常用钢材热处理方法及目的

常用钢材热处理方法及目的常用钢材热处理方法一.淬火将钢件加热到临界温度以上40~60℃，保温一定时间，急剧冷却的热处理方法，称为淬火。常用急剧冷却的介质有油、水和盐水溶液。淬火的加温温度、冷却介质的热处理规范，见表常用钢的热处理规范.淬火的目的是：使钢件获得高的硬度和耐磨性，通过淬火钢件的硬度一般可达HRC60~65，但淬火后钢件内部产生了内应力，使钢件变脆，因此，要经过回火处理加以消除。钢件的淬火处理，在机械制造过程中应用比较普遍，它常用的方法有：1．单液淬火：将钢件加热到淬火温度，经保温一定时间后，在一种冷却液中冷却，这种热处理方法，称为单液淬火。它适用于形状简单、技术要求不高的碳钢或合金钢，工件直径或厚度大于5~8mm的碳素钢，选用盐水或水中冷却；合金钢选用油冷却。在单液淬火中，水冷容易发生变形和裂纹；油冷容易产生硬度不够或不均的现象。2．双液淬火：将钢件加热到淬火温度，经保温后，先在水中快速冷却至300~400℃，在移入油中冷却，这种处理方法，称为双液淬火。形状复杂的钢件，常采用此方法。它既能保证钢件的硬度，又能防止变形和裂纹。缺点是操作难度大，不易掌握。3．火焰表面淬火：用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到工件表面，并使其加热到淬火温度，然后立即用水向工件表面喷射，这种处理方法，称为火焰表面淬火。它适用于单件生产、要求表面或局部表面硬度高和耐磨的钢件，缺点是操作难度大。4．表面感应淬火：将钢件放人感应器内，在中频或高频交流电的作用下产生交变磁场，钢件在磁场作用下产生了同频率的感应电流，使钢件表面迅速加热(2-10s)至淬火温度，立即把水喷射到钢件表面。这种热处理方法，称为表面感应淬火。经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，而内部有较好的强度和韧性。这种方法适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件。表面感应淬火根据所采用的电流频率的不同，可分为高频、中频和工频淬火三种。高频淬火电流频率为100~150kHz，淬硬层深1~3mm，它适用于齿轮、花键轴、活塞和其它小型零件的淬火；中频淬火电流频率为500~10000Hz，淬硬层深3—10mm，它适用于曲轴、钢轨、机床导轨、直径较大的轴类和齿轮等；工频淬火电流频率为50Hz，淬硬层一般大于10mm，适用于直径在300mm以上的大型零件的淬火，如冷轧辊等。二.回火将淬火后的钢件加热到临界温度以下某一温度性(见表)，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却的过程，称为回火。回火的目的是：消除钢件淬火时所产生的内应力，使钢件组织趋于稳定；降低淬火中的脆性，增加塑性和韧性。回火是继淬火后进行的热处理工序，也是热处理的最终工序，它对产品最终所需要得到的性能和组织起着决定性的影响。钢淬火后，硬度和强度虽有很大的提高，但塑性、韧性却有明显的降低，这就是淬火脆性。为了取得回火后所要求的机械性能，选择好回火温度是很重要的。根据回火温度的不同，回火可分为低温、中温和高温回火三种。1．低温回火：将淬火后的钢件加热到150~29℃，并保温一定时间，然后在空气中冷却，称为低温回火。目的在于保持钢件淬火后所得到的高硬度和耐磨性的条件下，降低淬火脆性和内应力。低温回火适用于各种刃具、量具和模具等的处理。2．中温回火：将淬火后的钢件加热到350~450℃，经保温一段时间，随炉冷却下来。这种处理方法，称中温回火。它的目的是为了使钢件保持一定硬度，从而得到较高的弹性。中温回火适用于弹簧、锻模的处理。3．高温回火：将淬火后的钢件加热到500~650℃，经保温后冷却下来，称为高温回火。它的目的是完全消除淬火内应力，使工件得到高强度和高韧性。高温回火主要用于要求强度、韧性高的重要结构零件，如传动主轴、曲轴、凸轮、齿轮等。三.退火将钢件加热到临界温度以上40~60℃，在此温度下停留一段时间(保温)，然后缓慢冷却，这种热处理方法称为退火。碳钢的临界温度是随含碳量多少而变化，一般是750~800℃，有些合金钢是在800~900℃之间。退火的目的是：降低硬度、提高塑性、改进切削性能、消除内应力，如消除锻压、铸造的内应力，防止加工后的变形、细化晶粒、均匀组织、改进机械性能。上面指出的退火目的，不是所有钢材都能达到的，而只能满足一个或几个目的。四.正火将钢件加热到临界温度以上40~60℃，保温一定时间，然后在空气中冷却的热处理方法，称为正火。正火的加热、保温温度都与退火相同，不同的只是冷却速度不一。正火是在空气中冷却，冷却速度快，时间短，操作方便，效率高。正火的目的是：细化晶粒，均匀组织，提高钢件的机械性能，消除内应力，改善钢件的切削性能。正火常用于碳钢代替退火五.调质将钢件淬火后，再进行高温回火的热处理方法，称为调质。其目的是细化晶粒，使钢件得到高韧性和足够强度。调质一般是在粗加工后进行的，它适用于各种重要结构零件，特别是交变载荷下工作的传动轴、齿轮、丝杠等精密零件的预先热处理，经过调质后，再进行加工的工艺过程。调质和高温回火处理方法是相同的，目的都是细化晶粒、均匀组织、消除应力，使钢件得到良好的机械性能，不同的是高温回火是热处理的最终工序，而调质处理则是精加工前的预备工序，是对半成品而作的热处理操作。六.时效它是长时间消除零件在制造过程中所产生内应力的工艺方法。时效处理有人工时效和自然时效。1．人工时效：将钢件(或铸铁件)加热到100—150℃或更低的温度，长时间(5～10h)保温，然后在空气中冷却的方法，称为人工时效。时效处理也是一种低温补充回火，其目的是消除淬火后钢件内部组织的微观应力和机械加工后的残余应力，以达到高精度零件的变形小和尺寸的稳定性。如对量具、铸铁件消除内应力的人工时效处理。2．自然时效：将粗加工后的零件，长期放置在露天，受自然温度的调节，逐渐消除内应力的处理方法，称为自然时效。如铸件放在露天、丝杠放在海水中、长轴悬吊挂起等。七.化学热处理将钢件放到含有某些活性原子，如碳、氮、铬、铝等的化学介质当中，借助高温时原子扩散的能力，使介质中的某些原子渗入到钢件表面层里，达到改变钢的表面层的化学成分，使钢件的表面层具有特殊的性能，这种方法称为钢的化学热处理。它的目的是提高钢件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热和抗疲劳等性能。化学热处理使零件表面层和内部都得到不同的组织和性能，从而大大地提高零件的质量和寿命。常用的方法有渗碳、渗氮、氰化等。1．渗碳：渗碳是碳原子渗入钢件表面的过程。渗碳用于低碳钢和低合金钢(0．1～0．25％C)。钢件经过渗碳淬火后具有较高的表面硬度(HRC60—65)和耐磨性，而内部仍保持较高的韧性。一些受冲击的耐磨零件、如轴、齿轮、凸轮、活塞销等都要进行渗碳处理。按渗碳剂的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。其方法是将钢件碳处理。按渗碳剂的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。其方法是将钢件放人渗碳剂中，加热至930℃左右，经保温使碳原子扩散到钢件表面，钢件表面含碳量可达0．8~1％，渗碳厚度为0．5~2mm。2．渗氮：渗氮是把氮原子渗入钢件表面的过程。渗氮多于含铝、铬、钼等元素的中碳合金结构钢。渗氮可使钢件表面得到比渗碳更好的硬度和耐磨性，特别是提高了钢件的耐蚀性。渗氮方法是将钢件放人含氮的介质或利用氨气加热分解后的氮气中，加热至500-620℃，保温一定时间，使氮原子扩散到钢件表面，然后随炉温冷却至200℃以下，停止供氮。取出钢件在空气中冷却。由于渗氮温度低，因而渗氮速度缓慢，如得到0．3—0．5mm厚的渗氮层，就要经过20~50h的渗氮过程。3．氰化：在钢件表面同时渗入碳原子和氮原子的过程叫氰化。它的目的是为了提高钢件表面层的硬度和耐磨性，同时氰化又是提高疲劳强度极限最有效的方法，特别是对中、小型零件，如齿轮，小轴最适宜。氰化还适用于碳钢和合金结构钢，也适合于高速钢等切削工具。氰化是将钢件放在熔融的氰盐溶液中加热，在加热过程中，由氰盐[NaCl、KCl、K4Fe(CN)6]氰化分解而形成活性的碳、氮原子，渗入钢件表面。根据加热温度不同，氰化可分为高温氰化(900-950℃)、中温氰化(800—840℃)和低温氰化。氰盐是剧毒物质，因此，要特别防止中毒。八.发黑发黑处理是属氧化处理的方法。它的作用是使钢件表面生成一层保护膜，以增强钢件表面防锈和耐蚀能力，同时可使钢件表面光泽美观，对淬火零件还有消除淬火应力的作用。发黑又叫煮黑，是将钢件放在很浓的碱和氧化剂的溶液(苛性钠和过氧化钠)中加热煮沸，使钢件表面生成一层黑色的Fe3O4薄膜的工艺处理过程。发黑主要用于碳素结构钢和低合金工具钢，发黑层厚度约为0．6—0．8mm。