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1、钢热处理工艺性及合理选择钢热处理工艺性及合理选择G- n 钢的热处理工艺性主要包括淬透性、淬硬性、回火脆 性、过热敏感性、耐回火性、氧化脱碳趋向及超高强度钢表面状态敏 感性等，这些工艺性均与材料的化学成分和组织有关，是选材和制定 生产工艺的重要依据。1淬透性 钢的淬透性是指在一定条件下钢件淬火后能够获 得淬硬层的能力。钢的淬透性一般可用淬火临界直径、截面硬度分布 曲线和瑞淬硬度分布曲线等表示。（ O. 9 Y* & e4 ; v淬火临界直径是指淬火试件中心形成一定量马氏体，即心部达 到一定临界硬度的最大直径，临界硬度与碳含量关系见图 1。一般机械制造行业大多以心部获得 50马氏体（体积分数）
2、为淬火临界直径标准，对于重要机械及军工行业则以心部获得 90 马氏体（体积分数）作为临界直径标准，以保证零件整个截面都获得 较高力学性能。对于同一个钢种，由于选用淬火临界直径标准不同， 其临界直径尺寸也不同，以50%马氏体（体积分数）为标准的临界直 径大于以90%马氏体（体积分数）为标难的临界直径。钢的淬透性使钢产生了尺寸效应（亦称质量效应），由于零件 截面尺寸大小不同而造成淬硬层深度不同，同时也影响淬火件表面硬 度，因此设计师必须充分注意材料的淬透性，合理选择材料，设计大 截面或形状复杂的重要零件时应选用淬透性好的合金钢，可以保证沿 整个截面都具有高强度和高韧性的良好配合，同时减少热处理变形
3、和 开裂。设计师还要根据零件的服役条件合理确定淬透性要求，对于重 要零件（如连杆、高强度螺栓、拉杆等），要求淬火后保证心部获得 90%以上马氏体（体积分数）；对于一般单向受拉、受压的零件，则 要求淬火后心部获得50%马氏体（体积分数）即可；因考虑刚度而尺 寸较大的曲轴，淬火后只要求离表面1/4R处保证获得50%以上马 氏体（体积分数）；弹簧零件一般要求淬透；对于滚动轴承、小轴承 要全部淬透，但受冲击载荷大的大轴承则不宜淬透。此外，设计师还 应注意，各种材料手册中的数据都有尺寸限制，不能根据小尺寸试样 的性能指标来进行大尺寸零件的强度计算。工艺师应根据钢的淬透性合理安排加工工序。当零件尺寸较 大
4、、又受到淬透性限制时，为了保证淬硬层深度，可采用先粗加工后 热处理，热处理后再精加工。截面差别较大的零件，如大直径台阶轴， 从淬透性考虑，可先粗车成形，然后调质，增加淬硬层深度。钢的碎透性是制定热处理工艺的重要依据。淬透性好的钢淬火 时，可以选用较缓和的淬火介质和较慢冷却的淬火工艺，以减少零件 的变形和开裂趋向。8 & R w: d） Q4 Y1 G2.淬硬性 淬硬性是指钢在理想淬火条件下，以超过临界冷却 速度冷却，使形成的马氏体能够达到最高硬度。钢的淬硬性主要取决 于钢的含碳量，碳含量越高，淬火后硬度也越高，其他合金元素的影 响较小。碳含量(质量分数)达 06时，淬火钢的硬度接近最大 值。碳
5、含量进一步增加，虽然马氏体硬度会有所提高，但由于残留奥 氏体量增加，碳素钢的硬度提高不多，合金钢的硬度反而会下降，见 图2。5 m% z, I5 R6 l: X9 . B* % w设计师在零件设计时要考虑钢的淬硬性，合理确定钢的碳含 量。在要求表面硬度较高时，应选择中碳或高碳钢；对表面硬度要求 不高时，一般选择中碳或低碳钢。3回火脆性 钢制零件的使用性能主要通过回火获得， 回火温度等参数主要根据设计强度要求来选择。但很多钢种随回火温 度升高会出现两次冲击韧度明显降低现象，称之为回火脆性。 三钢在300C左右温度范围回火时产生的回火脆性称为第一类 回火脆性，也称低温回火脆性；在400550C温度
6、范围内回火时产 生的回火脆性称为第二类回火脆性，也称高温回火脆性，回火脆性的 特点如表 l 所示。 0 F5 H) |( I& j; X在设计和生产中应尽量避免选用需要在回火脆性区回火所达 到的强度水平，常见钢回火脆性温度范围如表2所示。采用快速冷却 可以消除第二类回火脆性，选用含钼、钨的合金钢、细晶粒钢及高纯 净钢可降低回火脆性。4过热敏感性 钢在加热时，由于温度过高，晶粒会长大， 引起性能显著降低的现象，称之为过热。加热温度接近固相线附近时，晶界会被氧化和部分熔化，称之为过烧。 x*y-d过热的重要特征是晶粒粗大，将使钢的屈服强度、塑性、冲击 韧度和疲劳性能降低，同时提高钢的施性转变温度；
7、过热还会使淬火 马氏体粗大，降低其耐磨性能，增加淬火变形和开裂倾向，因此工业 上总是通过各种途径细化晶粒，从而达到细化组织提高性能的目的。 在各种钢种中，含锰钢的过热敏感性较大。在设计和生产中应注意钢的过热敏感性，选用合适的钢种，合 理选择淬火加热温度和保温时间，按工艺要求准确控制工艺参数。由 于渗碳钢在渗碳时温度较高，时间较长，容易产生晶粒粗大，所以对 于含锰钢等过热敏感性较大钢种一般不直接淬火，应采用二次淬火。对于一般过热组织，可以通过多次正火或退火消除，对于较严 重的过热组织，如状断口，不能用热处理消除，必须采用高温变形和 退火联合作用才能消除。过烧组织不能挽救，是不允许的缺陷。5耐回火
8、性 耐回火性是指钢在回火时抵抗软化的能力，也 称回火抗力、抗回火性和回火稳定性。耐回火性好的钢在回火时组织 性能变化缓慢，可以在较高温度下回火后使用。合金钢的耐回火性比 碳钢好，所以对于相同碳含量的钢种要得到相同回火硬度时，合金钢 的回火温度要比碳钢高，回火时间较长，回火后内应力比碳钢小，塑 性和韧性也高。在工业生产中，对于要求内应力消除较完全、强度与韧性配合 好的零件，设计时应选用耐回火性好的合金钢。对于使用温度较高的 零件，要选择耐回火性好的钢种，一般使用温度最高限度在回火温度 以下50”C。6氧化脱碳趋向 钢在加热过程中，由于周围氧化气氛的 作用，表面形成金属氧化物，使钢表面失去原来的光
9、泽，称之为氧化； 同时钢材表面的碳全部或部分丧失掉，使表面碳含量降低，称之为脱 碳。在还原气氛中加热，一般不会产生氧化，但控制不好还会产生脱 碳。三维网技术论坛/ m& 7 B. H4 9 ; 3 ?氧化使钢表面失去金属光泽，表面粗糙度值增加，精度下降， 这对精密零件是不允许的。同时，氧化使钢的强度降低，其他力学性 能也下降，增加了淬火开裂和淬火软点可能性。脱碳明显降低钢的淬 火硬度、耐磨性及疲劳性能，高速钢脱碳会严重影响热硬性。各种钢 种中，含硅钢的氧化 脱碳倾向较大。 三维，cad,机械，技术，汽在工业生产中应尽量避免氧化脱碳，重要受力件不允许在最终 零件上有氧化脱碳层存在。为此，设计师必
10、须根据生产过程和现场条 件，合理留足加工余量，工艺师应适当安排好加工流程，热处理工作 者应积极采用各种少无氧化脱碳的热处理工艺，控制氧化脱碳，保证零件热处理质量，获得稳定可靠的使用性能。7超高强度钢表面状态敏感性 超高强度钢具有比强度高 的特点，可以减轻零件重量，提高产品性能，应用范围不断扩大。但 超高强度钢的缺口敏感性较大，对表面状态比较敏感，表面不完整将 使其疲劳性能、耐腐蚀性能、塑性与韧性等大幅度下降，甚至造成灾 难性破坏，因此应注意改善缺口敏感性，保持表面完整性，防止氢脆 和表面氧化脱碳，具体措施见表3。 三维网技术论坛0 W , P; : e* l- / c5 _, C M; 表1
11、不同回 火状态的脆性特点 2 z; 08 n6 q3 z4 2 “种 类特点三维网技术论坛（v9 ?+ Q* 1%八$ j Q& s） Z第一类回火脆性（低温回火脆性）300C发生的回火脆性，具有不可逆 性。凡是淬成马氏体的钢均有这类脆性。；I Z3 01 r八-G ?0 B2第二类回火脆性（高温回火脆性）400550C发生的回火脆性经快速 冷却可以消除。Mn钢、Cr钢、Cr-Mn钢、Cr-Ni钢等钢种易发生第二 类回火脆性表2 常用钢产生回火脆性的温度范围 (C)钢号第一类回火脆性第二类回火脆性30Mn225035050055020MnV300360!(25Mn2V2503505106103
12、5SiMn500650 三维20Mn2B25035045Mn2B45055015MnVB25035020MnVB200260520左右40MnVB20035050060040Cr300370450650; D!45Cr38CrSi25035045055035CrMo250400无明显脆性20CrMnMo25035030CrMnTi40045030CrMnSi25038046065020CrNi3A25035045055012Cr2Ni4A 25035037CrNi330040040CrNiMo 30040038CrMoAlA 3004504Cr9Si245060065Mn60Si2Mn有回火脆
13、性三维网50CrVA2003004CrW2Si250350480550一般无脆性无脆性5CrW2Si3004006CrW2Si3004504SiCrV3Cr2W8V600550 6509SiCr 210250CrWMn2503009Mn2V 190230T8T12200300GCr15 200 2401Cr13520 5602Cr134505606007503Cr133505506007501Cr17Ni2 400580 e） G P4 Q/ i表3 超高强度钢表面状态敏感性改进措施三维 |cad|机械|目的改进措施三维|cad|机械|汽。lidworks|caxalu&改善或避免缺口敏感性1
14、）采用等温淬火工艺，代替油淬+低温回火工艺。2）对于受拉伸疲劳作用的重要螺纹零件，一般对螺纹部分进行局部回火，螺纹局部回火后硬度为3943HRC。3）硬度检 验或作标识，均应打在应力水平较低、应力集中较小的部位。4）设计 时应采用大圆角过度，避免截面和尺寸的剧变。减少表面残留应力敏感性 1）对淬火回火又经磨削、高速铰孔或校正的零件，还应进行一次去应力回火，一般在原回火温度以下2030C，保温3h以上。2）磷化后磨削的零件，应补充150C、3h的去 应力回火。3）表面大都需喷丸、孔挤压、螺纹滚压等表面强化。4） 机加工后进行酸浸检查，以防止二次未回火马氏体三维网技术论坛; _ 防止氢脆 1）超高强度钢不宜在吸热式等含氢量较高的保护气氛 中加热，避免增氢。如发现增氢，应在淬火后立即进行除氢处理，一 般为190C、16h以上除氢处理。2）在酸洗、电镀后应及时进行除氢 处理，一般为190C、16h除氢。3）电解加工或回火酸浸蚀检查的零 件在8h内进行190260C、3h以上的回火处理 防止热处理加热氧化脱碳 一般规定，低合金超高强度钢最终热处理 后，表面脱碳层W0.075mm，不得有增碳、增氮和晶界氧化，为此这 类钢的最终热处理应采用真空热处理、氮基气氛等保护气氛热处理， 或者盐炉及涂料保护加热三维|cad|机械|汽
