热处理部分修改讲解

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1、以下资料，仅供参考 热处理基础知识 山东海洋环保设备有限公司 讲稿人：迟金祥 2014年5月12日 热处理基础知识 以上内容由于本人水平有限，难免会出 现不妥和错误以及疏漏之处，欢迎大 家提出，让我们共同进步。 热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却，使 金属或合金的组织结构发生变化，从而获得预期的性 能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等) 的操作工艺称为热处理。 工件热处理的目的是通过热处理这一重要手段， 来改变(或改善)工件内部组织结构，从而获得所需要 的性能并提高工件的使用寿命。 金属热处理工艺基本知识 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过 程，有时只有加热和冷却两个过程。

2、这些过程互相 衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。 热处理工艺基本知识 1. 金属热处理工艺基本知识 热处理过程中四个重要因素: 在热处理时，因工件的大小不同，形状不 同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理过 程中，要用不同的加热速度、最高的加热温度、 保温时间和冷却速度。通常把加热速度、最高加 热温度、保温时间和冷却速度称为工件热处理的 四个要素，也称工艺参数。正确地确定和保证实 施好工艺，就能获得预期的效果，并将得到满意 的性能。 从数学的观点看，热处理的质量是温度和 时间的函数，所以工件的热处理工艺规范可用时 间一温度为坐标表示出来，任何工件的热处理， 都应包括： 1. 金属热

3、处理工艺基本知识 图1 热处理规范示意图 （a）简单的热处理规范 （b)复杂的热处理规范 都应包括 四个重要因素: (1)加热速度V； (2)最高加热温度T; (3)保温时间h; (4)冷却速度Vt. Fe-Fe3C相图中铁碳合金的分类 按合金中碳质量分数和显微组织的不同，铁碳合金可分 为三大类： 1. 工业纯铁 它是wc0.02%的铁碳合金。 2. 碳素钢 它是0.02%wc2.11%的铁碳合金。按起室 温下先微组织的不同又分为三种： 共析钢： wc=0.77% 亚共析钢：0.02%wc0.77% 过共析钢：0.77%wc2.11% 3.白口铸铁 它是2.11%wc6.69%的铁碳合金。按其

4、 室温下显微组织的不同又分为三种： 共晶白口铸铁： wc=4.3% 亚共晶白口铸铁：2.11%wc4.3% 过共晶白口铸铁：4.3%wc6.69% 1） 钢的退火与正火 2.钢的热处理基本工艺及应用 退火与正火的目的 调整硬度以便进行切削加工 消除残余应力 细化晶粒，改善组织 为最终热处理做好组织上的准备 退火：将钢加热、保温，然后缓慢冷却的热处理工 艺。 退火工艺可分为完全退火、等温退火、球化退火 、去应力退火、再结晶退火等，如图所示。 图3 箱式炉 图2 各种退火及正火的加热范围 完全退火 将亚共析钢加热到Ac3+3050，保温后缓冷 的退火工艺称为完全退火。 目的：降低硬度，消除内应力。

5、 等温退火 将亚共析钢加热到 Ac3 +3050、过共析 钢加热到Ac1+3050， 保温后快冷到Ar1以下 某一温度保温，然后出 炉空冷。如图是高速钢 等温退火与普通退火的 比较 图3 高速钢等温退火与普通退火的比较 球化退火 将共析钢或过共析钢加热到 Ac1 +2030，保温 适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火。 目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状 珠光体，为后面的淬火作组织准备。 扩散退火 将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷 却的热处理工艺称为扩散退火。 目的：消除成份偏析。 去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却 的热处理工艺称为去应力退火

6、。 目的：消除铸、锻、焊的内应力。 正火是将钢加热到 Ac3或 Accm以上3050，保 温后空气中冷却的热处理工艺。 正火具有以下几方面的应用： 含碳量0.25%经正火后硬度提高，改善了切削 加工性能。 消除过共析钢中的二次渗碳体。 作为普通结构零件的最终热处理。 正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二者 的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图所 示。 图3 正火与退火后组织的比较 重要构件的焊接、合金钢的焊接及厚部件的焊接，都要求在焊前必须预热。焊 前预热的主要作 用如下： （1）预热能减缓焊后的冷却速度，有利于焊缝金属中扩散氢的逸出，避免产生 氢致裂纹。同时也减少焊缝及热影响区

7、的淬硬程度，提高了焊接接头的抗裂性 。 （2）预热可降低焊接应力。均匀地局部预热或整体预热，可以减少焊接区域被 焊工件之间的温度差（也称为温度梯度）。这样，一方面降低了焊接应力，另 一方面，降低了焊接应变速率，有利于避免产生焊接裂纹。 （3）预热可以降低焊接结构的拘束度，对降低角接接头的拘束度尤为明显，随 着预热温度的提高，裂纹发生率下降。 焊后热处理的目的有三个：消氢、消除焊接应力、改善焊缝组织和综合性能。 焊后消氢处理，是指在焊接完成以后，焊缝尚未冷却至100以下时，进行的低 温热处理。一般规范为加热到200350，保温2-6小时。焊后消氢处理的主要 作用是加快焊缝及热影响区中氢的逸出，对

8、于防止低合金钢焊接时产生焊接裂 纹的效果极为显著。 在焊接过程中，由于加热和冷却的不均匀性，以及构件本身产生拘束或外加拘 束，在焊接工作结束后，在构件中总会产生焊接应力。焊接应力在构件中的存 在，会降低焊接接头区的实际承载能力，产生塑性变形，严重时，还会导致构 件的破坏 消应力热处理是使焊好的工件在高温状态下，其屈服强度下降，来达到松弛焊 接应力的目的。常用的方法有两种：一是整体高温回火，即把焊件整体放入加 热炉内缓慢加热到一定温度然后保温一段时间，最后在空气中或炉内冷却。用 这种方法可以消除80%-90%的焊接应力。另一种方法是局部高温回火，即只对 焊缝及其附近区域进行加热，然后缓慢冷却，降

9、低焊接应力的峰值，使应力分 布比较平缓，起到部分消除焊接应力的目的。 有些合金钢材料在焊接以后，其焊接接头会出现淬硬组织，使材料的机械性能 变坏。此外，这种淬硬组织在焊接应力及氢的作用下，可能导致接头的破坏。 如果经过热处理以后，接头的金相组织得到改善，提高了焊接接头的塑性、韧 性，从而改善了焊接接头的综合机械性能。消氢处理是在300400度加热温度 范围内保温一段时间。 目的是加速焊接接头中氢的逸出，消氢处理效果比低温后热更好。焊接后及焊 后热处理，焊后及时后热及消氢处理是防止焊接冷裂纹的有效措施之一， 对于厚度超过100mm的厚壁压力容器及其他重要的产品构件，焊接过程中，为 防止因厚板多道

10、多层焊氢的积聚而导致的氢致裂纹，应进行2到3次中间消氢处 理 热处理 8.1 成形受压元件的恢复性能热处理 8.1.1 钢板冷成形受压元件，当符合下列a）e）中任意条件之一，且变 形率超过表4的范围，应于成形后进行相应热处理恢复材料的性能。 a)盛装毒性为极度或高度危害介质的容器； b)图样注明有应力腐蚀的容器； c)对碳钢、低合金钢，成形前厚度大于16 mm者； d)对碳钢、低合金钢，成形后减薄量大于10%者； e)对碳钢、低合金钢，材料要求做冲击试验者。删除 表4 冷成形件变形率控制指标 8.1.2 分步冷成形时，若不进行中间热处理，则成形件的变形率为各分步成形 变形率之和；若进行中间热处

11、理，则分别计算成形件在中间热处理前、后的 变形率之和。 8.1.3 若需消除温成形工件的变形残余应力，可参照8.1.1对冷成形工件的热 处理条件和要求进行。 8.1.4 若热成形或温成形改变了材料供货热处理状态，应重新进行热处理，恢 复材料供货热处理状态。 8.1.5 当对成形温度、恢复材料供货热处理状态的热处理有特殊要求时，应遵 循相关标准、规范或设计文件的规定。 8.2 焊后热处理(PWHT) 容器及其受压元件按材料、焊接接头厚度（即焊后热处理厚度，PWHT）和设 计要求确定是否进行焊后热处理。 8.2.1 焊接接头厚度应按下列规定确定： a) 对等厚全焊透对接接头为钢材厚度； b) 对于

12、对接焊缝和角焊缝为焊缝厚度； c) 对于组合焊缝为对接焊缝与角焊缝厚度中较大者； d) 当不同厚度元件焊接时： 不等厚对接接头取较薄元件的钢材厚度； 壳体与管板、平封头、盖板及其他类似元件的B类焊接接头，取壳体厚度 ； 接管与壳体焊接时，取接管颈厚度（删除）壳体厚度、补强圈厚度和连接 角焊缝厚度中较大者； 接管与法兰焊接时，取接头处接管颈厚度；对于GB 150.3-2011图7-lg)所 示结构取法兰厚度； 对于GB 150.3-2011附录D图D12 b）所示内封头连接结构取圆筒和封头 厚度的大者； 非受压元件与受压元件焊接时，取焊缝厚度 8.2.2 容器及其受压元件符合下列条件之一者，应进

13、行焊后热处理，焊后热处理 应包括受压元件间及其与非受压元件的连接焊缝。当制订热处理技术要求时， 满足以下规定外，还应采取必要的措施，避免由于焊后热处理导致的再热裂纹 。 8.2.2.1 焊接接头厚度符合表5规定者。 表5 需进行焊后热处理的焊接接头厚度 8.2.2.2 图样注明有应力腐蚀的容器。 8.2.2.3 用于盛装毒性为极度或高度危害介质的碳素钢、低合金钢制容器。 8.2.2.4 当相关标准或图样另有规定时。 8.2.3 对于异种（改为不同）钢材之间的焊接接头，按热处理要求不同的，按高者 确定是否进行焊后热处理。 8.2.4 当需对奥氏体型不锈钢、奥氏体一铁素体型不锈钢进行焊后热处理时，

14、按设 计文件规定。 8.2.5 除设计文件另有规定，奥氏体型不锈钢、奥氏体一铁素体型不锈钢的焊接接 头可不进行热处理。 8.2.6 焊后热处理要求 8.2.6.1 制造单位应按设计文件和标准的要求在热处理前编制热处理工艺。 8.2.6.2 不得使用燃煤炉进行焊后热处理。 8.2.6.3 热处理装置（炉）应配有自动记录温度曲线的测温仪表，并能自动绘制热 处理的时间与工件壁温关系曲线。 8.2.6.4 整体焊后热处理可以是炉内整体加热方法或容器内部加热方法。在可能情 况下，应优先采用炉内整体加热方法；当无法整体加热时，允许分段加热进行。 分段热处理时，其重复加热长度应不小于1500mm，且相邻部分

15、应采取保温措施 ，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。热处理操作应符合8.2.7 的规定。 8.2.6.5 B、C、D、E 类焊接接头，球形封头与圆筒连接接头以及缺陷焊补部位， 允许采用局部热处理。局部热处理有效加热范围应符合下列规定： a）焊缝最大宽度两侧各加PWHT 或50mm，取两者较大值； b）返修焊缝端部方向上加PWHT 或50mm，取两者较大值； c）接管与壳体相焊时，应环绕包括接管在内的筒体全圆周加热，且在垂直于焊缝 方向上自焊缝边缘加PWHT 或50mm，取两者较大值。 局部热处理的有效加热范围应确保不产生有害变形，当无法有效控制变形时，应 扩大加热范围，例如对圆筒全周长范围进

16、行加热；同时，靠近加热区的部位应采 取保温措施，使温度梯度不致影响材料的组织和性能。 8.2.6.6 复合钢板容器及其受压元件热处理时，应采取措施保证容器（特别是覆层 材料性能）满足使用要求。 8.2.7 焊后热处理操作 8.2.7.1 碳素钢、低合金钢的焊后热处理操作应符合如下规定： a）焊件进炉时炉内温度不得高于400； b）焊件升温至400后，加热区升温速度不得超过5500/PWHT/h，且不得超过 220/h，一般情况下不低于55/h； c）升温时，加热区内任意4600 mm 长度内的温差不得大于120； d）保温时，加热区内最高与最低温度之差不宜超过80； e）升温及保温时应控制加热区气氛，防止焊件表面过度氧化； f）炉温高于400时，加热区降温速度不得超过7000/PWHT/h，且不得超过 280/h，一般情况下不低于55/h； g）焊件出炉时，炉温不得高于400，出炉后应在静止空气中