热处理工艺的制订规范

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1、项目五 热处理工艺的制订规范 预备热处理最终热处理退火：完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、去应力退火、再结晶退火。正火普通热处理：淬火、回火表面热处理：表面淬火（感应、火焰）化学热处理（渗碳、渗氮等） 预备热处理机加工机 械 零 件 的 一 般 加 工 工 艺 为 ：毛坯（铸、锻）最终热处理退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。 一、退火退火将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺调整硬度，便于切削加工消除内应力，防止加工中变形细化晶粒、做组织准备退火的目的 完全退火等温退火球化退火扩散退火去应力退火再结晶退火退火的种类真空退火炉完

2、全退火将工件加热到Ac3+3050保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢 . 高速钢等温退火与普通退火的比较等温退火亚共析钢加热到Ac3+3050 , 共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. 球化退火将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。 球状珠光体 球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体, 用P球表示。对于有网状二次渗碳体的过共析钢，

3、球化退火前应先进行正火，以消除网状. u 正 火 是 将 亚 共 析 钢 加 热 到Ac3+30 50 ， 共 析 钢 加 热 到Ac1+3050 ， 过 共 析 钢 加 热 到 Accm+30 50 保 温 后 空 冷 的 工 艺 。u 正 火 比 退 火 冷 却 速 度 大 。u 1、 正 火 后 的 组 织 ： 0.6%C时 ， 组 织 为 F+S； 0.6%C时 ， 组 织 为 S 。 正火温度二、正火 正火 2、 正 火 的 目 的 对 于 低 、 中 碳 钢(0.6C%)， 目 的 与 退火 的 相 同 。 对 于 过 共 析 钢 ， 用 于 消除 网 状 二 次 渗 碳 体 ，

4、为球 化 退 火 作 组 织 准 备 。 普通件最终热处理。 要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火.热处理与硬度关系合适切削加工硬度 三 、 钢 的 淬 火淬 火 是 将 钢 加 热 到 临 界 点 以 上 ， 保 温 后 以 大 于 Vk速度冷却，使 奥 氏 体 转 变 为 马 氏 体 或 贝 氏 体 的 热 处 理 工 艺 . l 淬 火 是 应 用 最 广 的 热 处理 工 艺 之 一 。l 淬 火 目 的 是 为 获 得 马 氏体 组 织 ， 提 高 钢 的 性 能 . 真空淬火炉 1、 淬 火 温 度n 碳 钢（ 1） 亚 共 析 钢 淬 火 温 度 为

5、 Ac3+30-50 。 亚 共 析 钢 淬 火 组 织 ：n 0.5%C时 为 Mn 0.5%C时 为 M+A。 65MnV钢(0.65%C) 淬火组织45钢(含0.45%C)正常淬火组织 在 Ac1 Ac3之 间 的 加 热淬 火 称 亚 温 淬 火 。35钢（含0.35%C）亚温淬火组织 亚 温 淬 火 组 织 为F+M， 强 度 、硬 度 低 ， 但 塑 韧性 好 . （ 2） 共 析 钢淬 火 温 度 为 Ac1+30-50 ； 淬 火 组 织 为 M+A。 过 共 析 钢u 淬 火 温 度 : Ac1+30-50 .u 温 度 高 于 Accm， 则 奥 氏 体 晶 粒 粗大 、

6、含 碳 量 高 ,淬 火 后 马 氏 体 晶 粒粗 大 、 A量 增 多 。 使 钢 硬 度 、 耐磨 性 下 降 ， 脆 性 、 变 形 开 裂 倾 向增 加 。u 淬 火 组 织 : M+Fe 3C颗 粒 +A。(预 备 组 织 为 P球 ) T12钢（含1.2%C）正常淬火组织 u合 金 钢由 于 多 数 合 金 元 素 (Mn、 P除 外 )对 奥 氏 体 晶 粒 长 大 有 阻 碍 作用 ， 因 而 合 金 钢 淬 火 温 度 比 碳 钢 高 。n 亚 共 析 钢 淬 火 温 度 为 Ac3+ 50100 。n 共 析 钢 、 过 共 析 钢 淬 火 温 度 为 Ac1+50100

7、。 钢坯加热 2、 淬 火 介 质u理 想 的 冷 却 曲 线 应 只 在 C曲 线 鼻 尖 处 快 冷 ， 而 在 Ms附 近 尽 量缓 冷 ， 以 达 到 既 获 得 马 氏 体 组 织 ， 又 减 小 内 应 力 的 目 的 。 但目 前 还 没 有 找 到 理 想 的 淬 火 介 质 。l 常 用 淬 火 介 质 是 水 和 油 .l 水 的 冷 却 能 力 强 ， 但 低 温 却能 力 太 大 ， 只 使 用 于 形 状 简单 的 碳 钢 件 。 u 油 在 低 温 区 冷 却 能 力 较 理 想 ， 但 高 温 区 冷 却 能 力 太 小 ， 使 用 于 合 金 钢 和小 尺 寸

8、的 碳 钢 件 。u 熔 盐 作 为 淬 火 介 质 称 盐 浴 ， 冷 却 能 力 在 水 和 油 之 间 ,用 于 形 状 复 杂 件 的 分级 淬 火 和 等 温 淬 火 。u 聚 乙 烯 醇 、 硝 盐 水 溶 液 等 也 是 工 业 常 用 的 淬 火 介 质 . 3、 淬 火 方 法采 用 不 同 的 淬 火 方 法 可 弥补 介 质 的 不 足 。1） 单 液 淬 火 法u 加 热 工 件 在 一 种 介 质 中 连 续冷 却 到 室 温 的 淬 火 方 法 。u 操 作 简 单 ， 易 实 现 自 动 化 。 各种淬火方法示意图 1单液淬火法2双液淬火法3分级淬火法4等温淬火法

9、 2） 双 液 淬 火 法u工 件 先 在 一 种 冷 却 能 力 强 的介 质 中 冷 ， 却 躲 过 鼻 尖 后 ，再 在 另 一 种 冷 却 能 力 较 弱 的介 质 中 发 生 马 氏 体 转 变 的 方法 。 如 水 淬 油 冷 ， 油 淬 空 冷 .u优 点 是 冷 却 理 想 ， 缺 点 是 不易 掌 握 。 用 于 形 状 复 杂 的 碳钢 件 及 大 型 合 金 钢 件 。 3） 分 级 淬 火 法u 在 Ms附 近 的 盐 浴 或 碱 浴 中 淬 火 ， 待 内 外 温度 均 匀 后 再 取 出 缓 冷 。可减 少 内 应 力 ， 用 于小 尺 寸 工 件 。盐浴炉 4）

10、等 温 淬 火 法u将 工 件 在 稍 高 于 Ms 的 盐 浴 或 碱浴 中 保 温 足 够 长 时 间 ， 从 而 获 得下 贝 氏 体 组 织 的 淬 火 方 法 。u经 等 温 淬 火 零 件 具 有 良 好 的 综 合力 学 性 能 ， 淬 火 应 力 小 .u适 用 于 形 状 复 杂 及 要 求 较 高 的 小型 件 。 淬火方法 第 六 节 钢 的 淬 透 性 网带式淬火炉u淬 透 性 是 钢 的 主 要 热 处 理 性 能 。u是 选 材 和 制 订 热 处 理 工 艺 的 重 要 依 据 之 一 。 1、 淬 透 性 的 概 念 M量和硬度随深度的变化 u淬 透 性 是 指

11、 钢 在 淬 火 时 获 得 淬 硬 层 深 度 的 能 力 。 其 大 小 是用 规 定 条 件 下 淬 硬 层 深 度 来 表 示 。l 淬 硬 层 深 度 是 指 由 工 件表 面 到 半 马 氏 体 区(50%M + 50%P)的 深 度 。l 淬 硬 性 是 指 钢 淬 火 后 所能 达 到 的 最 高 硬 度 ， 即硬 化 能 力 . 2、 淬 透 性 与 淬 硬 层 深 度 的 关 系 u同 一 材 料 的 淬 硬 层 深 度 与 工 件 尺 寸 、 冷 却 介 质 有 关 。 工 件 尺寸 小 、 介 质 冷 却 能 力 强 ， 淬 硬 层 深 。u淬 透 性 与 工 件 尺

12、寸 、 冷 却 介 质 无 关 。 它 只 用 于 不 同 材 料 之 间的 比 较 ， 是 通 过 尺 寸 、 冷 却 介 质 相 同 时 的 淬 硬 层 深 度 来 确 定的 。 3、 影 响 淬 透 性 的 因 素u钢 的 淬 透 性 取 决 于 临 界 冷 却 速度 Vk， Vk越 小 ， 淬 透 性 越 高 。uVk取 决 于 C曲 线 的 位 置 ， C 曲线 越 靠 右 ， Vk越 小 。 因 而 凡 是 影 响 C曲 线 的 因 素 都是 影 响 淬 透 性 的 因 素 .即 除 Co 外 ，凡 溶 入 奥 氏 体 的 合 金 元 素 都 使 钢的 淬 透 性 提 高 ； 奥

13、氏 体 化 温 度 高 、保 温 时 间 长 也 使 钢 的 淬 透 性 提 高 。 n 不 同 冷 却 条 件 下 的 转 变 产 物等温退火P退火(炉冷)正火(空冷) S T+M+A等温淬火B下M+A分级淬火M+A淬火(水冷) (油冷)A1MSMf时间温度淬火PP 均匀A细A？ 四 、 钢 的 回 火螺杆表面的淬火裂纹回 火指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。 回火目的减少或消除淬火内应力获得所需要的力学性能稳定尺寸防止使用时变形高淬透性的钢采用回火软化 未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。注意 钢在回火时的组织转变马

14、氏体的分解残余奥氏体分解-碳化物转变为Fe3CFe3C聚集长大和铁素体多边形化回火马氏体回火马氏体回火索氏体回火托氏体 透射电镜下的回火马氏体形貌回火马氏体 回火托氏体回火索氏体 淬火钢硬度随回火温度的变化40钢力学性能与回火温度的关系 回 火 时 的 性 能 变 化回 火 时 力 学 性 能 变 化 总 的 趋 势 是 随 回 火 温 度 提 高 ， 钢 的 强 度 、硬 度 下 降 ， 塑 性 、 韧 性 提 高 。 l 200 以 下 ， 由 于 马 氏体 中 碳 化 物 的 弥 散 析 出 ，钢 的 硬 度 并 不 下 降 ， 高碳 钢 硬 度 甚 至 略 有 提 高 。l 200-3

15、00 ， 由 于 高 碳钢 中 A转 变 为 M回 , 硬 度再 次 升 高 。l 大 于 300 ,由 于 Fe3C粗 化 ， 马 氏 体 转 变 为 铁素 体 ,硬 度 直 线 下 降 。 （ 3） 回 火 脆 性u淬 火 钢 的 韧 性 并 不总 是 随 温 度 升 高 而提 高 。u在 某 些 温 度 范 围 内回 火 时 ， 会 出 现 冲击 韧 性 下 降 的 现 象 ，称 回 火 脆 性 。 1） 第 一 类 回 火 脆 性又 称 不 可 逆 回 火 脆 性 。 是 指 淬 火 钢 在 250-350 回 火 时 出现 的 脆 性 。l 这 种 回 火 脆 性 是 不 可 逆 的

16、 ，只 要 在 此 温 度 范 围 内 回 火 就会 出 现 脆 性 ， 目 前 尚 无 有 效消 除 办 法 。l 回 火 时 应 避 开 这 一 温 度 范 围 。 2、 第 二 类 回 火 脆 性 又 称 可 逆 回 火 脆 性 。 是 指 淬 火钢 在 500-650 范 围 内 回 火 后 缓 冷 时出 现 的 脆 性 . 回 火 后 快 冷 不 出 现 ， 是 可 逆 的 。防 止 办 法 ： 回 火 后 快 冷 。 加入合金元素W (约1%)、 Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件。 （ 四 ） 、 回 火 种 类根 据 钢 的 回 火 温 度 范 围 ， 可 将 回

17、火 分 为 三 类 ： 淬 火 加 高 温 回 火 的 热 处 理 称 作 调 质 处 理 ， 简 称 调 质 。广 泛 用 于 各 种 结 构 件 如 轴 、 齿 轮 等 热 处 理 。 也 可 作 为 要求 较 高 精 密 件 、 量 具 等 预 备热 处 理 。 适 用 于 各 种 高 碳钢 、 渗 碳 件 及 表面 淬 火 件 。 应 用 获 得 良 好 的 综 合 力 学 性 能 ，即 在 保 持 较 高 的 强 度 同 时 ，具 有 良 好 的 塑 性 和 韧 性 。 提 高 e及 s， 同时 使 工 件 具 有 一定 韧 性 。在 保 留 高 硬 度 、高 耐 磨 性 的 同 时

18、 ，降 低 内 应 力 。 回 火 目 的 S回 T回 M回 回 火 组 织 500-650350-500150-250 回 火 温 度 高 温 回 火 中 温 回 火 低 温 回 火 适 用 于弹 簧 热 处 理 弹簧热处理 五 钢 的 表 面 淬 火表 面 淬 火 是 指 在 不 改 变 钢 的 化 学 成 分 及 心 部 组 织 情 况 下 ， 利用 快 速 加 热 将 表 层 奥 氏 体 化 后 进 行 淬 火 以 强 化 零 件 表 面 的 热处 理 方 法 。 表 面 淬 火 目 的 ： 使 表 面 具 有 高 的 硬 度 、 耐 磨 性 和 疲 劳 极 限 ; 心 部 在 保 持

19、 一 定 的 强 度 、 硬 度 的 条 件 下 ， 具 有 足 够 的塑 性 和 韧 性 。 即 表 硬 里 韧 。适 用 于 ： 承 受 弯 曲 、 扭 转 、 摩 擦 和 冲 击 的 零 件 。 1、 表 面 淬 火 用 材 料 0.4-0.5%C的 中 碳 钢 。u含 碳 量 过 低 ， 则 表 面 硬 度 、 耐 磨 性 下 降 。u含 碳 量 过 高 ， 心 部 韧 性 下 降 ； 铸 铁 提 高 其 表 面 耐 磨 性 。 机床导轨表面淬火齿轮 2、 预 备 热 处 理 工 艺 ：u对 于 结 构 钢 为 调 质 或 正 火 。u前 者 性 能 高 ， 用 于 要 求 高 的 重

20、要 件 ， 后 者 用 于 要 求 不 高 的 普通 件 。 目 的 :u为 表 面 淬 火 作 组 织 准 备 ；u获 得 最 终 心 部 组 织 。 回火索氏体 索氏体 3、 表 面 淬 火 后 的 回 火u采 用 低 温 回 火 ， 温 度 不 高 于 200 。u回 火 目 的 为 降 低 内 应 力 ， 保 留 淬 火 高 硬 度 、 耐 磨 性 。 4、 表 面 淬 火 +低 温 回 火 后 的 组 织u表 层 组 织 为 M回 ； 心 部 组 织 为 S回 (调 质 )或 F+S(正 火 )。感应加热表面淬火感应淬火机床 感应加热表面淬火示意图5、 表 面 淬 火 常 用 加 热

21、 方 法u 感 应 加 热 : 利 用 交 变 电 流 在 工件 表 面 感 应 巨 大 涡 流 ， 使 工 件表 面 迅 速 加 热 的 方 法 。 感 应 加 热 分 为 ：u高 频 感 应 加 热 频 率 为 250-300KHz，淬 硬 层 深 度 0.5-2mm传动轴连续淬火感应器 感应加热表面淬火齿轮的截面图 u中 频 感 应 加 热 频 率 为 2 5 0 0 -8000Hz， 淬 硬 层深 度 2-10mm。各种感应器 中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴 u工 频 感 应 加 热 频 率 为 50Hz,淬硬 层 深 度 10-15 mm 各种感应器感应穿透加热 火 焰 加 热 :

22、 利 用 乙 炔 火 焰 直 接 加 热工 件 表 面 的 方 法 。 成 本 低 ， 但 质 量不 易 控 制 。 激 光 热 处 理 : 利 用 高 能 量 密 度 的 激光 对 工 件 表 面 进 行 加 热 的 方 法 。 效率 高 ， 质 量 好 。 火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理火焰加热表面淬火 激光表面热处理 六 钢 的 化 学 热 处 理化 学 热 处 理 是 将 工 件 置 于 特 定 介 质 中 加 热 保 温 ， 使介质中活性原子渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。 u与 表 面 淬 火 相 比 ， 化 学 热 处 理 不 仅 改

23、 变 钢 的 表 层 组 织 ， 还 改变 其 化 学 成 分 。u化 学 热 处 理 也 是 获 得 表 硬 里 韧 性 能 的 方 法 之 一 。u根 据 渗 入 的 元 素 不 同 ， 化 学 热 处 理 可 分 为 渗 碳 、 氮 化 、 多 元共 渗 、 渗 其 他 元 素 等 。 可控气氛渗碳炉渗碳回火炉 1、 化 学 热 处 理 的 基 本 过 程 （ 1） 介 质 (渗 剂 )的 分 解 : 分 解 的同 时 释 放 出 活 性 原 子 。 如 ： 渗 碳 CH42H2+C 氮 化 2NH33H2+2N（ 2） 工 件 表 面 的 吸 收 : 活 性 原 子向 固 溶 体 溶

24、解 或 与 钢 中 某 些 元素 形 成 化 合 物 。（ 3） 原 子 向 内 部 扩 散 。 氮化扩散层 钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。（ 1） 渗 碳 目 的 提 高 工 件 表 面 硬 度 、 耐 磨 性及 疲 劳 强 度 ， 同 时 保 持 心 部良 好 的 韧 性 。（ 2） 渗 碳 用 钢为 含 0.1-0.25%C的 低 碳 钢 。碳 高 则 心 部 韧 性 降 低 。经渗碳的机车从动齿轮2、 钢 的 渗 碳 气体渗碳法示意图（ 3） 渗 碳 方 法1） 气 体 渗 碳 法 将 工 件 放 入 密 封 炉 内 ， 在 高温 渗 碳 气 氛 中 渗 碳 。 渗 剂 为

25、气 体 (煤 气 、 液 化 气等 )或 有 机 液 体 (煤 油 、 甲 醇等 )。 优点: 质量好, 效率高；缺 点 : 渗 层 成 分 与 深 度 不 易 控 制 。 2） 固 体 渗 碳 法将 工 件 埋 入 渗 剂 中 ， 装 箱 密 封 后 在 高 温 下 加 热 渗 碳 。渗 剂 为 木 炭 。优 点 ： 操 作 简 单 ；缺 点 ： 渗 速 慢 ， 劳 动 条 件 差 。 （ 4） 渗 碳 温 度 ： 为 900-950 。渗 碳 层 厚 度 （ 由 表 面 到 过 度 层 一半 处 的 厚 度 ） ： 一 般 为 0.5-2mm。渗 碳 层 表 面 含 碳 量 ： 以 0.8

26、5-1. 05为 最 好 。渗 碳 缓 冷 后 组 织 ： 表 层 为 P+网 状Fe3C; 心 部 为 F+P; 中 间为 过 渡 区 。低碳钢渗碳缓冷后的组织 （ 5） 渗 碳 后 的 热 处 理淬 火 +低 温 回 火 , 回 火 温 度 为 160-180 。 淬 火 方 法 有 ： 预 冷 淬 火 法渗 碳 后 预 冷 到 略 高 于 Ar1温 度 直 接 淬 火 。渗碳后的热处理示意图 u 一 次 淬 火 法 ： 即 渗 碳 缓 冷 后 重 新 加 热 淬 火 。u 二 次 淬 火 法 ：u 即 渗 碳 缓 冷 后 第 一 次 加 热 为 心 部 Ac3+30-50 ， 细 化 心

27、 部 ； 第 二 次加 热 为 Ac1+30-50 ， 细 化 表 层 。 渗碳后的热处理示意图 u 常 用 方 法 是 渗 碳 缓 冷 后 ， 重 新 加 热 到 Ac1+30-50 淬 火 +低 温 回 火 。此 时 组 织 为 ：u 表 层 ： M回 +颗 粒 状 碳 化 物 +A(少 量 )u 心 部 ： M回 +F（ 淬 透 时 ） 渗碳淬火后的表层组织M+F 3、 钢 的 氮 化氮 化 是 指 向 钢 的 表 面 渗 入 氮原 子 的 过 程 。1、 氮 化 用 钢为 含 Cr、 Mo、 Al、 Ti、 V的 中 碳 钢 。常 用 钢 号 为 38CrMoAl。2、 氮 化 温 度

28、 为 500-570氮 化 层 厚 度 不 超 过 0.6-0.7mm。井式气体氮化炉 3、 常 用 氮 化 方 法气 体 氮 化 法 与 离 子 氮 化 法 。气 体 氮 化 法 与 气 体 渗 碳 法 类 似 ， 渗剂 为 氨 。离 子 氮 化 法 是 在 电 场 作 用 下 ， 使 电离 的 氮 离 子 高 速 冲 击 作 为 阴 极 的工 件 。 与 气 体 氮 化 相 比 ， 氮 化 时间 短 ， 氮 化 层 脆 性 小 。离子氮化炉 4、 氮 化 的 特 点 及 应 用 氮 化 件 表 面 硬 度 高 （ HV1000-2000） ， 耐 磨 性 高 。 疲 劳 强 度 高 。 由 于 表 面 存 在 压 应 力 。氮化层组织 38CrMoAl氮化层硬度 工 件 变 形 小 。 原 因 是 氮 化 温 度 低 ， 氮 化 后 不 需 进 行 热 处 理 。 耐 蚀 性 好 。 因 为 表 层 形 成 的 氮 化 物 化 学 稳 定 性 高 。氮 化 的 缺 点 ： 工 艺 复 杂 ， 成 本 高 ， 氮 化 层 薄 。用 于 耐 磨 性 、 精 度 要 求 高 的 零 件 及 耐 热 、 耐 磨 及 耐 蚀 件 。 如仪 表 的 小 轴 、 轻 载 齿 轮 及 重 要 的 曲 轴 等 。 缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴