热处理工艺.ppt

l根据根据加热、冷却方式加热、冷却方式及及钢组织性能变化钢组织性能变化特点不同：特点不同：其它热处理其它热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火：感应加热、火焰加热、：感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理：渗碳、氮化、碳氮：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等热处理工艺分类热处理工艺分类1.按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，热处理工艺还可分为热处理工艺还可分为预备热处理预备热处理和和最终热处理最终热处理：W18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线l预备热处理预备热处理：为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或：为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理进一步热处理作准备的热处理l最终热处理最终热处理：赋予工件所要求的使用性能的热处理：赋予工件所要求的使用性能的热处理2.第三节第三节 钢的退火与正火钢的退火与正火l机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）预备热处理预备热处理 机加工机加工 最终热处理最终热处理l退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性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能要求不高时才作为最终热处理3.一、退火一、退火l将钢加热至适当温度保温，将钢加热至适当温度保温，然后缓冷（然后缓冷（炉冷炉冷）的热处）的热处理工艺叫做退火理工艺叫做退火1）调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工（适适合合加加工工的的硬硬度度为为170250HB）2）消除内应力消除内应力，防止加工中变形，防止加工中变形3）细化晶粒细化晶粒，为最终热处理作组织准备，为最终热处理作组织准备真空退火炉真空退火炉1.退火目的退火目的4.2.退火工艺退火工艺（1）完全退火）完全退火l退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+30 50保温后缓冷的退火工保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢艺，主要用于亚共析钢5.（2）等温退火）等温退火高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较l亚共析钢加热到亚共析钢加热到Ac3+3050，共析、过共析钢加热，共析、过共析钢加热到到Ac1+3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷停留，待相变完成后出炉空冷l等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育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期长的合金钢6.（3）球化退火）球化退火l是将工件加热到是将工件加热到Ac1+3050保温后缓冷，或保温后缓冷，或加热后冷却到略低于加热后冷却到略低于Ar1的温度下保温，使的温度下保温，使P中的中的渗碳体球化渗碳体球化后出炉空冷后出炉空冷l主要用于共析、过共析钢主要用于共析、过共析钢l球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺是将钢中渗碳体球状化的退火工艺7.l球化退火的组织为铁素体基体球化退火的组织为铁素体基体上分布着上分布着颗粒状渗碳体颗粒状渗碳体的组织，的组织，称称球状珠光体球状珠光体，用，用P球球表示表示球状珠光体球状珠光体l对于有对于有网状二次渗碳体网状二次渗碳体的过的过共析钢，球化退火前应先进共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状行正火，以消除网状8.二、正火二、正火l正火是将亚共析钢加热到正火是将亚共析钢加热到Ac3+3050，共析钢加，共析钢加热到热到Ac1+3050，过共析钢加热到，过共析钢加热到Accm+3050保温后保温后空冷空冷的工艺的工艺l正火比退火冷却速度大正火比退火冷却速度大1.正火后的组织：正火后的组织：l 0.4%的马氏体，还会形成的马氏体，还会形成 碳化物碳化物（大（大致成分致成分Fe3C）回火托氏体回火托氏体3.-碳化物消失，渗碳体碳化物消失，渗碳体Fe3C析出析出l到到350，马氏体含碳量，马氏体含碳量降到铁素体平衡成分，降到铁素体平衡成分，内应力大量消除，内应力大量消除，M回回转转变为在变为在保持马氏体形态保持马氏体形态的铁素体基体的铁素体基体上分布着上分布着细粒状细粒状Fe3C组织，称组织，称回回火托氏体火托氏体，用，用T回回表示表示42.回火索氏体回火索氏体4.Fe3C聚集长大和铁素体多边形化聚集长大和铁素体多边形化l400以上，以上，Fe3C开始聚集长大开始聚集长大l450以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形l这种在这种在多边形铁素体多边形铁素体基体基体上分布着上分布着颗粒状颗粒状Fe3C的组织称的组织称回火索回火索氏体氏体，用，用S回回表示表示43.淬火钢硬度随回火温度的变化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钢力学性能与回火温度的关系（二）回火时的性能变化（二）回火时的性能变化l回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢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、韧性提高的强度、硬度下降，塑性、韧性提高44.l200以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢以下，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的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高l200300，由于高碳钢中，由于高碳钢中A转变为转变为M回回，硬度再次升，硬度再次升高高l大于大于300，由于，由于Fe3C粗化，粗化，马氏体转变为铁素体，硬度马氏体转变为铁素体，硬度直线下降直线下降45.三、回火脆性三、回火脆性l淬火钢的韧性并不总是随淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高温度升高而提高l在某些温度范围回火时，在某些温度范围回火时，会出现冲击韧性下降的现会出现冲击韧性下降的现象，称象，称回火脆性回火脆性46.1.第一类回火脆性第一类回火脆性l原因：原因：细小的细小的薄片状过薄片状过渡碳化物和渗碳体渡碳化物和渗碳体在马在马氏体片的界面上析出氏体片的界面上析出l回火时应避开这一温度回火时应避开这一温度范围范围l又称又称不可逆回火脆性不可逆回火脆性，是指淬火钢在，是指淬火钢在250350回火回火时出现的脆性时出现的脆性47.2.第二类回火脆性第二类回火脆性回火后回火后快冷快冷加入合金元素加入合金元素W（约（约1%）、）、Mo（约（约0.5%）该法该法更适用于大截面的零部件更适用于大截面的零部件l又称又称可逆回火脆性可逆回火脆性，是指淬火钢在，是指淬火钢在500650范围内回范围内回火后缓冷时出现的脆性火后缓冷时出现的脆性l原因：原因：钢中含钢中含Ni、Cr、Mn，加速，加速P、As、Sb、Sn等向等向原奥氏体晶界偏聚原奥氏体晶界偏聚l防止办法：防止办法：48.四、回火种类四、回火种类l根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类：根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类：l淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称，简称调质调质广泛用于广泛用于各种结构件如轴、各种结构件如轴、齿轮齿轮等热处理。也可作为等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等要求较高精密件、量具等预备热处理预备热处理适用于各种适用于各种高碳高碳钢钢、渗碳件渗碳件及及表表面淬火件面淬火件应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性具有良好的塑性和韧性提高提高 e及及 s，同，同时使工件具有时使工件具有一定韧性一定韧性在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力降低内应力回火目的回火目的S回回T回回M回回回火组织回火组织500650350500150250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹弹簧簧热处理热处理49.第七节第七节 钢的表面淬火钢的表面淬火l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强化零件表面的热处理方法火焰加热火焰加热火焰加热火焰加热感感应应加加热热50.l表面淬火目的：表面淬火目的：表硬里韧表硬里韧轴轴轴轴的的的的感感感感应应应应加加加加热热热热表表表表面面面面淬淬淬淬火火火火使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性够的塑性和韧性l适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件51.1.表面淬火用材料表面淬火用材料机床导轨机床导轨表面淬火齿轮表面淬火齿轮（1）0.40.5%C的中碳钢的中碳钢l含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降l含碳量过高，心部韧性下降含碳量过高，心部韧性下降（2）铸铁：）铸铁：提高其表面耐磨性提高其表面耐磨性52.2.预备热处理预备热处理回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体（1）工艺）工艺l对于结构钢为对于结构钢为调质或正火调质或正火l前者用于要求高的重要件，后前者用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件者用于要求不高的普通件（2）目的）目的 为表面淬火作组织准备为表面淬火作组织准备 获得最终心部组织获得最终心部组织53.3.表面淬火后的回火表面淬火后的回火感应加热表面淬火感应加热表面淬火感应淬火机床感应淬火机床感应淬火机床感应淬火机床l采用低温回火，温度不高于采用低温回火，温度不高于200l回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性4.表面淬火表面淬火+低温回火后的组织低温回火后的组织l表层组织为表层组织为M回回l心部组织为心部组织为S回回（调质）或（调质）或F+S（正火）（正火）54.感应加热感应加热表面淬火表面淬火5.表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法1）感应加热：）感应加热：利用交变电流在利用交变电流在工件表面感应巨大工件表面感应巨大涡流涡流，使，使工件表面迅速加热的方法工件表面迅速加热的方法55.l感应加热分为：感应加热分为：传传动动轴轴连连续续淬淬火火感感应应器器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图 高高频频感感应应加加热热：频频率率为为250300KHz，淬淬 硬硬 层层深度深度0.52mm56.中中频频感感应应加加热热：频频率率为为25008000 Hz，淬淬硬层深度硬层深度210 mm各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴57.工工频频感感应应加加热热：频频率率为为50 Hz，淬淬硬硬层层深度深度1015 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热58.2）火焰加热：）火焰加热：利用利用乙炔火焰乙炔火焰直接加直接加热工件表面的方法；成本低，但热工件表面的方法；成本低，但质量不易控制质量不易控制3）激光热处理：）激光热处理：利用利用高能量密度的高能量密度的激光激光对工件表面进行加热的方法对工件表面进行加热的方法；效率高，质量好；效率高，质量好火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火59.第八节第八节 钢的化学热处理钢的化学热处理化学热处理化学热处理是将工件置于是将工件置于特定介质特定介质中加热保温中加热保温使介质中使介质中活性原子活性原子渗入工件表层从而改变工件表渗入工件表层从而改变工件表层化学成分和组织层化学成分和组织进而改变其性能的热处理工艺进而改变其性能的热处理工艺60.l与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，还织，还改变其化学成分改变其化学成分l化学热处理也是获得化学热处理也是获得表硬里韧表硬里韧性能的方法之一性能的方法之一l根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮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、渗其它元素等化、多元共渗、渗其它元素等可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗渗碳碳回回火火炉炉61.一、化学热处理的基本过程一、化学热处理的基本过程1.介质（渗剂）的分解：介质（渗剂）的分解：分解的同分解的同时释放出时释放出活性原子活性原子如：如：渗碳渗碳 CH4 2H2+C 氮化氮化 2NH3 3H2+2N2.工件表面的吸收：工件表面的吸收：活性原子向固活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物化合物3.原子向内部扩散原子向内部扩散氮化扩散层氮化扩散层62.二、钢的渗碳二、钢的渗碳1.渗碳目的渗碳目的2.渗碳用钢渗碳用钢经经渗渗碳碳的的机机车车从从动动齿齿轮轮l l指向钢的表面渗入碳原子的过程指向钢的表面渗入碳原子的过程指向钢的表面渗入碳原子的过程指向钢的表面渗入碳原子的过程l提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性部良好的韧性l为含为含0.10.25%C的低的低碳钢碳钢l碳高则心部韧性降低碳高则心部韧性降低63.气体渗碳法气体渗碳法3.渗碳方法渗碳方法（1）气体渗碳法）气体渗碳法l将工件放入密封炉内，在高将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳温渗碳气氛中渗碳l渗剂渗剂为气体（煤气、液化气为气体（煤气、液化气等）或有机液体（煤油、甲等）或有机液体（煤油、甲醇等）醇等）l优点：优点：质量好，效率高质量好，效率高l缺点：缺点：渗层成分与深度不易渗层成分与深度不易控制控制64.（2）固体渗碳法）固体渗碳法（3）真空渗碳法）真空渗碳法真空渗碳炉真空渗碳炉l将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳l渗剂为木炭渗剂为木炭l优点：优点：操作简单操作简单l缺点：缺点：渗速慢，劳动条件差渗速慢，劳动条件差l将工件放入真空渗碳炉中，抽真空将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳后通入渗碳气体加热渗碳l优点：优点：表面质量好，渗碳速度快表面质量好，渗碳速度快65.4.渗碳温度：渗碳温度：为为900950l渗碳层厚度渗碳层厚度（由表面到过渡层一半处的厚度）：一（由表面到过渡层一半处的厚度）：一般为般为0.52mm低碳钢渗碳缓冷后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.851.05%为最好为最好l渗碳缓冷后组织：渗碳缓冷后组织：表层为表层为P+网状网状Fe3CII心部为心部为F+P中间为中间为过渡区过渡区66.5.渗碳后的热处理渗碳后的热处理渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图l淬火淬火+低温回火，回火温度为低温回火，回火温度为160180；淬火方法有：；淬火方法有：（1）预冷淬火法）预冷淬火法l渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于Ar1温度直接淬火温度直接淬火67.（2）一次淬火法：）一次淬火法：渗碳缓冷后重新加热淬火渗碳缓冷后重新加热淬火（3）二次淬火法：）二次淬火法：l渗碳缓冷后第一次加热为心部渗碳缓冷后第一次加热为心部Ac3+3050，细化细化心部心部；第二次加热为；第二次加热为Ac1+3050，细化表层细化表层渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图68.l常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到Ac1+3050淬火淬火+低温回火，此时组织为：低温回火，此时组织为：l表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）l心部：心部：M回回+F（淬透时）（淬透时）渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M+F69.三、钢的氮化三、钢的氮化l氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程井式气体氮化炉井式气体氮化炉1.氮化用钢氮化用钢l为含为含Cr、Mo、Al、Ti、V的的中碳钢中碳钢l常用钢号为常用钢号为38CrMoAl2.氮化温度氮化温度为为500570l氮化层厚度氮化层厚度不超过不超过0.60.7mm70.3.常用氮化方法常用氮化方法离子氮化炉离子氮化炉l气体氮化法气体氮化法与气体渗碳法类与气体渗碳法类似，渗剂为氨似，渗剂为氨l离子氮化法离子氮化法是在电场作用下，是在电场作用下，使电离的氮离子高速冲击作使电离的氮离子高速冲击作为阴极的工件为阴极的工件与气体氮化相比，氮化时与气体氮化相比，氮化时间短，氮化层脆性小。间短，氮化层脆性小。71.4.氮化的特点及应用氮化的特点及应用氮氮化化层层组组织织38CrMoAl氮化层硬度氮化层硬度1）氮化件表面硬度高（）氮化件表面硬度高（HV10002000），耐磨性高），耐磨性高2）疲劳强度高：）疲劳强度高：由于表面存在压应力由于表面存在压应力72.3）工件变形小：）工件变形小：原因是氮化温度低，氮化后不需进行原因是氮化温度低，氮化后不需进行热处理热处理4）耐蚀性好：）耐蚀性好：因为表层形成的氮化物化学稳定性高因为表层形成的氮化物化学稳定性高缝纫机用氮化件缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴经氮化的机车曲轴氮化的缺点：氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄工艺复杂，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。蚀件，如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。73.