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1、常用材料的热处理工艺,制作：自动化-工程部 时间：2016年5月6日,目录,热处理工艺的技术前景,2019/11/12,一. 热处理的发展史及定义,中国古代热处理,材料热处理在中国有着悠久的历史，许多发明和技术在世界热处理史上处于遥遥领先的地位，其中不少成果还传播到了世界各地，对世界热处理技术的进步起到了直接的促进作用。,（1）人类自觉进行热处理最早事例： 中国古代将火用于材料热处理是从新石器时代开始的，由于火，由于热处理，使粘土转变为经久、耐火、耐水的陶器；,唐三彩,彩陶,黑陶,白陶,瓷器,青花瓷,素三彩,（2）退火工艺的发明是人类金属热处理开端 人类应用铜的历史可追溯到公元前7250年以前
2、。 早期的铜及其合金不经过退火是不适宜进行大形变量加工的。铜及其合金容易发生加工硬化。 中间退火产生再结晶使铜合金软化，以便进行进一步的加工，这一技术以后广泛应用于制造兵器和生活器具。,（3）固体渗碳制钢术,固体渗碳是采用将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺技术，它是最古老的热处理技术之一。 中国固体渗碳处理大约开始于春秋时期，其年代大约在公元前7至前6世纪左右，是金属化学热处理的开端。,铜爵,青铜剑,戈,中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王刘胜生前的佩剑,经过表面渗碳处理，获得心部柔韧表面硬化的良好使用性能，心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了
3、表面热处理工艺渗碳,天工开物叙述了古代制针用的渗碳剂和固体渗碳工艺以及制针工艺中间工序消除内应力的退火 。书中还记载有锉刀翻新工艺的记载，说明齿尖已磨损的旧锉刀，先退火再用錾子划齿。,2019/11/12,热处理？,热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。,实际中的应用,齿轮采用正确的热处理工艺，如采用正火、回火、淬火、渗碳、渗氮，调质等方式中的一项或几项相结合，可使寿命比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高。,齿轮淬火,轴承采用适当的热处理方式，如：淬火、
4、退火、回火等，可以提高轴承的硬度、耐磨性、抗腐蚀性。,油钢或铬钢锯条采用直接油淬、低温回火、空冷，退火后加工成型，再淬火+低温回火等一系列热处理方式不但可以增强锯条的刚度还能增加韧性以及耐磨性和刀刃的锋利性。,刀经过淬火增强其硬度，再回火后提高耐磨性和刀刃的锋利性。,军刀,二. 热处理的分类及工艺特点,热处理的分类,碳钢各种热处理工艺示意图,退火？,将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺。,使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。,普通热处理,降低硬度，提高塑性，便于切削加工,消除内应力，提高
5、组织和成分的均匀化,细化晶粒、为后续的热处理做组织准备,完全退火,等温退火,球化退火,扩散退火,去应力 退火,再结晶 退火,退火的种类 有哪些？,完全退火 (重结晶退火),将工件加热到Ac3+3050,保温后随炉冷却到500以下 在空气中冷却退火工艺，主要用于亚共析钢 。,真空退火炉,台车退火炉,所谓“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶。通过完全退火来细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。,重结晶退火（完全退火）,多用于铸、焊件及中碳钢和中碳合金钢锻轧件等。,等温退火,亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热到Ac1+3
6、050， 保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留(待奥氏体转变为珠光体)， 待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更 适合于孕育期长的合金钢.,等温退火可使钢材组织均匀，硬度降低，防止产生白点，多用于中碳合金钢和某些高碳合金钢的重型铸锻件及冲压体等。（组织与硬度相比完全退火更为均匀）,等温退火：790-810度加热， 710-720度等温，空冷-HB207-229,等温退火的齿轮,球化退火,将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用过 共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的
7、钢种）。,其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高机械韧性。尤其对于轴承钢、工具钢等钢种而言。,目的？,锉刀,量具，刃具,如在淬火前实施球化退火，即可获得下列效果： 轴承钢 淬火效果均一； 减少淬火变形； 提高淬火硬度； 改善工件切削性能； 提高耐磨性和抗点蚀性等轴承的性能。,工具钢 淬火效果均一； 抑制淬裂、淬弯等现象； 提高耐磨性、刀刃锋利程度及使用寿命。,轴承钢,轴承,车刀,丝锥,铣刀,盘铣刀,方法是在材料不发生熔化的前提下 ，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓慢冷却的热处理工艺
8、（也称均匀化退火）。,扩散退火,这种退火的目的是，为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性以达到改善钢的组织，提高钢的力学性能的目的。,扩散退火可以在专用退火炉内进行，也可以在开坯轧制之前的加热过程中进行。扩散退火加热温度很高，时间较长，消耗热量大而生产率低，只有在必要时才使用。因此，扩散退火多用于优质合金钢及偏析现象较为严重的钢或合金。,棒料,板坯,铸件,缺点：,去应力退火,去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。,去应力退火工艺曲线,焊接完后
9、有局部残余应力,变形件,焊接件,不同的工件去应力退火工艺 参数见下表,去应力退火可去除车削时产生的局部残余应力,丝杠在加工前对毛坯处理消除内应力,主轴在粗加工后对其去应力退火防止变形,再结晶退火,再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，目的是消除形变强化和残余应力。应用于冷扎，冷拉，冷压方面。,再结晶退火用于经加工硬化的钢件，可降低硬度，提高塑性，以便加工继续进行，因此，再结晶退火是冷作加工后钢的中间退火。,铜的再结晶退火主要目的是消除内应力,防止黄铜的应力腐蚀开裂和工件在切削加工过程中发生变化。,超低碳（0.03%）不锈钢在冷变形加
10、工后再结晶退火去除加工硬化，消除加工应力。,重结晶和再结晶的区别 重结晶和再结晶最本质的区别是前者发生了相变，是属于从低温相（铁素体）升温转变为高温相（奥氏体）在降温发生相变，形核形成晶粒，这一过程为重结晶。再结晶一般是指较大变形量的金属材料在随后的加热过程中（回火，再结晶退火），严重变形的晶粒发生回复，行核长大，形成细小的等轴晶粒，这一过程不会发生相变，只有应变能的释放。,重结晶过程示意图,正火？,正火温度,又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。,正火的应用范围,正火可避免在淬火时产生裂纹,正火可以提高
11、零件的硬度、强度、耐磨性,柴油机曲轴,柴油机连杆,主轴,齿轮,淬火？,钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。,盐浴炉,淬火的目的,使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火
12、满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。,十种常用淬火方式,水淬,油淬,球磨机衬板采用热稳定性能好的专用双介质淬火剂为介质，使产品达到高强度、高硬度和高韧性的配合，以满足了耐磨损的工艺要求,回火？,是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度（Ac1）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。,回火一般紧接着淬火进行，其目的是： （a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂； （b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求； （c）稳定组织与尺寸，保证精度； （d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要 工序。通
13、过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。,井式回火炉,回火,按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。,回火可提高螺栓和轴的强度以及韧性和塑性,回火可释放拉丝和卷簧过程中造成的残余应力,回火可提高钻头的韧性和刚度,表面热处理,表面淬火,是指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。,表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 适用于：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。,表面淬火分类：,感应加热、火焰加热、电接触加热；,1. 感应加
14、热,感应加热设备,感应加热: 利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。,感应加热表面淬火示意图,感应加热分为： 高频感应加热：高频淬火多数用于工业金属零件表面淬火，是使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的一种金属热处理方法。频率为250-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm,感应加热表面淬火齿轮的截面图,高频感应器,高频淬火淬火具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点，所以感应加热设备在金属表面热处理中得到了广泛应用。如:高强度螺栓、螺母、齿轮、链轮、轴类、硬质合金刀头、锯片、截齿、钎头、钻杆、煤钻头、风钻头等矿山设备的焊接。,
15、链轮,截齿,钻杆,煤钻头,中频感应加热 用于加热金属零件及表面局部淬火，频率为2500-8000Hz，淬火层深度2mm-15mm，如金刚石锯片、钻头、车刀、硬质合金、齿轮、汽车万向节、曲轴、紧固件等。,汽车万向节,中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴,加热轴类,低频感应加热 用于加热金属零件及表面淬火，频率为50Hz，淬火层深度10mm-15mm，如：轧辊、微波炉。,磨床主轴,1. 高频淬火淬硬层浅（1.52mm），硬度高、工件不易氧化、变形小、淬火质量好、生产效率高，适用于摩擦条件下工作的零件，如一般较小的齿轮、轴类（所用材料为45号钢、40Cr）； 2. 中频淬火淬硬层较深（35mm），适用于
16、承受扭曲、压力负荷的零件，如曲轴、大齿轮、磨床主轴等（所用材料为45号钢、40Cr、9Mn2V和球墨铸铁）。,高频淬火和中频淬火的区别,轧辊,2. 火焰加热,利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制。,1）加热速度快，土坯料表面的氧化、脱碳也非常少。它可以使土坯料获得较高的疲劳性能； 2）短的加热时间有利于局部加热。加热区温度可以迅速建立，温度过度区比较窄，即减少了电能的损耗，又利于有些局部加热工件的锻压成形； 3）加热速度快，氧化皮少，使模具寿命延长（有资料表明，仅由于感应加热氧化皮少一项，可以使模具寿命提高30%）。,优点,含碳量在0.35-0.7.%之间的碳素钢。 含碳量在0.20-0.60%之间的低合金钢。 含碳量在0.20以上的12Cr13型不锈钢 含碳量在0.60-0.80%以上的的灰铸铁与球墨铸铁等。,适用材料：,火焰加热表面淬火,加热轴类,加热管类,加热齿轮表面,激光热
