《热处理讲义教案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热处理讲义教案.doc（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热处理培训教材一、 钢铁的组成和分类1 钢铁的组成：铁和碳是组成钢铁材料的两个最基本的元素，其中铁元素是主要成分。2 根据碳在钢铁中的含量分类：含碳量小于等于2.11%的钢铁材料称为钢，含碳量大于2.11%的钢铁材料称为铸铁。3 按钢材的用途、化学成分和质量的不同，可将钢分为许多类：按用途分类按钢材的用途可分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。结构钢 ：用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢（如20CrMnTi）、调质钢（如45和40Cr）、弹簧钢（如65Mn）及滚动轴承钢(如Gr15)。用作工程结构的钢。它包括碳素结构钢（如Q235A，旧牌号为A3）和低合金高强度钢（如Q345，旧牌号为16M
2、n）。工具钢：用来制造各种工具的钢。它分为刃具钢、模具钢与量具钢。特殊性能钢：具有特殊物理化学性能的钢。它分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。按化学成分分类按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢：按钢的含碳量可分为低碳钢（含碳量0.25%），如20号钢，表示平均含碳量为0.20%的钢；中碳钢（0.300.55%C），如45号钢，表示平均含碳量为0.45%的钢和高碳钢（0.60%C），如T12，表示平均含碳量为1.20%的钢等。合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量5%）；中合金钢（合金元素总含量=510%）；高合金钢（合金元素总含量10%）。按质量分类按钢材中有害杂
3、质磷、硫的含量可分为普通钢（磷、硫含量均0.050%）；优质钢（磷、硫含量均0.040%）；高级优质钢（磷含量0.035%，硫含量0.035%）。钢的命名，常常将用途、成分和质量结合起来。如将钢称为优质碳素结构钢（如20和45）、碳素工具钢（如T12）、高级优质碳素工具钢（如T12A）、合金结构钢（如40Cr和20CrMnTi）、合金工具钢（如9SiCr和高速钢W18Cr4V）等。另外，对应变形钢，还有铸钢，如我公司常用的一般工程用碳素铸钢ZG310-570（旧牌号ZG45），合金铸钢ZG40Cr和ZG35CrMo等。二、 铁-渗碳体相图Fe和Fe3C是组成Fe-Fe3C相图的两个基本组元。1
4、， 基本概念铁素体：以F表示。组成：碳溶于-Fe中的间隙固溶体。铁素体是铁碳合金基本相之一。性能：具有良好的塑性和韧性。奥氏体：以A表示。组成：碳溶于-Fe中的间隙固溶体。奥氏体是铁碳合金基本相之一。性能：硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。渗碳体：以Fe3C表示。组成：具有复杂结构的间隙化合物。渗碳体是铁碳合金基本相之一。性能：硬度很高，而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。珠光体：以P表示。组成：铁素体(F)+渗碳体(Fe3C)。性能：介于铁素体和渗碳体之间。高温莱氏体：以Ld表示。组成：奥氏体(A)+渗碳体(Fe3C)。低温莱氏体：以Ld表示。组成：珠光体(P)+渗碳体(Fe3C)。贝氏体：以B
5、表示。组成：含碳过饱和的铁素体(F)+渗碳体(Fe3C)。性能：具有较高的强度、硬度、塑性与韧性相配合的综合机械性能。马氏体：以M表示。组成：碳溶于-Fe中的过饱和固溶体。性能：硬度和强度高。2.铁-渗碳体相图分析铁-渗碳体相图中各点、线含义A点：温度1538，C%=0，纯铁的熔点C点：温度1148，C%=4.3，共晶点D点：温度1227，C%=6.69，渗碳体的熔点E点：温度1148，C%=2.11，碳在奥氏体中的最大溶解度F点：温度1148，C%=6.69，渗碳体的成分G点：温度912，C%=0，-Fe和-Fe转变点K点：温度727，C%=6.69，渗碳体的成分P点：温度727，C%=0.
6、0218，碳在铁素体中的最大溶解度S点：温度727，C%=0.77，共析点Q点：温度600，C%=0.0057，碳在铁素体中的溶解度AC线：液相线，液态金属开始结晶出奥氏体CD线：液相线，液态金属开始结晶出渗碳体AE线：固相线，奥氏体的结晶终了线ECF线：固相线，液态金属开始结晶出高温莱氏体的转变线（称为共晶线）GS线：奥氏体转变为铁素体的开始线，又称A3线，线上的点为A3点GP线：奥氏体转变为铁素体的终了线ES线：碳在奥氏体中溶解度线，又称Acm线，线上的点为Acm点PQ线：碳在铁素体中溶解度线PSK线：奥氏体开始析出珠光体的转变线（称为共析线），又称A1线，线上的点为A1点三、 钢的热处理
7、1 热处理的定义和分类钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺。根据加热和冷却方法的不同，热处理方法大致可分为普通热处理和表面热处理。普通热处理又可分为退火、正火、淬火和回火。表面热处理又可分为表面淬火（包括感应加热淬火和火焰加热淬火）和化学热处理（包括渗碳、氮化、碳氮共渗等）。2 钢在加热时的组织转变3 钢在冷却时的组织转变4 钢的退火和正火 退火或正火的目的：降低钢件硬度，以利于随后的切削加工。消除残余应力，以稳定钢件尺寸并防止其变形和开裂。细化晶粒，改善组织，以提高钢的机械性能。最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备。 退火完全退火
8、：将钢加热到临界点Ac3以上，保温一定时间，随炉缓慢冷却到600以下，再出炉在空气中冷却。它主要用于铸钢件和锻钢件，退火时间较长。等温退火：将钢加热到临界点A c3以上，保温一定时间，再以较快速度冷却到临界点Ar1以下，等温一定时间，然后出炉在空气中冷却。它可缩短退火时间，代替完全退火；还可作为渗碳钢零件淬火前的预先热处理，以消除渗碳件的表面网状碳化物，防止出现磨削裂纹。去应力退火：又称低温退火，将工件缓慢加热到临界温度A c1以下，保温一定时间(3min/mm)，然后随炉缓慢冷却（100/h）至200再出炉冷却。它主要用于消除焊接件、冷冲压件和机加工件中的残余应力，防止工件的变形和开裂。 正
9、火正火就是将钢加热到临界点（Ac3 、Acm）以上，保温一定时间(1min/mm)，然后在空气中冷却。正火主要用与以下几个方面：1 作为普通结构零件的最终热处理。2 改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性（提高硬度）。3 作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。4 消除高碳钢中的网状二次渗碳体，可作为渗碳钢零件淬火前的预先热处理。5 对一些大型的或形状较复杂的零件，淬火可能有开裂危险时，正火也往往代替淬火、回火处理，而作为这类零件的最终热处理。5 钢的淬火 淬火的定义：将钢加热到临界点以上，保温一定时间，然后在水中或盐水或油中（一般常用钢）快速冷却的热处理工艺，称为淬火。淬火的目的是为了获得马
10、氏体组织。 常用淬火方法： 单液淬火法把加热的工件投入一种淬火冷却介质中一直冷却到室温的淬火，称为单液淬火法。例如，45钢在水或盐水溶液中淬火，40Cr在油中淬火等均属单液淬火法。单液淬火示意如下： 双液淬火法先把加热的工件投入一种冷却能力较强的介质中冷却到稍高于Ms点温度（即马氏体转变温度），短暂停留后，再立即转入另一种冷却能力较弱的介质中，以获得马氏体组织的淬火，称为双液淬火法。例如，20CrMnTi十字轴渗碳后先水淬后油淬就属双液淬火。双液淬火示意如下： 局部淬火法工件如果只是局部要求高硬度，可对工件全部加热或局部加热后进行局部淬火。上海泓阳螺杆头球部的淬火属于局部淬火。6 钢的回火 回
11、火的定义：将淬火钢重新加热到临界点A1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回火。它是紧接淬火的一道热处理工序。钢在淬火后一般都要进行回火处理。 回火的目的：获得工件所需的组织，以改善性能。稳定工件尺寸。消除淬火内应力。 回火的种类和应用：按回火温度范围，可将回火分为：低温回火（150250）低温回火组织为回火马氏体。目的是在保持钢的硬度的同时，降低其淬火内应力和脆性。回火后的硬度一般为HRC58-64。例如，我公司零件十字轴和轴承套（渗碳钢20CrMnTi）的回火处理即为低温回火。中温回火（350500）中温回火组织为回火屈氏体。目的是获得高的屈服强度、弹性极限和较高的
12、韧性。回火后的硬度一般为HRC58-62。例如弹簧钢65Mn的回火处理。高温回火（500650）高温回火组织为回火索氏体。目的是获得强度、硬度和塑性、韧性都较好的综合机械性能。回火后的硬度一般为HB200-330。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。例如，我公司零件叉头（ZG35CrMo）和花键轴及花键套(40Cr)的回火即属于高温回火，图纸技术要求栏注明为调质处理，硬度为HB255-286。 回火脆性：第一类回火脆性（低温回火脆性）：钢的回火一般不在250350温度范围内进行回火，因为淬火钢在这个温度范围内回火时要发生回火脆性，即钢的冲击韧性不仅没有提高，反而显著降低。第二类回
13、火脆性（高温回火脆性）：合金钢不仅有第一类回火脆性，而且有第二类回火脆性，即合金钢在450650温度范围内回火后缓冷，会出现脆性。减轻或消除第二类回火脆性的方法有：提高钢的纯度，减少杂质元素的含量；小截面工件在脆化温度回火后可采用快冷（油冷或水冷）；大截面工件则采用含有钨（1%）钼（0.5%）的合金钢，即使在回火后缓冷也不产生脆性。7 钢的淬透性 淬透性的意义钢的淬透性表示钢在淬火时所能获得淬硬层深度的一种性质。形状和尺寸相同的不同钢种在同样条件下淬火，淬透性好的钢淬硬层较深，淬透性差的钢淬硬层较浅。一般规定：由工件表面向里得到半马氏体组织（即组织由50%马氏体和50%非马氏体组织）的距离作为
14、淬硬层深度（也称为淬透层深度）。实际工作中，由于半马氏体硬度与钢的含碳量有关系，因此可用测量硬度的方法来确定淬硬层深度。淬透性与钢的机械性能的关系淬透性对钢的机械性能的影响很大。例如用淬透性不同的两种钢材制成直径相同的轴，进行调质处理，其中一种钢材的淬透性好，使轴的整个截面都能淬透，另一种钢材的淬透性较差，使轴未能淬透。其机械性能比较如图所示。由图可见，二者硬度虽然相同，但机械性能却有明显差别，尤其冲击韧性差别较大。8 钢的表面淬火钢的表面淬火是一种不改变钢表层化学成分，但改变表层组织的局部热处理方法。它是通过快速加热使钢表层奥氏体化，而不等热量传至中心，立即予以淬火冷却，其结果是表层获得硬而
15、耐磨的马氏体组织，而心部仍保持着原有塑性、韧性较好的退火、正火或调质状态的组织。根据加热方法的不同，表面淬火方法较多，目前生产中应用最广泛的是感应加热表面淬火，其次是火焰加热表面淬火。 感应加热的分类和特点在生产中，根据表面淬火淬硬层深度的要求，感应加热一般分为：1 高频感应加热：常用频率200-300KHz，淬硬层深度0.52mm。2 中频感应加热：常用频率为2500 Hz和8000Hz，淬硬层深度28mm。3 工频感应加热：采用工业频率50Hz，淬硬层深度可达1015mm以上。感应加热的特点：1 感应加热速度极快，表面淬火温度比普通加热淬火高几十度。2 感应加热时间很短，工件表层硬度较普通淬火时硬度高2-3HRC，且具有较低的脆性和较高的疲劳极限。3 由于工件表层存在残余压应力，也提高了疲劳极限。4 工件表面不易氧化和脱碳，耐磨性好，而且工件变形也小。5 生产率高，适于大批量生产。目前适用于万向轴产品的有花键轴高频淬火，国外
