不同材料的热处理

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1、 机器零件用钢的热处理合金元素在钢中的作用n（1）合金元素的主要存在方式：F或碳 化物n固溶于铁素体（奥氏体）；n溶入渗碳体、形成合金渗碳体； (Fe,Cr)3C n形成新的碳化物(Fe,Cr)7C3 , (Fe,Cr)23C6n夹杂物：活泼元素与O，N，S等形成 化合物，如AlN,TiO2,MnSn单质：Cu ，Pb较纯的金属相n非碳化物形成元素主要存在于固溶体中 ，如Si,Al,Cu,Ni,Con只要含碳量足够，强碳化物形成元素， 主要以自己特殊的碳化物形式出现，如 V,Zr,Nb,Tan其他碳化物形成元素介于二者之间，主 要溶入渗碳体，部分溶入固溶体。当含 量较高时（除Mn外）也会形成自

2、己的碳 化物（2）影响相图n改变相图及临界点，nS，E左移， 4Cr13钢，3Cr2W8V钢 都属于过共析钢 n扩大奥氏体区： C、N、Co、 Ni、Mn、Cun缩小奥氏体区： Cr、Mo、W、 V、Ti、Si 、Al （3）对基本相的影响n影响各相的存在范围（温度，成分）， 相的稳定性n固溶强化n增加碳化物数量n提高碳化物的稳定性，合金渗碳体和特 殊碳化物的稳定性均优于普通渗碳体（4）对热处理的影响n合金元素可以影响碳扩散、碳化物和奥 氏体的稳定性，从而影响奥氏体形成、 碳化物溶解和奥氏体成分均匀化n碳化物形成元素W,Mo,Cr,V,Ti等降低奥 氏体形成速度，Co ，Ni 提高速度n阻碍奥

3、氏体晶粒长大（Mn,P,B除外）， 尤其是强碳化物形成元素；n溶入奥氏体的合金元素提高淬透性（Co 除外）；降低Ms，Mf(Co、Al除外),An碳化物形成元素含量较高时，还影响C曲 线的形状（2个C）n多种元素同时加入影响更大n溶入奥氏体的合金元素提高回火稳定性 ，尤其是强碳化物形成元素。n机器零件用钢主要包括四类n渗碳钢n调质钢n弹簧钢n轴承钢n此外，可以采用低合金高强度钢、易切 削钢、非调质钢等。4.1 渗碳钢n(1)工作条件及性能要求n渗碳钢主要用于制造表面承受强烈摩擦 和磨损，同时承受交变载荷，特别是冲 击载荷的机器零件，如汽车、拖拉机中 的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞 销等。n

4、这类零件都要求表面具有高的硬度、耐 磨性和接触疲劳强度，心部要有较高的 强度和足够的韧性。(2)渗碳钢的成分特点n1) 低碳 在0.100.25%之间，以保证心部有足 够的塑性和韧性。n2) 加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr（ 2.0%）、Ni（4.5%）、Mn（2.0%）及 微量的B（0.005%）等，以提高热处理后心 部的强度和韧性。n3) 加入阻碍奥氏体晶粒长大的辅加元素：Ti（ 0.10%）、V（2.0%）、W（1.20%） 、Mo（0.60%）等形成碳化物，抑制晶粒长 大，提高渗碳层硬度(3)热处理特点n锻造后正火n渗碳后进进行:n一次(二次)淬火，或n直接淬火，n对对重要零件,

5、为为减少A，可进进行冷处处 理；n 最后进进行: 低温回火 (4)常用渗碳钢及用途4.2调质钢n(1)工作条件和性能要求n调质钢一般指经过调质处理后使用的碳素结构 钢和合金结构钢。大多数调质钢属于中碳钢。n调质钢具有高的强度和良好的塑性与韧性，常 用于制造一些要求具有良好综合力学性能的重 要零件，如汽车、拖拉机、机床和其它机器上 的各种重要零件，如轴类件、齿轮、连杆、螺 栓等。n调质钢是结构钢中用量较大的钢种。 (2)成分特点n1)中碳 含碳量介于0.27-0.50%之间。碳量过低 时不易淬硬，过高则韧性偏低。n2)主加合金元素有Cr（5%, 特别是有碳化物形成元素时， 应选上限温度。 如存在

6、较多磷共晶时， 退火温度在1000-1020 5.3.2 正 火n正火的目的在于得到珠光体基体(占基体75%以 上)，并细化组织，提高强度和耐磨性。n高温完全奥氏体化正火：将零件加热到 880920，保温3h，然后空冷。风冷、喷 雾冷等可以提高珠光体的量，以保证铸铁的强 度。 n中温部分奥氏体化正火：将零件加热到800 860，保温一定时间，使基体一部分转变为 奥氏体，另一部分保留为铁素体，空冷后得到 珠光体和少量破碎铁素体的基体，这样不仅可 以提高铸铁的强度，而且保证其具有较好的塑 性。 5.3.3 淬 火 与 回 火n对于要求综合力学性能较高的球墨铸铁 连杆、曲轴等，可采用调质处理。即加

7、热到860900，使基体转变为奥氏体， 在油中淬火得到马氏体，然后再经550 600回火，空冷n等温淬火时，将零件加热到奥氏体区（ 860900），保温一定时间后，在 300左右的等温盐浴中冷却并保温，使 基体在此温度下转变为下贝氏体。 5.4 可锻铸铁n可锻化（石墨化退火；n正火和回火；n淬火回火；n石墨化退火可以与正火、淬火结合起来，控制 冷却即可6 有色金属热处理n常用有色金属有铝、铜、钛、镁、锌及 其合金等n都可以进行扩散退火、再结晶退火和去 应力退火n部分合金可以进行固溶时效。有色合金的强化方法n以铝合金为例，n1、固溶强化；如Cu, Mg, Zn, Si, Mn等加入 可形成有限固

8、溶体。n2、时效强化：经长时间室温停留或加热至 100-200一定时间保温后，在母相固溶体的 一定晶面上出现一个原子层厚度的铜或其它原 子的偏聚区，偏聚区边缘发生晶格略变，阻碍 位错运动，因而合金强度，硬度提高。 n3、第二相强化和细晶强化；n4、冷变形强化。 6.1 铝合金的热处理nT1 人工时效nT2 退火nT4 固溶处理（自然时效）nT5 固溶处理+不完全人工时效nT6 固溶处理+完全人工时效nT7 固溶处理+稳定化回火nT8 固溶处理+软化回火固溶处理（淬火）n加热温度：溶解度线与共晶线之间n加热方式：低温(60HRC)、高耐磨 性、较高的热硬性和足够的强度和韧性 。n为了提高刀具的使

9、用寿命，一方面可以 采用各种强韧化热处理工艺，另一方面 可以采用各种化学热处理方法，如蒸汽 处理、CN 、SN、ONC、OCSN、稀土 五元共渗、PVD等(2)成分及热处理特点n1）成分特点n高碳；硬度、耐磨性n合金元素提高淬透性、回火稳定性（ 红硬性）；n2）热处理特点n球化退火切削加工淬火低温回 火n合金元素含量较高时，需增加回火次 数。(3)常用刃具材料n根据形状复杂程度、截面尺寸、工作条件可以 选用n高碳钢 T10,T12等；n低合金钢9CrSi,9Mn2V,CrWMn等；n高速钢W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2等n硬质合金或陶瓷n高速钢中含有较多的合金元素，淬火时需高温 加热，提

10、高红硬性；n高速钢回火时，需要多次回火碳素刃具钢n牌号：T7T12A钢n热处理：球化退火淬火（AC1以上 ）+低温回火 (160)n组织及性能： M粒状碳化物A 硬度为HRC60n用途：木工工具、板锉、刨刀等形 状简单、低负荷工具低合金钢1成分: 9CrSi、9Mn2V、CrWMn等钢。Cr、Mn、Si提高淬透性；W、Cr细化晶粒。2热处理：球化退火淬火+低温回火3组织及性能：M合金粒状碳化物A 硬度为HRC604. 用途：丝锥、板牙、钻头等形状较复 杂工具高速钢1成分特点：C=0.7 1.65，M总102合金元素作用：Cr：提高淬透性(固溶态) 、Cr7C3 加热 到980时全部溶入A中。W

11、、Mo、V：提高红硬性（固溶态）、 W2C、V2C、VC等1100开始溶解。高速钢的热处理特点n铸态组织中碳化物很多，需要反复锻造 ；n预先热处理：退火、调质n高速钢淬火时需高温加热，提高红硬性 ；n高速钢回火时，需要多次回火n可进行多种化学热处理。如OCSNB共渗 后，性能优异（表2.7.5)高速钢的预先热处理（207）n预先热处理一般为球化退火，可以采用 普通球化、等温球化和循环球化工艺n循环球化一方面可以缩短加热时间，提 高效率，节约能源；而且可以细化组织 （奥氏体和碳化物），提高淬火后高速 钢的强度、硬度和韧性；可以消除过热 组织，并减小热处理变形W18Cr4V钢TTT曲线W18Cr4

12、V高速钢热处理工艺路线高速钢的工艺路线：锻造 球化退火） （打碎碳化物 ） （球状P利机加工） 预热（两次 ） 淬火（减小热应力） （1280分级淬火）防止变形与开裂提高硬度和韧性回火 550570三次（提高强度、硬度和塑 性）n高速钢在常规二次硬化温度回火以前， 增加一次320380C低温回火，可以提 高强度和韧性。n因为在320380C回火时，一方面析出 一些、M3C碳化物，使MC、M2C型碳 化物在二次硬化温度更加均匀、充分析 出外，另外部分残余奥氏体生成下贝氏 体n回火前进行深冷处理如何？7.2 量具热处理n量具主要要求高硬度（56HRC）和高耐 磨性；高的组织和尺寸稳定性。n量具没有

13、专用钢，复杂形状的量具应采 用淬火变形较小的钢，如CrWMn；要求耐 蚀性较高的可以采用4Cr13不锈钢n热处理工艺与一般高碳钢相似，为了保 持高的组织和尺寸稳定性，可以进行深 冷处理和稳定化处理（低温长时间加热 长时间低温回火）。量具类别钢号简单平板样板与卡规及大型量具15、20、20Cr、50、 55、60、65、65Mn低精度塞规、块规、卡尺等T10A、T12A、高精度量规、块规、 形状复杂的样板CrMn、CrWMn、Cr2 、GCr15抗蚀量具4Cr13、9Cr187.3.1 冷作模具热处理n冷作模具工作温度不超过200-300,主要损坏 形式是磨损，也常出现断裂和变形等。n含碳量多在

14、1.0%以上，有时高达2.0%以上， 一方面与合金元素形成碳化物，另一方面获得 高碳马氏体，以保证钢的高硬度和高耐磨性。n加入Cr、Mo、W、V等合金元素, 形成难熔碳 化物，提高耐磨性，Cr还显著提高钢的淬透性 。热处理特点n冷作模具钢的预先热处理是球化退火， 最终热处理一般是淬火、低温回火。n对于二次硬化的高碳高铬钢（如Cr12型 钢），有时需高温回火，以产生二次硬 化，适用于在400-450温度下受强烈磨 损的模具。 7.3.2 热作模具热处理n工作时型腔表面温度可达600以上。n在工作中,热作模具承受较大的冲击载荷 和塑变摩擦，强烈的冷热循环所引起的 不均匀热应力以及高温氧化，使模具常

15、 出现龟裂、塌陷、磨损等失效现象。n热作模具钢要求高的热硬性和高温耐磨 性，高的抗氧化能力、高的热强性和足 够的韧性。由于热作模具的体积比较大 ，还要求有较高的淬透性和导热性。 热作模具成分特点n1)中碳 含碳量一般为0.3-0.6%，在保证钢具有 高硬度（35-52HRC）、高强度的同时还有高 韧性、高的热疲劳抗力。n2)加入较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn 、Si等元素，Cr是提高淬透性的主要元素，同 时和Ni提高回火稳定性。Ni还增加钢的韧性， 并可与Cr、Mo一起提高钢的耐热疲劳性能。n3)加入产生二次硬化的Mo、W、V等元素， Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温强度 和回火稳

16、定性。热处理特点n热作模具钢的预先热处理一般是完全退 火或球化退火。n最终热处理根据其用途有所不同。回火 温度根据模具的工作条件及性能要求而 定， n热锻模一般为淬火后模面中温回火、模 尾高温回火；压铸模是淬火后在略高于 二次硬化峰值的温度下多次回火，以保 证热硬性。5CrMnMo复合渗nB-N复合渗，降低了渗层的脆性，提高 了强度、塑性和韧性（222）n然后900淬火，回火，与常规处理相 比，寿命提高46倍。压铸模热处理n3Cr2W8V采用高温调质，然后较低温度 加热、等温淬火，可以提高压铸模寿命2 3倍。n然后，再经过气体氮碳共渗，耐磨性是 淬火回火状态的6.46倍。（226）8 表面处理n表面处理方法很多，如n发蓝n磷化n热喷涂n电镀n