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1、热处理基础培训 Part1金属热处理的地位及应用 Part2热处理的定义及本质 Part3热处理的一般分类及常用材料的热处理 Part4热处理工序的安排及机加余量控制 CONTENTS 目 录 Part 1 金属热处理的地位及应用 生产寿命高 重量轻 体积小 功能强及高度可靠的产品乃是制造 业不断追求的目标 热处理 含表面改性 下同 是通过改变材料的 组织结构从而大幅度改变材料性能的工艺环节 是提高产品的内在 质量 保证整机使用性能和可靠性的关键 在制造业中有十分重要 的作用 1 1热处理在工业生产中的地位 凡是拥有著名品牌产品的制造业企业都高度重视热处理技术 的研发 通过大量的投入 持续研究
2、 不断改进和长期积累 形成独到的热处理技术并严加保密 他人可从市场购得名 牌产品 制造出材料成分与几何要素完全一致的仿制品 但 寿命和可靠性往往难望其项背 国际工业界公认 热处理技 术是决定制造业水平及其市场竞争力的核心要素 热处理的作用日趋重要 因为现代机器制造过金属材料的性能不断提出更高的要求 如果完全依靠原材 料的原始性能来满足这些要求 常常是不经济的 甚至是不可能的 热处理可 提高零件的强度 硬度 韧性 弹性 同时 还可改善毛坯或原材料切削性能 使之易于加工 热处理是改善原材料或毛坯的工艺性能 保证产品质量 延 长使用寿命 挖掘材料潜力不可缺少的工艺方法 热处理在机械制造业中的应用日益
3、广泛 在机床制造中要进行热处理的零件占60 70 在汽车 拖拉机制造中占70 80 在各类工具 刃具 模具 量具等和滚动轴承制造中 100 的需要进行热处理 1 2热处理的应用 Part2 热处理的定义及本质 2 1金属热处理定义 金属热处理是在固态下将金属或合金加 热到一定温度 保温一定时间 然后以 一定冷却速度冷却 通过加热速度 保 温温度 保温时间和冷却速度四个基本 要素的有机配合 使金属或合金内部组 织结构发生转变 从而获得一定性能的 工艺方法 热处理与其它加工方法的特点 它只改变金属材料的组织和性能 而不 以改变其形状和尺寸为目的 热处理工艺的本质 通过改变材料的相结构或组织组成 达
4、到改变 材料性能的目的 2 2金属热处理的本质 构成决定 Part 3 热处理一般分类及常用材料的热处理 3 1热处理一般分类 热处理 常规热处理 退火 正火 淬火 回火 表面热处理 表面淬火 化学热处理 渗碳 渗氮 碳氮共渗 是将钢加热 保温 然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷 却 以获得接近平衡组织的热处理工艺 退火 完全退火 球化退火 去应力退火 均匀化退火 A B C D 常见退火工艺方法 将工件加热至低于AC1的某一温度 一般 500 650 保温足够时间后 缓慢冷 却 主要用于消除铸件 锻件 焊接件及 冷变形零件的内应力 降低温度 稳定尺 寸 减少和防止使用过程中变形 但不改 变零件
5、的内部组织 去应力退火 02 将工件加热Ac3以上30 50 保温一定时 间后 随炉缓慢冷却 以获得接近平衡组 织的热处理工艺 亚共析钢经完全退火后 得到的组织史F P 完全退火主要适用于亚共析钢和合金钢的 铸件 焊接件 锻件及热轧型材 目的是细化晶粒 均匀组织 降低硬度 便于切削加工并为加工后工件的淬火作好 组织准备 过共析钢不进行完全退火 因为过共析钢 自Acm缓慢冷却时会析出网状二次渗碳体 使钢脆性增大 完全退火 01 常用退火工艺定义 退火目的及应用 定义 将钢材或铸铁工件加热奥氏体化后在空气 中冷却 得到含有珠光体的均匀组织的热 处理工艺称为正火 正火 正火目的及应用 钢的淬火是将钢
6、加热到临界温度Ac3 亚共析钢 碳量在 0 0218 0 77 或Ac1 过共析钢 碳量超过0 77 以 上温度 保温一段时间 使之全部或部分奥氏体化 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 定义 使得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 以大幅提高钢的钢 性 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 目的 淬火 单液淬火 1 双液淬火 2 分级淬火 3 等温淬火 4 淬火方法
7、将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度AC1 加热时珠光 体向奥氏体转变的开始温度 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 一般用于减小 或消除淬火钢件中的内应力 或者降低其硬度和强度 以提高 其延性或韧性 定义 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 通过淬火和回火 的相配合 才可以获得所需的力学性能 目的 回火 回火分类 淬火 A 回火 B 调质件大都在比较大的动载荷作用下工作 它们承受着拉
8、伸 压缩 弯曲 扭 转或剪切的作用 有的表面还具有摩擦 要求有一定的耐磨性等等 零件处在 各种复合应力下工作 这类零件主要为各种机器和机构的结构件 如轴类 连 杆 螺柱 齿轮等 在机床 汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍 尤其是 对于重型机器制造中的大型部件 调质处理用得更多 因此 调质处理在热处 理中占有很重要的位置 在机械产品中的调质件 因其受力条件不同 对其所要求的性能也就不完全一 样 一般说来 各种调质件都应具有优良的综合力学性能 即高强度和高韧性 的适当配合 以保证零件长期顺利工作 调质 淬火 A 高温回火 B 3 2 常用钢 的调质 属于中碳结构钢 价格低 来源广 应用广泛 硬度不
9、高易切削加工 淬透性较低 对于大工件正火或调质状态下两者力学性能相近 最大弱 点是淬透性低 水中临界淬透直径为12 17mm 水淬时有开裂倾向 截面 尺寸大和要求较高的工件不宜采用 因淬透性低 采用冷却速度大的10 的盐水溶液 工件入水后 应该淬 透 但不是冷透 45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56 59 截面大 的可能性低些 但不能低于HRC48 不然 就说明工件未得到完全淬火 组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织 这种组织通过回火 仍然保留在 基体中 达不到调质的目的 45钢 调质处理后具有良好的综合力学性能 良好的低温冲击韧性和低的缺 口敏感性 钢的淬透性良好 0 8 1 0 Cr
10、水淬时可淬透到 28 60mm 油淬时可淬透到 15 40mm 淬透性高于45 Cr能增加钢的淬透性 提 高钢的强度和回火稳定性 具有优良的机械性能 截面尺寸大或重要的调 质工件 应采用Cr钢 但Cr钢有第二类回火脆性 40Cr钢的淬透性较好 在油中冷却能淬硬 而且工件的变形 开裂倾向 小 对形状不复杂的工件 可以在水中淬火只是操作者要凭经验严格掌握 入水 出水的温度 40Cr Mo可降低第二类回火脆性强度 具有高强度和韧性 淬透性也较好 Mo可降低第二类回火脆性 故无明显的回火脆性 淬火时变形小 调质处理 后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力 低温冲击韧度良好 高温时有高的 蠕变强度和持久强度
11、 用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件 如机车牵 引用的大齿轮 增压器传动齿轮 后轴 受载荷极大的连杆及弹簧夹 也 可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具等 42CrMo 45 1 40Cr 2 42CrMo 3 优质碳素结构钢 碳含量为0 42 0 50 抗拉强 度为610MPa 屈 服点为360MPa 用于一般轴类零 件 合金结构钢 碳含量 为0 37 0 45 含 铬0 8 1 1 抗拉 强度为1000MPa 屈 服点为800MPa 用于 负荷较大的受力件 合金结构钢 碳含量为0 38 0 45 含铬0 9 1 2 含 钼0 15 0 25 抗拉强度为 11
12、00MPa 屈服点为950MPa 用负荷较大 要求可靠性较 高的零部件 45钢钢与40Cr 42CrMo区别别 材料 淬透尺寸 MM 212240 4540cr42CrMo 常用钢的全淬透尺寸 碳钢水淬 合金钢油淬 淬透尺寸 MM 21 55 55最高硬度 HRC 58 59 电感应 火焰 电接触 激光等 目前应用最广的是电感应 加热法 采用方法 03 获得高硬度 高耐磨性的表面 而心部仍然保持原有的良好 韧性 目的 02 将钢件的表面层淬透到一定的深度 而心部分仍保持未淬火 状态的一种局部淬火的方法 概念 01 表面淬火 感应加热是利用电磁感应原理 将工件置于用铜管制成的感应 圈中 向感应圈
13、中通交流电时 在它的内部和周围将产生一个 与电流频率相同的交变磁场 若把工件置于磁场中 则在工件 导体 内部产生感应电流 由于电阻的作用工件被加热 由于交 流电的 集肤效应 靠近工件表面电流密度最大 而工件心部 电流几乎为零 几秒内工件表面温度就可以达到 800 1000 而心部仍接近室温 当表层温度升高至淬火温度时 立即喷液冷却使工件表面淬火 感应加热淬火一般都用于中碳钢或中碳合金钢 如 45 40Cr 等 钢件在表面淬火前应进行调质或正火处理 以保证心部 性能 感应加热表面热处理 电流透入工件表面的深度主 要与电流频率有关 频率越 高透入深度越小 对于碳钢 淬硬层深度与电流频率存 在以下关
14、系 概念 是对金属表面处理的一种 采用渗碳的多为低碳钢或低合金 钢 C 0 25 具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中 加热到900 950摄氏度的单相奥氏体区 保温足够时间后 使渗 碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层 从而获得表层高碳 心部仍保持原有成分 相似的还有低温渗氮处理 这是金属材料常 见的一种热处理工艺 它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度 提高其耐磨程度 渗碳深度视零件要求定 一般采用0 5 2 5mm 渗碳层表面硬度应不低于56HRC 对于合金钢制造的重要零件应 不低于60HRC 渗碳的作用 使工件增碳表面层经淬火和低温回火后 能获得高硬 度 耐磨性和疲劳强度 而工件心
15、部仍有高的塑性和韧性 渗碳 定义 是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺 应用 镗床的主轴和主轴套 精密机床的丝杆 内燃机的曲轴 汽缸套 汽阀 各种精密齿轮的 量具等 特点 1 高的表面硬度 HV1000 1100 相当于HRC65 72 及耐磨性 这种性能可以维持到相 当高的温度 600 650 而不下降 2 具有高的疲劳强度和抗腐蚀性 3 氮化温度较低 常在500 600 且氮化后渗层直接获得高硬度 避免了淬火引起的变 形 氮化热处理变形小 适合精密零件的最终处理 渗氮 Part 4 热处理工序的安排及机加余量控制 1 退火 正火 安排在毛坯生产之后 切削加工之前 毛
16、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 机械机加工 对于重要销轴通用加工工艺如下 45 D 20 40Cr 42CrMo D 40时 粗车见光 原材料探伤 调质 精加工 探伤 打编码 表面处理 发黑 45 D 20 40Cr 42CrMo D 40时 调质件所留加工余量 mm 参考下表 1 淬火 1 整体淬火件 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 轴 套 环类零件内孔热处理后的磨削余量 mm 杆类轴类零件外圆热处理后的磨削余量 渗碳后的加工余量 工作图上热处理要求的表示 1 材料选择应与零件有效截面尺寸相适应 对于要求整体淬透的 零件选材时 必须考虑钢的淬透性 一般零件以心部获得50 马氏 体视为淬透 重
