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1、热 处 理 油 概 论,常州龙邦润滑油有限公司 2010-4-7,主讲人:沈鑫,热处理的含义,热处理：指以改变金属性能为目的受控制的固态加热与冷却过 程。简单的说就是四把火，退火，正火，淬火（工程 上读zhan)和回火。,工 厂 中 常 用 之 热 处 理 方 法,一、热处理 钢的热处理就是将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其内部 组织结构，获得所需性能的一种加工工艺。在大多数热处理工艺中，钢加热 的目的主要是获得奥氏体组织，因此习惯上把钢从室温组织加热到奥氏体状 态的过程称为钢的奥氏体化。其最基本的类型根据加热和冷却方法不同，可 分为退火、正火、淬火、回火等四种。 二、退火 1.
2、退火概念: 所谓退火，就是将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间， 然后随 炉缓慢冷却的热处理工艺，其实质是将钢加热奥氏体化后进行珠光体转变。 2.退火目的: (1).降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工; (2).细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，均匀钢的组织成分，改善 钢的性能或为以后的热处理作准备; (3).消除钢中的内应力，以防止变形或开裂。 3.退火方法: 常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火、扩散 退火和等温退火等几种。 (1).完全退火:又称重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷 却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。适用于含碳
3、量为0.3%0.6%的 中碳钢和中碳合金钢。,(2).球化退火:使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。常用的球化退火有 普通球化退火和等温球化退火两种，此工艺主要用于共析钢和过析钢的 模具、量具和刃具钢等。 (3).去应力退火:为了去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成及锻件内存 在的残余应力而进行的退火工艺。 (4).再结晶退火:又称中间退火，是指经冷形变后的金属加热到再结晶温度以 上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形 变强化和残余应力的热处理工艺。 (5).等温退火:就是将钢件或毛坯加热到高于Ac3(或Ac1)温度，保持适当时间 后，较快地冷却到珠光体温度区间的某一
4、温度并等温保持，使奥氏体转 变为珠光体组织，然后在空气中冷却的热处理工艺。此种退火方式主要 用于过冷奥氏体比较稳定的合金钢。 三、正火 1.正火概念: 正火就是将钢材或钢件加热到Ac3(或Accm)以上3050，保温适当时间 后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。 2.正火目的: (1).可消除过共析钢中的网状碳化物，改善钢的切削加工性能; (2).细化过热铸、锻件晶粒和消除内应力; (3).对含C量0.4%的中、低碳钢可用正火代替退火作预先热处理; (4).含C量在0.40.7%的不太重要的工件可在正火状态下使用。,四、淬火 1.淬火概念: 淬火就是将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持
5、一定时间，然后 以适当速度冷却获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。 2.淬火目的: 淬火的目的是使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，获得所需的力学性能。 (注: 淬火态工件不允许直接投入现场使用，通常在此之后必须实时进行12 次或以上之回火加工，以调整其组织及应力等!) 3.深冷处理： 深冷处理就是钢件淬火冷却到室温后，继续在以下的介质中冷却的 热处理工艺，也称为冷处理，是淬火过程的继续。 (1).深冷处理目的： 为了最大限度的减少残余奥氏体(常温下不稳定组织，容易引起尺吋变 吋等)，以进一步提高工件淬火后的硬度和防止在使用过程
6、中因残余奥 氏体的分解而引起的变形，同时强度、硬度和耐磨性都可得到不同程 度的提高。 (2).深冷处理注意要项: 高合金钢或高合金渗碳钢，因Mf点很低，冷处理需在-120以下进行， 保温12h，冷处理后必须进行回火或时效，以获得更稳定的回火马氏 体组织，并使残余奥氏体进一步转变和稳定化，同时使淬火应力及深冷 应力充分消除。 (3).深冷处理适用范围： 较适用于精度要求很高，必须保证其尺寸稳定性的工件，如量具等。,五、回火 1.回火概念： 回火就是钢件淬硬后，再加热到低于点以下某一温度，保温一定时 间，然后冷却到室温的热处理工艺。 2.回火目的： (1).合理地调整力学性能，使工件满足使用要求；
7、 (2).稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的尺 寸、 形状不变； (3).降低或消除淬火内应力，以减少工件的变形并防止开裂。 3.回火分类： 按照加热温度的不同，回火可分为低温、中温和高温回火三类。 (1).低温回火：回火温度在以下，回火后的组织为回火马氏体+ 残余奥氏体； (2).中温回火：回火温度在，回火后组织为回火托氏体 +残余奥氏体； (3).高温回火：回火温度在，回火后组织为回火索氏体 + 残余 奥氏体；此工艺也称为调质处理（即淬火高温回火）。主要用于 中碳结构钢工件，使钢的的强度、塑性、韧性达到恰当的配合，具有良 好的综合机械性能，常用于高碳高合金钢(如高速
8、钢等)之回，回火温度 在500600，以使发生二次硬化作用，促进残余奥氏体的转变。,蒸气膜阶段,沸腾阶段,对流阶段,特性温度 特性秒数,高温金属投入淬火油中，金属表面发生蒸气並覆盖 整体热处理物品上，此時淬火油和金属表面是沒有 直接接触的，蒸气膜会阻碍热传导，冷却速度慢。,淬火油直接与金属接触，蒸气膜破裂引 发沸腾現象，此阶段冷却速度最快。,金属温度降至淬火油沸点以下、沸腾现象 停止，烧入油温度上 升，改换成对流冷却 此阶段冷却速度最慢。,淬火油之却曲线,淬火三阶段,蒸气膜阶段被处理的金属表面在高温投入热处理油中时，产生大量蒸气，以致整个金属表面被蒸气层所覆盖，此时液体热处理油不能直接和金属直
9、接接触。蒸气膜乃是热之不良导体，会阻碍热量之传导，所以此阶段之冷却速度较慢。沸腾阶段被处理金属之温度继续下降，到某一程度，金属四周之蒸气膜破裂后，液体直接和金属接触而造成沸腾之现象，在此阶段冷却速度最快。我们一般把从蒸气膜阶段转变成沸腾阶段之温度称为特性温度，而把所需秒数称为特温秒数。对流阶段被处理金属之温度继续下降到热处油之沸点以下时，沸腾之现象停止，改换成对流冷却，在此阶段冷却速度最慢。由上述可知我们在选择冷却性能较良之热处理油时，我们可以选用特性温度较高，对流阶段开始温度较低之热处理油。,热处理油的组成內容,轻质馏份基础油的蒸气膜被切断。 天然系化合物。 添加剂在高温的金属表面凝结覆盖。
10、,2.冷却性向上剂,特征 良好的空气气体条件下 ，有安定的冷却性能。 热分解气体发生非常少 ，抑制淬火不足。 耐酸化较弱，容易生成不溶物质光辉性恶化,轻质馏份基础油的蒸气膜切断。 对流阶段下降剂。 添加剂作用使对流开始温度下降，得到良好冷却效果。,3.对流阶段下降剂,特征 含有结晶水份使对流階段下降效果大。 油泥容易被分散使光辉性恶化。 由于含有水份淬火不均 要注意。,作用机构 油中的溶存氧气和微量水份等控制钢表面的反应性。 光辉性阻害的添加剂 一般的酸化防止剂。 消泡剂。 极压剂。,4.光辉性改良剂,热分解在330附近发生，440以上引发急速反应。 热处理物和油长时间的接触在对流阶段温度，热
11、浴式油450以下，冷浴式油在350以下。 冷浴式油的场合，热分解問题发生，因酸化物相结合使能力低下，即使在低温也被分解。,5.酸化防止剂,搅拌的影响 搅拌能力大小，对冷却性能影响较大。 对表面物，蒸气膜阶段和对流阶段的冷却速度影响大。 开始温度沒有影响。 表面提早进入沸腾阶段，中心部位冷性能向上。,淬火油的特性影响的其他因素,油温的影响 淬火油最大冷却性能以温度表示。 油温上升，蒸气膜阶段伸长，对流阶段冷却速度低下，使冷却性能低下。 粘度低下热传导率的上升，冷却性向上。 使用粘度mm2/s是最大的冷却速度(实用上512 mm2/s)。,水份混入的影响 蒸气膜阶段若干伸长，对流阶段开始温度大幅低
12、下冷却性向上，淬裂发生。 蒸气泡剥离困难的场合，水蒸气覆盖发生淬火不均。 游离水份突沸的危险性。 热分解生成物的影响 轻质份的生成使粘度低下引起冷却性向上、淬火后歪增大，热收缩淬火不均。 炉內气体影响 酸化膜使热传导率低下蒸气膜阶段短，沸腾阶段冷却性能低下冷却性低下。,选择热处理工厂的考虑因素,(1) 处理价格 : (2) 人力素质 : (3) 处理设备 : 洗净设备、加热炉种类、冷却设备、回火炉、深冷处理设备、喷砂机等 (4) 品质管理 : 检查变形量、硬度、组织、粒度、探伤等 (5) 材料试验设备 :硬度、拉伸、冲击试验机等 (6) 金相组织检验设备 : (7) 非破坏检验设备 : (8)
13、 工程管理 :进货、出货、处理流程、治具、排列、温度计、冷却剂等 (9) 处理能量 :委托热处理工厂加工应配合之事项 :(1) 明确的材料编号(2) 要求的硬度( 范围 )(3) 要求的硬化深度( 范围 )(4) 要求的渗碳深度( 范围 )(5) 要求的组织(6) 要求的变形量限制( 范围 )(7) 要求的表面状况(8) 要求的交货期(9) 不良件的处理方法,热 处 理 油 试 验 项 目 和 意 义,(1) 比 重 :烧入油的比重通常是使用后会增大。因烧入油持续高温而产生高分子物质及微细的金属粉和油泥，所以比重增加。但是如果比重下降是冷却改良剂的添加剂消耗。,(2) 引火点 :开放式油槽使用
14、状态20以内变化，大部份是低粘度油份蒸发后引火点上升。密闭式油槽通常是引火点1020低下成为平衡，乃因烧入油热分解生成低粘度分，残存于油中使引火点下降。一般引火点下降时蒸气膜会变长，高分子聚合物会消耗。,(3) 粘 度 :开放式油槽使用冷浴式油，通常粘度会有上升倾向，热浴式用油油温较高容易产生酸化劣化物粘度上升。如果粘度下降是热分解或冷却向上剂消耗。密闭式油与开放式油槽类似。,(4) 酸 值 :通常新油一般是往上扬，油品在高温因空气的进入或微 量水分混入造成酸化劣化为主要因素。如果新油全酸价是 1时，可能是含有脂肪酸系的冷却改良剂。,（5）灰 份:使用正己烷测定烧入油之微细铁粉、尘埃、油泥。使
15、用甲苯测定油中树脂成分( 油泥 )。污染物太多时会影响冷却性能，粘度与灰分的 上升可推定油中含有油泥，在此时酸值也会上升。一般树脂成分1. 前后时烧入油使用困难。(6) 冷却曲线:为了冷却能力而测定冷却曲线，从有关烧入油的使用条件及性状 变化到冷却曲线推测都是非常重要的。冷浴式油主要测定添加剂的消耗和基础油的变化。灰分、酸值、水分、粘度都会使冷却曲产生变化。(7) 水 分:烧入油发现水分时，并不会有很大影响，但是冷浴式油确要特别注意。有300ppm水分以上发生的场合时，会有下现象发生:1.烧入油的异常变化。2.光辉性的恶化。3.团体烧入时，特别注意火气及品质较不稳定。4.产品很容易烧裂。5.有突然沸腾的现象。,热 处 理 工 厂 问 题 点 和 对 策,
