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UW-自动化工程部常用材料的热处理工艺制作:自动化-工程部时间:2016年5月6日UW-自动化工程部热处理的发展史及定义热处理的分类及工艺特点热处理工艺的实际应用目录热处理工艺的技术前景UW-自动化工程部2020/1/2一.热处理的发展史及定义中国古代热处理材料热处理在中国有着悠久的历史,许多发明和技术在世界热处理史上处于遥遥领先的地位,其中不少成果还传播到了世界各地,对世界热处理技术的进步起到了直接的促进作用。(1)人类自觉进行热处理最早事例:中国古代将火用于材料热处理是从新石器时代开始的,由于火,由于热处理,使粘土转变为经久、耐火、耐水的陶器;唐三彩彩陶黑陶白陶UW-自动化工程部UW-自动化工程部瓷器青花瓷素三彩(2)退火工艺的发明是人类金属热处理开端人类应用铜的历史可追溯到公元前7250年以前。早期的铜及其合金不经过退火是不适宜进行大形变量加工的。铜及其合金容易发生加工硬化。中间退火产生再结晶使铜合金软化,以便进行进一步的加工,这一技术以后广泛应用于制造兵器和生活器具。UW-自动化工程部(3)固体渗碳制钢术固体渗碳是采用将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺技术,它是最古老的热处理技术之一。中国固体渗碳处理大约开始于春秋时期,其年代大约在公元前7至前6世纪左右,是金属化学热处理的开端。铜爵青铜剑戈UW-自动化工程部UW-自动化工程部中国出土的西汉(公元前206~公元24)中山靖王—刘胜生前的佩剑,经过表面渗碳处理,获得心部柔韧表面硬化的良好使用性能,心部含碳量为0.15~0.4%,而表面含碳量却达0.6%以上,说明已应用了表面热处理工艺——渗碳《天工开物》叙述了古代制针用的渗碳剂和固体渗碳工艺以及制针工艺中间工序消除内应力的退火。书中还记载有锉刀翻新工艺的记载,说明齿尖已磨损的旧锉刀,先退火再用錾子划齿。UW-自动化工程部2020/1/2热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却,通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接,不可间断。UW-自动化工程部UW-自动化工程部实际中的应用齿轮采用正确的热处理工艺,如采用正火、回火、淬火、渗碳、渗氮,调质等方式中的一项或几项相结合,可使寿命比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高。齿轮淬火轴承采用适当的热处理方式,如:淬火、退火、回火等,可以提高轴承的硬度、耐磨性、抗腐蚀性。UW-自动化工程部UW-自动化工程部油钢或铬钢锯条采用直接油淬、低温回火、空冷,退火后加工成型,再淬火+低温回火等一系列热处理方式不但可以增强锯条的刚度还能增加韧性以及耐磨性和刀刃的锋利性。刀经过淬火增强其硬度,再回火后提高耐磨性和刀刃的锋利性。军刀UW-自动化工程部二.热处理的分类及工艺特点热处理的分类UW-自动化工程部UW-自动化工程部碳钢各种热处理工艺示意图UW-自动化工程部UW-自动化工程部退火?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。退火的目的使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化,改善塑性和韧性,使化学成分均匀化,去除残余应力,或得到预期的物理性能。普通热处理降低硬度,提高塑性,便于切削加工消除内应力,提高组织和成分的均匀化细化晶粒、为后续的热处理做组织准备UW-自动化工程部UW-自动化工程部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有哪些?UW-自动化工程部UW-自动化工程部完全退火(重结晶退火)将工件加热到Ac3+30~50℃,保温后随炉冷却到500℃以下在空气中冷却退火工艺,主要用于亚共析钢。真空退火炉台车退火炉UW-自动化工程部UW-自动化工程部所谓“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶。通过完全退火来细化晶粒,均匀组织,消除内应力,降低硬度,便于切削加工,并为加工后零件的淬火作好组织准备。重结晶退火(完全退火)多用于铸、焊件及中碳钢和中碳合金钢锻轧件等。UW-自动化工程部等温退火亚共析钢加热到Ac3+30~50℃,共析、过共析钢加热到Ac1+30~50℃,保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留(待奥氏体转变为珠光体),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.UW-自动化工程部等温退火可使钢材组织均匀,硬度降低,防止产生白点,多用于中碳合金钢和某些高碳合金钢的重型铸锻件及冲压体等。(组织与硬度相比完全退火更为均匀)等温退火:790-810度加热,710-720度等温,空冷-HB207-229等温退火的齿轮UW-自动化工程部UW-自动化工程部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。主要用过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备。这种工艺有利于塑性加工和切削加工,还能提高机械韧性。尤其对于轴承钢、工具钢等钢种而言。目的?锉刀量具,刃具UW-自动化工程部如在淬火前实施球化退火,即可获得下列效果:轴承钢淬火效果均一;减少淬火变形;提高淬火硬度;改善工件切削性能;提高耐磨性和抗点蚀性等轴承的性能。工具钢淬火效果均一;抑制淬裂、淬弯等现象;提高耐磨性、刀刃锋利程度及使用寿命。轴承钢轴承UW-自动化工程部UW-自动化工程部车刀丝锥铣刀盘铣刀UW-自动化工程部方法是在材料不发生熔化的前提下,将铸件加热到尽可能高的温度,并长时间保温,待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓慢冷却的热处理工艺(也称均匀化退火)。扩散退火这种退火的目的是,为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性以达到改善钢的组织,提高钢的力学性能的目的。扩散退火可以在专用退火炉内进行,也可以在开坯轧制之前的加热过程中进行。扩散退火加热温度很高,时间较长,消耗热量大而生产率低,只有在必要时才使用。因此,扩散退火多用于优质合金钢及偏析现象较为严重的钢或合金。棒料板坯铸件缺点:UW-自动化工程部UW-自动化工程部去应力退火去应力退火是将工件加热到Ac1以下的适当温度,保温一定时间后逐渐缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于机械加工、变形加工、铸造、锻造、热处理以及焊接后等产生的残余应力。去应力退火工艺曲线焊接完后有局部残余应力变形件焊接件UW-自动化工程部不同的工件去应力退火工艺参数见下表去应力退火可去除车削时产生的局部残余应力丝杠在加工前对毛坯处理消除内应力主轴在粗加工后对其去应力退火防止变形UW-自动化工程部UW-自动化工程部再结晶退火再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上,保持适当时间,使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒,目的是消除形变强化和残余应力。应用于冷扎,冷拉,冷压方面。再结晶退火用于经加工硬化的钢件,可降低硬度,提高塑性,以便加工继续进行,因此,再结晶退火是冷作加工后钢的中间退火。铜的再结晶退火主要目的是消除内应力,防止黄铜的应力腐蚀开裂和工件在切削加工过程中发生变化。超低碳(0.03%)不锈钢在冷变形加工后再结晶退火去除加工硬化,消除加工应力。UW-自动化工程部重结晶和再结晶的区别重结晶和再结晶最本质的区别是前者发生了相变,是属于从低温相(铁素体)升温转变为高温相(奥氏体)在降温发生相变,形核形成晶粒,这一过程为重结晶。再结晶一般是指较大变形量的金属材料在随后的加热过程中(回火,再结晶退火),严重变形的晶粒发生回复,行核长大,形成细小的等轴晶粒,这一过程不会发生相变,只有应变能的释放。重结晶过程示意图UW-自动化工程部UW-自动化工程部正火?正火温度又称常化,是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。UW-自动化工程部工艺名称作用应用范围正火正火后硬度略高于退火,韧性也较好,可作为切削加工的预处理;低碳钢可代替调质处理作为最后热处理,也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理;中碳钢可以消降或抑制网状碳化物的形成,从而得到球化退火所需的良好组织;工具钢、轴承钢、渗碳钢等可以细化铸态组织,改善切削加工性能;铸钢件可作为最后热处理,从而避免淬火时较大的开裂倾向;大型锻件使硬度、强度、耐磨性得到提高,如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件;球墨铸铁可消除网状二次渗碳体,以保证球化退火时渗碳体全部球粒化;过共析钢球化退火前进行一次正火正火的应用范围UW-自动化工程部UW-自动化工程部正火可避免在淬火时产生裂纹正火可以提高零件的硬度、强度、耐磨性柴油机曲轴柴油机连杆主轴齿轮UW-自动化工程部淬火?钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体1化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下(或Ms附近等温)进行马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。UW-自动化工程部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—等温淬火法盐浴炉UW-自动化工程部UW-自动化工程部淬火的目的使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变,得到马氏体或贝氏体组织,然后配合以不同温度的回火,以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等,从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。UW-自动化工程部UW-自动化工程部淬火方式过程应用单介质(水、油、空气)把已加热到淬火温度的工件淬人一种淬火介质,使其完全冷却。这种是最简单的淬火方法,常用于形状简单的碳钢和合金钢工件双介质把加热到淬火温度的工件,先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点,然后转入慢冷的淬火介质中冷却至室温,以达到不同淬火冷却温度区间,并有比较理想的淬火冷却速度。用于形状复杂件或高碳钢、合金钢制作的大型工件,碳素工具钢也多采用此法。常用冷却介质有水-油、水-硝盐、水-空气、油-空气,一般用水作快冷淬火介质,用油或空气作慢冷淬火介质,较少采用空气,如:球磨机衬板。马氏体分级马氏体分级淬火:钢材奥氏体化,随之浸入温度稍高或稍低于钢的上马氏点的液态介质(盐浴或碱浴)中,保持适当时间,待钢件的内、外层都达到介质温度后取出空冷,过冷奥氏体缓慢转变成马氏体的淬火工艺。一般用于形状复杂和变形要求严的小型工件,高速钢和高合金钢工模具也常用此法淬火。低于Ms点的马氏体分级低于Ms点的马氏体分级淬火法:浴槽温度低于工件用钢的Ms而高于Mf时,工件在该浴槽中冷却较快,尺寸较大时仍可获得和分级淬火相同的结果。常用于尺寸较大的低淬透性钢工件。贝氏体等温氏体等温淬火法:将工件淬入该钢下贝氏体温度的浴槽中等温,使其发生下贝氏体转变,一般在浴槽中保温30~60min。贝氏体等温淬火工艺主要三个步骤:①奥氏体化处理;②奥氏体化后冷却处理;③贝氏体等温处理;常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件。十种常用淬火方式UW-自动化工程部UW-自动化工程部方式过程应用复合淬火法先将工件急冷至Ms以下得体积分数为10%~30%的马氏体,然后在下贝氏体区等温,使较大截面工件得到马氏体和贝氏体组织常用于合金工具钢工件。预冷等温淬火法又称升温等温淬火,零件先在温度较低(大于Ms)浴槽中冷却,然后转入温度较高的浴槽中,使奥氏体进行等温转变。适用于淬透性较差的钢件或尺寸较大又必须进行等温淬火的工件,如:模具、刀具、齿轮。延迟冷却淬火法零件先在空气、热水、盐浴中预冷到稍高于Ar3或Ar1温度,然后进行单介质淬火。常用于形状复杂各部位厚薄悬殊及要求变形小的零件。淬火自回火法将被处理工件全部加热,但在淬火时仅将需要淬硬的部分(常为工作部位)浸入淬火液冷却,待到未浸入部分火色消失的瞬间,立即取出在空气中冷却的淬火工艺。淬火自回火法利用心部未全部冷透的热量传到表面,使表面回火。常用于承受冲击的工具如錾子、冲子、锤子等。喷射淬火法向工件喷射
本文标题:常用材料的热处理工艺.
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