常用热处理工艺.ppt

JEFFERY 加工开发部教育训练 常用热处理工艺 积极参与 共同进步 发现问题及时反馈 JEFFERY 钢的热处理就是通过加热 保温 冷却的方法改变钢的组织结构以获得工件所要求性能的一种加工技术 一 根据加热 冷却方式及获得的组织和性能的不同 钢的热处理工艺可分为普通热处理 表面热处理及形变处理 二 根据处理零件在整个生产工艺过程中位置和作用的不同 可分为预备热处理和最终热处理 如退火和正火属于预备热处理 但对性能要求不高的零件 也可作为最终热处理 钢的常用热处理 JEFFERY 钢的常用热处理工艺 1 退火 5 调质 2 正火 6 表面处理 3 淬火 4 回火7 深冷处理 Fe C相图 JEFFERY ABCD以上 液相区 L AHNA 固溶体区 NJESGN 奥氏体区 或A GPQG 铁素体区 或F DFKL 渗碳体区 Fe3C或Cm MO 铁素体的磁性转变线A01 渗碳体的磁性转变线HJB 包晶转变线ECF 共晶转变线PSK 共析转变线GS线 又称A3线 是奥氏体与铁素体互相转变线ES线 碳在奥氏体中溶解度曲线PQ线 碳在铁素体中溶解度曲线包晶转变 LB H J 1495 共晶转变 LC E Fe3C 1148 共析转变 s P Fe3C Fe C相图说明 1 JEFFERY Fe C相图说明 2 JEFFERY 铁碳合金按有无共晶转变分为碳钢和铸铁 碳钢 c 2 11 铸铁 c 2 11 按含碳量划分为以下七种类型 工业纯铁 c 0 0218 共析钢 c 0 77 亚共析钢 c 0 0218 0 77 过共析钢 c 0 77 2 11 共晶白口铁 c 4 3 亚共晶白口铁 c 2 11 4 3 过共晶白口铁 c 4 3 6 69 铁碳合金的分类 JEFFERY 1 定义 退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度 保温后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺 2 目的 均匀钢的化学成分及组织 细化晶粒 调整硬度 消除内应力和加工硬化 改善钢的成形及切削加工性能 并为淬火作好组织准备3 分类 临界温度 Ac1或Ac3 以上 a 完全退火 主要用于亚共析钢 以细化晶粒 均匀组织 消除内应力 降低硬度b 扩散退火 主要用于钢锭 铸件 锻坯 以使成分和组织均匀化 c 不完全退火 主要用于过共析钢获得珠光体组织 以消除应力 降低硬度 改善加工性d 球化退火 主要用于共析钢 过共析钢 合金工具钢 以降低硬度 均匀组织 退火 JEFFERY 临界温度 Ac1或Ac3 以下 a 再结晶退火 将金属加热到再结晶温度以上 保持适当时间 使变形晶粒转变为均匀等轴晶粒 以消除加工硬化 钢的机械性能恢复到冷变形前的状态 b 去应力退火 消除变形加工及铸造 焊接过程引起的残余内应力 以降低硬度 提高尺寸稳定性 防止工件变形和开裂 去应力退火后冷却应缓慢 以免产生新的应力 退火 JEFFERY 1 定义 正火是将钢加热到Ac3 或Acm 以上适当温度 保温后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺 2 目的 细化晶粒 消除应力 消除魏氏组织和带状组织 为最终热处理提供合适的组织状态 消除过共析钢的网状炭化物 为球化退火作好组织准备 提高普通结构零件的机械性能 3 应用 适用于含碳量小于0 25 的低碳钢 正火工艺周期短 操作简便 工艺成本低 在工艺性能允许的情况下 尽可能用正火代替退火 正火 JEFFERY 1 定义 淬火是将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上一定温度 保温后以大于临界冷却速度的冷却速度得到马氏体 或下贝氏体 的热处理工艺 2 目的 使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体 并配以不同温度回火获得各种需要的性能 EX a 淬火 低温回火 提高工具 轴承 渗碳零件或高强度耐磨件的硬度和耐磨性b 淬火 中温回火 显著提高弹簧钢的弹性极限c 淬火 高温回火 可以得到强韧结合的优良综合机械性能3 淬火温度 a 亚共析钢 Ac3以上30 50 b 共析钢 过共析钢 Ac1以上30 50 4 淬火冷却介质 水 油 NaCl NaOH 水溶液 有机水溶液 乙烯醇 防腐剂 防锈剂 消泡剂 淬火 JEFFERY 淬火 JEFFERY 1 定义 回火是将钢在A1以下温度加热 使其转变为稳定的回火组织 并一适当的方式冷却到室温的过程 2 目的 主要目的是减少或消除淬火应力 保证相应的组织转变 提高钢的韧性和塑性 获得硬度 强度 塑性和韧性的适当配合 以满足各种用途工件的性能要求 3 分类 a 低温回火 回火温度约为150 250 回火组织为回火马氏体 和淬火马氏体相比 回火马氏体既保持了钢的高硬度 高强度和良好耐磨性 又适当提高了钢的韧性 适用于刀具 量具 滚动轴承 渗碳件及高频表面淬火工件 低温回火钢大部分是淬火高碳钢和高碳合金钢 b 中温回火 回火温度在350 500 之间 回火组织为回火屈氏体 对于一般碳钢和低合金钢 中温回火后具有高的弹性极限 较高的强度和硬度 良好的塑性和韧性 中温回火主要用于各种弹簧零件和热锻模具 c 高温回火 回火温度约为500 650 回火组织为回火索氏体 高温回火主要适用于中碳结构钢和低合金结构钢 用来制作曲轴 连杆 连杆螺栓 汽车半轴 机床主轴及齿轮等重要的机器零件 这些零件在使用中要求较高的强度并能承受冲击和交变负荷的作用 回火 JEFFERY 调质处理 1 定义 淬火和随后的高温回火叫做调质处理 2 作用 钢经调质处理后具有优良的综合机械性能 一 钢的表面淬火 1 定义 是将工件快速加热到淬火温度 然后迅速冷却 仅使表面层获得淬火组织的热处理方法 2 作用 满足工艺上要求零件表面具有高的强度 硬度和耐磨性 心部具一定的强度 足够的塑性和韧性 3 分类 感应加热 火焰加热 电接触加热 电解液加热以及激光加热 表面处理 JEFFERY 表面处理 感应加热 1 定义 利用电磁感应原理 在工件表面产生密度很高的感应电流 并使之迅速加热至奥氏体状态 随后快速冷却获得马氏体组织的方法2 分类 根据不同的电流频率 可将感应加热表面淬火分为三类 a 高频感应加热表面淬火 常用电流频率80 1000KHz 可获得表硬化层深度为0 5 2mm 主要用于中小摸数齿轮和小轴的表面淬火 b 中频感应加热表面淬火 常用电流频率2500 8000Hz 可获得3 6mm深的硬化层 主要用于要求淬硬层较深的零件 如发动机曲轴 凸轮轴 大模数齿轮 较大尺寸的轴和钢轨的表面淬火 c 工频感应加热表面淬火 常用电流频率为50Hz 可获得10 15mm以上的硬化层 适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的大工件的表面淬火 3 说明 感应加热缺点是设备费用昂贵 不适用于单件生产 JEFFERY 化学热处理 1 定义 将金属工件放入含某种活性原子的化学介质中 通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层 改变其化学成分和组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理 和表面淬火不同之处是钢在化学热处理后工件表面的组织有变化 2 分类 根据渗入元素的不同 化学热处理可分为渗碳 渗氮 碳 氮共渗 渗硼和渗金属等等 3 作用 化学热处理可获得比表面淬火更高的硬度 耐磨性和疲劳强度 心部在具有良好塑性和韧性的同时 还可获得叫高的强度 适当的化学热处理还可使工件表层具有减磨 耐腐蚀等特殊性能 4 过程 化学热处理的一般过程由分解 吸附和扩散三个基本过程组成 JEFFERY 渗碳 1 定义 将低碳钢件放入渗碳介质中 在900 950 加热保温 使活性碳原子渗入钢件表面并获得高渗碳层的工艺方法 2 分类 固体渗碳 液体渗碳 气体渗碳 3 说明 为充分发挥渗碳层的作用 使零件表面获得高硬度和高耐磨性 心部保持足够的强度和韧性 零件在渗碳后必须进行热处理 a 对于本质细晶粒钢 通常渗碳后可预冷至淬火温度 直接淬火 然后进行180 220 低温回火 b 对于固体渗碳零件 本质粗晶粒钢渗碳后不能直接淬火的零件 也可从渗碳温度直接空冷后再次加热淬火 然后进行低温回火 表层组织为高碳细针状回火马氏体组织加细晶粒状渗碳体 硬度为HRC58 62 c 根据渗层组织和性能要求 一般零件表层含碳量最好控制在0 85 1 05 左右 渗层厚度一般为0 5 2mm JEFFERY 渗氮 1 定义 向钢件表面渗入氮元素 形成富氮硬化层的化学热处理称为渗氮 2 分类 液体渗氮 气体渗氮 3 说明 a 和渗碳相比 钢件渗氮后具有更高的表面硬度和耐磨性 氮化后硬度可达到HRC65 72 b 氮化层稳定性好 高硬度和耐磨性可保持到560 600 不降低c 比渗碳具有更好的疲劳强度 d 氮化后在钢件表面形成致密氮化物薄膜 具有良好抗蚀性能e 氮化温度低 500 600 氮化后工件不需热处理 因此渗氮件变形很小 适用于精密零件的最终热处理 4 用途 磨床主轴 镗床镗杆 精密机床丝杠 内燃机曲轴 各种精密齿轮和量具等 JEFFERY 深冷处理 1 定义 将淬火后的工件 在0度以下的低温介质中继续冷却 一般到零下60 80 待工件截面冷到温度均匀一致后 取出空冷 2 介质 常用介质为液氮 3