阀门热处理基础知识讲解

《阀门热处理基础知识讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《阀门热处理基础知识讲解（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、热处理基础热处理基础 知识知识 一、钢的热处理一、钢的热处理 原理原理 1、铁的同素异晶转变 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化 铁具有多晶型性，纯铁在1538结晶为-Fe ，x射线结构分忻表明，它具有体心立方晶格 ，当温度继续冷却至1394时，-Fe转变为 面心立方晶格的-Fe，通常把-Fe到-Fe 的转变称为A4转变，转变的平衡临界点称为A4 点，当温度继续降至912时，面心立方晶格 的-Fe又转变为体心立方晶格的-Fe，通常 把-Fe到-Fe的转变称为A3转变，转变的平 衡临界点称为A3点，在912以下，铁的结构 不再发生变化，这样一来，铁就具有三种同素 异晶状态，即-Fe、-Fe和-Fe 另

2、外，-Fe在770还将发生磁性转变，即由 高温的顺磁性状态转变为低温的铁磁性状态， 通常把这种磁性转变称为A2转变，把磁性转变 温度称为铁的居里点，在发生磁性转变时，铁 的晶格类型不变，所以磁性转变不属于相变 固态下的同素异晶转变与液态结晶一样，也是 形核与长大的过程，为了与液态结晶相区别， 将这种固态下的相变结晶过程称为重结晶，铁 的多晶型转变具有很大的实际意义，它是钢的 合金化和热处理的基础 2、铁碳合金相图 碳钢和铸铁都是铁碳合金，是应用最广泛的金 属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要 工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材 料的研究和使用、各种热加工工艺的制订以及 工艺废品原因的

3、分析都有很重要的指寻意义 铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体Fe- Fe3C和石墨，在通常情况下，碳以渗碳体形式 存在，即铁碳合金按Fe-Fe3C系转变，但是 Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可以分解为 铁(实际上是以铁为基的固溶体)和石墨，所以 石墨是碳存在的更稳定状态，这样一来，铁碳 相图就存在Fe-Fe3C和Fe-石墨两种形式，下面 主要介绍Fe-Fe3C相图 以相组成表示的铁碳相图 3、热处理的作用 热处理是将钢在固态下加热到顶定的温度，保 温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的 一种热加工工艺 通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而 改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘钢材的

4、潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量， 节约材料和能源 正确的热处理工艺还可以消除钢材经铸造、锻 造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷，细化 晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能 更加均匀 在生产工艺流程中，工件经切削加工等成形工 艺而得到最终的形状和尺寸后，再进行的赋于 工件所需使用性能的热处理称为最终热处理， 而将热加后为随后冷拔、冲压和切削加工或最 终热处理作好组织准备的热处理称为预备热处 理 二、钢的常见热二、钢的常见热 处理工艺介绍处理工艺介绍 1、退火 将组织偏离平衡状态的钢加热到适当的温度， 保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近乎 衡状态组织的热处理工艺称为退火 钢的退火工

5、艺种类很多，根据加热温度可分为 两大类，一类是在临界温度(Ac1或Ac3)以上的 退火，又称为相变重结晶退火，包括完全退火 、不完全退火、球化退火和扩散退火等，另一 类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火 及去应力退火等，根据冷却方式不同，退火又 可分为连续退火和等温退火等 阀门零件常用的三种退火，不完全退火与完全 退火、去应力退火 不完全退火：不完全退火是将钢加热至Ac1- Ac3 (亚共析钢)或Ac1-Accm (过共析钢)之间 ，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热 处理工艺，不完全退火加热温度较完全退火低 ，工艺周期也较短，消耗热能较少，可降低成 本，提高生产效率，因此，对锻造工艺

6、正常的 亚共析钢锻件，可采用不完全退火代替完全退 火，一般马氏体不锈钢如1Cr13、2Cr13、 1Cr17Ni2 等锻造后用此方法来达到目的 完全退火：完全退火是将钢加热到Ac3温度以 上，保温足够的时间，使组织完全奥氏体化后 缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺 ，完全退火的目的是为了细化品粒、均匀组织 、消除内应力和热加工缺陷、降低硬度、改善 切削加工性能和冷塑性变形性能，完全退火加 热温度不宜过高，一般在Ac3以上20、30， 退火后的冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在 Ar1温度以下不大的过冷条件下进行珠光体转 变，避免硬度过高，一般碳钢的冷却速度应小 于200h，低合金钢的冷却速度

7、应为100 h ，高合金钢的冷却速度应为50h 完全退火需要的时间很长，尤其是过冷奥氏体 比较稳定的合金钢，如将奥氏体化后的钢很快 阵至稍低于Ar1的温度等温，使奥氏体转变为 珠光体，再空冷至室温，则可显著缩短退火时 间，这种退火方法称为等温退火等温退火适用 于高碳钢、合金工具钢和高台金钢等。等温退 火还有利于工件获得均匀的组织和性能，但是 ，对于大截面工件和大批量炉料，等温退火不 易使工件内部达到等温温度，故不宜采用此法 ，在阀门零件中，35CrMo的螺栓用此工艺 去应力退火：为了消除铸件、锻件、焊接件、 冷冲压件以及机械加工工件中的残余内应力， 提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂，在 精

8、加工或淬火之前将工件加热至Ac1以下目一 温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，这种热 处理工艺称为去应力退火，钢件的去应力退火 加热温度很宽，应根据具体情况来决定，一班 在500-650之间，对于某些经受冷变形加工 的工件，如冷卷弹簧，为了消除冷卷时产生的 内应力，同时保持其高弹性极限，去应力退火 的温度应在250-300之间，保温后应缓慢冷 却，以免产生新的应力，冷至200-300出沪 ，再空冷至室温 2、正火 正火是将钢加热到Ac3 (对于亚共析钢)或Accm (对于过共析钢)以上适当的温度，保温一定时 间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却， 以得到珠光体类型组织的热处理工艺 正火与完全退

9、火相比，二者的加热温度相同， 但正火的冷却速度较快，转变温度较低 正火只适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适 用于高合金钢。因为高合金钢的奥氏体非常稳 定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织 正火的加热温度通常在Ac3或Accm以上30-50 ，正火是比较简单、经济的热处理方法，在生 产中应用较广泛，主要目的是为了细化晶粒， 使其组织更加均匀，改善机加工性能，在阀门 中一般25#，45#钢的零件采用此工艺 3、淬火 将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上一定温度保温一 定时问，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使 过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工 艺称为淬火，它可以显著提高钢的强度和硬度

10、 在正常淬火条件下，得到马氏体组织与零件材料含 碳量有关，含碳量高，马氏体多，硬度就高，所以 一般控制在含碳量大于0.25%以上，才能通过淬火淬 硬 淬火钢在水中或在冷却最快的盐水中冷却， 某些合金钢在油中冷却，高合金钢、马氏体 （13）型不锈钢如1Cr13、2Cr13、3Cr13 等 在空气中冷却 淬火后应力较大,通常很硬和很脆,容易断裂, 为使钢淬火后消除应力,具有韧性,必须进行 回火 4、表面热处理 表面热处理指零件的表面淬火，通过表面淬火来强 化零件的表层，这种方法不但能够使零件表面硬度 、耐磨性得到提高，而且使心部保持较好的韧性， 从而使零件具有耐磨性，冲击韧性，疲劳强度、较 高的综

11、合机械性能。按加热方法，有不同表面淬火 ，常用方法是火焰加热表面淬火与感应加热表面淬 火 火焰表面淬火，工厂常用氧一乙炔燃烧火焰来淬火 ，特点：设备费用低、简单容易进行，方法灵活， 可对大型零件的局部进行快速表面淬火，但难以控 制适中的加热温度，软点、软带缺陷难以控制，淬 透层深度不稳定 高频感应加热淬火，高频感应加热是基于电磁感应 的原理，将零件放在交流电源的交变磁中由于电磁 感应在零件表面产生涡流，从而使零件本身得到加 热，这样方法为高频感应加热淬火。特点：淬透层 深度可以控制，一般在0.52mm 之间，加热速度快 ，时间短，零件脱碳少，淬火变形小 表面淬火硬度比普通淬火硬度高2-3HRC

12、，这样提高 了零件表面耐磨性和疲劳极限。但是加热设备成本 高维修比较复杂，并且，由于感应器形状制作有一 定的限制表面局部淬火有一定局限性。在阀门中， 表面淬火的零件由阀杆、阀瓣及密封圈等 5、回火 把淬火后的零件加热到低于相变温度（Ac1） 的某一个温度，并在此温度下保持一定的时间 ，然后以一定的冷却速度冷却到室温的热处理 工艺称为回火 其目的是为了消除因淬火造成的内应力，提高 钢的韧性，并获得所需要的各项机械性能 回火可分为，高温回火、中温回火及低温回火 三种回火方法 经正常淬火后的钢，其机械性能随回火温度的 不同而变化，一般说来，回火温度越高，硬度 和强度越低，而塑性和韧性越高 6、调质

13、把淬火后的零件进行高温回火，这种把淬火和 高温回火结合在一起的热处理方法， 通常称 为调质处理 通过调质后的零件材料金相组织为回火索低体 ，其目的是得到强度硬度，塑性和韧性良好的 综合机械性能调质处理在阀门中的零件是常用 的热处理工序 调质处理用作于马氏体不锈钢（1Cr13、2Cr13 、1Cr17Ni2）及合金钢软化手段，它可作为预 先热处理，也可作为最终热处理 作为预选热处理，一方面是为了满足切削加工 上的需要，如降低硬度，另一方面也是为最终 热处理作好组织准备调质处理，得到回火索氏 体组织，其机械性能比正火要优越得多，如碳 钢45钢调质后屈服极限和冲击韧性，比正火处 理高40%，而强度极

14、限和断面收缩率也比正火 高5-6%，调质后的性能是与零件的淬透性密切 相关的，只有当零件淬透时才能获得最佳的机 械性能 调质作为最终热处理是为了零件得到良好综合机 械性能特别是高的冲击韧性，尤其阀门零件，阀 杆、阀瓣及内腔零件，有一些外腔零件如螺栓、 压板等，在动载荷下工作受到各种冲击、压力、 拉伸、扭曲的作用，采用调质处理工艺能保证零 件抵抗的能力，达到使用要求。调质后的回火索 氏体组织实际在金相显微镜中看到为球状碳化物 和铁素体的混合物，一般硬度在200-321HB之间， 随着回火温度升高，组织受到变化，从而使机械 性能强度硬度下降，塑性、韧性、升高 7、焊后消氢热处理 对于冷裂裂纹倾向大

15、的高强度钢的焊接和采用 不予热堆焊的硬质合金工件，焊接后或堆焊后 应立即将工件加热到250-350温度范围内， 保温2-6小时后空冷，使焊缝中的扩散氢加速 逸出，降低焊缝和热影响区的氢含量，防止产 生冷裂纹 8、固溶化处理 将奥氏体不锈钢加热到1100左右，保持一段 时间，使其中的碳化物充分分解，并溶于晶粒 中，然后急冷下来，可大大减轻晶界富碳现象 ，晶界也没有生成碳化铬的可能，从而消除晶 间腐蚀倾向 9、稳定化处理 将含钛或含铌的奥氏体不锈钢加热到850- 900，保温一定的时间后空冷，使奥氏体中 析出一部分碳化钛（或碳化铌）这样，碳就几 乎全部稳定于碳化钛或碳化铌中，从而保证了 钢中的含碳量不至于形成碳化铬，故称为稳定 化处理，其目的通过稳定化处理后可预防这类 钢的晶间腐蚀