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热处理通用技术规范编制：审核：批准：热处理通用技术规范1.目的为确保公司生产的产品符合产品标准技术要求，根据公司质量手册和程序文件的规定，特制定热处理通用工艺规范，用于指导热处理生产与过程控制。2.适用范围本规范明确了热处理生产的主要工艺和质量控制方式、方法、要求，适用于石油机械APISPEC7K转盘及其配件产品的各种热处理。属于本公司的其他产品和外协产品的热处理也可参照本规范的基本要求执行。3.主要热处理工艺热处理是通过对工件的加热、保温和冷却，使金属或合金的组织结构发生变化，从而获得预期的性能的操作工艺。热处理能最大限度的发挥材料潜力，改善和获得良好的机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等。热处理作为生产过程特殊工序，在石油机械产品生产制造中有重要作用。可以分为：a.整体热处理与表面热处理整体热处理：如退火、正火、淬火、回火表面热处理：如感应加热表面淬火、火焰加热淬火以及化学热处理（如表面渗碳、碳氮共渗、氮化等）b.预先（或预备）热处理与最终热处理预先热处理一般是为了获得良好的加工性能而采取的热处理工艺，如时效、退火（包括去应力退火、球化退火等）、正火等，预先热处理有时也可以作为最终热处理。一般用于焊接结构件、铸件等。相对于最终热处理而言，某些重要、大截面钢件采用预先热处理（通常采用正火处理）是为使最终热处理产品有一个良好的组织保证。3.1退火（Annealing）将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度后，一般随炉温缓慢冷却。主要是降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；细化晶粒，改善力学性能，为下一工序做准备；消除冷、热加工所产生的内应力。主要适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料，一般在毛坯状态进行退火。按照要求目的的不同，退火可分为重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火以及稳定化退火等。3.2正火（Normalizing）将钢件加热到Ac3或Accm以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。目的是降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；细化晶粒，改善力学性能，为下一工序做准备；消除冷、热加工所产生的内应力。正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。3.3淬火将钢件加热到相变温度Ac3（共析、亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或者空气中快速冷却。淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。一般用于含碳量大于0.3%的碳钢和合金钢；淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。常规热处理工艺3.4回火（tempering）将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。目的是降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；稳定工件尺寸。通常保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这样会产生一次回火脆性。3.5调质（QuenchedandTempered）淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720度的温度下进行回火。目的是改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；减小淬火时的变形和开裂；获得良好的综合力学性能。调质不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件的预先热处理，以减少变形。3.6时效（aging）将钢件加热到80~200度，保温5~20小时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。目的是稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。适用于经淬火后的各钢种；常用于要求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身、机箱等。3.7感应加热表面淬火（InductionQuenching）感应加热表面淬火时利用感应电流通过工件产生的热效应，使工件表面局部加热，继之快速冷却，以获得马氏体组织的工艺。操作中将钢件放入感应器中，使钢件表层产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部保持韧性状态。感应加热频率根据热处理及加热深度的要求选择。频率越高，加热的深度越浅，淬硬层深度也就浅。频率f与加热深度δ的关系，有如下经验公式：δ=20/f（20°C）；δ=500/（800°C）。式中：f为频率，单位为Hz；δ为加热深度，单位为毫米（mm）。常用的电流频率有：高频加热：100~500KHz，常用200~300KHz，淬硬层深为0.5~2.5mm，一般用于中小型零件的加热，如小模数齿轮及中小轴类零件等。中频加热：电流频率为500~10000Hz，常用2500~8000Hz，淬硬层深度2~8毫米，多用于大模数齿轮、直径较大的轴类和冷轧辊等工件的表面淬火。超音频感应加热处理所用的电流频率一般为20~30千赫，用超音频感应电流对小模数齿轮加热，加热层大致沿齿廓分布，淬火后使用性能较好。石油机械APISPEC7K转盘及其配件，高中频感应加热淬火主要用于链轮、齿轮、轴径等的处理。感应加热淬火温度与加热速度和淬火前原始组织有关，一般高频加热淬火温度可比普通加热淬火温度高30°C以上，回火温度根据技术要求(硬度)选择，高硬度一般采用200~240°C低温回火，回火时间可以比调质钢短，最少不少于半小时。常用感应加热的适用范围频率硬化层深度mm齿轮模数KHz最小适中最大mm35-501.01.5-23-55-71-61.52-34-69-12单齿连续感应加热淬火基本工艺模数材料功率KW电压V电流A机床移动速度m/min冷却介质表面硬度（回火）HRC84525-303703002-2.5水及水溶液40-459-104530-354503502-2.810-124535-404803752.8-33.8火焰加热表面淬火（flamequenching）操作方法是，用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到钢件表面上，快速加热，当达到淬火温度后立即喷水冷却。提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持韧性状态。适于中碳钢35、45钢和中碳合金结构钢40Cr及65Mn、灰口铸铁、合金铸铁的火焰表面淬火。实践中多用乙炔-氧混合气燃烧的火焰喷射快速加热工件，工件表面达到淬火温度后，立即喷水冷却。淬硬层深度为2~6mm，否则会引起工件表面严重过热及变形开裂。适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。3.9化学热处理（chemicalheattreatment）3.9.1渗碳（carburizing）主要分为固体渗碳和液体渗碳，使用的设备和渗碳介质不同。基本原理将钢件放入渗碳介质炉中，加热至900~950度并保温，使钢件表面获得一定浓度和深度的渗碳层。借以提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时心部仍然保持韧性状态。用于含碳量0.15%~0.25%的低碳钢和低合金钢制件，一般渗碳层深度为0.5~2.5mm，渗碳后必须进行淬火，使表面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。一般神渗碳温度在930°C左右，渗碳时间依渗层深度和温度等而定，主要用于重负荷齿轮等的表面强化。3.9.2氮化（nitrding）分固体渗氮、气体氮化和离子氮化几种。主要利用在500~600度时氮气分解出来的活性氮原子，使钢件表面被氮饱和，行程氮化层，提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。多用于含有铝、铬、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁，一般氮化层深度为0.025~0.8mm，其处理温度低，变形小，主要用于低中负荷摩擦付，同时具有一定的抗蚀能力。3.9.3氮碳共渗（nitrocarburizing）向钢件表面同时渗氮和渗碳。提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢制件，一般氮化层深0.02~3mm。氮化后要进行淬火和低温回火。按金相组织中的不同组织，一般分为低温和中温氮碳共渗，中温氮碳共渗的温度通常在870°C左右。4.热处理工艺基本原则热处理时，因工件的大小不同，形状不同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温度、保温时间和冷却速度，这四个要素也称热处理工艺参数。正确地确定和保握实施好工艺，就能获得预期的效果，并将得到满意的性能。4.1加热速度一般来说，限制加热速度是为了工件各部分加热更均匀。加热速度快慢不仅可以影响奥氏体化过程是否完全，还可能导致工件热应力变形破坏。常规热处理（退火、正火、淬火和回火）一般是在空气炉中进行的，到温之前一般采用全功率加热，根据工件大小、薄厚、变形情况可以采用冷装炉或到温装炉方式加热。对于大型工件、异形件等存在不利于热处理的设计缺陷的工件，为了避开免在成工件各部温差过大，产生热应力和变形，加热速度需要限制在一定范围的。例如可以采用控制加热速度、随炉升温、在A1临界点以下阶梯保温的方式加热，然后升至目标加热温度。表面感应淬火属于快速加热方式，总的加热时间短，通常以秒计算，加热温度比常规淬火温度高，为了防止大型、复杂截面工件（额别是带沟槽、孔等）过快加热导致内外温差大，引起热应力变形和开裂，出了选择适宜感应器、控制冷却外，也可以采用适时调整电流、电压的预热方式，分步加热到规定淬火温度，或在要求较深淬硬层时考虑。4.2加热温度钢的淬火、正火和退火加热温度与钢种和钢牌号有关。根据工件截面大小、淬火方式和性能、变形控制要求可以适当调整。一般碳素钢淬火温度取AC1（或AC3）+30-50°C，合金钢为AC1（或AC3）+50-100°C。一般正火加热温度为AC3（或Acm）+30-50°C，也可以比淬火温度略高。回火分高温回火、中温回火和低温回火，一般高温回火温度为500—600度，适用于钢调质。中温回火为350—500度，主要用于弹簧钢。低温回火150—250度，主要用于工具钢、轴承钢、渗碳、表面淬火和马氏体钢。回火温度的选择理论和实践性很强，与钢材、淬火效果和工件尺寸以及时间有很大关系，初步可以按以下公式选择：具体要主要根据产品技术要求（硬度和力学性能）要求，通过热处理工艺试验确定。中碳钢回火温度=（80-要求硬度值HRC）×10°C高碳钢回火温度=（85-要求硬度值HRC）×10°C合金钢回火温度=（90-要求硬度值HRC）×10°C当钢中含Mn和Si等回火稳定性元素的时候温度要高30—50°C下表是一些常用钢材淬火后不同硬度值的回火温度。4.3保温时间热处理保温时间的长短受多种因素的影响，主要由：（1）零件的有效厚度；（2）加热介质；（3）钢材所含的合金元素；（4）设定的温度高低；（5）装炉方式等常用钢材淬火后不同硬度值的回火温度（°C）钢号/HRC30~3535~4040~4545~5050~5555~60＞60备注15、20——————160~200渗碳后淬火35360~400———————45440~480400~450350~380280~320200~240———20CrMnTi——————180~200渗碳后淬火35CrMnSi——380~420300~340200~240———40Cr——380~420300~340200~240———60Si2Mn——430~470400~430————65Mn——400~440360~400————5CrMnMo—500~540460