取决于电流的频率。电流频率越高，集肤效应越明显，得到的淬硬层越浅。根据电流频率的不同，感应加热可分为高频加热、中频加热和工频加热,1.淬透层深度0.52mm时 选高频加热 f10kHz2.淬透层深度28mm时，选中频加热f18kHz3.淬透层深度810mm时，选工频加热f50Hz,感应加热淬火的特点与应用,硬度高：加热速度极快，从而使转变温度提高，达到细化晶粒的目的。由于晶粒细小，强化了组织。氧化脱碳轻微，变形小表面压应力，耐疲劳如：机床主轴、齿轮，可选45钢整体调质，然后轴颈、齿部进行表面淬火+低温回火处理。,2.火焰加热表面淬火,用氧-乙炔或煤气-氧等混合气体燃烧的高温火焰（可达3000）直接加热工件表面，使其快速升温，随即喷水冷却。调节烧嘴到工件表面的距离和移动速度，可获得不同厚度的淬硬层，淬硬层厚度一般为26 mm。工艺及设备简单、成本低等优点，但生产率低、工件表面易过热、淬火质量不稳定。主要用于单件、小批量生产及大型零件的表面淬火。,3.钢的化学热处理,化学热处理是将工件置于一定的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，同时改变表面层的化学成分及显微组织，从而使工件表层获得所需特殊性能的热处理工艺。渗碳、氮化、碳氮共渗等可提高工件表面的硬度、耐磨性以及疲劳强度；渗氮、渗硅、渗铝等用于提高工件的抗腐蚀性、抗氧化性，应用最广的化学热处理是渗碳、氮化和碳氮共渗。,3.1钢的渗碳,目的：提高表面硬度、强度、耐磨性常用温度：900950方法：气体，离子，真空，固体等渗碳用钢：低碳钢或低碳合金钢：20钢、20Cr 18CrMnTi、20CrMnTi钢等 后处理：淬火低温回火举例：轴承，拖拉机变速齿轮,滴注式气体渗碳,操作要点表面清洁；同一炉零件材料、技术要求相同；炉内正压，废气点燃；零件之间气氛流通；经常校对碳势；严禁在750以下向炉内滴入有机液体，防爆,渗碳后热处理,渗碳后的质量检验,1.表面硬度 HRC58-632.心部硬度 28-45 HRC3.渗层深度 硬度法 HV550处 金相法 过共析层共析层1/2过渡层 碳钢 过共析层共析层过渡层 合金钢4.金相组织 碳化物 0-2级 残奥 2级 马氏体针 14级 心部组织 无游离F5.表面质量：无磕碰 无氧化 无变形,4.渗氮,氮化就是向工件表面渗入氮、形成氮化物的处理工艺，其目的是提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。氮化特点表面硬度高：8501100 HV温度低、变形小、500570渗层薄、时间长:一般需要2050 h，氮化层厚度只有0.30.5 mm用于精密零件，如发动机的汽缸、排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴、汽轮机阀门等,渗氮方法,气体渗氮：周期长，操作复杂，质量不稳定。质量控制措施：阶段升温，温度均匀；控制氨分解率：较低，氮势高（早期）；较高，脆性降低（后期，60%）较快的冷却可降低脆性离子渗氮：快，脆性小，环境好盐浴渗氮；QPQ,5.钢的碳氮共渗,碳氮共渗是同时向工件表面渗入碳和氮的化学热处理工艺。按照共渗温度，可以分为高温(900950C)、中温(700880C)和低温(500600C)碳氮共渗三种，其中以中温与低温气体碳氮共渗应用较多。,中温气体碳氮共渗,以渗碳为主，其工艺与气体渗碳相似。共渗温度比渗碳温度低，变形小，渗速也快。常用温度820880，要求的渗层厚度一般为0.21.0 mm。近年来，深层碳氮共渗代替渗碳，效果很好。中温碳氮共渗的共渗层硬度与渗碳层相当或略高，耐磨性和疲劳强度则优于渗碳层，且具有加热温度低，工件变形小、生产周期短等优点。常用于处理形状复杂、要求变形小的耐磨零件，如缝纫机、纺织机零件及各种轻载齿轮等。,气体碳氮共渗气氛控制,滴油量1520滴/m2min，通氨量为煤油气化以后体积的4050%（145）换气次数2.53.0次/h大剂量排气可以缩短排气时间密封，炉压294490Pa,废气火苗高度120150mm,黑色组织及预防,黑色组织指碳氮共渗层中出现的黑点、黑带和黑网。降低疲劳强度和耐磨性控制途径氨气流量适中（渗层氮含量适中0.30.5%)适当提高淬火温度；采用强冷却介质；黑色组织深度0.02mm喷丸强化补救。,6.氮碳共渗,共渗温度在520570之间，13 h，渗层厚度为0.010.02 mm。生产周期短低温气体碳氮共渗以氮化为主，但硬度较低，称为气体软氮化。共渗层具有较高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度。渗层具有一定韧性，不易发生剥落，并有减摩的特点 由于渗层较薄，一般用于机床、汽车的小型轴类和齿轮等零件，也可用于工具、模具的最终热处理。,7.其它化学热处理,渗硼：极高的硬度；渗硫：降低摩擦系数，抗咬合渗铝：抗氧化，防腐镀锌：防大气腐蚀多元共渗：大多以提高耐磨性为目标,钢的真空热处理工艺,真空热处理具有高效、节能和 无污染的清洁热处理技术：无氧化脱碳，可实现光亮淬火；工件变形小；工件表面光亮；无污染，劳动条件好。,真空热处理工艺分类,真空油淬真空气淬 真空退火真空固溶真空回火真空时效真空渗碳真空渗氮真空溅射,真空加热,辐射传热分段加热加热时间,淬火冷却介质,真空淬火油 定期脱气气体（氮气、氩气）,真空热处理工艺,（1）油冷淬火；材料：GCr15、CrWMn、9CrSi、40Cr、42CrMo、35CrMo、9Mn2V、65Mn、60Si2、50CrV等,典型工艺,GCr15工艺路线锻件正火球化退火机加工淬火+冷处理+回火磨削加工一次时效精磨二次时效研磨,GCr15热处理工艺,1.正火温度：920时间：1.5h冷却方式：空冷（散堆）金相组织：细片状珠光体（不得有网状碳化物）,GCr15热处理工艺,2.球化退火退火温度800-820，保温时间2-3小时，快冷至680 等温温度680-700，保温时间3-4小时，冷炉至500 以下空冷球化组织2-4级,GCr15热处理工艺,3.淬火工艺预热温度500-550，保温时间90min。淬火温度850，保温时间60min。（视工件大小及装炉量而定）,GCr15热处理工艺,4.冷处理工艺-70-80，保温时间1h。冷处理目的：1）减少A；2）提高硬度及耐磨性；3）稳定尺寸及性能；,GCr15热处理工艺,5.回火工艺回火温度 180 回火保温时间2-4h,GCr15热处理工艺,6.一次时效温度150-160 时间4-6h,GCr15热处理工艺,7.二次时效温度120-140时间4-6h,真空热处理工艺,2.真空气淬适用的材料：Cr12MoV、SKD11、SKD1、H13、4Cr5MoSi1V（4Cr5MoV1Si）、3Cr2W8V、3Cr2W8、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、SKH51,真空气淬工艺,Cr12MoV工艺第一段预热温度500-550 第二段预热温度800-850 第三段加热温度1020-1040 保温时间视工件大小及装炉量多少预热时间长于淬火加热时间回火温度200-220 回火时间 需线切割应两次回火,真空气淬工艺,W6Mo5Cr4V2工艺第一段预热温度550 第二段预热温度850 第三段加热温度1160-1200 保温时间视工件大小及装炉量多少预热时间长于淬火加热时间高温时间不宜长回火温度550-560 三次必须三次回火,真空固溶工艺,适用材料：沉淀硬化不锈钢奥氏体不锈钢钛合金,真空固溶工艺,同于Cr12MoV工艺沉淀硬化不锈钢析出硬化工艺：PH17-4、PH15-5：380 2hPH17-4的牌号0Cr17Ni4Cu4Nb,真空退火工艺,1.软化退火降低硬度改善加工性能,真空退火工艺,消除应力退火冷冲件卷材带材,真空回火,需要在真空状态下回火的工件若在淬火炉回火，时间长于普通炉回火，温度采用下限有回火脆性的材料注意躲避回火脆出现的温度,真空时效,时效强化铍青铜 280-320铝合金沉淀硬化不锈钢380,工件装炉,装炉注意事项考虑加热效果的影响考虑冷却速度的影响考虑加热及冷却时的变形因素,