材料科學和工程第十三章鋼的熱處理和典型舉例

1、材料科學和工程第十三章鋼的熱處理和典型舉例齒輪熱處理軸承熱處理彈簧熱處理工具熱處理軸的熱處理基本思路：工作條件（載荷，環(huán)境）失效形式性能要求材料熱處理工藝1、工作條件用于傳遞動力、改變方向或速度的重要零件，受力情況復雜。2、常見失效形式 齒輪接觸面磨損或齒面塑性變形（表面硬度不足）； 齒輪面剝落（疲勞損壞、點蝕）； 斷齒（強度低 或超載）一.齒輪熱處理一.齒輪熱處理3.齒輪的技術要求 齒面高的硬度、接觸疲勞、耐磨損性能； 齒輪根部及齒輪具有高的強度和韌性。4.齒輪用鋼 低、中碳輕載齒輪：45， 調質或正火中載齒輪：45、40Cr， 調質，耐磨部位表面淬火重載齒輪：20Cr、20CrMnTi，

2、滲碳淬火高精度齒輪：38CrMoAlA， 調質滲氮1）滲碳齒輪材料：20CrMnTi、 20Cr、 30CrMnTiA等服役場合：高速重載（汽車齒輪）下料工藝：鍛造正火切削加工滲碳淬火低溫回火5.齒輪熱處理工藝精加工掌握各熱處理工序的目的，工藝，組織(1)正火 細化晶粒；調整硬度，便于切削加工 加熱至Ac3+3050,空冷, 組織細珠光體+(少量鐵素體)(2)滲碳 提高表面含碳量 920930保溫39h (3)滲碳后淬火 獲得馬氏體，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 表面：高碳M+Ar+碳化物,過渡層:M+Ar, 心部:低碳M+F（少量） (4)回火 消除淬火應力，低溫200，MM回下料鍛造正

3、火切削加工滲碳淬火低溫回火精加工 20 CrMnTi 鋼制造齒輪的 熱處理工藝曲線加工工藝路線:下料 鍛造 粗加工 半精加工 精車加工及 精磨 5.齒輪熱處理工藝2）中載齒輪（中碳鋼）熱處理（表面淬火） 適用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齒輪。正火調質表面淬火低溫回火(1)正火(或完全退火） 細化晶粒，調整硬度 加熱至Ac3+3050,空冷, 細珠光體+(少量鐵素體)(2)調質熱處理 使心部具有良好強韌性 加熱至Ac3+3050后淬火+500600高溫回火, 回火索氏體(3)表面感應淬火(表面火焰淬火) 提高表面硬度 表面加熱至Ac3+3050，心部沒有加

4、熱。 淬火后表面獲得馬氏體+殘余奧氏體, 過渡層馬氏體+F殘余奧氏體, 心部回火索氏體 (4)低溫回火 消除淬火應力，低溫200，MM回 輕載齒輪：45， 調質或正火中載齒輪：45、40Cr， 調質，耐磨部位表面淬火重載齒輪：20Cr、20CrMnTi， 滲碳淬火高精度齒輪：38CrMoAlA， 調質滲氮二、滾動軸承熱處理滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承1、工作條件高載荷，交變應力高轉速，一定沖擊。 接觸疲勞破壞二、滾動軸承熱處理2、失效形式塑性變形 磨損3、性能要求:（內外圈和滾動體）高的硬度和耐磨性;高的接觸疲勞強度;足夠的韌性和耐蝕性;尺寸穩(wěn)定性滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承二、滾動軸承熱處理4、軸承

5、用鋼:二、滾動軸承熱處理G Cr15 含Cr量WCr 1.5 %滾動軸承鋼高碳1.15%GCr15軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造 機加工 球化退火淬火+ 冷處理 ( 60 80;1h )低溫回火正火磨削加工穩(wěn)定化處理 ( 120 150；5 10h )5、熱處理工藝預備熱處理:正火：消除網(wǎng)狀碳化物，細化晶粒球化退火：降低硬度，提高韌性，為淬火組織準備淬火:獲得馬氏體組織 810860（溫度偏高），讓Cr盡量溶入A，又不致于導致晶粒粗大，A含碳過高；油冷冷處理:獲得馬氏體組織,減少Ar低溫回火:消除殘余應力，保持高硬度.二、滾動軸承熱處理汽車板簧扭轉彈簧大型熱卷彈簧彈簧絲三、彈簧熱處理1、工作條件

6、儲存能量和減輕震動,主要承受拉力、壓力、扭力、交變載荷；2、失效形式： 疲勞斷裂，永久變形3、性能要求： 高的強度極限、彈性極限、疲勞極限、成型加工性能（塑性成型、熱處理性能）4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳鋼及中碳合金鋼5、熱處理工藝（一）冷成形彈簧（小彈簧） 由強化過的鋼絲（鉛淬冷拔、冷拔、淬火+回火的鋼絲）冷卷成彈簧， 只需進行去應力退火（加熱溫度250 300 ），以消除變形過程中或淬火中形成的殘余應力，穩(wěn)定尺寸。 （二）熱成形彈簧 采用熱軋鋼絲或鋼板制成（如汽車板簧） 淬火提高強度， 中溫回火消除應力，提高彈性極限。 淬火溫度Ac3以上，回火溫度350 450 ，

7、組織：回火屈氏體大型熱卷彈簧去應力退火淬火+中溫回火（或采用等溫淬火）或采用等溫淬火，得到貝氏體組織（三）沉淀硬化處理對于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化鋼，在冷拉或固溶處理狀態(tài)下成型的彈簧。主要工藝過程如下：（1）固溶處理：奧氏體化，獲得均勻一致的奧氏體組織（2）成型加工（3）調整熱處理（或淬火處理）加熱到奧氏體化稍低溫度，冷卻，獲得低碳馬氏體+殘余奧氏體組織（4）深冷處理：使淬火狀態(tài)下殘余奧氏體繼續(xù)轉變?yōu)榈吞捡R氏體（根據(jù)需要確定）（5）沉淀硬化處理在480 550 保溫1小時左右，使碳化物析出彌散強化。（四）彈簧的其它強化處理（1）形變熱處理對于60Si2Mn、55Si2Mn等

8、中碳鋼具有較高的形變強化效果，因此這類彈簧適合于熱成型+淬火+回火（2）化學熱處理對于在鐵素體狀態(tài)下能進行元素擴散滲的彈簧材料，可以不改變彈簧整體強度、韌性和彈性極限情況下，化學滲提高彈簧表面硬度和疲勞強度。典型工藝熱成型加工+淬火+回火-化學滲處理。（3）噴丸強化使彈簧零件表面獲得壓應力，提高彈簧的使用壽命510倍。（五）彈簧的穩(wěn)定化處理為了減少彈性不完整性、或滯彈性，對彈簧進行加荷、或機械穩(wěn)定、或加溫加荷處理，以保證彈簧在使用過程中彈性穩(wěn)定。工具一般包括刃具、模具、量具常用鋼包括： 碳素工具鋼、 低合金工具鋼、 高合金工具鋼（高速鋼等）四.工具熱處理模具量具刃具成分特點：高碳四.工具熱處理

9、4.1 刃具熱處理 性能要求 高硬度(HRC60) ，主要取決于含碳量。 高耐磨性， 靠高硬度和析出細小均勻硬碳化物來達到。 紅硬性 即高溫下保持高硬度的能力 足夠的韌性 以防止脆斷和崩刃。刃具用鋼 碳素工具鋼：T7T12（1.2%C）木工鑿手錘圓沖T12鋼正常淬火組織球狀珠光體碳工鋼熱處理及組織熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的： 降低硬度，便于加工； 為淬火作組織準備。 使用狀態(tài)下的組織： M回+顆粒狀碳化物+AR(少量) 絲錐板牙刃具用鋼 低合金工具鋼： CrWMn、9SiCr 熱處理及組織同碳素工具鋼， 只是淬火介質為油（碳工鋼為水）。板牙絲錐 9 SiCr 鋼板牙熱處

10、理工藝曲線板牙W18Cr4V的生產(chǎn)工藝及熱處理鑄造 鍛造 球化退火 機加工 淬火+三次高溫回火 磨削加工刃具用鋼 高合金刃具鋼：（高速鋼） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄態(tài)組織 420 鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理（正火）來消除, 只能依靠反復多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織 210 球化退火:消除應力, 降低硬度，便于機加工, 調整組織,為淬火作好組織準備。 球化退火后的組織 : S + 粒狀 Cm球化退火溫度830880易于機械加工。

11、W18Cr4V球化退火組織 420 淬火 : 12001300 淬火后的組織:M+Cm+AR(2025%)（溫度高）高速鋼淬火溫度高的原因：讓C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金馬氏體高溫回火時產(chǎn)生二次硬化效應，提高硬度提高紅硬性三次高溫回火在560回火時 , 產(chǎn)生二次硬化多次回火,獲得更多碳化物析出 讓殘余奧氏體轉變。回火組織： S回+碳化物+Ar ( 1 2 % )*淬火后A殘約2025 %。*第一次回火后A殘約剩1518 %。*第二次回火后A殘約剩35 %。*第三次回火后A殘約剩12 %。組織硬度為HRC65以上。 W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖進展:現(xiàn)在對這種熱處理工藝還不滿意,對

12、高速鋼淬火+回火后,再進行TiN沉積四.工具熱處理4.2 冷作模具熱處理 性能要求:高硬度（HRC5060）；高耐磨性、強度和韌性；熱處理變形小;汽車沖壓模具 應用:冷沖模、冷鐓模、冷擠模、搓絲板等 冷作模具用鋼:碳素工具鋼：T7T8低合金工具鋼： 9SiCr、9Mn2V、CrWMn或GCr15高合金工具鋼： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%） Cr12型冷作模具鋼的熱處理（ C1.4%2.3%、Cr11%12%）球化退火 冷作模具鋼鑄態(tài)組織極不均勻,含有大量共晶碳化物，需反復鍛打后退火處理。 球化退火溫度830880，獲得細化碳化物+珠光體組織，易于機械加工

13、。淬火+回火 一次硬化法： 較低溫度淬火（980）低溫回火 回火組織為M回+碳化物+Ar 二次硬化法： 較高溫度淬火（1050）23次高溫回火 回火組織為S回+碳化物+Ar(少量）四.工具熱處理4.3 熱作模具熱處理 性能要求: 應用: 熱作模具用鋼:使熱金屬或液態(tài)金屬成型的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。高的熱硬性、高溫耐磨性;高的熱強性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力和導熱性; 中碳 0.6 %;熱變形模具鋼，5CrNiMo、5CrMnMo壓鑄模具，3Cr2W8V 5 CrMnMo熱處理: 熱處理工藝: 完全退火 淬火 550回火 曲軸模具熱處理后的組織: S回 3 Cr2W8V鋼熱處

14、理: 熱處理工藝: 淬火 + 550三次回火 回火時二次硬化現(xiàn)象HRC47 汽車四缸壓鑄模四.工具熱處理4.4 量具熱處理 性能要求: 量具用鋼:高的硬度（HRC62）和耐磨性，熱處理變形小、尺寸穩(wěn)定，保證尺寸精度?？?尺量 規(guī)千分尺碳素工具鋼：T8T12低合金工具鋼：淬透性高，用于精度要求較高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr千分尺卡尺特點 預備熱處理組織為球化退火或調質處理組織。 下限溫度淬火及冷處理，目的是減少A。 長時間低溫時效，以消除內應力，降低馬氏體的正方度。淬火 冷處理 ( - 70 - 80 ) 低溫回火 時效處理 ( 120130,幾十小時 ) 熱處理: CrWMn鋼制造塊規(guī)退火后熱處理工藝650820840油冷3h-70-80 冷處理1401603h11012036h時效處理精磨3h研磨溫度時間受