第3章-钢的热处理-33钢的热处理

*,1-,*,课程教学模块三：工程材料及其热处理,课题,3,机械制造基础,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,*,1-,*,1-,1,课题三,钢的热处理,1-,2,教,学,重,点,1,、钢的退火与正火淬火、,2,、回火的目的、方法及应用,3,、感应淬火、气体渗碳、渗氮。,教,学,难,点,1,、过冷奥氏体连续冷却,转变产物组织与性能。,2,、淬透性概念及应用。,3,、感应淬火原理,本课题重点与难点,1-,3,退火,就是将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火主要用于铸、锻、焊毛坯或半成品零件。,3.3.1,钢的退火与正火,退火的目的：,降低钢的硬度，提高塑性，改善其切削加工性能；均匀钢的成分，细化晶粒，改善组织与性能；消除工件的内应力，防止变形与开裂；为最终热处理作准备。,1-,4,1,、完全退火,3.3.1,钢的退火与正火,将钢完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。,目的：,降低钢的硬度、以利于切削加工；消除应力，稳定工件的尺寸，防止变形和开裂；细化晶粒，改善组织，为最终热处理作组织准备。,加热温度：,Ac3,以上,20,40,。,应用范围：,亚共析碳钢和合金钢的铸件、锻件、焊接件及热轧型材等。,过共析钢不宜采用完全退火。,1-,5,2,、等温退火,3.3.1,钢的退火与正火,将钢加热到,Ac3,或,Ac1,以上,20,40,，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体温度区间的某一温度，等温一定时间，使奥氏体转变为珠光体组织，然后空冷至室温的退火工艺。,目的：,与完全退火相同，但所用时间比完全退火缩短约,1/3,，并能得到均匀的组织和性能。,加热温度：,Ac3(Ac1),以上,20,40,。,应用范围：,亚共析、过共析碳钢，合金钢的铸件、锻件等。,1-,6,3,、球化退火,3.3.1,钢的退火与正火,使钢中的碳化物球状化而进行的退火工艺。,目的：,使网状,Fe3C,或片状滲碳体转变为球状滲碳体，降低硬度，便于切削加工，为淬火作好组织准备。,加热温度：,Ac1,以上,20,40,。,应用范围：,过共析钢和合金工具钢、轴承钢等。,对网状,Fe3C,比较严重的钢，在球化退火前先进行一次正火处理。,1-,7,4,、去应力退火,3.3.1,钢的退火与正火,将钢加热到,Ac1,以下，保温一定时间，然后随炉冷却的退火工艺。,目的：,消除工件的内应力，稳定工件尺寸，减少变形。,加热温度：,Ac1,以下温度，一般,500,650,。,应用范围：,铸件、锻压件、焊件、切削加工件等。,去应力退火因加热温度低于,A1,，故不发生组织转变，只消除内应力。,1-,8,5,、均匀化退火,3.3.1,钢的退火与正火,将工件加热到高温，并长时间保温，然后缓慢冷却的退火工艺。,目的：,减少化学成分偏析和组织不均匀性。,加热温度：,1050,1150,高温。,应用范围：,质量要求高的合金钢铸锭和铸件等。,均匀化退火后，钢件晶粒粗大，应进行完全退火或正火。,1-,9,6,、钢的正火,3.3.1,钢的退火与正火,1-,10,1,、淬火加热,3.3.2,钢的淬火,1,）加热温度,钢的含碳量是决定其淬火加热温度的主要因素。,2,）加热时间,加热时间包括升温时间和保温时间两部分。加热时间长短与加热介质、加热速度、钢的种类、工件形状和尺寸、装炉方式及装炉量有关。具体加热时间可通过经验公式计算，再用实际经验修正后决定。,1-,11,2,、淬火冷却,3.3.2,钢的淬火,1,）冷却介质,钢淬火的目的是为了获得马氏体，但又要减少工件变形和防止工件开裂。由,C,曲线可知，冷却介质的理想淬火冷却速度如右图所示。,生产上常用的冷却介质有水、矿物油、盐水、碱水等。,1-,12,3.3.2,钢的淬火,2,）淬火方法,1,）单介质淬火,2,）双介质淬火,3,）马氏体分级淬火,4,）贝氏体等温淬火,1-,13,3,、钢的淬透性和淬硬性,3.3.2,钢的淬火,1,）钢的淬透性,钢的淬透性是以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布的特性。,淬硬深度是从淬硬的工件表面到规定硬度值（一般为,550HV,）处的垂直距离。,淬硬深度越深，淬透性越好。,2,）钢的淬硬性,钢的淬硬性是指钢试样在规定条件下淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。其含义是钢试样在规定条件下淬火时马氏体组织所能达到的硬度。,钢的淬硬性主要取决于钢中含碳量。钢中含碳量越高，淬硬性越好。,1-,14,3.3.3,钢的回火,回火,是将淬硬后的工件加热到,Ac1,点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。是紧接淬火之后的热处理工序。,目的：,获得工件所需要的力学性能；消除或减少内应力，降低钢的脆性，防止工件变形和开裂；稳定工件组织和尺寸，保证精度。,1-,15,3.3.3,钢的回火,1,、回火方法,1,）低温回火,加热温度在,250,以下进行的回火。,目的：,保持淬火工件高硬度和高耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。,回火后组织：,回火马氏体。,力学性能：,58,64HRC,，高的硬度和耐磨性。,应用范围：,各种刃具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火等要求硬而耐磨的零件。,1-,16,3.3.3,钢的回火,2,）中温回火,加热温度在,350,500,之间进行的回火。,目的：,使工件获得较高的弹性和强度，适当的韧性和硬度。,回火后组织：,回火托氏体。,力学性能：,35,50HRC,，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。,应用范围：,各种弹性元件及热锻模等。,1-,17,3.3.3,钢的回火,3,）高温回火,加热温度在,500,以上进行的回火。,目的：,使工件获得强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。,回火后组织：,回火索氏体。,力学性能：,200,350HBS,，较好的综合力学性能。,应用范围：,各种较重要的受力结构件。,1-,18,3.3.3,钢的回火,2,、回火脆性,淬火钢在某些温度区间或回火后缓冷通过该温度区间时，出现脆化的现象称回火脆性。,回火脆性分两种：,在,250,350,范围内出现的回火脆性称第一类回火脆性，又称“低温回火脆性”或“不可逆回火脆性”。不管是碳素钢还是合金钢，都应避免这种回火脆性。,含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后，在,450,650,范围内回火，缓冷易产生第二类回火脆性，又称“高温回火脆性”或“可逆回火脆性”。为防止第二类回火脆性的出现，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。,1-,19,3.3.4,钢的表面热处理与化学热处理,1,、钢的表面热处理,表面热处理是只对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的热处理工艺。常用的方法是表面淬火。,表面淬火是仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。,表面淬火不改变零件表层的化学成分，只改变表层的组织，并且心部仍保留原来退火、正火或调质状态的组织。,目的是使工件表层具有高硬度、耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性。,工业上常用的表面淬火方法有火焰淬火和感应淬火。,1-,20,3.3.4,钢的表面热处理与化学热处理,1,）感应淬火,感应淬火是指利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表层、局部或整体加热，并快速冷却的淬火工艺。,特点：,加热速度快；工件表面质量高，淬火变形小；易实现机械化和自动化及大批量生产，劳动生产率高；设备昂贵，维修调整较难。,主要用于,中碳钢或中碳低合金钢，也可用于工具钢，不宜用于形状复杂的零件及单件生产。,1-,21,3.3.4,钢的表面热处理与化学热处理,2,）火焰表面淬火,火焰表面淬火是应用氧乙炔（或其它可燃气体）火焰，对零件表面加热，然后快速冷却的淬火，淬硬层深度一般为,2,6mm,。,特点：,淬火设备简单，成本低，使用方便灵活。但生产效率低，淬火质量较难控制。,适用于,单件、小批量生产或用于中碳钢、中碳低合金钢制造的大型工件，如大齿轮、轴等零件的表面淬火。,1-,22,3.3.4,钢的表面热处理与化学热处理,2,、钢的化学热处理简介,化学热处理是将工件放入一定温度的活性介质中加热并保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。,常用的化学热处理是渗碳和渗氮。,1,）钢的渗碳,渗碳是将工件放入富碳的介质中加热到高温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。,2,）钢的渗氮（氮化）,渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。,1-,23,3.3.5,热处理工艺的应用,1,、热处理技术条件的标注,设计者根据零件的性能要求，提出热处理技术条件，并标注在零件图上。其内容包括最终热处理方法及热处理后应达到的力学性能，供热处理生产及检验时用。,热处理技术条件可用国家标准规定的热处理代号来标注，也可用简单的文字和数字来说明。,一般零件只标出硬度值。,标定的硬度值允许有一定的波动范围，布氏硬度值一般为,30,40,个单位左右，洛氏硬度值为,5,个单位左右。,热处理技术条件一般标注在零件图标题栏的上方（技术要求中），所标的内容应合理，不需规定具体的热处理工艺，热处理工作者可根据材料成分及技术要求等，结合实际情况和操作水平等因素决定。,1-,24,3.3.5,热处理工艺的应用,2,、热处理工艺位置,1,）预先热处理,（,1,）退火、正火的工序位置,退火和正火作为预先热处理通常安排在毛坯生产之后，粗加工之前。其作用是消除毛坯的内应力，细化晶粒，均匀组织，改善切削加工性，为最终热处理作好组织准备。,退火（或正火）工艺路线一般为：,毛坯生产退火（或正火）切削加工。,（,2,）调质处理的工序位置,一般安排在粗加工之后，半精加工或精加工之前，其目的是提高零件的综合力学性能。,调质工艺路线一般为：,下料锻造正火（或退火）粗加工调质半精加工（或精加工）。,1-,25,3.3.5,热处理工艺的应用,2,）最终热处理,最终热处理包括各种淬火、回火及化学热处理。其工序位置一般安排在半精加工之后，磨削之前。,1,）淬火工序位置,(1),整体淬火工艺路线一般为：,下料锻造退火（正火）粗加工、半精加工淬火、回火磨削。,(2),表面淬火工艺路线一般为：,下料锻造退火（正火）粗加工调质半精加工表面淬火低温回火磨削。工。,1-,26,3.3.5,热处理工艺的应用,2,）渗碳工序位置,(1),整体渗碳的工艺路线一般为：,下料锻造退火（正火）粗加工、半精加工渗碳淬火、低温回火磨削。,(2),局部渗碳的工艺路线一般为：,下料锻造退火（正火）粗加工、半精加工保护非渗碳部位渗碳切除防渗余量淬火、低温回火磨削。,3,）渗氮工序位置,渗氮零件（,38CrMoAlA,钢）的工艺路线一般为：,下料锻造退火粗加工调质半精加工去应力退火粗磨渗氮精磨或研磨。,1-,27,3.3.5,热处理工艺的应用,3,、热处理零件结构的工艺性,热处理零件结构工艺性是指在设计需要进行热处理零件时，既要考虑保证零件的使用性能要求，又要考虑热处理工艺对零件结构的要求。,如果零件结构工艺性不合理，则可能造成淬火变形、开裂等热处理缺陷，从而使零件 报废，造成不必要的损失。一般应注意以下几点：,1,）避免尖角与棱角,1-,28,3.3.5,热处理工艺的应用,3,、热处理零件结构的工艺性,2,）避免截面厚薄悬殊，合理安排空洞和键槽,1-,29,3.3.5,热处理工艺的应用,3,）采用封闭、对称结构,4,）采用组合结构,1-,30,3.3.6,热处理新技术简介,激光热处理,计算机在热处理中的应用,真空热处理,可控气氛热处理,形变热处理,