钢的热处理实例

钢的热处理实例钢的热处理实例热处理实例热处理实例毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:热处理实例热处理实例 调整硬度调整硬度，便于切削加工，便于切削加工 改善组织改善组织（均匀组织、均匀成分、消除网状碳化物等）（均匀组织、均匀成分、消除网状碳化物等）细化晶粒，细化晶粒，为最终热处理做组织准备为最终热处理做组织准备预备热处理预备热处理:退火（炉冷）退火（炉冷）;正火（空冷）正火（空冷）得到珠光体类组织得到珠光体类组织常用的退火和正火工艺常用的退火和正火工艺热处理实例热处理实例最终热处理最终热处理:淬火淬火回火回火得到得到M组织，提高强度硬度组织，提高强度硬度低温回火，得到低温回火，得到M，消除应力，保留高硬度，消除应力，保留高硬度中温回火，得到中温回火，得到T，高弹性极限，高弹性极限高温回火，得到高温回火，得到S，良好综合力学性能，良好综合力学性能热处理实例热处理实例常用的退火和正火工艺常用的退火和正火工艺退火、正火、淬火的区别与联系：退火、正火、淬火的区别与联系：加热保温加热保温，目的均为目的均为A化，具体温度看成分和是否完全化，具体温度看成分和是否完全A化化亚共析钢均为完全亚共析钢均为完全A化，化，Ac3+3050过共析钢，正火为完全过共析钢，正火为完全A化，化，Accm+3050退火淬火为不完全退火淬火为不完全A化，化，Ac1+3050热处理实例热处理实例常用的退火和正火工艺常用的退火和正火工艺退火、正火、淬火的区别与联系：退火、正火、淬火的区别与联系：冷却阶段冷却阶段，退火炉冷，得到珠光体，退火炉冷，得到珠光体正火空冷，得到细珠光体（正火空冷，得到细珠光体（S）淬火快冷（水、油），得到淬火快冷（水、油），得到M类组织类组织热处理实例热处理实例表面和心部要求不同（表硬里韧）零件的热处理表面和心部要求不同（表硬里韧）零件的热处理中碳钢：调质中碳钢：调质表面淬火表面淬火低温回火低温回火（表面（表面5055HRC，心部，心部265280HBS）低碳钢：渗碳低碳钢：渗碳淬火淬火低温回火低温回火（表面（表面5662HRC，心部，心部156179HBS）38CrMoAl：调质：调质氮化氮化（表面（表面700HV，心部，心部2633HRC，高精度），高精度）热处理实例热处理实例齿轮热处理齿轮热处理轴承热处理轴承热处理弹簧热处理弹簧热处理工具热处理工具热处理轴的热处理轴的热处理基本思路：基本思路：工作条件（载荷，环境）工作条件（载荷，环境）失效形式失效形式性能要求性能要求材料材料热处理工艺热处理工艺热处理实例热处理实例热处理实例热处理实例1、工作条件、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。受力情况复杂。2、常见失效形式、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；断齿（韧性低断齿（韧性低 或强度低或超载）或强度低或超载）一一.齿轮热处理齿轮热处理热处理实例热处理实例一一.齿轮热处理齿轮热处理3.3.齿轮的技术要求齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。4.4.齿轮用钢齿轮用钢 低、中碳低、中碳n轻载齿轮：轻载齿轮：45，调质或正火调质或正火n中载齿轮：中载齿轮：45、40Cr，调质，耐磨部位表面淬火调质，耐磨部位表面淬火n重载齿轮：重载齿轮：20Cr、20CrMnTi，渗碳淬火渗碳淬火n高精度齿轮：高精度齿轮：38CrMoAlA，调质渗氮调质渗氮热处理实例热处理实例1 1）渗碳齿轮）渗碳齿轮材料：材料：20CrMnTi20CrMnTi、20Cr 20Cr、30CrMnTiA 30CrMnTiA等等服役场合：高速重载（汽车齿轮）服役场合：高速重载（汽车齿轮）下料下料工艺：工艺：工艺：工艺：锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火5.齿轮热处理工艺齿轮热处理工艺精加工精加工掌握各热处理工序的目的，工艺，组织掌握各热处理工序的目的，工艺，组织热处理实例热处理实例(1)(1)正火正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至加热至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷,组织细珠光体组织细珠光体+(+(少量铁素体少量铁素体)(2)(2)渗碳渗碳 提高表面含碳量提高表面含碳量 920 920930930保温保温3 39h 9h(3)(3)渗碳后淬火渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火直接淬火或一次淬火 理想组织：理想组织：表面：表面：隐针隐针M+Ar M+Ar（少量）（少量）+碳化物碳化物 心部心部:低碳低碳M+FM+F（少量）（少量）(4)(4)回火回火 消除淬火应力，低温消除淬火应力，低温200，MM回回下料下料锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火精加工精加工热处理实例热处理实例 20 CrMnTi 钢制造齿轮的钢制造齿轮的 热处理工艺曲线热处理工艺曲线热处理实例热处理实例加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 锻造锻造 粗加工粗加工 半精加工半精加工 精车加工精车加工及及 精磨精磨 5.齿轮热处理工艺齿轮热处理工艺2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）适用于适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。等材料齿轮。正火正火调质调质表面淬火表面淬火低温回火低温回火热处理实例热处理实例(1)(1)正火正火(或完全退火）或完全退火）细化晶粒，调整硬度细化晶粒，调整硬度 加热至加热至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷,细珠光体细珠光体+(+(少量铁素体少量铁素体)(2)(2)调质热处理调质热处理 使心部具有良好强韧性使心部具有良好强韧性 加热至加热至AcAc3 3+30+305050后淬火后淬火+500+500600600高温回火高温回火,回火索氏体回火索氏体(3)(3)表面感应淬火表面感应淬火(表面火焰淬火表面火焰淬火)提高表面硬度提高表面硬度 表面加热至表面加热至AcAc3 3+30+305050，心部没有加热。，心部没有加热。淬火后淬火后表面表面获得马氏体获得马氏体,过渡层过渡层马氏体马氏体+F+F残余奥氏体残余奥氏体,心部心部回火索氏体回火索氏体 (4)(4)低温回火低温回火 消除淬火应力，低温消除淬火应力，低温200，MM回回 热处理实例热处理实例n轻载齿轮：轻载齿轮：45，调质或正火调质或正火n中载齿轮：中载齿轮：45、40Cr，调质，耐磨部位表面淬火调质，耐磨部位表面淬火n重载齿轮：重载齿轮：20Cr、20CrMnTi，渗碳淬火渗碳淬火n高精度齿轮：高精度齿轮：38CrMoAlA，调质渗氮调质渗氮热处理实例热处理实例热处理实例热处理实例二、滚动轴承热处理二、滚动轴承热处理滚珠轴滚珠轴承承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承1、工作条件、工作条件高载荷，交变应力高载荷，交变应力高转速，一定冲击。高转速，一定冲击。热处理实例热处理实例 接触疲劳破坏接触疲劳破坏二、滚动轴承热处理二、滚动轴承热处理2、失效形式、失效形式热处理实例热处理实例塑性变形塑性变形 热处理实例热处理实例磨损磨损热处理实例热处理实例3 3、性能要求、性能要求:（内外圈和滚动体）（内外圈和滚动体）v高的高的硬度和耐磨性硬度和耐磨性;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;v较好的韧性和耐蚀性较好的韧性和耐蚀性;v尺寸稳定性尺寸稳定性滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承二、滚动轴承热处理二、滚动轴承热处理热处理实例热处理实例4 4、轴承用钢、轴承用钢:二、滚动轴承热处理二、滚动轴承热处理G Cr15 含含Cr量量WCr 1.5%滚动轴承钢滚动轴承钢高碳高碳,Wc=0.951.15%热处理实例热处理实例GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线轴承钢制造轴承的工艺路线锻造锻造 机加工机加工 球化退火球化退火淬火淬火+冷处理冷处理(6080;1h)低温回火低温回火正火正火磨削加工磨削加工稳定化处理稳定化处理(120150；510h)热处理实例热处理实例5 5、热处理工艺、热处理工艺预备热处理预备热处理:正火：正火：消除网状碳化物，细化晶粒消除网状碳化物，细化晶粒球化退火：球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备淬火淬火:获得马氏体组织获得马氏体组织 810 810860860（温度偏高），让（温度偏高），让CrCr尽量溶入尽量溶入A A，又不致于导致晶粒粗大，又不致于导致晶粒粗大，A A含碳过高；油冷含碳过高；油冷冷处理冷处理:获得马氏体组织获得马氏体组织,减少减少ArAr低温回火低温回火:消除残余应力，保持高硬度消除残余应力，保持高硬度.二、滚动轴承热处理二、滚动轴承热处理热处理实例热处理实例汽车板簧汽车板簧扭转弹簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧丝热处理实例热处理实例三、弹簧热处理三、弹簧热处理1 1、工作条件、工作条件储存能量和减轻震动储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；2 2、失效形式：、失效形式：疲劳断裂，永久变形疲劳断裂，永久变形3 3、性能要求：、性能要求：高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能）成型、热处理性能）4 4、常用材料、常用材料 65 65、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢等中碳钢及中碳合金钢热处理实例热处理实例5 5、热处理工艺、热处理工艺（一）冷成形弹簧（小弹簧）（一）冷成形弹簧（小弹簧）由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝）冷卷回火的钢丝）冷卷成弹簧，成弹簧，只需进行去应力退火（加热温度只需进行去应力退火（加热温度250 250 300 300），以消除变），以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。（二）热成形弹簧（二）热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）淬火淬火提高强度，提高强度，中温回火中温回火消除应力，提高弹性极限。消除应力，提高弹性极限。淬火温度淬火温度Ac3Ac3以上，回火温度以上，回火温度350 350 450 450，组织：组织：回火屈氏体回火屈氏体大型热卷弹簧去应力退火去应力退火淬火淬火+中温回火中温回火（或采用等温淬火）（或采用等温淬火）或采用等温淬火，得到贝氏体组织或采用等温淬火，得到贝氏体组织热处理实例热处理实例工具一般包括刃具、模具、量具工具一般包括刃具、模具、量具常用钢包括：常用钢包括：碳素工具钢、碳素工具钢、低合金工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢（高速钢等）高合金工具钢（高速钢等）四四.工具热处理工具热处理模模具具量具量具刃具刃具成分特点：高碳成分特点：高碳热处理实例热处理实例四四.工具热处理工具热处理4.1刃具热处理刃具热处理 性能要求性能要求 高硬度高硬度(HRC60)，主要取决于含碳量。，主要取决于含碳量。高耐磨性高耐磨性，靠高硬度和析出细小均匀硬碳靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。化物来达到。红硬性红硬性 即高温下保持高硬度的能力即高温下保持高硬度的能力 足够的韧性足够的韧性 以防止脆断和崩刃。以防止脆断和崩刃。刃具用钢刃具用钢 碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T12T12（0.70.71.2%C1.2%C）木木工工凿凿手锤手锤圆冲圆冲热处理实例热处理实例T12T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织球状珠光体球状珠光体碳工钢热处理及组织碳工钢热处理及组织热处理：热处理：正火正火+球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火球化退火目的：球化退火目的：降低硬度，便于加工；降低硬度，便于加工；为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。使用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+AR R(少量少量)热处理实例热处理实例丝丝锥锥板牙板牙刃具用钢刃具用钢 低合金工具钢：低合金工具钢：CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢，热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳工钢为水）。只是淬火介质为油（碳工钢为水）。板牙板牙丝锥丝锥热处理实例热处理实例 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线钢板牙热处理工艺曲线板牙板牙热处理实例热处理实例W18Cr4V的生产工艺及热处理的生产工艺及热处理铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+三次高温回火三次高温回火 磨削加工磨削加工刃具用钢刃具用钢高合金刃具钢：（高速钢）高合金刃具钢：（高速钢）W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2热处理实例热处理实例 W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织W18Cr4V铸态组织铸态组织 420 铸造铸造:高速钢属于高速钢属于莱氏体莱氏体钢钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。钢的韧性大幅下降。热处理实例热处理实例锻造锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织锻造组织 210 热处理实例热处理实例球化球化退火退火:消除应力消除应力,降低硬度，便于机加工降低硬度，便于机加工,调整组织调整组织,为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。球化退火后的组织球化退火后的组织:S+粒状粒状 Cm球化退火温度球化退火温度830880易于机械加工。易于机械加工。W18Cr4V球化退火组织球化退火组织 420 热处理实例热处理实例淬火淬火 :1200120013001300 淬火后的组织淬火后的组织:M+Cm+AM+Cm+AR R(20(2025%)25%)（温度高）（温度高）高速钢淬火温度高的原因：高速钢淬火温度高的原因：让让C和和Me充分溶入充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬性提高红硬性热处理实例热处理实例三次高温回火三次高温回火在在560560回火时回火时,产生二次硬化产生二次硬化多次回火多次回火,获得更多碳化物析出获得更多碳化物析出 让残余奥氏体转变（二次淬火）。让残余奥氏体转变（二次淬火）。回火组织：回火组织：S回回+合金碳化物合金碳化物+Ar(12%)*淬火后淬火后A A残约残约202025%25%。*第一次回火第一次回火后后A A残约剩残约剩151518%18%。*第二次回火第二次回火后后A A残约剩残约剩3 35%5%。*第三次回火第三次回火后后A A残约剩残约剩1 12%2%。组织硬度组织硬度为为HRC65HRC65以上。以上。热处理实例热处理实例 W18Cr4V钢的热处理过程示意图钢的热处理过程示意图热处理实例热处理实例四四.工具热处理工具热处理4.2冷作模具热处理冷作模具热处理v 性能要求性能要求:高硬度（高硬度（HRC50HRC506060）；）；高耐磨性、强度和韧性；高耐磨性、强度和韧性；热处理变形小热处理变形小;汽车冲压模具汽车冲压模具v 应用应用:冷冲模、冷镦模、冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等冷挤模、搓丝板等v 冷作模具用钢冷作模具用钢:碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T8T8低合金工具钢：低合金工具钢：9SiCr 9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具钢：高合金工具钢：Cr12、Cr12MoV（C1.4%2.3%、Cr11%12%）热处理实例热处理实例Cr12型冷作模具钢的热处理型冷作模具钢的热处理（C1.4%2.3%、Cr11%12%）球化退火球化退火 冷作模具钢铸态组织极不均匀冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火处理。锻打后退火处理。球化退火温度球化退火温度830830880880，获得细化碳化物，获得细化碳化物+珠光体组织，易珠光体组织，易于机械加工。于机械加工。淬火淬火+回火回火 一次硬化法：一次硬化法：较低温度淬火（较低温度淬火（980980）低温回火）低温回火 回火组织为回火组织为M M回回+碳化物碳化物+ArAr 二次硬化法：二次硬化法：较高温度淬火（较高温度淬火（10501050）2 23 3次高温回火次高温回火 回火组织为回火组织为S S回回+碳化物碳化物+ArAr(少量）少量）热处理实例热处理实例四四.工具热处理工具热处理4.3热作模具热处理热作模具热处理v 性能要求性能要求:v 应用应用:v 热作模具用钢热作模具用钢:使热金属或液态金属成型的模具，使热金属或液态金属成型的模具，包括热锻模、热挤压模和压铸模等。包括热锻模、热挤压模和压铸模等。高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力和导热性高的热疲劳抗力和导热性;中碳中碳0.30.6%;热变形模具钢，热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo压铸模具，压铸模具，3Cr2W8V热处理实例热处理实例 5 CrMnMo热处理热处理:热处理工艺热处理工艺:完全退火完全退火 淬火淬火 550回火回火 曲轴模具曲轴模具热处理后的组织热处理后的组织:S回回热处理实例热处理实例 3 Cr2W8V钢热处理钢热处理:热处理工艺热处理工艺:淬火淬火+550三次回火三次回火 回火时二次硬化现象回火时二次硬化现象HRC47 汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模热处理实例热处理实例四四.工具热处理工具热处理4.4量具热处理量具热处理v 性能要求性能要求:v 量具用钢量具用钢:高的硬度（高的硬度（HRC62）和耐磨性，）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。尺寸精度。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺碳素工具钢：碳素工具钢：T8T12低合金工具钢：低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。淬透性高，用于精度要求较高的量具。CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr热处理实例热处理实例千分千分尺尺卡尺卡尺特点特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。下限温度淬火及冷处理，目的是减少下限温度淬火及冷处理，目的是减少AA。长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。淬火淬火 冷处理冷处理(-70-80)低温回低温回火火 时效处理时效处理(120130,几十小时几十小时)v 热处理热处理:热处理实例热处理实例 CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺钢制造块规退火后热处理工艺650820840油冷油冷3h-70-80 冷处理冷处理1401603h11012036h时效处理时效处理精磨精磨3h研磨研磨温度时间热处理实例热处理实例受力受力弯曲和扭转应力，且在弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。面应力最大，中心应力为零。性能性能此类零件调质时不需要此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的淬硬层为其半径的1/41/4即可。即可。选材选材多用多用4040、4545钢，重要轴钢，重要轴类用合金调质钢制造（类用合金调质钢制造（40Cr40Cr、35CrMo 35CrMo、42Mn2V42Mn2V等）等）五、轴的热处理五、轴的热处理热处理实例热处理实例n轻载主轴：轻载主轴：4545，调质或正火，调质或正火n中载主轴：中载主轴：4545，40Cr40Cr，调质，耐磨部位表面淬火，调质，耐磨部位表面淬火n重载主轴：重载主轴：20CrMnTi20CrMnTi，渗碳淬火，渗碳淬火n高精度主轴：高精度主轴：38CrMoAlA38CrMoAlA，渗氮，渗氮热处理实例热处理实例备料备料锻造锻造正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工材料：45钢工艺：轻载主轴加工工艺热处理实例热处理实例中载主轴加工工艺备料备料锻造锻造正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工材料：40Cr钢工艺：整体调质，轴颈和锥孔表面淬火表面淬火及低温回火表面淬火及低温回火磨削磨削结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！54