1、第八讲钢的热处理工艺 钢的热处理工艺 一 退火 1 完全退火 2 等温退火 3 球化退火 4 扩散退火 5 去应力退火 6 再结晶退火 二 正火 三 淬火 1 淬火温度 2 淬火介质 3 淬火方法 4 钢的淬透性 五 回火 六 钢的表面热处理 1 表面淬火 2 表面化学热处理 1 回火的对象 2 回火的目的 3 回火分类 组织及性能 4 回火后的力性 钢的热处理工艺 一 钢的退火 什么是退火 退火的分类 1 完全退火 工艺 加热至Ac3以上20 30 保温后炉冷 目的 细化组织 消除应力 降低硬度 便于切削加工 适于钢种 亚共析钢 包括合金钢 的铸 锻 焊件 低碳钢及过共析钢不宜 组织 珠光体
2、P 2 等温退火 除冷却方式外 其他均与完全退火相同 将钢A化后快冷至Ar1以下的珠光体转变区某一温度等温 使A P后空冷 与完全退火相比 退火时间缩短 组织更均匀 钢的热处理工艺 3 球化退火 工艺 目的 降低硬度 改善切削性能 为淬火作好准备 适于钢种 过 共析碳钢及合金钢 组织 球状P 说明球化过程 若退火前有严重的Fe3C 网 先施以正火 再行球化退火 4 扩散退火 工艺 加热至Ac3 150 300 长时间保温 然后炉冷 目的 消除成分偏析 适于钢种 合金钢铸件及锻坯 组织 不变 但可能出现过热 且工件烧损严重 钢的热处理工艺 5 去应力退火 工艺 目的 去应力 以防钢件的变形及开裂
3、 适于工件 铸 锻 焊接件及冷加工件 组织 不变 6 再结晶退火 工艺 加热加热至T再 150 250 保温后空冷 目的 消除加工硬化 恢复原来的组织 适于钢件 冷扎 冷拉 冷冲等冷加工件 加热至Ac1以下100 200 保温 炉冷至200 以下空冷 钢的热处理工艺 二 钢的正火 定义 完全A化后空冷 1 工艺 加热 Ac3 100 150 将钢加热至临界点以上30 50 或更高 低碳钢 中碳钢 Ac3 50 100 高碳钢 Accm 30 50 冷却 空冷 2 组织及性能 P组织 但比退火的更细 b HR k 不下降 3 正火应用 作为普通结构零件的最终热处理 作为低 中碳结构钢的预先热处理
4、 可获得合适硬度 便于切削加工 用于过共析钢消除网状的Fe3C 为球化退火做好组织准备 钢的热处理工艺 三 钢的淬火 定义 以大于临界冷速的速度进行冷却 以得到M组织的热处理工艺 把钢加热至A化后 1 淬火温度 一般在临界点以上30 50 亚共析钢 Ac3 30 50 过高 M粗大 钢件易变形开裂 过低 容易出现淬火软点 组织主要为M板 过 共析钢 Ac1 30 50 合金钢淬火温度可适当提高 组织为M Fe3C 加热至Accm以上完全A化反而有害 Ar 钢的耐磨性 硬度 A粗化 淬后M粗大 使钢的性能下降 氧化 脱碳 淬火应力 工件易变形 开裂 钢的热处理工艺 2 淬火介质 淬火难操作 矛盾
5、 为得到M需要快冷 快冷又导致很大的内应力 使钢件易变形和开裂 解决此矛盾 方法有二 一是选择理想的淬火介质 具有理想冷速的淬火介质 一是改进淬火的冷却方法 什么是理想冷速 常用的淬火介质 1 水 冷速快 但和理想冷速相反 主要用于小尺寸形状简单碳钢工件的淬火 2 盐水 冷速更快 较为理想 在C曲线的鼻温附近冷速快 但300 以下仍很快 钢件易变形及开裂 3 油 冷却能力差 在300 以下冷速低 有利于减少变形与开裂 主要用于形状复杂的中小合金钢工件的淬火 4 碱浴和盐浴 主要用于尺寸小 形状复杂 对变形要求严格的工模具钢工件的淬火 钢的热处理工艺 3 淬火的方法 单液淬火法 双液淬火法 分级
6、淬火法 适用于形状复杂的对变形要求严格的小尺寸合金钢工件 C钢也可 等温淬火法 适用于各种形状复杂 尺寸要求精确 且硬 韧性要求高的冷热冲模及成型刃具等 钢的热处理工艺 4 钢的淬透性 1 定义 2 影响淬透性的因素 钢的淬透性与钢的临界冷速有关 c 淬透性 3 淬透性对钢的力学性能的影响 钢淬火后获得淬硬层深度的能力 反之 c 淬透性 因此 所有影响临界冷速 即A的稳定性 的因素都是影响淬透性的因素 4 淬透性与淬硬性不同 淬透性是指淬硬层的深度 淬硬性是指淬火后表面硬度的高低 淬透性好 淬硬性不一定好 如低碳钢 淬硬性好 淬透性不一定好 如高碳钢 钢的热处理工艺 四 钢的回火 什么是回火
7、1 回火的对象 淬火钢 淬火组织为M Ar 不稳定 加热时都要分解 且淬火钢件内应力较大 2 回火的目的 稳定组织及性能 消除或减少淬火内应力 3 回火分类 组织及性能 低温回火 150 250 去应力及脆性 保留M的高硬度及耐磨性 组织为M回 过饱和的正方M Carbide 58 64HRC 主要用于高碳工 模具钢 滚动轴承钢 渗碳钢等钢件的处理 中温回火 350 500 组织为T回 针状F 粒状Fe3C 35 45HRC 高的 s e k 即弹韧性好 主要用于弹簧的处理 高温回火 500 650 组织为S回 多边形F 球状Fe3C 25 35HRC 综合机械性能比较好 工业生产上 淬火 高
8、温回火 S回 调质 调质组织在硬度相同情况下 塑性及韧性比正火要好 钢的热处理工艺 4 回火后的力性 总的规律是 T回 k b HR 但不是单调变化 300 400 时 e emax 600 时 k kmax 且存在两个回火脆性区 低温回火脆 在250 400 k值下降 一般认为与 carbide在晶界析出有关 具有不可逆性 唯一办法是避免在该区温度回火 高温回火脆 在500 650 k值下降 一般认为与Sb Sn P As等杂质元素 在晶界偏聚有关 具有可逆性 钢的热处理工艺 五 钢的表面热处理 包括表面淬火和化学热处理 1 表面淬火 表面淬成M 硬 心部保持正火或调质态 韧 1 感应加热表
9、面淬火 原理 交流电 交变磁场 工件内产生感应电流 涡流 工件内阻 产生焦耳热 加热工件 热源 涡流效应 产生的焦耳热 为什么只能表面加热 因为涡流的 集肤效应 电流透入深度 1 且 热态 冷态 频率选用 钢种 中碳钢及中碳低合金钢 高频淬火的特点 a V加热 t时间 b 1 残余压应力 M细 比普通淬火硬度高2 3HRC 且韧性好 c 生产率高 氧化 脱碳 过热 变形等淬火缺陷 钢的热处理工艺 2 表面化学热处理 1 什么是化学热处理 所谓化学热处理 就是把工件放在一定温度的化学介质中保温 元素渗入工件的表层 改变表面的化学成分 进而改变组织及性能的热处理工艺 让一些化学 钢件和铸铁件 非金属元素 金属元素 C N O S B 与Fe形成间隙固溶体和化合物 强化表面 提高表面的力性 与Fe形成置换固溶体 Cr提高抗蚀性 Al提高抗氧化性 Si提高抗酸性能 2 化学热处理的三个基本过程 渗剂分解 分解出活性原子 吸附 活性原子在工件表面吸附 扩散 活性原子向工件内部扩散 迁移 形成扩散层 渗层 常用工艺 渗C 渗N 氮化 气体C N共渗
