钢的热处理工艺(技师)

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1、钢的普通热处理工艺,正火退火淬火回火,1.钢的正火,将钢加热到Ac3(或Accm)点以上3050,保温适当时间后,在静止空气中冷却的热处理工艺。 风冷 雾冷 预先热处理 代替调质,正火的目的,细化晶粒,均匀组织;提高低碳钢工件的硬度和切削加工性;消除加工硬化和去除内应力;消除过共析钢的网状碳化物;为下一步热处理做好准备,2.钢的退火,将金属或合金加热到适当温度,保持一定的时间然后缓慢冷却的热处理工艺。,退火的目的,降低硬度,改善力学性能;消除组织缺陷,均匀化学成分;消除或减少内应力,稳定尺寸;为最终热处理做组织准备,退火的分类,完全退火 中低碳钢铸件、热轧件、焊接件不完全退火 共析钢球化退火

2、共析钢、过共析钢均匀化退火 大型铸钢件和合金钢钢锭去应力退火 铸件、焊接件、锻轧件及机械 加工件再结晶退火 中间退火,(1)完全退火,加热温度:TAC3+(3050)冷却方式:缓冷(炉冷、灰冷、坑冷)至550C后空冷。组织:接近平衡组织应用:适用于亚共析钢铸、锻、焊件。如ZG35铸造齿轮。,(2)不完全退火,加热至Ac1Ac3(Accm)之间,然后缓慢冷却的退火方法;目的:软化、消除应力、改善加工性能主要用于过共析钢,消除锻轧应力、降低硬度、提高韧性,但是不能消除网状!用于亚共析钢消除锻轧应力、降低硬度可以降低成本,(3)球化退火,加热温度:TAC1+(2030) 普通 TAC1+(2030)

3、 Ar1 (10 20) 等温冷却方式:缓冷普通或等温等温组织:球状P,球状P的强度、硬度稍低,塑性韧性好应用:主要用于降低高碳钢的硬度,以利于切削加工;为淬火作准备,(4)扩散退火(均匀化退火),加热至固相线以下较高温度,长时间保温,消除枝晶偏析。适用于钢铁、有色合金等,如亚共析钢:TAc3 + (150300)过共析钢:TAccm+(150300)保温1015h后空冷,(5)再结晶退火与去应力退火,较低温度加热(Ac1),消除加工硬化或宏观应力,如500650保温缓冷至200后空冷,消除铸、焊件内应力200 300 保温缓冷,弹簧去应力退火再结晶温度相变温度,软化加工硬化的金属适用于所有金

4、属与合金,几种退火的加热温度范围,3.钢的淬火,将钢件加热到Ac3或Ac1点以上某一温度,保持一定时间,然后以适当速度冷却,获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。,淬火目的,提高钢的强度、硬度、耐磨性等力学性能,提高不锈钢的耐蚀性,增加磁钢的永磁性。,淬火加热方式,1.空气炉 氧化脱碳 毛坯料 改进:装箱 涂保护涂料2. 盐浴炉 加热速度快,氧化脱碳小,可 实现局部加热。注意:定期脱氧捞渣,严格控制水分。3.保护气氛4.真空炉加热 无氧化脱碳,可实现光亮淬火;工件变形小;工件表面光亮;无污染,劳动条件好。,淬火温度,亚共析钢 Ac3(30-50)过共析钢 Ac1(30-50) 过共析钢中碳化物溶

5、解困难,淬火温度还要高,一般要(30-70),甚至大于100,淬火加热时间,t=aKD 1)钢的成分 合金钢碳钢 2)工件尺寸及装炉量 3)加热设备 真空炉空气炉盐浴炉 4)装炉状况 间隙小,时间长 5)装炉温度 高温装炉可以缩短时间,淬火冷却,根据C-曲线,1.水及水溶液,清水 10% NaCl水溶液在550-650范围的冷却能力比清水提高近10倍;破坏蒸汽膜,消除软点。10-15% NaOH水溶液好于NaCl,但其易变质且有腐蚀。10% NaCl水溶液最高使用温度为50。10-15% NaOH水溶液最高使用温度为60。,2.油,油的温度高,冷却能力强,机油最好使用温度60-80 。等温淬火

6、油。快速淬火油真空淬火油光亮淬火油。油淬火件需清洗。选择淬火油时,应选择流动性好、闪点高而粘度低 的油,淬火冷却介质,3.盐浴和碱浴硝盐:热硝盐(分级、等温) 冷硝盐(三硝)合金钢防止淬 火裂效果较好,淬火冷却介质,4.气体(氮气、空气): C曲线非常靠右的材料:高速钢、H13、Cr12MoV等。,淬火冷却介质,有机淬火剂: 聚乙烯醇 PAG,淬火冷却方法,(1)单液淬火;(2)双介质淬火:水-油;水-空气;油-空气;(3)分级淬火Ms(马氏体);(4)等温淬火, 260-400,下贝区(贝氏体);(5)冷处理:目的:提高硬度,稳定尺寸,提高磁性。(主要是减少A),淬透性,钢在淬火时获得淬硬层

7、深度的能力。 深度深,淬透性好 钢材的固有属性,与外部因素无关,淬硬性,钢在理想条件下,淬火后所能达到的最高硬度的能力。主要取决于(马氏体)含碳量,淬透性是选材制定工艺的依据,淬透性与选材和制定热处理工艺的重要依据。如截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、对心部性能要求高较高淬透性材料对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件,可选用淬透性低、淬硬层浅(如为半径的1/31/2)的钢。为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆断,材料的淬透性不能太好。,淬火缺陷,1.硬度不足和软点; 2.过热和过烧; 3.氧化和脱碳; 4.变形和开裂。,4.钢的回火:,钢件淬硬后,再加热到Ac1点以下某一温度,保温一定时间,然后冷到

8、室温,获得较稳定组织及所需力学性能的热处理工艺。,回火目的,1.降低应力和脆性,防止断裂;2.获得良好的综合机械性能;3.防止工件变形,稳定工件尺寸;4.改善加工性能。,回火的分类:,1.低温回火 150-250 M回 用于硬度高的零件。 2.中温回火 300-500 T回 用于弹性硬度、热锻模。3.高温回火 500-650 S回 调质处理高速钢的560回火并非高温回火,而是低温回火!,钢的回火脆性,回火脆性:淬火钢在某一回火温度范围内,随着回火的升高,使钢的冲击韧性下降的现象称为回火脆性。,第一类回火脆:250-350(低温、不可逆)。避免该温度回火。重新淬火第二类回火脆: 450-550(

9、高温、可逆)。含Cr、Mn、Ni的合金钢。 回火后快冷可以抑制或消除。合金元素Mo可减轻第类回火脆性。,淬火钢在回火时的变化,(1)碳原子的偏聚(2)马氏体分解(3)残余奥氏体的转变(4)碳化物的析出、转化和长大(5)F的回复与再结晶,淬火钢在回火时的变化,淬火后钢处于不稳定状态,加热时由于原子活动能力增强,发生如下转变(温度碳钢)(1)碳原子的偏聚(T100):碳原子由间隙位置逸出到位错线附近;(2)马氏体分解 :在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M的分解,即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。M 100250析出 -Fe2.4C ; 250400之间, -Fe2.4C溶解并重新析出Fe3

10、C。,(3)残余奥氏体的转变: (200300)在回火加热、保温或降温过程中按 C曲线进行转变,如AM或B组织(4)碳化物的析出和长大当t 400时,M中的碳原子全部脱溶,变成F,但是保持M外形。T(5)F的回复与再结晶当t 600时,F发生回复和再结晶,Fe3C集聚长大并粗化。S,淬火钢在回火时性能的变化,淬火钢在回火时随着回火温度的升高,钢的硬度不断下降,塑性韧性、不断升高,45钢的回火温度与力学性能,低温回火,温度:碳钢在150250C组织:M+粒Fe3C性能:高硬度、较高强度,塑性及韧性较差,耐磨性好(如高碳钢达5864HRC)。应用:用于工模具、轴承、齿轮等。,中温回火,温度:碳钢3

11、50500 组织:回火屈氏体(T回) ,微细粒状碳化物弥散分布在F基体上 性能特点:高弹性极限及屈服极限,一定的韧性,硬度3545 HRC 应用:各种弹簧。如:60Si2Mn、65Mn、 60、65、85钢。,高温回火,温度:碳钢500650 组织:回火索氏体(S回) ,粒状碳化物分布在F基体上 性能特点:较高的强度和硬度(HB200350),良好的塑性和韧性。即具有良好的综合机械性能应用:各种轴类、连杆、螺栓等。如: 45、 40Cr、40CrNiMo钢等。调质处理 淬火高温回火,结构钢的热处理,结构钢:调质钢45、40Cr、 40CrNiMo、42CrMo、 38CrMoAl(氮化钢)渗碳

12、钢20、20Cr、20CrNiMo 、 20CrMnTi弹簧钢65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA轴承钢GCr15、GCr9、GCr6,调质钢,最终热处理:轴类、连杆、高强螺栓等预先热处理:渗氮、软氮化、感应淬火工艺:淬火:AC3+ (3050) 回火:根据硬度要求 (注意有回火脆的材料),弹簧钢,弹簧钢:65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA 淬火+中温回火;弹性硬度。T回 过热敏感性 去应力退火:240-300 表面光洁度(疲劳源) 失效形式:疲劳(喷丸强化) 不得酸洗(氢脆),轴承钢,轴承钢:GCr15、 GCr9 、GCr6含碳量1.0%含铬量1.5%(不是15%)正火+球退

13、+淬火、回火,工艺路线:下料-锻造-正火-球化退火-粗加工-淬火-(冷处理)-回火-精加工-一次时效(稳定化)-一次精磨-二次时效-二次精磨,正火:细化晶粒、消除网状球化退火:使碳化物成颗粒状,增加塑性、便于加工、为淬火做组织准备淬火:防止脱碳冷处理:减少A回火:消除应力、稳定组织和性能时效:进一步稳定组织(稳定化)组织:隐晶马氏体+ A+K,渗碳钢,渗碳钢:20CrNiMo 、 20CrMnTi、20Cr、20、 20Mn等正火渗碳后直接淬火:本质细晶粒钢(晶粒度)渗碳后一次淬火,渗碳后二次淬火,工模具钢的热处理,工具钢的性能要求1.高硬度、高耐磨性2.足够的强度和塑性3.一定的韧性4.热稳

14、定性好5.热疲劳性能好6.工艺性能好,工具钢的分类,刃具钢碳素工具钢:T7、T8、T10、T12低合金工具钢:大截面9CrSi、CrWMn等高速钢:18-4-1、6-5-4-2、9-3-4-1等分级淬火;温度高,接近熔点,随炉试样;A,多,三次回火,红硬性好;冷处理“风钢”。,工具钢的热处理,正火(有网状)球化退火淬火回火,模具钢的热处理,冷作模具钢:丝锥、扳牙、塞规、冲模低合金:9CrSi、CrWMn、9Mn2V、高合金:Cr12MoV、Cr12高速钢:6-5-4-2、18-4-1基体钢:65Nb,模具钢的热处理,锻造-正火-球退-淬火、(冷处理)回火,模具钢的热处理,热作模具钢热锻模:5CrMnMo、 5CrNiMo、 5SiMnMoV、5CrMnSiMoV、4Cr5W2Si压铸模4Cr5MoV1Si、 3Cr2W8(V),热锻模的热处理,退火按高碳钢做球退硬度HRC42-47淬火时应带余热出油,工件冒青烟淬火后及时回火,回火炉提前升温大工件加热速度不能过快。预热、消除应力退火。燕尾槽的处理,合金元素的作用:Cr:增加淬透性Mn:增加淬透性、强化铁素体Mo:增加强度、耐磨性、红硬性,压铸模的热处理,淬火温度高回火温度高消除应力回火后油冷,

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