金属热处理工艺课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第八讲：钢的热处理工艺,主讲：曹光明,钢的热处理工艺,一、退火,1,、完全退火,2,、等温退火,3,、球化退火,4,、扩散退火,5,、去应力退火,6,、再结晶退火,二、正火,三、淬火,1,、淬火温度,2,、淬火介质,3,、淬火方法,4,、钢的淬透性,五、回火,六、钢的表面热处理,1,、表面淬火,2,、表面化学热处理,1,、回火的对象,2,、回火的目的,3,、回火分类、组织及性能,4,、回火后的力性,钢的热处理工艺,一、钢的退火,什么是退火？,退火的分类。,1,、完全退火,工艺：,加热至,A,c3,以上,2030,，保温后炉冷。,目的：,细化组织，消除应力，降低硬度，便于切削加工。,适于钢种：,亚共析钢（包括合金钢）的铸、锻、焊件。低碳钢及过共析钢不宜。,组织：,珠光体,P,2,、等温退火,除冷却方式外，其他均与完全退火相同,将钢,A,化后快冷至,A,r1,以下的珠光体转变区某一温度等温，使,AP,后空冷。,与完全退火相比，退火时间缩短，组织更均匀,钢的热处理工艺,3,、球化退火,工艺：,目的：,降低硬度，改善切削性能，为淬火作好准备。,适于钢种：,（过）共析碳钢及合金钢。,组织：,球状,P,。,说明球化过程：,若退火前有严重的,Fe,3,C,网，先施以正火，再行球化退火。,4,、扩散退火,工艺：,加热至,A,c3,+,（,150300,），,长时间保温 ，,然后炉冷。,目的：,消除成分偏析。,适于钢种：,合金钢铸件及锻坯。,组织：,不变。,但可能出现过热 ，且工件烧损严重。,钢的热处理工艺,5,、去应力退火,工艺：,目的：,去应力，以防钢件的变形及开裂。,适于工件：铸、锻、焊接件及冷加工件。,组织：,不变。,6,、再结晶退火,工艺：,加热加热至,T,再,+150250,，,保温后空冷。,目的：,消除加工硬化，恢复原来的组织。,适于钢件：,冷扎、冷拉、冷冲等冷加工件。,加热至,A,c1,以下,100200,，保温，炉冷至,200,以下空冷。,钢的热处理工艺,二、钢的正火,定义：,完全,A,化后空冷。,（,1,）工艺：,加热，,A,c3,+100150,将钢加热至临界点以上,3050,或更高，,低碳钢：,中碳钢：,A,c3,+50100,高碳钢：,A,ccm,+3050,冷却：,空冷。,（,2,）组织及性能,P,组织，,但比退火的更细。,b,、,HR,，,k,，,、,不下降。,（,3,）正火应用,作为普通结构零件的最终热处理。,作为低、中碳结构钢的预先热处理，,可获得合适硬度，便于切削加工。,用于过共析钢消除网状的,Fe,3,C,，,为球化退火做好组织准备。,钢的热处理工艺,三、钢的淬火,定义：,以大于临界冷速的速度进行冷却，,以得到,M,组织的热处理工艺。,把钢加热至,A,化后，,1,、淬火温度,一般在临界点以上,3050,。,亚共析钢：,A,c3,+,（,3050,），,过高，,M,粗大，,钢件易变形开裂；,过低，,容易出现淬火软点。,组织主要为,M,板,。,（过）共析钢：,A,c1,+,（,3050,），,合金钢淬火温度可适当提高，,组织为,M+Fe,3,C,。,加热至,A,ccm,以上完全,A,化反而有害,:,Ar,，钢的耐磨性、硬度；,A,粗化，淬后,M,粗大，使钢的性能下降；,氧化、脱碳；,淬火应力，工件易变形、开裂。,钢的热处理工艺,2,、淬火介质,淬火难操作,矛盾,为得到,M,需要快冷；,快冷又导致很大的内应力，使钢件易变形和开裂。,解决此矛盾，方法有二：,一是选择理想的淬火介质,（具有理想冷速的淬火介质）。,一是改进淬火的冷却方法。,什么是理想冷速？,常用的淬火介质：,（,1,）水。,冷速快，,但和理想冷速相反，,主要用于小尺寸形状简单碳钢工件的淬火。,（,2,）盐水。,冷速更快，,较为理想：,在,C,曲线的鼻温附近冷速快，,但,300,以下仍很快，钢件易变形及开裂。,（,3,）油。,冷却能力差，,在,300,以下冷速低，,有利于减少变形与开裂，,主要用于形状复杂的中小合金钢工件的淬火。,（,4,）碱浴和盐浴。,主要用于尺寸小、形状复杂、对变形要求严格的工模具钢工件的淬火。,钢的热处理工艺,3,、淬火的方法,单液淬火法。,双液淬火法。,分级淬火法。,适用于形状复杂的对变形要求严格的小尺寸合金钢工件（,C,钢也可）。,等温淬火法。,适用于各种形状复杂，尺寸要求精确，且硬、韧性要求高的冷热冲模及成型刃具等。,钢的热处理工艺,4,、钢的淬透性,（,1,）定义：,（,2,）影响淬透性的因素。,钢的淬透性与钢的临界冷速有关。,c,，淬透性；,（,3,）淬透性对钢的力学性能的影响,钢淬火后获得淬硬层深度的能力。,反之，,c,，淬透性。,因此，所有影响临界冷速（即,A,的稳定性）的因素都是影响淬透性的因素。,（,4,）淬透性与淬硬性不同,淬透性是指淬硬层的深度，,淬硬性是指淬火后表面硬度的高低。,淬透性好，淬硬性不一定好，,如低碳钢；,淬硬性好，淬透性不一定好，,如高碳钢。,钢的热处理工艺,四、钢的回火,什么是回火？,1,、回火的对象,淬火钢。,淬火组织为,M+Ar,，,不稳定，,加热时都要分解；,且淬火钢件内应力较大。,2,、回火的目的,稳定组织及性能，,消除或减少淬火内应力。,3,、回火分类、组织及性能,低温回火（,150250,）。,去应力及脆性，,保留,M,的高硬度及耐磨性。,组织为,M,回,（过饱和的正方,M+,-Carbide,），,5864HRC,。,主要用于高碳工、模具钢，滚动轴承钢，渗碳钢等钢件的处理。,中温回火（,350500,）。,组织为,T,回,（针状,F+,粒状,Fe,3,C,），,3545HRC,，,高的,s,、,e,、,k,，,即弹韧性好，,主要用于弹簧的处理。,高温回火（,500650,）。,组织为,S,回,（多边形,F+,球状,Fe,3,C,），,2535HRC,综合机械性能比较好。,工业生产上，淬火,+,高温回火 ,S,回,=,调质,调质组织在硬度相同情况下，塑性及韧性比正火要好。,钢的热处理工艺,4,、回火后的力性,总的规律是：,T,回,，,、,、,k,。,b,、,HR,，,但不是单调变化。,300400,时，,e,emax,；,600,时，,k,kmax,，,且存在两个回火脆性区。,低温回火脆：,在,250400,，,k,值下降，,一般认为与,-carbide,在晶界析出有关，,具有不可逆性，唯一办法是避免在该区温度回火。,高温回火脆：,在,500650,，,k,值下降，,一般认为与,Sb,、,Sn,、,P,、,As,等杂质元素,在晶界偏聚有关，,具有可逆性。,钢的热处理工艺,五、钢的表面热处理,包括表面淬火和化学热处理。,1,、表面淬火,表面淬成,M,硬；,心部保持正火或调质态,韧。,（,1,）感应加热表面淬火,原理：,交流电,交变磁场,工件内产生感应电流（涡流）,+,工件内阻,产生焦耳热,加热工件。,热源：,“涡流效应”产生的焦耳热。,为什么只能表面加热？,因为涡流的“集肤效应”，,电流透入深度,1/,，且,热态,冷态,。,频率选用,钢种：,中碳钢及中碳低合金钢。,高频淬火的特点：,a,：,V,加热,t,时间,b,：,-1,残余压应力，,M,细，比普通淬火硬度高,23HRC,，且韧性好；,c,：生产率高。,氧化、脱碳，过热、变形等淬火缺陷；,钢的热处理工艺,2,、表面化学热处理,（,1,）什么是化学热处理？,所谓化学热处理 ，,就是把工件放在一定温度的化学介质中保温，,元素渗入工件的表层，,改变表面的化学成分，,进而改变组织及性能的热处理工艺。,让一些化学,钢件和铸铁件,非金属元素、金属元素,C,、,N,、,O,、,S,、,B,，与,Fe,形成间隙固溶体和化合物，强化表面，提高表面的力性,与,Fe,形成置换固溶体，,Cr,提高抗蚀性、,Al,提高抗氧化性、,Si,提高抗酸性能,（,2,）化学热处理的三个基本过程,渗剂分解：,分解出活性原子；,吸附：,活性原子在工件表面吸附；,扩散：,活性原子向工件内部扩散（迁移），形成扩散层（渗层）。,常用工艺：,渗,C,、渗,N,（氮化）、气体,C,、,N,共渗。,