《工程材料及热加工钢的热处理工艺》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程材料及热加工钢的热处理工艺（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、兔处銀工艺、钢的退火与正火二、钢的淬火三、钢的回火四、钢的表面热处理一、钢的退火与正火在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，退火和正火经常作为预备热处理工序，即安排在铸造、锻 造之后，切削加工之前，用以消除前一工序所带来的某 些缺陷，为随后的工序作准备。目的：调整硬度以便切削；消除内应力减少变形；细化晶粒，改善组织，提高力学性能；为最终热处理做好组织准备。1退火1.1定义：将钢加热至适当的温度，保持一定时间后缓慢 冷却至550以下空冷，以获得接近平衡组织的热处理工 艺。1.2分类：退火的种类很多，根据加热温度可分为两大类: 一类是在临界温度（Acl或Ac3）以上的退火，又称为 相变重结晶退
2、火，包括完全退火、不完全退火、球化 退火和扩散退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去 应力退火等。Cl1 100I 000900800700600500球化退火W/7W/7O込亠完全退火777/77刀去应力退火0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 L2 L4叫A%)(a)图4 - 12域钢各种退火的工艺规范示意国3）加热温度也国b）匚艺曲线完全退火工艺：是将亚共析钢加热到Ac3以上3050C,保温，后 缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。应用：亚共析成分的各种碳钢和合金钢。等温退火工艺：将亚共析钢钢加热到Ac3以上3050C或将过共析 钢加热至Acl以上3050C
3、 ,保温后快冷到Ad以下的某一 温度，并停留至相变结束出炉空冷。应用：所有钢。球化退火是不完全退火的一种，通常的加热温度是Acl以上20-30C, 使二次渗碳体转变为球状或粒状，然后随炉缓冷至略低于 AN保温，使P中渗碳体球化，再出炉空冷。主要用于过共析的碳钢及合金工具钢。近年来球化退火应 用于亚共析钢也取得成功。扩散退火是指将钢加热到Ac3或Accm以上150300C,长时间保 温，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。实质是使钢中的各元素在奥氏体中进行充分扩散，达 到成分均匀化。再结晶退火是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温 适当时间后，使变形晶粒转变为无应变的等轴新晶粒, 从而消除加工
4、硬化和残余内应力的热处理工艺。去应力退火又称为回复退火，其加热温度范围很宽，通常是在再 结晶温度以下。2、正火工艺：将钢件加热到Ac3或Accm以上，保温一定时间 后，在空气中冷却得到细片状珠光体组织(S)的热处理 工艺。正火与退火的明显差异是正火冷却速度稍快。应用：低碳钢提高硬度；中碳钢正火带退火；高碳钢 消除网状碳化物。二、钢的淬火定义：是将钢件加热到Acl或Ac3以上保温一定时间后, 快速冷却（通常大于临界冷却速度Vc）,以得到马氏 体（或下贝氏体）组织的热处理工艺。目的：获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。是强化钢材的最重要的手段。时间,Ai兀正火乙追火min2.1淬火温度淬火加热温度的
5、选择应以得到均匀细小的奥氏体 晶粒为原则，以便淬火后得到细小的马氏体组织。对于亚共析钢通常加热到Ac3以上3050C对共析钢和过共析钢为Acl以上3050C o （未溶FC 阻止晶粒长大；提高硬度、耐磨性）I 2001 1001 0009008000 77wj(%)2.2淬火冷却221理想的冷却速度图4 - U 理担冷却速度冷却是淬火工艺的另一个重要因素，由C曲线可知, 最好是鼻尖处快冷，而在Ms点附近和鼻尖以上应尽量 慢冷。2.2.2淬火冷却介质最常用的是水、盐水、油、熔盐。水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快） 盐水：高温快，低温快。油：合金钢或小尺寸碳钢件。（高温太慢，低温
6、慢）熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理 想冷却介质。2.2.3淬火方法单液淬火：在一种介质中连续冷却获得马氏体。操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。双液淬火：先后在两种介质中冷却。操作复杂，难以控制。分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。减少应力和变形，适用于小件。等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小, 多用于形状复杂、要求高的工件。图4 - 15 各种淨衣力肚示总图224钢的淬透性定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是 钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺
7、的重要依据 之一。(a)工件截面上不同冷却速度表面马氏体区(b)淬硬区与未淬硬区示息图1iiL jIZ 、xXV非马氏体区影响因素：钢的临界冷却速度；过冷奥氏体的稳定性。评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深 度或临界淬透直径(Dk)来表示。淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组 成。指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的 最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬 法。ONH) g50406030)05 0107 5()w紅:出Fir距表面距离/mmI025 4gJ鬥
8、畀Y777r硬度试验2030 40506070 mm端淬距离意义：截面较大或形状复杂及受力特殊的零件（各类齿轮、 轴类），希望整个截面都能被淬透，从而保证零件在 整个截面上的机械性能均匀一致。选用淬透性较高的 钢即能满足这一要求。（如果钢的淬透性低，零件整个截面 不能全部淬透，则表而到心部的组织不一样，机械性能也不相同,对于形状复杂、要求淬火变形小的工件，如果选用淬 透性较高的钢，就可以在较缓和的介质中淬火，因而 工件变形较小。但是并非任何工件都要求选用淬透性高的钢，在有些 情况下反而希望钢的淬透性低些。（例如表面淬火用钢就 是一种低淬透性钢，淬火时只是表面层得到马氏体。焊接用的钢 也希望淬透
9、性小，目的是为了避免焊缝及热影响区在焊后冷却过 程中得到马氏体组织，从而防止焊接构件的变形和开裂）淬透性与淬硬性的区别：后者是指钢淬火后形成的淬 火态组织（由马氏体和残余奥氏体相组成）所能达到 的硬度，显然，它取决于马氏体的含碳量和残余奥氏 体的数量。224钢的淬火变形和开裂 淬火变形：起因为淬火冷却过程中产生的内应力（热应力、相变（组织）应力）a）热应力：由温差而导致的热胀和冷缩不一致引起的。b）相变应力：冷速不一致而导致相变不一致引起的。淬火开裂：内应力超过工件的强度极限。、钢的回火定义：是将淬火后的钢加热到Acl以下某一温度，保 温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。目的：减小或消
10、除淬火应力；提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能;稳定组织和工件尺寸。分类及应用：低温回火(150250C) 组织为回火马氏体。(5864HRC )部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬 后所得到的高强度、硬度和耐磨性。广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件 以及表面淬火工件等。中温回火(350500C)组织为回火屈氏体。(3545HRC )经中温回火后是具有极高的弹性极限和良好的韧性。用于各种弹性元件及热锻模具的处理。高温回火(500650C)组织是回火索氏体。(2535HRC )通常将淬火加高温回火相结合的热处理工艺称为调 质处理。经调质处理后钢的强度、塑性和韧性具有良好的配 合
11、，即具有较高的综合机械性能。因而，调质处理 被丿泛应用丁中碳结构钢和低合金经构钢制造的各 种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连 杆、螺栓以及轴类等。回火脆性a）低温回火脆性：发生在250400C。 不可逆回火脆性对策：避免b）高温回火脆性：发生在500650C。 可逆回火脆性对策：快冷四、钢的表面热处理定义：指仅对工件表层进行热处理以改变其组织和 性能的工艺。特点：只对一定深度表层进行强化，而心部基本保 持处理前的组织性能，可以获得强度硬度韧性三者 较满意的配合。分类：一般分为：表面淬火和化学热处理1、表面淬火1.1定义:是通过快速加热使钢件表面达到临界温度（Acl 或Ac3）以上，不
12、等热量传到工件内层就迅速予以冷却, 只使表面被淬硬为马氏体，而内层仍为塑韧性良好的 调质态组织。1.2分类：根据加热方法不同，可分为感应加热、火焰加 热、激光加热、电子束加热表面淬火等工艺。1.3感应加热表面淬火定义：利用在交变电磁场中工件表面产生的感生电流将 工件表面快速加热，并淬火冷却的一种热处理工艺。原理和工艺方法：是将钢件放入由紫铜管制作的与零件 外形相似的感应圈内，随后将感应圈内通入一定频率的 交变电流，这样在感应圈内外产生相同频率的交变磁场, 同时，在零件表面也产生频率相同，方向相反的感生电 流，该电流在工件表面（集肤效应）形成封闭回路，称 为“涡流”。由此产生的热效应将零件表快速
13、加热到淬 火温度，随即喷水冷却，使工件表面获得马氏体组织。特点：加热速度快，温度高，晶粒细；硬度高，变形小，不易脱碳；易于自动化。0水出水电流集中层1.4火焰加热表面淬火工艺方法：是利用可燃气体（如乙烘）的火焰将工件表 面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，通过 控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚度的淬硬层。此法适于单件或小批量零件的表面淬火。加热层1.5激光加热表面淬火是将激光器产生的高功率密度（103105W/cm2）的激 光束照射到工件表面上，使工件表面被快速加热到临 界温度以上，然后移开激光束，利用工件自身的传导 将热量从工件表面传向心部而达到自冷淬火。1.6电子束加热表面淬火当高速的电子流轰击工件表面时，电子可射入表面一 定深度，电子的动能转化为热能使工件的表层快速加 热到临界温度以上，电子束移开后工件自冷淬火的热 处理工艺。电子流射入深度取决于加速电压的高低。 例如，对钢铁材料，电子的加速电压为120KV时，其 射入深度约为Wmo2、化学热处理定义：将钢件放入一定的化学介质中加热和保温，使 介质中的活性原子渗入工件表面，使表面化学成分发 生变化，从而
