钢板的热处理工艺技术课件

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,*,42CrMo钢板,的热处理工艺,供应窄带钢行业热处理设备,Therefore,热处理是一种非常重要的,加工方法,，极大部分机械零件都必须经过热处理！,预备热处理:,退火;正火,最终热处理:,淬火;回火,毛坯生产,预备热处理,机械加工,最终热处理,机械精加工,一般机械钢零件生产的工艺路线:,毛坯生产 机械加工 机械精加工 使用,教学内容,4.1 钢的退火与正火工艺,4.2 钢的淬火与回火,4.3 钢的表面热处理,4.4 钢的化学热处理,过冷奥氏体的连续冷却转变CCT曲线,C-continuous,C-cooling,T-transformation,知识回顾,Ps：AP开始线,Pf：AP终止线,K：珠光体型转变终止线,Vk：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）M最小冷速,Vk1：下临界冷速完全P最大冷速,共析钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较,（1）CCT位于TTT曲线右下方 AP转变温度低一些，t长一些；,（2）CCT无AB转变 CCT测定困难，常用TTT曲线定性分析。,41,42CrMo钢板,的退火与正火工艺,将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后,缓慢冷却,的热处理工艺。,退火工艺曲线,一、退火,目的:,消除应力;降低硬度；细化晶粒；均匀成分；为最终热处理作好组织准备。,1完全退火,加热温度：,Ac3以上20-30度,组 织：P+F,目 的：细化，均匀化粗大、,不均匀组织；,接近平衡组织,调整硬度切削性；,消除内应力。,应用范围：,亚共折钢，共析钢,，,不适用于过共析钢。,2球化退火（不完全退火）,加热温度：,Ac1以上20-40度,组 织：球状P（F+球状Cem）,目 的：使Cem球化HRC，韧性切削性；,为淬火作准备。,应用范围：,过共析钢，共析钢,加热温度：,1050-1150,，10-20h,组 织：P+F或P+Fe,3,C,II,目 的：消除,偏析,后 果：粗大晶粒,（应用完全退火消除）,4再结晶退火,加热温度：,Ac1以下50-150,，,或,T,再,+30-50,目 的：消除,加工硬化,5去应力退火,500-650,3扩散退火（均匀化退火）,把钢零件加热到,临界温度以上3050,保温一定时间,然后,在空气中冷却,的,热处理工艺,。,二、正火（空冷）,（1）,42CrMo钢板厂家,作最终热处理，普通结构钢零件,a.细化A晶粒，组织均匀化,b.减少亚共析钢中F%P%，细化组织强度，韧性，硬度,（2）,预先热处理,a.消除魏氏组织，带状组织；细化组织为淬火、调质作准备,b.使过共析钢中Fe,3,C,II,使其不形成连续网状，为球化作准备,（3）,改善切削加工性能,（低碳钢）,临界温度：,Ac3或Accm+30-50,组织：S+（F或Fe,3,C）,应用及目的：,例：45#钢正火工艺曲线,保温时间,的经验公式:=KD,(单位为min,式中,K加热系数,一般K=1.5-2.0m/min,若装炉量大则可延长保温时间,D工件有效厚度,单位为m),操作步骤如下：,入炉,保温,出炉,空冷,三、退火、正火的选择,工具钢正火+球化退火,结构钢正火,返修件退火,正火：冷速快，材料组织细化，机械性能好。,1切削加工,低碳钢正火,中高碳钢完全退火,高碳钢、合金工具钢正火球化退火,2作为最终热处理正火,3为最终热处理提供良好的组织状态正火,4.正火可替代完全退火以提高效率,4.2 钢的淬火与回火,加热到A,C,3、A,C,1,相变温度,以上，保温，,快速冷却,M+A,一、淬火,1淬火温度的决定,淬火温度过高A粗大M粗大力学性能，,淬火温度过高A粗大M粗大淬火应力变形，开裂,650,以上，慢，减小热应力,650-400,，快，避免跨越C曲线,400,以下，慢，减轻相变应力,理想淬火冷却曲线示意图,不同淬火方法示意图,2淬火介质,保证 快速冷却,以45#钢为例的淬火工艺曲线：,入炉,保温,出炉,油冷(或水冷),二、钢的淬透性,1淬透性：,淬火条件下得到M组织的能力，取决于 V,K,（上临界冷却速度）,2淬硬性：,钢在淬火后获得硬度的能力，取决于M中C%，C%淬硬性,3影响淬透性的因素,V,K,，C曲线,影响C曲线的因素,（1）根据服役条件，确定对钢淬透性的要求；,选材的依据,（2）热处理工艺制定的依据；,（3）尺寸效应。,4,42CrMo钢板厂家,淬透性的应用,三、回火,a.消除淬火应力，降低脆性；,b.稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定；,c.获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。,1回火目的,（,淬火组织的问题,）,定义:把淬火后的零件重新加温到 A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到窒温。,工艺参数及组织,淬火+高温回火=调质处理,2钢在回火时的组织转变,a.,马氏体分解（200以下）,：,析出,-Fe,2.4,C碳化物（亚稳定）,回火组织：回火马氏体M过饱和,固溶体十亚稳定,碳化物（极细的),作用：晶格畸变降低，淬火应力有所下降。,b.,残余A分解（200-300）,：,AM（或AB,下,）,组织：回火马氏体M,c.,回火屈氏体T形成（250-400）,：,Fe,3,C;,F维持M外形,组织：回火屈氏体T(F+Fe,3,C),d.,碳化物的聚集长大，铁素体的回复与再结晶（400）,组织：回火索氏体SF（等轴晶）+Fe,3,C（粒）,e.,碳化物Fe,3,C片细粒状Fe,3,C,。,3回火工艺组织一性能关系（及应用）,（1）,低温回火（150-250,）,回火马氏体,M,降低淬火应力，提高韧性，保证高硬度（HRC58-64）和耐磨性,高碳的工具、模具、滚动轴承，渗碳与表面淬火的零件,（2）,中温回火（350-500）,回火屈氏体 T,高弹性极限和屈服强度，一定的韧性，硬度一般为HRC35-45,弹簧,（3）,高温回火（500-650,）,回火索氏体,S,淬火高温回火调质处理,综合机械性能好(强度、韧性、塑性的配合)，,硬度一般为HRC25-35,承受交变载荷，连杆、轴、齿轮等重要结构件最终热处理,精密量具、模具预先热处理,回火马氏体组织金相图,1,、高碳回火马氏体：,强度、硬度高、塑性、韧性差,2、低碳回火马氏体：,高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。,回火屈氏体组织金相图,屈服强度与弹性极限高,42CrMo 400,45钢 400,回火索氏体组织金相图,综合机械性能好（,见下页,）,正火与,调质处理,的比较：,45钢,b,(MN/m,2,)(%)a,k,(kJ/m,2,)HB,组织,正火 700-800 12-20 500-800 163-220 细片S+F,调质 750-850 20-25 800-1200 210-250 细粒S,淬火+高温回火调质处理,200度以下，HRC不变。,200-300度，M分解，残余A转变为马氏体，硬度降低不大，,高碳钢硬度,有一定的升高。,300度，HRC降低。,1、韧 性：,400度开始升高，600度最高。,2、弹性极限：,在300-400度最高。,3、塑 性：,在600-650度最高。,4、高碳回火马氏体：,强度、硬度高、塑性、韧性差,6、低碳回火马氏体：,高的强度与韧性，硬度、耐磨,性也较好。,7、回火屈氏体：,屈服强度与弹性极限高,8、回火索氏体：,综合机械性能。,（4）,回火温度与机械性能的关系,4合金元素对回火转变的影响,提高回火稳定性,回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。,b.增大,回火脆性（见下页）,回火脆性：指随回火温度升高时，在250400和450-650 两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。,c.产生,二次硬化（见下后页）,（1）,低温回火脆性,（250-400,）,碳化物片沿M晶界析出,避免在此温度回火,（3）,高温回火脆性,（450-650,）,P等元素在原A晶界偏聚，慢冷时,Cr、Ni等促进偏聚,Mo等抑制偏聚,减少P等杂质元素，,添加Mo等合金元素,二次硬化效应,：一些Mo、W、V含量较高的钢回火时，硬度并不随回火温度的升高单调降低，而是在某一温度（约400,）后反而开始增大，并在另一更高温度（550,）达到峰值。,如图钼钢合金,5回火工艺及其应用,记注：淬火+高温回火调质处理,应用很多,以45#钢为例的,调质,工艺曲线：,淬火+高温回火调质处理,4.3 钢的表面热处理,表面淬火：不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部,热处理方法。,一、感应加热表面淬火,1,原理,交变磁场感应电流工件电阻加热，集肤效应,表面加热,2,分类,a.,高频,200-300KHz,，淬硬深度,0.5-2mm,小工件,b.,中频,2500-8000Hz,淬硬深度,2-5mm,尺寸较大的工件,c.低,频,50Hz,淬硬深度,10-15mm,大型工件,d.,超音频,30-40KHz,3,钢种,中碳钢和中碳低合金钢,加热速度快 几秒,几十秒,b.,加热时实际晶粒组小，淬火得到极细马氏体，硬度，脆性,c.,残余压应力提高寿命,d.,不易氧化、脱碳、变形小,e.,工艺易控制，设备成本高,4特点,锻造退火式正火粗加工调度精加工表面淬火低温回火（粗磨时效精磨）,5工艺路线,4.4,42CrMo钢板,的化学热处理,一、渗碳：A,C3,以上；900950,，低碳钢,1目的及应用,提高表面硬度，耐磨性，而使心部仍保持一定的强度,和良好的塑性和韧性,2钢种,低碳钢，低碳合金钢,3加工工艺路线,锻造正火切削加工渗碳淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）低温回火喷丸磨削,（1）直接淬火 （如图a、b曲线）,奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大。,只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。,（2）一次淬火,（如图c曲线）,心部要求高 A,C3,以上,表面要求高，A,C1,以上30-500,（3）二次淬火,（如图d曲线）,第一次，改变心部组织 A,C3,以上30-500,第二次，细化表面组织 A,C1,以上30-500,4渗碳工艺-组织-性能关系,加热温度，保温时间渗碳层厚度,A3钢多元共渗渗层,X400,42,C,rMo钢,板,多元共渗组织X400,二、氮化,（含Al,Cr,Mo，V的钢）,它系指在一定温度（一般在A,C1,）以下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。其目的是使工件表面获得高硬度和良好的耐蚀性能，且因氮化温度低、变形小，因此在工艺中的应用也非常广泛。常用的氮化方法又气体氮化、离子氮化、氮碳共渗（软氮化）等。,气体氮化是将工件放在密封的炉内加热，并通入氮气。渗碳的加热温度低（小于Ac1温度，钢的组织处于铁素体状态），因此工件变形小、氧化脱碳少。,气体氮化的原理：,氨气在300以上是便可以受热分解出活性氮原子，,即：2NH,3,3H,2,+2N,活性氮原子被钢的表面吸收，形成固溶体和化合物。,气体氮化的温度：,如果渗氮的目的是为了获得高的硬度、高耐磨性和高的疲劳强度，则氮化温度为500570，氮化时间为3050h。,如果渗氮的目的是单纯提高零件的抗腐蚀性能，则氮化温度宜为590720，。,气体氮化的工艺路线：,锻造退火机械粗加工调质半精加工去应力退火粗磨氮化精磨,说明：,为保证零件的心部具有良好的综合力学性能，氮化前要经过调质处理；,为减少在氮化中的变形，在切削加工后要进行去应力退火。,氮化作为最后工序,钢的氮化层显微组织 400X,钢的氮化层显微组织,B-Al,B-Al共晶组织（菊花状）,B-Al-W共晶组织（三角形）,B-Al亚共晶组织（树枝状）,作业,术语：,退火 正火 回火 淬火 淬透性 淬硬性 回火脆性,二次硬化 回火稳定性 调质 表面热处理 化学热处理,简答题：,1、退火有哪些种类？并简述各自的工艺特点与应用范围。,2、正火有哪些应用。,3、对不同的钢，在淬火温度确定与冷却介质选择时应注意些什么？,4、影响淬透性的因素有哪些？,5、钢回火的目的是什么？钢在回火时会发生哪些组织转变？,6、不同的回火工艺可得到不同的回火组织，简述钢回火温度-组织-性能的