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1、第六章 金属热处理,第一节 钢的热处理工艺 第二节 常用热处理设备 第三节 热处理常见缺陷 第四节 洛氏硬度测试,第六章 金属热处理,图6-1 热处理工艺曲线,第一节 钢的热处理工艺,一、退火 二、正火 三、淬火 四、回火 五、表面热处理,一、退火,1.完全退火 2.球化退火 3.去应力退火,1.完全退火,完全退火是将钢加热到Ac3(指加热时共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)以上3050，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、焊接件、锻件和轧件等。如45钢的完全退火工艺是将工件加热到870左右，保温一定时间，然后随炉冷至室温(操作时一般冷至300左右出
2、炉空冷)。,2.球化退火,球化退火是将钢件加热到Ac1(指加热时珠光体向奥氏体转变的温度)以上2030，充分保温使未溶二次渗碳体球化，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。球化退火主要用于高碳工具钢、模具钢、轴承钢。如T10钢球化退火工艺是将工件加热到750左右，保温一定时间后炉冷至300左右出炉空冷。,3.去应力退火,去应力退火是将工件加热到500600，经保温一定时间随炉缓慢冷却至300左右后空冷至室温，又称低温退火。在去应力退火过程中，钢的组织不发生变化，只是消除内应力。去应力退火主要应用于消除铸件、焊接结构件以及热加工后零件的内应力，以防止和减小工件在使用或加工过程中产生变形和开裂。,二、正火
3、,正火是将钢加热到Ac3(或Accm加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度)以上3050的温度，保温后从炉中取出在空气中冷却的一种热处理方法。正火与退火相比，由于冷却速度较快，其强度和硬度比退火高，而塑性和韧性稍有降低。所以，生产中正火主要应用于改善低碳钢和某些低合金钢的切削加工性能；消除铸钢件内部粗大的晶粒，提高其力学性能；对要求不太高的普通构件，正火可作为最终热处理。,三、淬火,1.淬火加热温度和保温时间的选择 2.淬火介质的选择 3.淬火方法,1.淬火加热温度和保温时间的选择,淬火的加热温度主要取决于化学成分，不同钢种的淬火温度可在热处理手册中查到。淬火加热温度过高，会使钢的性能变坏；
4、温度过低，淬火后硬度不足。保温时间的长短与加热设备和工件有关，保温时间不足使淬火后工件硬度不足；若保温时间过长，则淬火后钢的晶粒粗大且变脆，表面氧化脱碳程度严重，影响了其淬火质量。,2.淬火介质的选择,淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形与开裂。淬火的冷却速度取决于冷却介质的选择。常用的淬火冷却介质是水、油、盐水和碱水。盐水或水溶液冷却速度快，一般用于形状简单的碳钢件；油的冷却速度较慢，一般用于形状复杂的合金钢件。总之，使用何种介质可依据零件材质、形状、大小以及该零件的热处理技术要求等。
5、,3.淬火方法,(1)单液淬火法 是指将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。 (2)双液淬火法 是指将加热工件先在一种冷却能力强的介质中冷却躲过C曲线“鼻尖”后再转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的淬火方法。 (3)分级淬火法 是指将加热工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火，待工件内外温度均匀后再取出随炉缓慢冷却的淬火方法。 (4)等温淬火法 是指将加热工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。,(1)单液淬火法 是指将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。,(2)双液淬火法 是指将加热工件先在一种冷却能力强的介质中冷却躲过C曲
6、线“鼻尖”后再转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的淬火方法。,(3)分级淬火法 是指将加热工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火，待工件内外温度均匀后再取出随炉缓慢冷却的淬火方法。,(4)等温淬火法 是指将加热工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。,四、回火,表6-1 常用回火方法及其应用,五、表面热处理,1.表面淬火 2.表面化学热处理,1.表面淬火,1)高频感应加热淬火，频率为200300kHz，淬硬层小于2mm，适用于要求淬透层较薄的中、小尺寸的轴类零件及中、小模数齿轮等零件的表面淬火。 2)中频感应加热淬火，频率为25008000Hz，
7、淬硬层为28mm，适用于直径较大的轴类或大、中模数齿轮等零件的表面淬火。 3)工频感应加热淬火，频率为50Hz，淬硬层深度在1020mm，适用于大直径零件，如轧辊、火车轮的表面淬火。,2.表面化学热处理,将钢件置于化学介质中加热和保温，使介质中的某些元素渗入到钢件表面，改变表面层的化学成分和组织的过程叫做化学热处理。,第二节 常用热处理设备,一、加热设备 二、其他仪器设备,一、加热设备,1.箱式电阻炉 2.井式电阻炉 3.盐浴炉,1.箱式电阻炉,图6-2 中温箱式电阻炉 1炉门配重 2热电偶 3炉壳 4炉门 5电阻丝 6炉膛 7耐火砖,2.井式电阻炉,图6-3 中温井式电阻炉 1炉盖升降机构
8、2炉盖 3风扇 4工件 5炉体 6炉膛 7电阻丝 8装料筐,3.盐浴炉,图6-4 电极盐浴炉 1炉盖 2电极 3炉衬 4炉体 5导线,二、其他仪器设备,1.控温仪表 2.质检设备 3.冷却设备,1.控温仪表,控温仪表的主要作用是用来测量和控制加热炉温。它主要利用不同温度下不同金属电位的不同形成电位差，经放大达到控温目的。其精度直接影响热处理工艺正常进行和质量。热电偶放置应能反映加热炉中工件的真实温度，补偿导线的连接应合理并经常校对检查炉温。,2.质检设备,常用的质检设备有硬度计、金相显微镜、量具、探伤设备等。,3.冷却设备,常用的冷却设备有水槽、油槽、盐浴槽等。,第三节 热处理常见缺陷,1.氧
9、化和脱碳 2.过热和过烧 3.变形和开裂 4.硬度不足,1.氧化和脱碳,工件加热时，钢表层的铁及合金元素与介质(或气氛)中的氧气、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。在工件表面生成氧化皮，破坏了工件表面粗糙度和尺寸精度。钢在加热时，表层的碳与介质(或气氛)中的氧气、氢气、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度的现象称为脱碳。脱碳使工件表面硬度不均匀，降低了工件的耐磨性，影响工件热处理后的性能。防止氧化和减少脱碳的措施有：控制加热温度和保温时间，在可控气氛中或在盐浴炉中加热等。,2.过热和过烧,过热是指加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化。过烧是指加热温
10、度过高，不但引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化。过热可以通过重新正火或退火来纠正，而过烧只能报废。为了防止工件的过烧和过热，要正确选择加热温度和保温时间。,3.变形和开裂,由于淬火过程中快速冷却，在工件内部产生内应力，而导致工件形状尺寸的变化或开裂。为了防止工件的变形和开裂，要合理选择热处理工艺及正确掌握淬火操作方法。,4.硬度不足,硬度不足产生的原因很多，可能是加热温度过低、保温时间短、淬火介质的冷却能力差、操作不当等。一旦发生后，要严格按照热处理工艺进行才能消除。,第四节 洛氏硬度测试,一、实验操作 二、技术要求 三、实际操作,一、实验操作,1)根据试验规范和试样
11、预期硬度值选定压头类型和载荷大小，并将压头装入试验机。 2)将试样上下两面磨平后置于试样台上，再向试样施加预载荷，操作方法是按顺时针方向转动手轮，使试样与压头缓慢接触，至读数指示盘的小指针指到“0”为止，即已预加载荷109.807N。 3)按下按钮，平稳地加上主载荷，以防止损坏压头。 4)按逆时针方向转动手轮，至压头完全离开试样后取出试样。,二、技术要求,1)金刚石压头为贵重物品，质地硬而脆，严禁与其他物品碰撞。 2)试样表面应平整光洁，不得有氧化皮、油污及明显的加工痕迹。 3)试样厚度不得小于压入深度的10倍。 4)压痕边缘离试样边缘的距离及两相邻压痕边缘间的距离均不得小于3mm。 5)加载
12、时，力的作用线必须垂直于试样的测试表面。,三、实际操作,(1)20钢、45钢退火后硬度测试 学生每三人一组，每人测试一种钢的硬度，每个试样必须测定三个不同部位的硬度，取其平均值，然后将三人的试验数据记录下来，归纳整理。 (2)45钢正火、淬火、低温回火的硬度测试 每人测试一种钢的硬度，每个试样必须测定三个不同部位的硬度，取其平均值，然后将三人的试验数据记录下来，归纳整理。,(1)20钢、45钢退火后硬度测试 学生每三人一组，每人测试一种钢的硬度，每个试样必须测定三个不同部位的硬度，取其平均值，然后将三人的试验数据记录下来，归纳整理。,(2)45钢正火、淬火、低温回火的硬度测试 每人测试一种钢的硬度，每个试样必须测定三个不同部位的硬度，取其平均值，然后将三人的试验数据记录下来，归纳整理。,
