钢的热处理工艺1.pptx

钢的热处理工艺 铜棒 24 mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？电缆线 0.15 mm 切削件的硬度在170230HB范围内，切削性能较好。刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？l热处理工艺分类热处理工艺分类:根据加热、冷却方式及钢组织性能变根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同分类化特点不同分类退火退火正火正火淬火淬火回火回火其他热处理其他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l预备热处理与最终热处理预备热处理与最终热处理l机械零件的一般加工工艺为机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）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预备热处理预备热处理为随后的加工或进一步热处理作准备的热处理。为随后的加工或进一步热处理作准备的热处理。（退火与正火）退火与正火）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。（淬火）（淬火）l退火与正火工艺主要用于预备热处理退火与正火工艺主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。高时才作为最终热处理。一、退火的定义一、退火的定义 退火是将钢加热到低于或高于退火是将钢加热到低于或高于Ac1点以上温点以上温度，保持一定时间后缓慢地炉冷，以获得平度，保持一定时间后缓慢地炉冷，以获得平衡态组织的热处理工艺。衡态组织的热处理工艺。退火既可作为预备热处理，为最终热处理退火既可作为预备热处理，为最终热处理（淬火、回火、化学或表面热处理等）创造（淬火、回火、化学或表面热处理等）创造良好的组织条件或适于后续加工工艺性能的良好的组织条件或适于后续加工工艺性能的需要，也可作为钢的成品或半成品的最终热需要，也可作为钢的成品或半成品的最终热处理。处理。二、退火的目的二、退火的目的降低钢的硬度，便于切削加工；降低钢的硬度，便于切削加工；消除内应力或冷作硬化，提高塑性以利于继消除内应力或冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工；续冷加工；改善或消除毛坯在铸、锻（轧）、焊时所产改善或消除毛坯在铸、锻（轧）、焊时所产生的化学或组织不均（如偏析、带状组织和生的化学或组织不均（如偏析、带状组织和魏氏组织等），提高其工艺性能和使用性能魏氏组织等），提高其工艺性能和使用性能;细化晶粒，提高大批量生产零件的组织均匀细化晶粒，提高大批量生产零件的组织均匀性，为最终热处理作好组织准备。性，为最终热处理作好组织准备。三、退火分类三、退火分类 根据加热温度分：根据加热温度分：在临界温度以上的退火在临界温度以上的退火在临界温度以下的退火在临界温度以下的退火l 根据冷却方式分：根据冷却方式分：等温退火等温退火 连续冷却退火连续冷却退火碳钢各种退火和正火工艺规范示意图碳钢各种退火和正火工艺规范示意图 四、退火工艺四、退火工艺（一）完全退火（一）完全退火 完完全全退退火火是是将将钢钢件件或或钢钢材材加加热热至至Ac3以以上上2030，保保温温足足够够长长时时间间，使使组组织织完完全全奥奥氏氏体体化化后后缓缓慢慢冷冷却却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。以获得近于平衡组织的热处理工艺。完完 全全 退退 火火 主主 要要 适适 用用 于于 亚亚 共共 析析 钢钢（wc=0.3%0.6%），目目的的是是细细化化晶晶粒粒，均均匀匀组组织织，消消除除内内应应力力，降低硬度和改善钢的切削加工性。降低硬度和改善钢的切削加工性。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。完完全全退退火火保保温温时时间间与与钢钢材材成成分分、工工件件厚厚度度、装装炉炉量量和和装装炉方式等因素有关。通常，加热时间以工件有效厚度来计算。炉方式等因素有关。通常，加热时间以工件有效厚度来计算。对对于于一一般般碳碳素素钢钢或或低低合合金金钢钢工工件件，当当装装炉炉量量不不大大时时，在在箱式炉中退火的保温时间可按下式计算：箱式炉中退火的保温时间可按下式计算：=KD（min）式中，式中，D工件有效厚度（工件有效厚度（mm）；）；K加热系数，一般加热系数，一般K=1.52.0min/mm。若装炉量过大，则应根据具体情况延长保温时间。若装炉量过大，则应根据具体情况延长保温时间。实实际际生生产产时时，为为了了提提高高生生产产率率，退退火火冷冷却却至至600左左右右即即可出炉空冷。可出炉空冷。（二）不完全退火（二）不完全退火 不不完完全全退退火火是是将将钢钢加加热热至至 Ac1Ac3（亚亚共共析析钢钢）或或 Ac1Accm（过过共共析析钢钢）之之间间，经经保保温温后后缓缓慢慢冷冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。却以获得近于平衡组织的热处理工艺。亚亚共共析析钢钢的的不不完完全全退退火火起起到到适适当当细细化化组组织织，消消除除内应力和降低硬度的作用。内应力和降低硬度的作用。过过共共析析钢钢的的不不完完全全退退火火主主要要是是为为了了获获得得粒粒状状珠珠光光体体组组织织，以以消消除除内内应应力力，降降低低硬硬度度，改改善善切切削削加加工工性能，又称为球化退火。性能，又称为球化退火。（三）球化退火（三）球化退火 球球化化退退火火是是使使钢钢中中碳碳化化物物球球化化，获获得得粒粒状状珠珠光光体体的的一一种热处理工艺。种热处理工艺。球球化化退退火火是是不不完完全全退退火火的的一一种种，加加热热温温度度一一般般为为Ac1以以上上2030，保保温温24h。通通常常采采用用炉炉冷冷，或或在在Ar1以以下下20左左右右进进行行较较长长时时间间等等温温。球球化化退退火火主主要要用用于于共共析钢、过共析钢以及合金工具钢。析钢、过共析钢以及合金工具钢。球球化化退退火火的的目目的的是是降降低低硬硬度度，均均匀匀组组织织，改改善善切切削削加加工性，并为淬火作组织准备。工性，并为淬火作组织准备。a）一次加热球化退火工艺）一次加热球化退火工艺b）等温球化退火工艺）等温球化退火工艺c）往复球化退火（周期球化退火）工艺）往复球化退火（周期球化退火）工艺碳素工具钢（碳素工具钢（T7T7T10T10）的几种球化退火工艺）的几种球化退火工艺 球球化化退退火火能能获获得得粒粒状状珠珠光光体体的的原原因因：在在高高温温时时，珠珠光光体体中中的的渗渗碳碳体体片片和和网网状状渗渗碳碳体体（特特别别是是其其中中的的最最薄薄部部分分），会会沿沿着着亚亚晶晶界界和和高高位位错错密密度度的的部部位位逐逐渐渐溶溶解解，使使渗渗碳碳体体断断裂裂成成形形状状不不一一的的点点状状，然然后后这这些些点点状状碳碳化化物为了降低界面能会逐渐球化。物为了降低界面能会逐渐球化。球球化化退退火火前前的的冷冷加加工工或或热热加加工工可可以以加加速速随随后后的的球球化化退退火火过过程程，因因为为这这种种加加工工可可使使渗渗碳碳体体碎碎化化（形形成成亚亚晶晶界界），而而多多量量的的亚亚晶晶界界有有利利于于渗渗碳碳体体的的局局部部溶溶解解、断断裂和球化。裂和球化。（四）扩散退火（四）扩散退火 均均匀匀化化退退火火又又称称为为扩扩散散退退火火，是是将将钢钢锭锭、铸铸件件或或锻锻坯坯加加热热至至略略低低于于固固相相线线的的温温度度下下长长时时间间保保温温，然然后后缓缓慢慢冷冷却却以以消消除除化化学学成成分分不不均均匀匀现现象象的的热热处处理理工工艺。艺。均均匀匀化化退退火火的的目目的的是是消消除除铸铸锭锭或或铸铸件件在在凝凝固固过过程程中中产产生生的的枝枝晶晶偏偏析析及及区区域域偏偏析析，使使成成分分和和组组织织均均匀匀化。化。均均匀匀化化退退火火加加热热温温度度通通常常为为Ac3或或Accm以以上上150300，具具体体加加热热温温度度视视偏偏析析程程度度和和钢钢种种而而定定。时间一般为时间一般为1015h。由由于于均均匀匀化化退退火火在在高高温温下下长长时时间间加加热热，因因此此退退火火后后晶晶粒粒粗粗大大，可可用用完完全全退退火火或或正正火火来来细细化化晶晶粒粒，消消除过热缺陷。除过热缺陷。一一般般情情况况下下尽尽量量不不采采用用均均匀匀化化退退火火，只只是是一一些些优优质质合合金金钢钢及及偏偏析析较较严严重重的的合合金金钢钢铸铸件件及及钢钢锭锭才才使使用用这种工艺。这种工艺。（五）去应力退火和再结晶退火（五）去应力退火和再结晶退火 为为了了消消除除铸铸件件、锻锻件件、焊焊接接件件和和机机械械加加工工工工件件中中的的残残余余内内应应力力，以以提提高高尺尺寸寸稳稳定定性性，防防止止工工件件变变形形和和开开裂裂，在在精精加加工工或或淬淬火火之之前前将将工工件件加加热热到到Ac1以以下下某某一一温温度度，保保温温一一定定时时间间，然然后后缓慢冷却的热处理工艺称为去应力退火，也称为低温退火。缓慢冷却的热处理工艺称为去应力退火，也称为低温退火。去去应应力力退退火火温温度度低低，不不改改变变工工件件原原来来的的组组织织。钢钢的的去去应应力力退退火火加加热热温温度度一一般般为为500650，铸铸铁铁件件为为500550，焊焊接接钢钢件件为为500600。去去应应力力退退火火保保温温时时间间根根据据钢钢件件的的截截面面尺尺寸寸 和和 装装 炉炉 量量 而而 定定，钢钢 的的 保保 温温 时时 间间 为为 3min/mm，铸铸 铁铁 为为6min/mm。去去应应力力退退火火后后应应尽尽量量缓缓慢慢冷冷却却，以以免免产产生生新新的的应应力。力。再再结结晶晶退退火火是是把把冷冷变变形形的的金金属属加加热热到到再再结结晶晶温温度度以以上上保保持持适适当当的的时时间间，使使变变形形晶晶粒粒重重新新转转变变为为均均匀匀等等轴轴晶晶粒粒，同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。经经过过再再结结晶晶退退火火后后，钢钢的的组组织织和和性性能能恢恢复复到到冷冷变变形形前前的状态。的状态。一一般般钢钢材材的的再再结结晶晶退退火火温温度度为为650700，保保温温时时间间为为13h，通通常常在在空空气气中中冷冷却却。当当钢钢处处于于临临界界冷冷变变形形量量（6%10%）时时，应应采采用用正正火火或或完完全全退退火火来来代代替替再再结晶退火，以免得到粗大的晶粒。结晶退火，以免得到粗大的晶粒。l二、正火二、正火l正火是将加热保温后正火是将加热保温后空冷空冷的工艺。的工艺。正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。l1、正火后的组织：、正火后的组织：0.6%C时，组织为时，组织为F+S；0.6%C时，组织为时，组织为S。2、正火的目的、正火的目的 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。目的与退火的相同。对于过共析钢对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。为球化退火作组织准备。正火温度正火温度二、正火目的及工艺二、正火目的及工艺 正正火火（normalizing）是是将将钢钢加加热热到到Ac3（亚亚共共析析钢钢）或或Accm（过过共共析析钢钢）以以上上适适当当温温度度，保保温温以以后后在在空空气气中中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。正正火火过过程程的的实实质质是是完完全全奥奥氏氏体体化化加加伪伪共共析析转转变变。当当钢钢中中含含碳碳量量为为0.6%1.4%时时，正正火火组组织织中中不不出出现现先先共共析析相相，只只有有伪伪共共析析体体或或索索氏氏体体。含含碳碳量量小小于于0.6%的的钢钢，正正火火后后除了伪共析体外，还有少量铁素体。除了伪共析体外，还有少量铁素体。正正火火比比退退火火冷冷却却速速度度快快，因因而而正正火火组组织织比比退退火火组组织织细细，强度和硬度也比退火组织高。强度和硬度也比退火组织高。正火的目的和应用1.改善低碳钢的切削加工性能改善低碳钢的切削加工性能 正正火火可可用用来来细细化化低低碳碳钢钢制制件件的的组组织织，提提高高硬硬度度和和韧韧性，改善切削加工性能。性，改善切削加工性能。2.消除碳钢中的热加工缺陷消除碳钢中的热加工缺陷 正正火火可可以以消消除除中中碳碳钢钢铸铸、锻锻、轧轧件件和和焊焊接接件件中中的的魏魏氏组织、粗大晶粒和带状组织。氏组织、粗大晶粒和带状组织。3.消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火 正正火火的的冷冷却却速速度度较较快快，可可抑抑制制碳碳化化物物沿沿奥奥氏氏体体晶晶界界析析出出，从从而而达达到到消消除除网网状状碳碳化化物物的的目目的的，为为球球化化退退火火作作组织准备。组织准备。4.提高普通结构件的力学性能提高普通结构件的力学性能 正正火火可可以以细细化化晶晶粒粒，使使组组织织均均匀匀化化，减减少少亚亚共共析析钢钢中中铁铁素素体体含含量量，使使珠珠光光体体含含量量增增多多并并细细化化，从从而而提提高高钢钢的的强强度度、硬硬度度和和韧韧性性。对对于于一一些些性性能能要要求求不不高高的的碳碳钢钢和和合金钢零件，正火可以作为最终热处理。合金钢零件，正火可以作为最终热处理。三、退火和正火的选用三、退火和正火的选用l 含碳量含碳量wC小于小于0.25%的低碳钢，通常采用正火代替退火。的低碳钢，通常采用正火代替退火。l 含碳量含碳量wC=0.25%0.5%的中碳钢也可用正火代替退火。的中碳钢也可用正火代替退火。l 含含碳碳量量wC=0.5%0.75%的的钢钢，一一般般采采用用完完全全退退火火，以以降低硬度、改善切削加工性能。降低硬度、改善切削加工性能。l 含含碳碳量量wC大大于于0.75%的的高高碳碳钢钢或或工工具具钢钢一一般般采采用用球球化化退退火火。如如有有网网状状二二次次渗渗碳碳体体存存在在，则则应应先先进进行行正正火火以以消消除除网网状碳化物。状碳化物。在在钢钢的的使使用用性性能能和和工工艺艺性性能能能能满满足足的的条条件件下下，应应尽尽可可能能用正火代替退火。用正火代替退火。工艺工艺目的目的加热温度加热温度组织组织退退火火1.调整硬度调整硬度,便于切便于切削加工。削加工。2.细化晶粒细化晶粒,为最终为最终热处理作组织准。热处理作组织准。亚共析钢亚共析钢Ac3+3050共析钢共析钢 Ac1+3050过共析钢过共析钢Ac1+3050F+PPP球球正正火火1.低中碳钢同退火。低中碳钢同退火。2.过共析钢：消除网过共析钢：消除网状二次渗碳体。状二次渗碳体。3.普通件最终热处理普通件最终热处理亚共析钢亚共析钢Ac3+3050共析钢共析钢 Ac1+3050过共析钢过共析钢Accm+30500.6%C,F+S;0.6%C，SSS四、常见退火、正火缺陷四、常见退火、正火缺陷1、过热、过热 过过热热是是指指工工件件加加热热温温度度偏偏高高而而使使晶晶粒粒过过度度长长大大，以以致致力力学学性性能能降降低低的的现现象象。对对某某些些中中、高高碳碳钢钢，过过热热还还常常伴伴随随形形成成魏魏氏氏组组织织，使使钢钢的的冲冲击击性性能能明明显显降降低低。一一般般的的晶晶粒粒粗粗大大和魏氏组织可通过稍高于和魏氏组织可通过稍高于Ac3的正火或完全退火来消除。的正火或完全退火来消除。2、硬度偏高、硬度偏高 中中碳碳钢钢退退火火后后硬硬度度过过高高多多由由于于退退火火冷冷速速过过快快所所致致，高高碳碳钢钢硬硬度度偏偏高高主主要要是是因因球球化化不不当当造造成成的的，有有时时硬硬度度偏偏高高也也与与装装炉炉量量过过大大、炉炉温温不不均均匀匀有有关关。对对硬硬度度偏偏高高的的工工件件，可可通通过重新退火来修正。过重新退火来修正。3、黑斑、黑斑 黑黑斑斑多多见见于于高高碳碳钢钢。当当高高碳碳钢钢加加热热温温度度过过高高（1000）、保保温温时时间间过过长长或或多多次次返返修修退退火火时时，均均容容易易使使渗渗碳碳体体转转变变为为石石墨墨，使使零零件件的的强强度度、塑塑性性及及表表面面粗粗糙糙度度等等级级明明显显降降低低（故故也也称称为为“黑脆黑脆”）。出现黑斑的工件不能返修，只能报废。）。出现黑斑的工件不能返修，只能报废。4、球化不完全、球化不完全 工工具具钢钢球球化化退退火火常常出出现现球球化化不不完完全全（仍仍有有部部分分片片状状组组织织）的组织缺陷，可重新进行球化退火。的组织缺陷，可重新进行球化退火。5、网状组织、网状组织 网网状状渗渗碳碳体体（过过共共析析钢钢）或或网网状状铁铁素素体体（亚亚共共析析钢钢）会会降降低低钢钢的的力力学学性性能能，必必须须严严格格控控制制。网网状状组组织织主主要要是是由由于于加加热热温温度过高、冷速过慢所致，一般可通过正火来消除。度过高、冷速过慢所致，一般可通过正火来消除。6、反常组织、反常组织 退退火火时时，若若在在Ar1温温度度附附近近冷冷却却过过慢慢，或或在在稍稍低低于于Ar1温温度度长长时时间间停停留留，在在亚亚共共析析钢钢的的F先先晶晶界界上上出出现现粗粗大大的的渗渗碳碳体体（珠珠光光体体也也较较粗粗），在在过过共共析析钢钢的的Fe3C先先周周围围出出现现很很宽宽的的铁铁素素体体，这这种种组组织织称称为为反反常常组组织织。这这种种组组织织缺缺陷陷会会使使钢钢淬淬火火时时形形成成软软点，可通过重新退火加以消除。点，可通过重新退火加以消除。7、氧化与脱碳、氧化与脱碳 浅浅的的氧氧化化脱脱碳碳层层可可在在切切削削加加工工时时去去掉掉，厚厚的的可可通通过过渗渗碳碳来来复复碳碳。采采用用可可控控气气氛氛、真真空空加加热热、流流化化床床加加热热等等方方式式可可有有效效防止氧化、脱碳。防止氧化、脱碳。8、过烧、过烧 过过烧烧是是由由于于加加热热温温度度过过高高，使使晶晶界界发发生生氧氧化化，甚甚至至局局部部晶晶界熔化的现象。过烧的工件不能返修，只能报废。界熔化的现象。过烧的工件不能返修，只能报废。