钢铁热处理工艺简介课件

,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,*,钢的热处理工艺简介,钢的热处理工艺简介,1,钢的退火,一、,钢的退火,：,将钢加热到临界点以上，保温一定时间，然后缓,慢冷却（炉冷、坑冷、灰冷）到600以下再空冷,钢的退火一、钢的退火：,2,（一）退火目的,1、降低硬度，提高切削加工性,经铸、锻、焊成形的工件，硬度偏高，退火,后硬度降至200250,Hv。,2、,提高塑性，便于冷变形加工,消除加工硬化，塑性便于进行随后的冷,冲、冷轧、冷拨等,（一）退火目的1、降低硬度，提高切削加工性,3,（一）退火目的,3、消除组织缺陷，改善性能,铸、锻、焊等压力加工时，沿压延方向出现两种组,织交替层状分布（带状组织），造成钢材各向异,性，横向塑性、韧性明显降低,(,带状组织,？）,4、淬火过热反修、消除偏析、脱除氧气等,退火消除过热影响再淬火，扩散退火消除偏析、脱,氢退火脱除氢气,（一）退火目的3、消除组织缺陷，改善性能,4,return,return,5,钢的退火,1、,完全退火,主要用于亚共析钢，目的是细化晶粒、消除过热缺陷，塑性，便于冷加工,加热温度,t=Ac,3,+（2050）,加热速度、不加限制（但对高合金钢和大型件，加热不善易引起变形开裂）,保温时间 1,h/25 mm,冷却 保证,A,1,650,发生转变,C,素钢,V,冷 100200/,h 600,出炉,钢的退火1、完全退火,6,钢的退火,2、等温退火（与1类似）,奥氏体化的钢快冷至,A,1,以下某温度并保,温，保证工件内外部在同一温度转变，使,工件各部分得到的组织和性能均匀一致。,利用,C,曲线确定等温温度和时间,与普通退火相比：组织性能更均匀，工艺可控性增强，尽量采用。,钢的退火2、等温退火（与1类似）,7,钢的退火,3、扩散退火,主要用于合金钢铸锭和铸件，消除晶内偏析，使,成份均匀化（合金元素的原子充分扩散,),加热温度,t=Ac,3,+(150-200),保温时间,：1015,h,左右,温度高、时间长、高成本工艺，不仅能耗高、,烧损，设备折旧大。且组织易过热，必须完全,退火细化晶粒,所以不是十分重要的零件或工具,不采用此工艺,钢的退火3、扩散退火,8,钢的退火,4、去应力退火,（铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件）,在精加工或淬火前去应力（提高尺寸稳定性或防止,淬火变形开裂）,加热温度低于,A,1,，,在500-600之间缓冷，至,200出炉,钢的退火4、去应力退火,9,钢的退火,5、,球化退火,所有,共析钢、过共析钢,都必须运用的热处理方法。,共析钢和过共析钢主要用于制造硬度要求高的零件或工具，如轴承，刀具，模具，量具等。这类钢的特点是淬透性很强，即十分容易得到高硬度的马氏体，有的甚至在空气中冷却即可得到马氏体，如,W18Cr4V。,高的硬度使切削加工无法进行，球化退火硬度便于机加工，并为淬火作准备。,钢的退火5、球化退火,10,球化退火,组织：粒状珠光体,加热和保温所得组织要求：,奥氏体中保留大量未溶的,C,化物颗粒，,C,浓度的显微不均匀，使,C,化物均匀弥散析出并球化。,工艺特点：低温短时加热,t=Ac,1,+（20-50）,A,1,Ac,cm,之间,，,两相区加热，冷却要缓慢。奥氏体化越均匀充分，冷速越要小，否则冷速可大些，600出炉空冷,共析钢原始组织的粗大网状,C,化物，先正火，再球化退火,球化退火,11,钢的正火,过程：,将钢加热至上临界点（,Ac,3,Ac,cm,）,以上，,进行完全奥氏体化，然后在空气中冷却,（夏天有时吹风或喷雾）,正火目的：,1、细化组织，消除热加工中造成的过热缺陷；,2、用于低碳钢（,C0.3%），,提高硬度，改善切削性,能，硬度太低，“粘刀”，且光洁度很差。正火增,加,P,弥散度和伪共析量，提高硬度。,3、用于高碳钢，消除网状,C,化物便于球化退火。,（,Fe,C,相图，网状,C,化物的形成）,4、过热淬火件返修，大件热处理代替淬火等等，不太,重要的工件在正火状态下使用。,钢的正火 过程：将钢加热至上临界点（Ac3,Accm）以上，,12,6.67,L,return 1,H:0.09,J:0.17,B:0.53,Areas:,ANH,NJBES,AHB,NHJ,JECB,CDF,GPS,ESKF,Lines:HJB,ECF,PSK,Points:E,S,C,A,6.67Lreturn 1H:0.09Areas:Lin,13,钢的正火工艺,1、,加热温度,低,C,钢,t=Ac,3,+（100150）,中,C,钢,t=Ac,3,+(50100),高,C,钢,t=Ac,cm,+（3050）,加热温度高于退火，含,C,量，正火温度,含,C,多，,C,化物多，相界面积大，有利形核长大（形成什么核？）；,2、冷却方式,：,空气冷却，对大件或环境温度高时,可吹风或喷雾。,钢的正火工艺1、加热温度,14,钢的淬火,钢的淬火：,将钢加热到临界点以上，保温一定时间，,然后在水或油等冷却介质中快速冷却,。,淬火目的：,为了得到马氏体。马氏体回火得到最终所需要的,组织,1、提高硬度和耐磨性,，,刃具、模具、量具、轴承，要求硬,而耐磨马氏体或下贝氏体+低温回火。,2,、提高弹性，,弹簧钢、要求强度高，弹性好，中,C、,高,C,钢制,造并淬火成马氏体+中温回火,，,3,、提高强韧性,，,轴、齿轮等，要求强度高，韧性好，用中低,C,钢制造，淬火高温或低温回火，提高强韧性。,齿轮的制造？,总之淬火可提高钢的强度、硬度、耐磨性，强性韧性、疲劳强度等。,钢的淬火 钢的淬火：将钢加热到临界点以上，保温一定时间，,15,常用的淬火冷却方式,1、预冷淬火,，,工件从加热炉中取出，先预冷到一定温度再淬火，（减少激冷程度，减少工件内外温差，从而减少淬火内应力，防止变形开裂,两种方式：空气中预冷，或移至另一炉中等温预冷。,2、单液淬火,：,冷却特性不理想，难免变形开裂。,3、双液淬火,：,工件先在一种快速冷却剂中冷却，300左右，立即转入另一种缓和的介质中冷却，,降低马氏体区的冷速，减小淬火应力，防止变开裂。,缺点：双淬转换时刻不好掌握，过早淬不硬，过迟，易淬裂。,常用的淬火冷却方式,16,常用的淬火冷却方式,4、分级淬火,将奥氏体化的工件淬入略高于或略低于,Ms,的熔盐（盐浴）中，待工件内外温度均匀后，从熔盐中取出，置于空气中冷却。适用于小尺寸工件，刀具、量具，要求精密度高，内外均温后进入马氏体区，大大减小淬火应力，防止变形开裂。,分级时间，工件内外均温即可，一般25分钟。,常用的淬火冷却方式,17,常用的淬火冷却方式,5、等温淬火,将奥氏体化后工件淬于略高于,Ms,温度的熔盐中，停留足够时间，使工件恒温转变为下贝化体，转变结束后将工件取出空气中冷却，适用于中碳以上的钢，下贝氏体与淬火回火（针状马氏体）时相比，硬度相当，但韧性好，变形小，处理刀具、模具、齿轮等形状复杂或尺寸要求精确的工件。,低,C,钢一般不用等温淬火，因为低,C,贝氏体性能不如回火马氏体好,。,分级淬火,：分级时间短（25,min），,不发生任何转,变，全部为马氏体转变,。,等温淬火,：等温时间长（0.5,h）,以上至数小时，下贝,氏体。,常用的淬火冷却方式,18,加热温度,，,亚共析钢,t=,Ac,3,+（30-70）,共析、过共析钢,t=Ac,1,+（3070）,亚共析钢：,完全淬火，,Ac,3,以上，不完全淬火导致残存铁素体，（马氏体中有如“孔洞”）严重影响钢的强度，韧性。,过共析钢,：,Ac,1,Ac,cm,不完全淬火，使淬火组织中保留一定数量细小，弥散的,C,化物颗粒，以提高耐磨性（通过控制,C,化物数量，控制,A,的,C,浓度及合金浓度；从而控制马氏体成分，组织和性能）,碳素工具钢,：,t=Ac,1,+30-70,合金钢，高合金钢，远远高于,Ac,1,接近,Ac,cm,，,保证,中可能高的合金浓度。,（二）淬火加热,加热温度，亚共析钢 t=Ac3+（30-70）（二）淬,19,加热或冷却速度对临界温度的影响,P,S,A,3,Ac,3,Ar,3,Ac,cm,Ar,cm,A,cm,A,1,A,c1,A,r1,C,wt.%,T,G,return,加热或冷却速度对临界温度的影响 PSA3Ac3Ar3Accm,20,淬火加热,生产中不允许过共析钢加热到,Ac,cm,以上完全淬火,因为若,C,化物完全溶入,有多方面害处：,1、,C,化物完全溶入,，C,浓度过高，淬火时全部形成针状马氏体，脆性大。并且残,，,尺寸不稳定性。,2、,C,化物完全溶入,，,淬火后，组织中失去硬而耐磨的,C,化物颗料，耐磨性,3、,C,化物全部溶解，失去阻碍晶粒长大的,C,化物颗粒，易过热，淬火后马氏体粗大，脆性增大，强度下降，抗疲劳性能,4、,C,化物溶解太多，,C,浓度过高，比容变化，变形,开裂倾向。,5、,C,化物溶解太多，加剧脱,C，,不易淬硬，反淬裂。,淬火加热生产中不允许过共析钢加热到Accm以上完全淬火,21,钢的淬火,（三）淬火冷却：,冷却是淬火的关键工序，关系到淬火质量的好坏。,快冷：碳钢水冷 合金钢油冷,目的：防止过冷,A,在,Ms,点以上发生任何分解。,600400温度分解快，只要在此期间快冷，其它温度不需要，,Ms,点以下反而希望冷却慢些，以防止变形开裂。,冷却介质的选择原则,快冷并非越快冷越好，在保证淬硬的前提下，尽量选择缓和的介质，以减小淬火变形和开裂,。,对冷却介质的要求是：要求的淬火硬度和深度、淬火变形不超过公差范围，不出现淬火组织缺陷，不开裂,钢的淬火（三）淬火冷却：冷却是淬火的关键工序，关系到淬火质量,22,钢的淬火,（四）钢的淬透性,钢的热处理工艺性能，表示钢在淬火时所能得到的淬硬层深度。,淬透性取决于奥氏体的化学成分,（注意：而非钢材成分）、晶粒度、均匀性决定的过冷奥氏体的稳定性，或钢的临界冷却速度。,1、奥氏体化学成份,：,C,浓度越接近共析，越稳定，淬透性越,大，合金元素，淬透性（,Co,除外）,。,2、成份均匀性,：,越均匀、淬透性越大,。,3、奥氏体晶粒：,越粗大，淬透性好,4、未溶第二相：,未溶第二相越少，淬透性越高。（为什么第,二相的数量越多，淬透性越低？）,（五）冷处理：,室温淬火过程在零下温度的继续，零下淬,火，（通常冷却至-60 -80），目的是为了减,少残余奥氏体量，以提高硬度。,钢的淬火（四）钢的淬透性,23,组织应力,冷却或加热中由于工件内外存在温差，使得组织转变,先表面后心部,，从而内外比容变化不同，造成“组织应力”或“相变应力”,（六）淬火变形和开裂：,淬火变形开裂的原因是淬火应力。淬火应,力分为热应力和组织应力，成因和作用不,同。,热应力,：,由于工件各部分存在温度差，因,而热胀冷缩不一致所造成的内应力。,组织应力（六）淬火变形和开裂：,24,钢的回火,回火,，,将淬火钢重新加热到,A,1,点以下的预定温度，保温预定,时间，然后冷却下来。回火紧接在淬火后，决定着钢,在使用状态的组织和性能。,回火中钢组织性能的变化前已叙述，生产中实际采用的回火方式：,低温回火,（150200），回火马氏体，硬而耐磨，强度,高，多用于刃具，量具、冷中模具，滚动轴承等。,中温回火,：,（400-500），回火屈氏体，（屈强比）弹性,好，弹簧。,高温回火,（500650），回火索氏体，强度和韧性的综合,性能高，用于轴类，连杆等，“调质”处理,。,高温软化回火,，,低于,A,1,（2040），,马氏体钢的软化,等，代替球化退火。,钢的回火回火，将淬火钢重新加热到A1点以下的预定温度，保温预,25,钢的表面淬火,表面淬火：,快速加热表层奥氏体化，然后淬火，心部组织并不变化。有感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，盐浴加热表面淬火等,一、感应加热表面淬火,：利用电磁感应现象,工件置于感应线圈内，线圈通电产生交变磁场，工件表面层产生巨大涡流快速加热。随后喷水或浸水淬火。,电流频率越高，淬硬层越薄，（但表面升温速度快）,高频：8,mm