【课件】机械制造基础

,*,机械制造基础,沈阳广播电视大学,第,2,章 钢的热处理,1,一,目的与要求,了解热处理的目的。,初步掌握热处理的四个基本环节。,初步掌握钢的热处理工艺。,2,二 教学内容,本章将介绍钢的普通热处理的四个基本环节（退火、正火、淬火、回火）,重点讨论钢的退火和正火、淬火和回火的基本原理，基本工艺，特点与应用,并简要介绍钢的表面热处理工艺。,3,三 重点与难点,钢的普通热处理的四个基本环节与应用。,4,第,2,章 钢的热处理,2.1,钢的普通热处理工艺,2.1.1,钢的退火和正火,1.,钢的退火,(1),完全退火和等温退火,完全退火工艺：亚共析钢加热到,A,cm,以上,30-50,，保温一定时间,(,主要取决于工件的有效厚度,),后，随炉缓慢冷却,(,或埋在砂或石灰中,),至,500,以下在空气中冷却。,5,等温退火工艺：亚共析钢加热到,Ac,3,+30,50,共析、过共析钢加热到,Ac,1,+30,50,，保温后快冷到珠光体转变温度区间停留，使奥氏体转变成珠光体类组织后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间。,6,7,（,3,）球化退火,球化退火工艺：过共析钢加热到,Ac,1,以上,80,50C,，保温一段时间以不大于,50,s,的冷却速度随炉冷却，最终获得的组织为球状珠光体,(,球状渗碳体分布在铁素体基体上,),。在球化退火之前，若钢的原始组织中有明显的网状渗碳体，应先进行正火处理。,8,（,3,）去应力退火,去应力退火的工艺：将钢件随炉缓慢加热,(100,150,h),至,500,650(,Ac,1,),，保温一段时间后，随炉缓慢冷却,(50,l00/h),至,200,300,以下出炉。从以上工艺可以看出，由于加热温度低于,Ac,1,，所以在去应力退火中，钢的组织并无变化，残余应力主要是通过钢在,500,650,保温后的缓慢冷却过程中消除的。,9,2.,钢的正火,正火和退火的工艺目的基本相同，工艺也基本一样，只是正火的冷却速度稍微快一些，故正火的组织比较细，它的硬度、强度比退火高。,状态,抗拉强度,(N/mm,2,),延伸率,(,),冲击值,(N.m/cm,2,),HBS(W),退火,6500,7000,15,20,400,600,180,正火,7000,8000,15,20,500,800,220,45,钢正火、退火状态的机械性能比较,10,正火工艺：钢加热到,Ac,3,或,Acm,以上,30,50,保温一段时间，随后在空气中冷却。,正火的应用：,对于低、中碳钢,(0.6C%),，目的为改善切削性能。,对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备。,普通件最终热处理。,11,3.,退火和正火的选择,：,（,1,）从切削加工性考虑,（,2,）从使用性能考虑,（,3,）从经济上考虑,2.1.2,钢的淬火,淬火的目的：,将钢加热到,Ac,3,或,Ac,1,以上,30,50,，保温后快速冷却以获得马氏体的热处理工艺，称为淬火。,12,淬火的目的：对于工具钢、轴承钢以及经表面热处理和化学热处理的工件，通过淬火得到高硬度的马氏体组织，再配合以低温回火，提高其硬度与耐磨性；对于机械制造用的优质结构钢，通过淬火与适当回火的配合来满足结构零件的各种性能要求，如强度、弹性、塑性与韧性等的不同配合；对于磁钢、不锈钢等特种钢，通过淬火可以改善其某些物理性能、化学性能，如磁性、耐蚀性等。,13,2.,淬火加热的温度和保温时间,（,1,）钢的淬火温度的选择,亚共析钢：淬火温度为,A,c3,+30,50,。,共析钢：淬火温度为,A,c1,+30,50,。,过共析钢：淬火温度为,A,c1,+30,50,（,2,）加热时间的选择,t =,KD,t,加热时间,min,，,加热系数,min/mm,K,装炉修正系数，,D,零件有效厚度,mm,14,3.,淬火冷却介质,常用的淬火介质有水、,油、盐水，各种硝盐,或碱液，以及各种有,机或无机化合物的水,溶液等。,15,4.,常用的淬火方法,（,1,）单液淬火法,（,2,）双液淬火法,（,3,）分级淬火法,（,4,）等温淬火法,16,（,5,）局部淬火法,17,淬,火,实,际,操,作,18,2.1.3,钢的回火,1.,钢回火的目的,钢的回火和淬火是密不可分的，经过淬火的零件，一般来说都要回火。回火的主要目的如下：,降低脆性，消除或减少内应力。,获得工件所要求的机械性能。,稳定工件的尺寸。,19,对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火,(,或正火,),后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，降低硬度，以利于切削加工。,2.,淬火钢在回火时的组织与性能的变化,回火马氏体,回火托氏体,20,回火索氏体,回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢,的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。,21,根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。,广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。,适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。,应用,获得良好的综合力学性能，即保持较高的强度，具有良好的塑性和韧性。,提高,e,及,s,，同时使工件具有一定韧性。,在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力,。,回火目的,S,回,T,回,M,回,回火组织,500-650,350-500,150-250,回火温度,高温回火,中温回火,低温回火,适用于,弹簧热处理,22,2.2,钢的表面热处理工艺,表面热处理是指为改变工件表面的组织和性能，仅对工件表层进行的热处理工艺。,火焰加热,感应加热,23,2.2.1,钢的表面淬火,表面淬火目的：,使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限,;,心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。,适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。,24,三种感应加热表面淬火,类别,频率范围,/kHz,淬硬层深度,/mm,应用举例,高频感应加热,200,300,0.5,2,在摩擦条件下工作的零件，如小齿轮、小轴,中频感应加热,1,10,2,8,承受扭曲、压力载荷的零件，如曲轴、大齿轮,工频感应加热,50,10,15,承受扭曲、压力载荷的大型零件，如冷轧辊,25,感应加热表面淬火,感应加热表面淬火,感应淬火机床,26,传动轴连续淬火感应器,感应加热表面淬火齿轮的截面图,感应加热是利用交变,电流在工件表面感应,巨大涡流来加热工件,的,27,利用乙炔火焰直接加热工件表面，并快速冷却的淬火工艺。淬层深度,2-6mm,。成本低，但质量不易控制。,2.2.2,火焰加热表面淬火,28,化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种活性元素渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。,2.2.3,钢的化学热处理,可控气氛渗碳,渗碳炉,29,钢的化学热处理常用的工艺方法有渗碳、氮化和碳氮共渗三种。,1.,钢的渗碳,渗碳目的：,提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。,经渗碳的机车从动齿轮,30,2.,钢的氮化,（,1,）气体氮化,将工件放入密,封炉内，在高,温氮化气氛中,氮化。,井式气体氮化炉,31,（,2,）离子氮化,离子渗氮是在电场作用,下，使电离的氮离子高,速冲击作为阴极的工件。,与气体渗氮相比，氮化,时间短，氮化层脆性小。,离子氮化炉,32,3.,碳氮共渗,同时使用煤油和氨气为渗剂，具有加热温度低，工,件变形小，生产效率高的特点。,缝纫机用碳氮共渗件,碳氮共渗的机车曲轴,33,2.3,热处理零件的结构工艺性,形状力求简单，尽量对称，使应力分布均匀。如右图。,34,避免尖角锐边，应将其倒钝或改成圆角，且圆角半径尽可能大，避免应力集中，如图所示。,尽量减少零件上的孔、槽和肋，若确实需要，应采取相应的防护措施,(,如绑石棉绳和堵孔等,),，以减少这些地方因应力集中引起的开裂倾向。,35,尽量使零件截面均匀，厚薄大致相同。必要时开工艺孔和工艺槽，并合理地分布孔的位置和数量，或改盲孔为通孔等，如图所示。,36,某些易变形的零件，可采用封闭结构。如弹簧夹头热处理后再把槽口切开，如图所示。,37,当形状特别复杂或不同部位有不同的性能要求时，可改为组合结构。如图所示。,38,2.4,热处理技术条件及工序,以机床主轴的热处理为例介绍热处理工艺。,1.,钢材选择,CA6140,机床主轴属于中速、中负荷、在滚动轴承中工,作的机床主轴，选用,45,钢。,39,2.,工艺路线确定,下料,锻造,正火（调质）,机加工,高频淬火,回火,磨加工。,3.,热处理工艺确定,正火，,840-860,，保温,1-1.5h,，空冷，,HBS229,；,高频淬火，在高频设备及淬火机床上进行淬火，淬火前应进行一次预热；,回火，,220-250,，,1-1.5h,。,40,4.,工艺分析,正火：在主轴经过锻造后进行正火，主要是为了调整、细化内部组织使其具有良好的综合机械性能，为表面高频淬火做好准备。如果性能要求很高，则需将正火改为调质。经过调质处理的主轴，其综合性能要大大优于正火主轴。,高频淬火：主要提高轴颈部的接触精度及接触刚度，可以大大延长零件的使用寿命。,回火：高频淬火后经过低温回火，主要是为了消除淬火应力，保持表面淬火的高硬度和高耐磨性。,41,