热处理工艺基本知识

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,九,九,章,章,钢,钢,的,的,热,热,处,处,理,理,工,工,艺,艺,钢,的,的,退,退,火,火,和,和,正,正,火,火,钢,的,的,淬,淬,火,火,和,和,回,回,火,火,其,它,它,热,热,处,处,理,理,9.1,钢,钢,的,的,退,退,火,火,与,与,正,正,火,火,9.1.1,退,退,火,火,操,操,作,作,及,及,其,其,应,应,用,用,退,火,火,：,：,将,组,组,织,织,偏,偏,离,离,平,平,衡,衡,状,状,态,态,的,的,钢,钢,加,加,热,热,到,到,适,适,当,当,的,的,温,温,度,度,，,，,保,保,温,温,一,一,定,定,时,时,间,间,，,，,然,然,后,后,缓,缓,慢,慢,冷,冷,却,却(,例,例,如,如,随,随,炉,炉,冷,冷,却,却),，,，,以,以,获,获,得,得,接,接,近,近,平,平,衡,衡,状,状,态,态,组,组,织,织,的,的,热,热,处,处,理,理,工,工,艺,艺,叫,叫,做,做,“,“,退,退,火,火,”,”,。,。,1完,全,全退火,方法：,将亚共,析,析钢加,热,热到Ac,3,以上3050，,保,保温一,定,定时间,缓,缓慢冷,却,却(随,炉冷却,或,或埋入,石,石灰、,干,干沙中,自,自然冷,却,却)到500,以下,，,，取出,空,空冷。,目的：,先得到,均,均匀的,奥,奥氏体,，,，缓慢,冷,冷 却,转,转变基,本,本接近,相,相图描,述,述转变,过,过程，,得,得到接,近,近平衡,组,组织，,降,降低硬,度,度，便,于,于加工,，,，消除,内,内应力,。,。,用途：,碳钢和,合,合金钢,的,的锻、,铸,铸、轧,制,制型材,，,，可作,为,为一般,要,要求工,件,件的最,终,终热处,理,理，大,多,多为重,要,要零件,的,的预先,热,热处理,。,。,适用对象,：,：,0.30.6%C。低碳,或,或过共,析钢不适,用,用。,保温时间,：,：,t=KD(min)，D为工件,有,有效厚度(mm),，,，一般K,=1.5,2.0min/mm。,2等温,退,退火,完全退火需要的时,间,间很长，,尤,尤其是过,冷,冷奥氏体,比,比较稳定,的,的合金钢,，,，可以采,用,用,等温退火,工艺取代,完,完全退火,。,。,方法,：加热方,法,法同上(,将,将亚共析,钢,钢加热到,目的和用,途,途,同完全退,火,火，效率,和,和组织控,制,制较好。,3.球,化,化退火,方法：,将过共析,钢,钢加热到,目的：,最终组织为铁素体的基体上均匀分布颗粒状的渗碳体，称为球状珠光体。,用途：,降低过共析钢材料的硬度，保证足够的韧性，便于进行机械加工，均匀组织为以后淬火作好组织准备。,4.去,应,应力退火,方法：,将钢较慢(100150,/hr)加热到500650(低于A1)，保,温,温后随炉,慢,慢冷(50100/hr)到200300以,下,下出炉。,目的：,无相变发,生,生，组织,没,没有明显,变,变化，可,完,完全消除,残,残余内应,力,力。,如果材料,原,原始有大,的,的弹性应,变,变能存在,，,，可发生,再,再结晶，,组,组织也会,有,有对应的,变,变化。,用途：,锻造冷却,未,未全恢复,塑,塑性变形,，,，铸件的,冷,冷却热应,力,力，焊接,构,构件的热,应,应力，拉,、,、拔、挤,压,压的加工,硬,硬化等都,会,会存在残,余,余内应，,利,利用去应,力,力退火可,以,以消除变,形,形或其它,原,原因产生,的,的内应力,。,。,9.1.2 正,火,火,将钢加热,到,到A,c3,和A,ccm,以上3050,，,，保温得,到,到均匀的,奥,奥氏体后,，,，从炉中,取,取出自然,空,空冷，发,生,生珠光体,型,型转变的,热,热处理工,艺,艺称为“,正,正火”。,由于冷速,大,大于退火,，,，得到的,珠,珠光体组,织,织较细，,材,材料硬度,和,和强度均,比,比退火要,高,高。合金,钢,钢在空气,中,中冷却可,能,能发生珠,光,光体型、,贝,贝氏体型,甚,甚至马氏,体,体型相变,，,，但正火,一,一般是指,空,空冷时珠,光,光体转变,的,的这一部,分,分。,用途：,中低碳钢,用,用正火代,替,替退火进,行,行预先热,处,处理，改,善,善加工性,能,能。,普通结构,钢,钢(中碳,钢,钢)正火,尽,尽管未达,到,到最佳性,能,能，但可,达,达到希望,的,的强度和,韧,韧性，可,以,以进行机,械,械加工，,作,作为最终,热,热处理的,成,成本较低,。,。,过共析钢,正,正火时，,可,可抑制二,次,次渗碳体,网,网状析出,，,，对已经,存,存在网状,碳,碳化物的,工,工具钢，,利,利用正火,先,先溶化后,抑,抑制，用,来,来消除网,状,状碳化物,，,，为下一,部,部的球化,处,处理作组,织,织准备。,9.2,钢,钢的淬,火,火,淬火：,将钢加热,到,到临界点,以,以上，保,温,温一定时,间,间进行奥,氏,氏体化，,然,然后快速,冷,冷却到Ms点以下,，,，发生马,氏,氏体转变,的,的热处理,工,工艺，叫,作,作“淬火,”,”。,目的：,钢的淬火,组,组织主要,是,是马氏体,，,，可以提,高,高钢的高,硬,硬度，保,证,证高的耐,磨,磨性和承,受,受高的接,触,触应力。,虽,虽然马氏,体,体不是热,处,处理所要,得,得到的最,终,终组织，,但,但马氏体,再,再经过适,当,当的回火,，,，可以得,到,到需要的,组,组织和使,用,用性能，,最,最终达到,理,理想的性,能,能。,9.2.1 淬,火,火加热温,度,度,淬火加热,温,温度的确,定,定应以获,得,得晶粒细,小,小、成分,均,均匀的奥,氏,氏体为原,则,则，以便,得,得到细小,的,的马氏体,组,组织。,亚共析钢,：,：,Ac3以,上,上3050,，铁素体,可,可以全部,溶,溶解得到,得,得到单一,的,的奥氏体,，,，从而消,除,除未溶铁,素,素体而带,来,来的软相,。,。也不宜,过,过高，防,止,止奥氏体,晶,晶粒粗大,带,带来马氏,体,体粗大，,并,并且温度,高,高带来的,热,热变形也,将,将严重。,过共析钢,：,：含碳量在0.8以,上,上时，,Ac1以,上,上3050,。这时得,到,到的马氏,体,体有了足,够,够的硬度,同,同时保持,未,未溶解的,颗,颗粒状碳,化,化物也可,以,以提高材,料,料的硬度,和,和耐磨性,。,。如果加,热,热温度过,高,高，淬火,开,开裂的倾,向,向加大，,淬,淬火后残,余,余奥氏体,量,量增加反,而,而降低硬,度,度；,合金钢：合金元素,大,大多可以,阻,阻止奥氏,体,体晶粒长,大,大，为了,合,合金元素,的,的均匀，,加,加热温度,和,和保温时,间,间都要比,碳,碳钢稍微,提,提高一些,。,。,9.2.2 淬,火,火冷却介,质,质,理想的淬,火,火冷却速,度,度,为保证得,到,到多的马,氏,氏体，冷,却,却速度应,该,该大于临,界,界冷却速,度,度Vc；,为,为防止零,件,件变形、,开,开裂，冷,却,却应慢一,些,些。所以,理,理想的冷,却,却速度如,图,图，开始,冷,冷却慢一,些,些，在快,要,要发生组,织,织转变时,快,快冷，以,躲,躲开鼻子,尖,尖，随后,又,又慢冷让,马,马氏体转,变,变慢慢的,进,进行。,常用淬火,介,介质,盐水、碱,水,水1015的NaCl水,溶,溶液是最,强,强的冷却,介,介质。,清水直接冷却,和,和沸腾的,蒸,蒸汽冷却,，,，冷却能,力,力也很强,。,。,碱浴、硝,盐,盐浴熔融的氢,氧,氧化钠、,硝,硝酸盐、,亚,亚硝酸盐,导,导热能力,很,很强，在120180,以,以上的高,温,温下有好,的,的冷却能,力,力。,矿物油冷却能力,约,约为水的1/41/8，,用,用于奥氏,体,体较稳定,钢,钢，如大,多,多数合金,钢,钢，可以,有,有效防止,零,零件的变,形,形开裂。,9.2.3,淬火方法,单液淬火,直接放入,某,某介质(,水,水或油),中,中冷却到,室,室温。方,法,法简单，,易,易于操作,。,。,双液淬火,(水淬油,冷,冷),对,对复杂碳,钢,钢零件，,先,先在水或,盐,盐水中快,速,速冷却，,躲,躲开鼻子,温,温度，估,计,计温度低,于,于500,时立即,转,转入油中,，,，放慢冷,却,却速度继,续,续冷却到,室,室温。,分级淬火,淬入150260硝盐,浴,浴中躲过,了,了鼻尖，,停,停留一段,时,时间让表,面,面和心部,温,温度均匀,，,，热应力,松,松弛。取,出,出空冷。,等温淬火,直接淬入,硝,硝盐浴中,保,保温，发,生,生贝氏体,转,转变。,局部淬火,局部加热,法,法或局部,冷,冷却法,冷处理,冷却到室,温,温以下的,过,过程称为,“,“冷处理,”,”。,9.2.4 淬,火,火组织缺,陷,陷,加热缺陷过热、过,烧,烧、氧化,脱,脱碳、奥,氏,氏体晶粒,过,过大等。,硬度不足,或,或出现软,点,点前者是整,体,体硬度低,于,于要求，,后,后者是个,别,别部位硬,度,度低于要,求,求。产生,原,原因有加,热,热不足，,冷,冷却介质,的,的冷却能,力,力不够，,工,工件表面,不,不干净，,局,局部散热,不,不良等。,变形与开,裂,裂零件淬火,后,后发生变,形,形是热应,力,力和组织,应,应力综合,作,作用的结,构,构，完全,不,不变形是,困,困难的，,但,但超量的,变,变形甚至,开,开裂则是,要,要防止的,。,。减小变,形,形的途径,有,有：零件,结,结构设计,合,合理，结,构,构对称，,避,避免过大,的,的尺寸突,变,变；淬火,前,前组织要,均,均匀，必,要,要时经过,退,退火或正,火,火；加热,温,温度适当,，,，不要过,热,热；冷却,介,介质和方,法,法适当，,包,包括入水,的,的角度；,及,及时回火,，,，防止当,时,时未裂在,放,放置时开,裂,裂。,9.2.5 钢,的,的淬透性,当试样尺寸,较,较大时，从,表,表面向内冷,却,却速度逐渐,减,减小，当冷,却,却速度低于Vc，就不,能,能得到全部,马,马氏体，随,着,着深度的加,深,深，马氏体,的,的数量愈来,愈,愈少，到达,一,一定的深度,后,后，冷却速,度,度低于V,c,，根本不,能,能发生马氏,体,体相变。所,以,以大尺寸试,样,样想全部得,到,到马氏体是,不,不可能的，,随,随着马氏体,数,数量的减少,，,，对应的硬,度,度也不断下,降,降，通常把淬火,钢,钢从表面到,马,马氏体组织,占,占50处,的,的距离成为,淬,淬透层深度。实际淬透,层,层的深度除,了,了与材料本,身,身有关外，,还,还与试样的,大,大小、冷却,方,方式有密切,的,的关系。,淬透层深度,1.淬,透,透性的概念,同样形状和,尺,尺寸的工件,，,，在同样加,热,热和冷却条,件,件下淬火，,由,由于钢种类,不,不同，淬透,层,层的深度将,不,不同，把钢在淬火后,能,能获得淬透,层,层深度的一,种,种性质或获,得,得马氏体的,能,能力叫淬透,性,性。它是一种,材,材料特性，,与,与零件的尺,寸,寸和淬火工,艺,艺无关，并,不,不直接表明,钢,钢淬火能得,到,到多大的淬,透,透层深度，,同,同样淬透性,的,的钢，用不,同,同冷却方法,得,得到的淬透,层,层深度是不,一,一样的。,淬透性,淬硬性,指在正常情,况,况下，淬火,后,后能得到多,高,高的硬度，,也,也就是形成,全,全部马氏体,所,所能达到的,最,最高硬度。,显,显然它决定,于,于淬火时奥氏体的含,碳,碳量。淬火后的,实,实际硬度决,定,定于钢的淬,硬,硬性和实际,获,获得的马氏,体,体比例。,钢的淬透性,好,好坏取决于,钢,钢的过冷奥,氏,氏体的稳定,性,性，即C曲,线,线上的临界,冷,冷却速度。,总,总的来说有,：,：,钢的含碳量,，,，共析钢的,淬,淬透性最高,；,；,合金元素中,除,除Co外，,绝,绝大部分都,使,使C曲线右,移,移，提高淬,透,透性；钢的,成,成分组织不,