项目2-2热处理-整体+表面——已加44题答案

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1、项目二项目二 机械零件的选材与热处理机械零件的选材与热处理 第三节第三节 钢的热处理钢的热处理 热处理相关知识的学习 1.热处理工艺：加热保温冷却 2.热处理的主要目的:改变钢的性能。 3.热处理的分类 热处理 普通 热处理 表面 热处理 退火;正火; 淬火;回火; 表面淬火 化学 热处理 感应加 热淬火 火焰加 热淬火 渗碳;渗氮; 碳氮共渗; 奥氏体晶粒度的控制 1、加热温度：T越高，晶粒长大越大，奥 氏体晶粒就越粗大。因此，应将钢加热到临 界点以上某一适当温度。 2、保温时间：其影响比温度小。 3、加热速度：速度愈快，晶粒越细。高频 、激光、电子束加热更好。 钢的整体热处理 一般零件生产

2、的工艺路线: 毛坯生产 预备热处理 机械粗加工 最终热处理 机械精加工 预备热处理 : 退火和 正火 最终热处理 : 淬火和 回火 冷却方式不同： 退火炉冷；正火空冷； 淬火水、盐水、油冷； 回火炉冷或空冷(淬火钢) 一、退火 常用的：完全退火、球化退火、去应力退火 退火的作用： 1、均匀组织，细化晶粒，为后续热处理作准备 ； 2、降低硬度，提高塑性，以利于切削加工； 3、消除内应力，防止变形与开裂。 退火方式 作用加热热温度适用对对象 完全退火 均匀组织组织 ，细细化晶粒， 降低硬度，消除内应应力。 AC3+(3050)亚亚共析钢钢 球化退火 使Fe3C球化，以降低硬 度，提高塑性。 AC1

3、+(2030) 共析、过过共 析钢钢 去应应力退 火 消除内应应力。500650所有钢钢种 冷却方式：冷却方式：炉冷炉冷 碳钢退火和正火 工艺规范示意图 球化退火主要用于共析钢和过共析钢，目的是使二 次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退火前正 火将网状渗碳体破碎），以降低硬度，改善切削 加工性能；并为以后的淬火作组织准备。 去应力退火是为消除铸造、锻造、焊接和机加工、 冷变形等冷热加工在工件中造成的残留内应力而 进行的低温退火，称为去应力退火。 二. 正火 亚共析钢： Ac3+（30 50） 过共析钢：Accm+（30 50） 保温，空冷。 其主要目的： 1、低C碳：提高硬度，防粘刀，改善切削

4、加工性能 ； 2、中碳钢：降低加工表面粗糙度； 3、高碳钢：破坏网状的渗碳体，为球化退火作准备 。 4、有一定的使用性能，对于不是很重要的或截面较 大的钢，可用正火作为最终热处理，以降低成本。 碳钢退火和正火 工艺规范示意图 退火与正火的选用 1、从切削加工性考虑： 低中碳钢正火，高碳钢球化退火。 2、从使用性能上考虑： 亚共析钢正火的力学性能好一些。而复杂工件 用退火可防开裂。 3、从经济性上考虑： 正火生产周期短、耗能少、成本低，效率高。 4、从显微组织的均匀性考虑： 退火比正火所获得的组织结构比较均匀，更有 利于后续的最终热处理。 思考： 1、如何消除网状Fe3C？ 先正火，破碎网状Fe

5、3C，再球化退火，使Fe3C 球状化。 2、过共析钢能否在完全A化的区域内进行退火？ 若不小心被加热到A区域内进行退火了，会出现什 么现象？怎么补救？ 不能，将会出现网状Fe3C 3 亚共析钢为什么要加热到完全A化的区域内进行 退火，而不是加热到A+F的区域内进行退火？ P137题18（1） 先退火，均匀组织，细化晶粒；再正火，提 高硬度，防粘刀，改善切削加工性。 三、钢的淬火 （1 1）淬火工艺）淬火工艺 加热温度： 亚共析钢Ac3+（3050 ）； 共析钢、过共析钢Ac1+（3050） 保温，快速冷却以获得 马氏体马氏体 组织。 常用的冷却介质是 水 和 油。 常用的淬火方法有单介质淬火，

6、双介质淬火， 分级淬火和等温淬火等。 淬火工艺规范示意图 思考： 淬火温度对于亚共析钢能否选在Ac1Ac3 之间？过共析钢能否选在Accm以上？ 淬火介质 水冷却能力强，工件容易淬硬，使用方便， 价格便宜。但会造成巨大内应力，易变形开裂。 油冷却能力较低，有利于减少变形，降低内 应力。但较难淬硬。 单独使用时，水一般用于碳钢件，而油一般用于 合金钢。（简单小工件） 既能把工件淬硬又能减小淬火内应力的淬火方法 ：双介质淬火： 碳钢先水冷至300400 后油冷，合金钢先油冷 后空冷。（复杂工件） 常见的淬火缺陷及处理方法 1、硬度不足 2、变形和开裂 四. 淬火钢的回火 定义：钢件淬火后, 硬而脆

7、，且由于内外温 差、热胀冷缩而造成明显的内应力，易变形 开裂。所以应及时回火。即： 将其加热到 Ac1以下某一温度, 保温一定时间, 然后冷却 到室温的热处理工艺叫做回火。回火是紧接 在淬火后的一道工序，是热处理的关键工序 。 回火时的性能变化规律： 钢在回火时，随着温度的增加，强度、硬度 降低，而塑性、韧性增加。 回火的种类：根据回火的温度将其分为 低温回火、中温回火和高温回火。 钢的回火温度和力学性能之间的关系 加热热温度 硬度值值获获得的性能应应用 低温 回火 150250 5864 HRC 保持高硬度、高 耐磨性，消除内 应应力，塑性韧韧 性有所提高。 要求硬而耐磨材 料：高碳钢钢工

8、具、模具、滚滚 动轴动轴 承钢钢、渗 碳钢钢 中温 回火 250500 3550 HRC 较较高弹弹性极限 和屈服强度，且 有一定的塑韧韧性 和中等硬度。 弹弹性元件 高温 回火 500650200330 HBS 有较较高的强度， 良好的塑韧韧性。 重要的结结构件 35钢要达到35-40HRC的性能要求，必须加热 到840度完全A化进行淬火，然后再进行中 温回火。 若10钢也按此工艺路线，加热到840度时是 A+F的组织，其中，F是软相，不管怎么淬 火，都达不到淬硬的效果。 若T10钢加热到840度时是A+Fe3C的组织， 再进行中温回火时，会比35钢更硬一些， 大概为45-50HRC的硬度值

9、。 需经低温回火处理 后使用的零件工具 、模具等。 需经中温回火后使用的零件 需经高温回火后 使用的零件 针对淬火回火后硬度不足的现象,解决办法 如下: 先退火，均匀组织，细化晶粒，再淬火，再 重新回火，但回火温度应比原来低一些。 热处理工序的位置 在零件的加工过程中，工艺路线的安排，特别是热 处 理工序位置的安排对零件的性能和质量有重要影响 。 1.预备热处理的位置 预备热处理包括退火、正火等。其工序位置一般安 排在毛坯成型之后，或机械粗加工之后、精加工 之前。 调质作为预备热处理，主要是为了保证表面淬火或 化学热处理（渗氮）零件心部的力学性能和为易 变形零件的最终热处理作组织准备。 2.最

10、终热处理的位置 最终热处理后零件的硬度一般较高，除磨削外通常 不需要进行其他切削加工，一般安排在半精加工 之后，磨削加工之前。 钢的表面热处理 热处理 普通 热处理 表面 热处理 退火;正火; 淬火;回火; 表面淬火 化学 热处理 感应加 热淬火 火焰加 热淬火 渗碳;渗氮; 碳氮共渗; 一、表面淬火 定义： 仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的 热处理工艺。 表面淬火可采用感应加热、火焰加热、激光 加热等。生产中常用感应加热。 感应加热的原理： 利用感应电流通过工 件所产生的热效应，使工件 表面受到局部加热，并进行 快速冷却。由于交流电的集 肤效应，靠近工件表面的电 流密度大，而中心几乎为

11、零 。工件表面温度快速升高到 相变点以上，而心部温度仍 在相变点以下。 淬火后进行180 200 低温回火，以降低淬火应力 和脆性，并保持高硬度和高 耐磨性。 表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢, 如45、40Cr、40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件 的表面硬化，提高表面耐磨性，同时保持工件心 部良好的强韧性。 表面淬火也可用于高碳钢，主要是一些承受较小 冲击和交变载荷的工具、量具等。 感应加热淬火所用的电流频率越高， 淬火后工件淬硬层越薄。 二、钢的化学热处理 定义 n将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使 一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学 成分和组织，达到改进表面性能，满足技术 要

12、求的热处理过程。 化学热处理通常根据渗入元素的种类而命名 ，如渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 1. 渗碳 为了增加表层的碳含量和获得一定碳浓度梯 度, 钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原 子渗入表面的工艺称为渗碳。 气体渗碳的工艺过程 将工件装在密封的渗碳炉中，加热到900 950 ，向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有 机液体，或直接通入煤气、石油液化气等气 体，通过化学反应产生活性碳原子，随后活 性碳原子被工件表面吸收而溶入奥氏体中， 使钢件表面渗碳，并不断向工件扩散而形成 一定深度的渗碳层。渗碳使低碳(碳质量分 数为0.150.30%)钢件表面获得高浓度碳 （碳质量分数约1.0%）。 渗碳用钢通常为低

13、碳钢和低碳合金钢，如 20，20Cr，20CrMnTi等。 钢渗碳、淬火、回火后的性能 表面硬度高 达58 HRC64 HRC以上, 耐磨性较 好；心部韧性较好, 硬度可达30 HRC45 HRC。 疲劳强度高 表层体积膨胀大，心部体积膨胀小， 结果在表层中造成压应力，使零件的疲劳强度提 高。 渗碳件特别适于制造在重载、磨损、冲击条件下 工作的零件。 2. 钢的渗氮 向钢件表面渗入氮的工艺。渗氮的目的在于 更大程度地提高钢件表面的硬度和耐磨性， 提高疲劳强度和抗蚀性。 常用的氮化钢有35CrAlA, 38CrMoAlA, 38CrWVAlA等。 目前广泛应用的是气体氮化。 其工艺过程是：氨被加

14、热分解出活性氮原子 2NH33H2+2N)， 氮原子被钢吸收并溶 入表面，在保温过程中向内扩散，形成渗氮 层。 钢的渗氮的特点： 1）氮化温度低, 零件变形小。主要用于耐 磨性、精度均要求很高的零件。 2）钢件氮化后具有很高的硬度(1000 HV 1100 HV), 且可以保持到600 650 不 下降, 具有很高的耐磨性和热硬性。 3）钢氮化后, 渗层体积增大, 造成表面压应 力, 使疲劳强度大大提高。 4）渗氮时间长，工艺较复杂，渗层较薄。 注意： 由于渗氮工艺较复杂，时间长，成本较高， 氮化层较薄而且有一定脆性. 因此只用于冲击载荷小、耐磨性和精度要求 较高的零件，或要求具有一定耐热性的

15、耐磨 零件，如排气阀、精密机床丝杠、镗床主轴 、汽轮机阀门等。 此外，为了保证工件心部的力学性能，通常 在渗氮前要进行调质处理。 表面热处理和化学热处理的比较 处理方法表面感应淬火渗碳渗氮 所用钢种 中碳钢钢、中碳低 合金钢钢 低碳钢钢、低碳合 金钢钢 中碳合金钢钢 处理工艺 调质调质 ，表面淬火 +低温回火 渗碳，整体淬火 +低温回火 调质调质 ，去应应力 退火，渗氮 生产周期 很短，几秒至几 分 长长，约约39小时时很长长，约约 3050小时时 表层深度(mm) 0.57(频频率越高, 淬硬层层越浅) 0.52.50.40.6 表层硬度HRC 526358646872 耐磨性 较较好良好最

16、好 疲劳强度 良好较较好最好 耐蚀性 一般一般最好 常用的加工工艺路线 整体淬火：铸锻焊 退火或正火 粗加工、半精 加工 淬火+回火 磨削。 表面淬火：铸锻焊 退火或正火 粗加工 调质 半精加工 表面淬火+低温回火 精加工(磨削) 渗碳：铸锻焊 正火 粗加工 渗碳 淬火+低温回火 精加工(磨削) 渗氮：铸锻焊 退火 粗加工 调质 半精加工 去应力退火 粗磨 渗氮 精磨 镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高 ，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极 高的硬度（6870HRC） ，硬化层深 0.5mm ，心部有较高的综合力学性能，材 料选用38CrMoAlA。 请选择热处理方法，并编写加工路线（采用 锻