鋼熱處理工藝培訓(xùn)教材

1、鋼熱處理工藝培訓(xùn)教材沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院預(yù)備熱處理最終熱處理普通熱處理表面熱處理形變熱處理退火是將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時(shí)間以后，以緩慢的速度冷卻下來(lái)，使之獲得達(dá)到或接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 1.退火 l退火目的:l調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-170-250HB250HB。l 消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，防止加工中變形。消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，防止加工中變形。l 均勻組織、細(xì)化晶粒，為最終熱處理（淬火）作組織準(zhǔn)均勻組織、細(xì)化晶粒，為最終熱處理（淬火）作組織準(zhǔn)備。備。l (4)(4)對(duì)一些受力不大、性能要求

2、不高的機(jī)器零件，可作對(duì)一些受力不大、性能要求不高的機(jī)器零件，可作為最終熱處理為最終熱處理l退火工藝的分類退火工藝的分類: :（1 1）完全退火）完全退火 ：ACAC3 3以上以上20-30 20-30 O OC C，適用于亞共析鋼。，適用于亞共析鋼。其目的是細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度以改善切其目的是細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度以改善切削加工性能。削加工性能。低碳鋼和過共析鋼不適于完全退火！為什低碳鋼和過共析鋼不適于完全退火！為什么？么？ （2 2）等溫退火）等溫退火 等溫退火的加熱工藝與完全退火相同。等溫退火的加熱工藝與完全退火相同?！暗葴氐葴亍钡牡暮x是，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)是在含義是，發(fā)

3、生珠光體轉(zhuǎn)變時(shí)是在ArAr1 1以下珠光體轉(zhuǎn)變以下珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間的某一溫度等溫進(jìn)行。等溫退火能有效縮短退區(qū)間的某一溫度等溫進(jìn)行。等溫退火能有效縮短退火時(shí)間，提高生產(chǎn)效率并能獲得均勻的組織和性能?；饡r(shí)間，提高生產(chǎn)效率并能獲得均勻的組織和性能。 （3 3）（4 4）球化退火球化退火 球化退火主要用于過共析鋼和合金工具鋼。球化退火主要用于過共析鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削性能，為淬火作組織準(zhǔn)備。性能，為淬火作組織準(zhǔn)備。獲得粒狀珠光體獲得粒狀珠光體。球化退火的加熱溫度一般為球化退火的加熱溫度一般為AcAc1 1以上以上20203030。（5

4、5）均勻化退火（擴(kuò)散退火）均勻化退火（擴(kuò)散退火）目的目的: : 消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象擴(kuò)散退火的特點(diǎn)擴(kuò)散退火的特點(diǎn): :加熱溫度高（一般在加熱溫度高（一般在AcAc3 3或或AcAccmcm以以上上150150300300），保溫時(shí)間長(zhǎng)（），保溫時(shí)間長(zhǎng)（10h10h以上）。因以上）。因此，擴(kuò)散退火后鋼的晶粒粗大，需要進(jìn)行一次此，擴(kuò)散退火后鋼的晶粒粗大，需要進(jìn)行一次正常的完全退火或正火處理。正常的完全退火或正火處理。 （6 6）去應(yīng)力退火）去應(yīng)力退火 一般是將工件隨爐緩慢加熱至一般是將工件隨爐緩慢加熱至500500650650，經(jīng)一段時(shí)間保溫后隨爐緩慢冷卻至經(jīng)一段時(shí)間保溫后

5、隨爐緩慢冷卻至300300200200以下出爐。以下出爐。主要用來(lái)消除因變形加工及鑄造、焊接過程主要用來(lái)消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高工件的尺寸穩(wěn)中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂。定性，防止變形和開裂。（7 7）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火 冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，這種熱處理工藝稱為再結(jié)晶退火。晶粒，這種熱處理工藝稱為再結(jié)晶退火。其目的是消除加工硬化、提高塑性、改善切削其目的是消除加工硬化、提高塑性、改善

6、切削加工及成形性能。一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度加工及成形性能。一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度為為650-700650-700。 正火的目的 對(duì)于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退火的相同。 對(duì)于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。 普通件最終熱處理。l要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火.2 2、 c c =0.25%=0.25% 0.5% 0.5%的中碳鋼也可用正火代的中碳鋼也可用正火代 替退火替退火4 4、 c c =0. 75%=0. 75%以上的高碳鋼或工具鋼一般采用球以上的高碳鋼或工具鋼一般采用球化退火作為預(yù)備熱處理。若有網(wǎng)狀二次滲碳體存化退

7、火作為預(yù)備熱處理。若有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應(yīng)進(jìn)行正火消除。在，則應(yīng)進(jìn)行正火消除。3 3、 c c =0.5%=0.5% 0.75% 0.75%的鋼采用完全退火的鋼采用完全退火從經(jīng)濟(jì)性原則考慮，正火的生產(chǎn)周期短，操?gòu)慕?jīng)濟(jì)性原則考慮，正火的生產(chǎn)周期短，操作簡(jiǎn)單，工藝成本低，在滿足使用和工藝性作簡(jiǎn)單，工藝成本低，在滿足使用和工藝性能的前提下，應(yīng)盡可能能的前提下，應(yīng)盡可能用正火代替退火用正火代替退火。一、淬火 將鋼加熱到Ac1或Ac3以上，保溫一定時(shí)間，然后快速（大于臨界冷卻速度）冷卻以獲得馬氏體（下貝氏體）組織的熱處理工藝稱為淬火。 1.淬火應(yīng)力淬火后工件的形狀，尺寸都會(huì)發(fā)生變化，有的甚至產(chǎn)生淬火

8、裂紋-淬火應(yīng)力當(dāng)它超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，便引起工件的變形，超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)使工件開裂 2.淬火加熱溫度 淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒為原則，以便冷卻后獲得細(xì)小的馬氏體組織。亞共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac3以上3050；過共析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac1以上3050。 過共析鋼的淬火加熱溫度通常為過共析鋼的淬火加熱溫度通常為AcAc1 1以上以上303050?50? 3.淬火冷卻介質(zhì) 常用的淬火冷卻介質(zhì)是水和油。水主要用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳鋼零件的淬火。油一般用作合金鋼的淬火冷卻介質(zhì)。 為了減少零件淬火時(shí)的變形，鹽浴也常用作淬火介質(zhì)，主要用于分級(jí)淬火和等溫淬火。

9、4.淬火方法 為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，必須采用已有的淬火介質(zhì)再配以各種冷卻方法才能解決。通常的淬火方法包括單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火和等溫淬火等，如圖所示。 等溫淬火是將工件自加熱爐中取出，在淬火需要溫度的鹽浴或油浴中淬火，并使其等溫轉(zhuǎn)變?yōu)樗枰慕M織。分級(jí)淬火： 將工件從淬火溫度直接冷卻到M點(diǎn)以上某一溫度，經(jīng)適當(dāng)時(shí)間的保溫，然后取出空冷或油冷，以獲得馬氏體。 5.鋼的淬透性 鋼的淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。其大小通常用規(guī)定條件下淬火獲得淬透層的深度（又稱有效淬硬深度）來(lái)表示.如何表示?。 淬透性定義淬透性定義: :淬透區(qū)和未淬透區(qū)淬透區(qū)和未淬透區(qū): :半馬氏

10、體區(qū)半馬氏體區(qū): :淬透性和淬硬性的區(qū)別淬透性和淬硬性的區(qū)別: : 鋼的淬透性用JHRC-d 表示，其中d表示淬透性曲線上測(cè)試點(diǎn)至水冷端的距離（mm）,HRC為該處的硬度值。 J 表示末端淬透性淬透性可用淬透性可用“末端淬火法末端淬火法”測(cè)定。測(cè)定。 生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨界淬火直徑，是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時(shí)所能得到界淬火直徑，是指圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時(shí)所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），用用D Do o表示。在相同冷卻條件下，表示。在相同冷卻條件

11、下，D Do o越大，鋼的淬越大，鋼的淬透性越好。透性越好。 鋼的淬硬性是指淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬鋼的淬硬性是指淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度，淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。度，淬硬性主要決定于馬氏體的碳含量。 二、回火二、回火 將淬火后的鋼件加熱到將淬火后的鋼件加熱到AcAc1 1以下某一溫度，保溫一定時(shí)以下某一溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻至室溫的熱處理工藝叫間后冷卻至室溫的熱處理工藝叫回火回火。 淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，淬火鋼件經(jīng)回火可以減少或消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，提高鋼的塑性和韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性、韌提高鋼的塑性和韌性，從而使鋼的強(qiáng)度、硬度和塑性

12、、韌性得到適當(dāng)配合，以滿足不同工件的性能要求。性得到適當(dāng)配合，以滿足不同工件的性能要求。 1.低溫回火 低溫回火的溫度范圍在150250之間?；鼗鸬哪康氖墙档蛻?yīng)力和脆性，獲得回火馬氏體組織，使鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。低溫回火一般用來(lái)處理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滾動(dòng)軸承和滲碳件等。 2.中溫回火 回火溫度范圍為350500之間，回火后的組織為回火托氏體。中溫回火后具有高的彈性極限，所以主要用于各種彈簧件。 3.高溫回火 回火溫度范圍為500650之間，得到回火索氏體組織。高溫回火使工件的強(qiáng)度、塑性、韌性有較好地配合，即具有高的綜合力學(xué)性能。一般把淬火加高溫回火的熱處理稱為

13、“調(diào)質(zhì)處理”。適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機(jī)半軸、機(jī)床主軸及齒輪等重要機(jī)器零件。 廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。 適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。 應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑性和韌性。 提高e及s，同時(shí)使工件具有一定韌性 。在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力。 回火目的S回 T回 M回 回火組織500-650350-500150-250 回火溫度 高溫回火 中溫回火 低溫回火 適用于彈簧熱處理 三三. .淬火加熱缺陷及防止淬火加熱缺陷及防止 1.過熱 2.過燒 3.氧化4

14、.脫碳奧氏體晶界出現(xiàn)局奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或發(fā)生氧化的現(xiàn)象部熔化或發(fā)生氧化的現(xiàn)象 （一） 鋼的表面淬火 表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織，而心部仍保持淬火前組織的熱處理方法。（火焰表面淬火） 感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理。 感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)： 淬火溫度高于一般淬火溫度。 淬火后獲得非常細(xì)小的隱晶馬氏體組織，表層硬度比普通淬火高23HRC。 表層存在很大的殘余壓應(yīng)力。 無(wú)氧化、脫碳現(xiàn)象，且工件變形也很小。 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動(dòng)化。感應(yīng)加熱淬火后，為了減小淬火應(yīng)力和降低脆性，需進(jìn)行170200低溫回火。 （二）（二）鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理 化

15、學(xué)熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介化學(xué)熱處理是將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使介質(zhì)中的一種或幾種元素原子滲質(zhì)中保溫，使介質(zhì)中的一種或幾種元素原子滲入工件表面，以改變鋼件表層化學(xué)成分和組織，入工件表面，以改變鋼件表層化學(xué)成分和組織，進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處進(jìn)而達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理工藝?；具^程：化學(xué)介質(zhì)的分解；活理工藝。基本過程：化學(xué)介質(zhì)的分解；活性原子被鋼件表面吸收和溶解；原子由表面性原子被鋼件表面吸收和溶解；原子由表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層。 1鋼的滲碳 將鋼放入滲碳的介質(zhì)中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工

16、藝稱為滲碳。其目的是通過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，使表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲勞性能，而心部具有一定的強(qiáng)度和良好的韌性配合。 （1）滲碳方法 滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。（2）滲碳后的組織 常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。滲碳后緩冷組織自表面至心部依次為：過共析組織（珠光體+碳化物）、共析組織（珠光體）、亞共析組織（珠光體+鐵素體）的過渡區(qū)，直至心部的原始組織。 （3 3）滲碳后的熱處理）滲碳后的熱處理 滲碳后的熱處理方法有：直接淬火法、滲碳后的熱處理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火

17、法。一次淬火法和二次淬火法。 與滲碳相比，滲氮溫度低且滲氮后不再進(jìn)行熱處理，所以工件變形小。 為了提高滲碳工件的心部強(qiáng)韌性，需要在滲氮前對(duì)工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 2鋼的滲氮 滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的熱處理工藝。其目的是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。常用的滲氮方法有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲（軟氮化）等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。 進(jìn)入下一節(jié) 3 3鋼的碳氮共滲鋼的碳氮共滲 碳氮共滲是同時(shí)向鋼件表面滲入碳和氮原碳氮共滲是同時(shí)向鋼件表面滲入碳和氮原子的化學(xué)熱處理工藝，也俗稱為氰化。碳氮共子的化學(xué)熱處理工藝，也俗稱為氰化。碳氮共滲零件的性能介于滲碳與滲氮零件之間。滲零件的性能介于滲碳與滲氮零件之間。 （三）（三）鋼的形變熱處理鋼的形變熱處理 是把塑性變形（鍛、軋等）和熱處理工藝緊密結(jié)合起來(lái)的一種熱處理方法。 由于它可以使鋼同時(shí)受到形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，因此可以大大提高鋼的綜合力學(xué)性