【PPT课件】工业生产加工技术

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1、第四节 钢的热处理,一、概述,1 、定义:将金属或者合金在固态范围内，通过加热、保温、冷却的有机配合，改变其内部组织而得到所需要的性能的一种工艺过程。,2 、热处理工艺分类,热处理基本工艺方法,3 、热处理的目的,热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能。预备热处理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，为后续冷加工，最终热处理作组织准备。 最终热处理目的：使工件获得所要求的性能。 通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省能源，而且能够提高机械产品质量。,*二、钢的退火 1、 概念： 将钢

2、件加热到适当温度 ，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。 2、 目的： （ 1）降低硬度，提高塑性; （ 2）细化晶粒，消除组织缺陷 ;（ 3）消除内应力 ;（ 4）为淬火作好组织准备 。,3、类型：（1） 完全退火： 目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。 适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸，焊，锻，轧制件等。 （2） 球化退火 使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化退火。 目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。 适用范围：主要用于刃具、量具、模具等。,（3）均匀化退火（扩散退火） 目的：使成分均匀化。适用范围：主要

3、用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。（） 去应力退火 为去除由于塑性变形加工 ,焊接等而造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。适用范围：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定加工件的尺寸，减少变形，防止开裂。,*三、钢的正火 1、概念： 将钢件加热到一定温度，保温适当时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺称为钢的正火。 2、 目的：细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。 3、应用范围： （1）改善钢的切削加工性能。（2）消除热加工缺陷。（3）消除网状碳化物，便于球化退火。（4）提高普通结构零件的机械性能。,4 特点,a. 冷却速度快于退火，所获得的组织

4、更细；b. 强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低；c.可以消除网状渗碳体； d.生产率高、能源消耗少。,*四、钢的淬火1、定义：是将工件加热到临界温度以上3050度，保温一定时间，然后在水或盐水或油中急速冷却。 。目的：提高钢的硬度和强度。但急速冷却引起内应力，使钢变脆，所以淬火后必须回火，以得到较高的强度、硬度和韧性。,1-单液淬火2-双液淬火3-分级淬火4-等温淬火 淬火冷却方式示意图,2、淬火介质 常用的有三种： 水： 650400范围内冷却速度较小，不超过200/s ，此外，水温对水的冷却特性影响很大，因此淬火时水温不应超过 30，加强水循环和工件的搅动可以加速工件在高温区的冷

5、却速度。 水虽不是理想淬火介质，但却适用于尺寸不大、形状简单的碳钢工件淬火。,油：不适用于碳钢，300200范围内冷很慢，有利于淬火工件的组织应力，减少工件变形和开裂倾向。 与水相反，提高油温可以降低粘度，增加流动性，但是油温过高，易着火，一般应控制在 6080。适用于比较稳定的合金钢。有机水溶液作为淬火介质：美国应用浓度为 15聚乙烯醇、0.4抗粘附剂、0.1防泡剂的淬火介质，以及国内使用比较广泛的新型淬火介质有过饱和硝盐水溶液等。它们的共同特点是冷却能力介于水、油之间，接近于理想淬火介质。常用于处理形状复杂、尺寸较小和变形要求严格的工件。,3、淬火方法 （1） 单介质淬火 优点：操作简单、

6、易实现机械化、应用广泛。 缺点：水中淬火变形与开裂倾向大；油中淬火冷却速度小，淬透直径小，大件无法淬透。 （2） 双介质淬火 优点：减少热应力与相变应力，从而减少变形、防止开裂。 缺点：工艺不易掌握，要求操作熟练。 适用于中等形状复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢工件。 （3）局部淬火 为了避免工件其它部分产生变形或开裂，即可用局部淬火 。,4、钢的淬火缺陷及其防止 （1） 淬火工件的过热和过烧 工件在淬火加热时，由于温度过高或者时间过长造成的缺陷称为过热。 淬火加热温度太高，使局部熔化或者发生氧化的现象称为过烧。 过烧是严重的加热缺陷，工件一旦过烧无法补救，只能报废。过烧的原因主要是设备失灵或操

7、作不当造成的。高速钢淬火温度高容易过烧，火焰炉加热局部温度过高也容易造成过烧。,（2）淬火加热时的氧化和脱碳 淬火加热时，钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小，表面光洁程度降低，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。（3） 淬火时形成的内应力 有两种情况： 工件在加热或冷却时，由于不同部位存在着温度差别而导致热胀或冷缩不一致所引起的应力称为热应力。 由于热处理过程中各部位冷速的差异使工件各部位相转变的不同时所引起的应力称为相变应力。,*五、钢的回火1、定义：钢件淬火后，再加热到 某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺

8、称为回火。,回火工艺,TAc1,空冷,2、 回火目的 （1） 稳定组织，消除淬火应力 （2） 调整硬度、强度、塑性、韧性 3、回火方法： （1）低温回火（150250），主要用于高碳钢，合金工具钢制造的刃具、量具、模具及滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火件等。 （）中温回火（ 350 500 ），主要用于弹性件及模具处理。,（）高温回火（ 500650），主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，等重要的机器零件。 通常在工业上将钢件经淬火高温回火的复合热处理工艺称为调质。4、回火时间：一般为小时 5、回火冷却：一般空冷。一些重要的机器和工模具，为了防止重新产生内应力和变形、开裂，通常都采用缓慢的冷

9、却方式。对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。,回火分类,六、表面热处理,有需求： 如汽车、拖拉机上的传动齿轮，其表面硬度要求为5862HRC，而心部硬度则要求为3338HRC。成本低：方法简单： 通过快速加热与立即淬火冷却相结合的方法来实现表硬、心韧。,（一）表面淬火,1、感应加热表面淬火,【集肤效应】（1）感应加热表面淬火的分类高频中频工频超音频,（2）感应加热表面淬火的特点,淬火温度高： (Ac3+80150 )表面硬、脆性低 ：疲劳强度高： 表面产生体积膨胀而形成压应力。表面质量好、变形小：不易氧化、脱碳，变形小。生产过程易于控制：适用于大批量生产。不 足：

10、设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。,2 、火焰加热表面淬火,常用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热常用材料为中碳钢和中碳合金钢，还可用于灰铸铁、合金铸铁等铸铁件。淬硬深度一般为26mm。主要适用于单件或小批量生产的大型零件和需要局部淬火的工具及零件等。缺点是加热不均，易造成工件表面过热，淬火质量不稳定。,火焰加热表面淬火示意图,（二）钢的化学热处理,（1）化学热处理： 将金属或合金工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层，以改变其表面化学成分、组织和性能的热处理工艺。（2）化学热处理的主要特点： 表层不仅有组织的变化，而且有成分的变化，故性能改变的幅度大。其主要作用是强化和

11、保护金属表面。,（3）化学热处理的基本过程,加热将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子；分解由化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子；吸收活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；扩散渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。,（4）化学热处理方法,渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性质；渗氮、渗硼、渗铬使工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐蚀性；渗铝可提高耐热抗氧化性；渗硫可提高减摩性；渗硅可提高耐酸性等。最常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗及氮碳共渗。,（5）钢的渗碳,将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。 目的是使低碳(wc

12、=0.100.25%)钢件表面得到高碳(wc=1.01.2%)，经适当的热处理(淬火+低温回火)后获得表面高硬度、高耐磨性；而心部仍保持一定强度及较高的塑性、韧性， 适用于同时受磨损和较大冲击载荷的低碳、低合金钢零件，如齿轮、活塞销、套筒及要求很高的喷油嘴偶件等。,钢的渗碳原理示意图,（6）钢的渗氮（氮化）,在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳极限和耐蚀性特点：表面高硬度和耐磨性；高疲劳强度；高的抗腐蚀能力；渗氮后工件变形小，无需热处理。应用：耐磨性和精度都要求较高的零件，或要求抗热、抗蚀的耐磨件,（7）钢的碳氮共渗,向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程。方

13、法：液态碳氮共渗和气体碳氮共渗。目的：提高工件的表面硬度、耐磨性和疲劳极限。,（三）表面气相沉积,气相中的纯金属或化合物在零件表面沉积，形成具有特殊性能膜层的方法。 化学气相沉积：通过气相化学反应在金属表面沉积元素或化合物层，由于沉积温度高，工件变形大，只能用于少数几种能承受高温的材料。 物理气相沉积：通过真空蒸发或真空溅射等物理过程，使金属表面沉积元素或化合物层，温度低，发展较快。,七、影响热处理件质量的因素,（一）热处理工艺因素氧化和脱碳氧化：在氧和氧化性气体的作用下，金属表面生成氧化皮的现象。脱碳：工件表面的碳被氧化，碳含量减少的现象。解决方法：1、采用脱氧良好的盐浴炉加热；2、在可控保

14、护气氛炉中加热；3、真空炉中加热 ；4、正确控制加热温度与保温时间。,变形与开裂由淬火应力引起（热应力和相变应力）当淬火应力超过钢的屈服极限时，引起工件变形当淬火应力超过钢的强度极限时，引起工件开裂解决措施：1、合理的锻造与预先热处理；2、合理的淬火工艺；3、淬火后及时回火。（二）工件的结构因素,零件外形要避免尖角或棱角，减少台阶,零件外形尽量简单、壁厚均匀,零件外形力求对称，减小变形或有规律,八、热处理技术条件的标注及工序位置的安排,（一）热处理技术条件的标注 最终热处理方法及热处理后应达到的力学性能指标（硬度值）。,（二）热处理工序位置的安排预先热处理的工序位置 1、退火、正火：安排在毛坯

15、生产之后，切削加工之前。毛坯生成退火或正火机械加工。 2、调质：粗加工之后，精加工或半精加工之前。下料锻造正火（或退火） 机械粗加工调质机械精加工。,最终热处理的工序位置1、淬火（1）整体淬火件加工路线：下料锻造正火（或退火） 机械粗加工、半精加工淬火、回火磨削。（2）感应加热表面淬火件的加工路线：下料锻造正火（或退火） 机械粗加工调质机械半精加工感应加热表面淬火、低温回火磨削。2、渗碳：下料锻造正火机加工渗碳淬火、低温回火磨削。3、渗氮：下料锻造退火机械粗加工调质机械精加工去应力退火粗磨渗氮精磨。,常用化学热处理方法,第三节焊接,一、焊接方法的概述 焊接是一种低成本、高科技连接材料的可靠工艺方法。到目前为止，还没有另外一种工艺比焊接更为广泛地应用于材料间的连接，并对所焊产品产生更大的附加值。因此无论现在和将来，焊接都是成功地将各种材料加工成可投入市场产品的首选工艺。焊接技术已发展成为融材料学、力学、热处理学、冶金学、自动控制学、电子学、检验学等学科为一体的综合性学科。,