54编号38CrMoAl钢的热处理工艺

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1、1 目目 录录 一、 程设计的任务与性质一、 程设计的任务与性质.3 二、二、 课程设计的目的课程设计的目的.3 三、三、 设计内容与基本要求设计内容与基本要求. 3 四、四、 设计步骤设计步骤3 4、1 方案确定4、1 方案确定3 4、2 热加工4、2 热加工6 4、3 热处理工艺设计热处理工艺设计.7 五五 、 实验设备、 实验设备.16 六六 、参考文献、参考文献.16 2 一、程设计的任务与性质一、程设计的任务与性质 金属热处理原理与工艺课程是一门重要的专业课程，金属材料热处理工艺设 计级实验操作时一种重要的教学环节，通过金属材料热处理工艺金相组织分析、 性能检测等实验，可以培养学生掌

2、握热处理实验方法、原理及相关设备，运用热 处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论，有助于强化学生解决问 题、分析问题的能力。 二、课程设计的目的二、课程设计的目的 1、课程设计属于金属热处理原理与工艺课程的延续，通过设计实践，进一 步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。 2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工 艺等相关知识，进行工程设计的能力。 3、培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4、提高技术总结及编制技术的能力。 5、是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计内容与基本要求三、设计内容与基本要求 设计内容：

3、独立完成 38CrMoAl 钢的热处理工艺设计，包括工艺方法、路线、参 数的确定，热处理设备及操作，金相组织分析，材料性能检测等。 基本要求： 1、课程设计必须独立进行，每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计， 能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2、合理地确定工艺方法、路线、参数，合理选择热处理设备并正确操作。 3、正确利用 TTT、CCT 图等设计工具，认真进行方案分析。 4、正确运用现代材料性能检测手段，进行金相组织分析和材料性能检测等。 5、课程设计说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整，图像清晰。 四、设计步骤四、设计步骤 4、1 方案确定4、1 方案确

4、定 1、38CrMoAl 高铝合金结构钢介绍 牌号：38CrMoAl 3 38CrMoAl 是合结钢的其中一种, 国内执行标准 GB/T3077- 1999。38CrMoAl 是 一种专用氮化钢, 经过热处理和精加工后的 38CrMoAl 圆钢具有很高的表面硬 度、耐磨性及疲劳强度, 并具有良好的耐热性及腐蚀性。处理后尺寸精度高,通 常 38CrMoAl 氮化后的表面硬度在 920HV 以上,预处理为调质(通常调质硬度要 求260HB, 如 262302HB)。38CrMoAl 氮化速度较快, 可以得到较深的氮化层 深度, 但氮化层的脆性相对较大, 淬透性不高, 因而不太适合制作承受冲击很 大

5、的零件。国外通常不推荐含铝氮化钢用于重要的重载齿轮。 38CrMoAl 用途 38CrMoAl 合结钢是一种耐海水腐蚀的专用钢材。 A、38CrMoAl 合结钢材料，主要用来制作管道及设备。具有很强的耐腐 蚀性，安装也很方便等优点。 B、能耐腐蚀的原因： (1)38CrMoAl 合结钢材料中的 Al（铝），能与空气中的 O（氧）化学反 应生成 Al2O3（三氧化二铝）.从而行成保护膜，既防腐又耐腐。 (2)38CrMoAl 合结钢中的 Cr（铬），Mo（钼），离子在海水中能自动 补充 Cl（氯）离子对钢材点腐蚀形成的空隙，形成致密保护层，阻止点腐 蚀向纵深发展。进而起到耐腐，使使用寿命加长。

6、C、焊接 38CrMoAl 无缝钢管材料焊接性能较好，配有专用耐腐焊条“海 O3”， 无特殊焊接要求。 D、应用举例 38CrMoAl 无缝钢管材料，是沿海电厂，沿海油田，沿海天然气及石化 厂输送水，油气及含海水介质的最理想的管路及加工件制作材料。 38CrMoAl是专用氮化钢,一般仅用于需要表面高度耐磨经氮化处理的零件, 通常氮化后的表面硬度在920HV以上,预处理为调质(通常调质硬度要求 260HB,如262302HB)。38CrMoAl氮化速度较快，可以得到较深的氮化层 深度，但氮化层的脆性相对较大，因而不太适合制做曾受冲击很大的零件。 国外通常不推荐含铝氮化钢用于重要的重载齿轮（建议采

7、用Cr-Mo-V等类氮 化钢）。 4 2、化学成分 碳 C ：0.350.42 硅 Si：0.200.45 锰 Mn：0.300.60 硫 S ：允许残余含量0.035 磷 P ：允许残余含量0.035 铬 Cr：1.351.65 铝 Al：0.701.10 镍 Ni：允许残余含量0.030 铜 Cu：允许残余含量0.030 钼 Mo：0.150.25 3、力学性能： 抗拉强度 b (MPa)：980(100) 屈服强度 s (MPa)：835(85) 伸长率 5 (%)：14 断面收缩率 (%)：50 冲击功 Akv (J)：71 冲击韧性值 kv (J/cm2)：88(9) 硬度 ：229

8、HB 4、物理性能 1、临界点 临界点Ac1 Ac3Ar1Ar3Ms 温度（近似值） 760885675740360 5、锻造工艺 加热温度开锻温度终锻温度冷却方式 1180120010501100850缓冷 6、热处理工艺 项目退火正火淬火回 火 温度840870930970940150200300400500550600650 冷却炉冷空冷油水或油水或油水或油水或油 硬度 HRC229HB565651514539353128 5 4、2 热加工4、2 热加工 试验导轨型号有两种， 即 LG25 型， 外形尺寸 23 mm22. 5mm760mm； LG30 型， 外形尺寸 28mm27.

9、5mm760mm。导轨如图 1 所示，其中无括号数字为 LG25 型尺寸，括号内数字为 LG30 型尺寸。 离子氮化导轨用材为 38Cr MoAl A 钢，毛坯为热轧棒材，直径分别为 40 mm 和 50mm，经切削 加工成形。导轨氮化的技术条件 ： 表面硬度650HV ，氮化层深度0. 4mm，脆性2 级， 变 形量的检验方法和允差见图 2 、图 3 和附表。 热处理规范：淬火 940,油冷;回火 640,油冷。硬度 2630HRC 用压力机 校直后去应力退火：550 6 小时，加工至成品尺寸。 渗氮处理：第一阶段，510 到 520 摄氏度，氨分解率 18 到 25%，20 个小时， 6

10、第二阶段， 550 到 560 摄氏度， 氨分解率 40 到 60%， 30 个小时， 退氮 2 小时， 560 到 570 摄氏度，退氮大于 80%，低于 200 摄氏度出炉。 4、3 热处理工艺设计热处理工艺设计 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可 以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化 金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省能源，而且能够提高机 械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理的三个阶段：加热、保温和冷却。 五个要素：加热介质、加热速率、加热温度、保温时间和冷却速率（如下 图所示） 。 时间

11、（h） 温 度 ( ) 加热 v加 加 保温t加 冷却V冷 保 1、 预先热处理预先热处理 毛坯选用两种预先热处理工艺，即退火和调质。退火工艺： 870 保温 2h， 炉冷至 500 以下出炉空冷。硬度229HBW。调质： 930 940 保温 1. 5h，油冷淬火；随后 680 回火 3h，空冷。硬度 25 28HRC。经预先热处理 的毛坯，在粗加工工序后，进行第一次去应力退火。在精加工工序完成后，再进 行第二次去应力退火。去应力退火工艺( 两次退火工艺均相同) ： 温度 650 保温 2h，炉冷至 250 以下出炉。 7 2、毛坯离子氮化试验结果及其分析 ( 1) 离子氮化工艺规范 供毛坯

12、氮化用的设备为额定输出直流电流为 30A 的立 式离子氮化炉。氮化温度和时间分别为： 530 / 8h、 550 / 15h、 550 / 22h 和 560 / 10h。 ( 2) 氮化层的组织、表面硬度及硬度梯形 38CrMoAl A 钢经 530 / 8h 离子氮 化后，渗层组织由表及里依次为+ + 心部组织。其特征是：最表层厚度 0. 02 0. 03mm 白亮色化合物层，即相。紧靠白亮色化合物层的次表层，出现脉 状组织，厚度 0. 01 0. 15mm，相成分为+ 。往后是扩散层，相成分是+ 。再 往里是心部组织。在金相分析中还可以看到，氮化前的金相组织和氮化工艺参数 对氮化后脉状组

13、织的含量有较大影响。 退火组织在氮化过程中形成脉状组织的倾 向比调质组织大得多，而且氮化温度越高，氮化时间越长，均促进脉状组织的形 成。 经不同预先热处理的 38CrMoAl A 钢于 540 560 离子氮化 22h，硬度沿氮 化层的分布如图 4 所示。 由图 4 可以看到，经上述工艺处理后，氮化层深度保持在 0. 50mm 以上。氮化 层的硬度梯度与预先热处理有关。在相同的离子氮化工艺条件下，退火状态导轨 约 0. 2mm 的外表层硬度比调质状态高，离表面 0. 1mm 处，退火状态的硬度高 8 于 800HV100 ，而调质状态此处的硬度仅保持 650HV100 ；离表面 0. 15mm

14、 处，退火状态的硬度仍然高于 700HV100 ，但调质状态此处的硬度已低于 600HV100。 预先热处理对变形的影响预先热处理对变形的影响 分别经退火和调质预先热处理的 LG25 型导轨，在相 同的工艺参数下( 550 / 15h) 进行离子氮化。结果发现，不管是退火还是调质 的导轨，对氮化导轨 B 面的变形没有多大的影响，弯曲量维持在 0. 050 0. 060mm 范围内，但对 A 面的变形影响很大，退火导轨氮化后 A 面的相对最大 弯曲量已达到 0. 4mm，而调质导轨的弯曲量更大，竟达 1. 81. 9mm。 预先热处理对变形的影响如此明显，与预先热处理组织的稳定性有关。退火组织

15、接近于平衡组织，在氮化过程中基体组织处于较稳定状态，故氮化后导轨的变形 较小。调质导轨则不同，它的基体组织回火索氏体处于亚稳状态。虽然氮化温度 低于调质时的回火温度，也低于去应力退火的温度，但在氮化长时间的保温过程 中，碳原子获得能量进行扩散聚集，力图向平衡状态过渡。这一过程对导轨应力 状态的改变显然比退火强烈得多，因此，调质导轨氮化的变形比退火导轨大是预 料之中的情况。 38CrMoAl(热轧后退火热轧后退火)的金相图的金相图 图 1(200) 图 1(200) 图 2(100)图 2(100) 9 工艺情况：热轧后退火 浸蚀方法：图 1：未浸蚀；图 2：4%硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明 ：

16、图 1： 由表面向内 45 度方向发展裂纹，开口宽、尾细、缝内有氧化物。 图 2：同一试样浸蚀后可见裂纹两侧严重脱碳-为铁素体组织，基体组织为珠光 体和铁素体。此种裂纹为锻造折迭，在随后热处理过程中会扩展，两侧会氧化脱 碳。 2 、 38CrMoAl 的正火2 、 38CrMoAl 的正火 正火温度 38CrMoAl： 930970细珠光体+块状铁素体+少量索氏体。 出现异常组织与冷 速有关 38CrMoAl正火照片 10 珠光体+铁素体。 工艺情况：锻造后正火处理 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明：粒状贝氏体、黑色块状区域的珠光体以及白色小块状铁素体。晶粒度 约为 56 级。38CrMoAlA 是一种渗氮用钢。渗氮层的综合性能，尤其脆性与原 始组织的晶粒大小密切相关。因此，渗氮前一般均采用正火工艺细化晶粒，再调 质处理。由于该试样锻造组织偏析明显，各区域的成分偏差致使各区域临界点不 同，加热及冷却