材料热处理之认识与选应用

ConfidentialREV:APage:1/20HSDI-ATM材料熱處理之認識與選應用審核:楊碧琳編撰:姚亞ConfidentialREV:APage:2/20HSDI-ATM目錄第1章熱處理之基本概念第2章硬度之基本概念第3章熱處理之四“火”第4章合金鋼性能及熱處理第5章鋁合金性能及熱處理第6章常用熱處理材料之選用第7章化學熱處理之基本概念ConfidentialREV:APage:3/20HSDI-ATM第1章熱處理之基本概念基本概念鋼的熱處理就是將鋼在固態下施以不同的加熱、保溫和冷卻，以改變其內部`組織結構，獲得所需性能的一種加工工藝。在大多數熱處理工藝中，鋼加熱`的目的主要是獲得奧氏體組織，因此習慣上把鋼從室溫組織加熱到奧氏體狀`態的過程稱為鋼的奧氏體化.ConfidentialREV:APage:4/20HSDI-ATM第2章硬度之基本概念基本概念硬度即指材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或划痕的能力，它是各種零件和工具必須具備的性能指標之一，也是熱處理主要的質量檢驗標準。檢測方法就是用一定幾何形狀的壓頭，在一定載荷下，壓入被測金屬材料表面，根據被壓入程度來測定其硬度值。硬度檢測的方法很多，有壓入硬度測定法(如佈氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度測定法(如肖氏硬度、里氏硬度)等，而在現場生產中常用的是壓入硬度測定法，即佈氏硬度、洛氏硬度等。ConfidentialREV:APage:5/20HSDI-ATM第2章硬度之基本概念表示方法佈氏硬度(HB)維氏硬度(HV)洛氏硬度(HR)它是用一定直徑的球體(淬硬鋼球或硬質合金球)，以相應的試驗力壓入被測鋼料表面，經規定保持時間后卸除試驗力，用測量表面壓痕直徑來計算硬度的一種壓痕硬度方法。而在實際生產當中，佈氏硬度一般不用計算，而是根據壓痕直徑從專門的硬度表中查出相應的佈氏硬度值。其主要適用範圍是各種熱處理加工材料退火后之硬度值。維氏硬度基本原理與佈氏硬度測量方法相同，只是所選壓頭為相對面夾角136。的正四棱錐體金剛石，其硬度值也與佈氏硬度一樣，根據壓痕對角線長度，從專門表中直接查出。洛氏硬度值是用洛氏硬度相應標尺刻度滿量程(100)與殘余壓痕深度增量之差計算硬度值，HR值可直接從表盤顯示數字中得出。同時為了用一台硬度計從軟到硬不同金屬材料的硬度，可采用不同的壓頭和總試驗力，組成15種洛氏硬度標尺，每一種標尺用一個字母在洛氏硬度符號後面加以注明，常用的洛氏硬度標尺是HRA、HRB、HRC三種，其中HRC在實際生產中應用最為廣泛.ConfidentialREV:APage:6/20HSDI-ATM第3章熱處理之四“火”概念退火正火淬火回火所謂退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度，保溫一定時間，然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變。正火就是將鋼材或鋼件加熱到Ac3(或Accm)以上30~50℃，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。淬火就是將鋼加熱到Ac3或Ac1點以上某一溫度，保持一定時間，然後以適當速度冷卻獲得馬氏體和(或)貝氏體組織的熱處理工藝。回火就是鋼件淬硬后，再加熱到低於Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然後冷卻到室溫的熱處理工藝。ConfidentialREV:APage:7/20HSDI-ATM第3章熱處理之四“火”目的退火正火淬火回火1).降低鋼的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷變形加工;2).細化晶粒，消除因鍛、焊等引起的組織缺陷，均勻鋼的組織成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作準備;3).消除鋼中的內應力，以防止變形或開裂。(1).可消除過共析鋼中的网狀碳化物，改善鋼的切削加工性能;(2).細化過熱鑄、鍛件晶粒和消除內應力;(3).對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作預先熱處理;(4).含C量在0.4~0.7%的不太重要的工件可在正火狀態下使用。淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體(或貝氏體)轉變，得到馬氏體（或貝氏體）組織，然後配合以不同溫度的回火，獲得所需的力學性能。(1).合理地調整力學性能，使工件滿足使用要求；(2).穩定組織，使工件在使用過程中不發生組織轉變，從而保證工件的尺寸、形狀不變；(3).降低或消除淬火內應力，以減少工件的變形並防止開裂。ConfidentialREV:APage:8/20HSDI-ATM第3章熱處理之四“火”四火之退火完全退火球化退火去應力退火再結晶退火等溫退火又稱重結晶退火，是將鐵碳合金完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態組織的退火工藝。適用於含碳量為0.3%~0.6%的中碳鋼和中碳合金鋼。使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝。常用的球化退火有普通球化退火和等溫球化退火兩種，此工藝主要用於共析鋼和過析鋼的模具、量具和刃具鋼等。為了去除由於塑性變形加工、鍛造、焊接等造成及鍛件內存在的殘余應力而進行的退火工藝。又稱中間退火，是指經冷形變后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當時間，使形變晶粒重新結晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強化和殘余應力的熱處理工藝。就是將鋼件或毛坯加熱到高於Ac3(或Ac1)溫度，保持適當時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區間的某一溫度並等溫保持，使奧氏體轉變為珠光體組織，然後在空氣中冷卻的熱處理工藝。此種退火方式主要用於過冷奧氏體比較穩定的合金鋼。ConfidentialREV:APage:9/20HSDI-ATM第3章熱處理之四“火”四火之回火低溫回火中溫回火高溫回火回火溫度在250℃以下，回火后的組織為回火馬氏體+殘餘奧氏體；回火溫度在350~500℃，回火后組織為回火托氏體+殘餘奧氏體；回火溫度在500~650℃，回火后組織為回火索氏體+殘餘奧氏體；此工藝也稱為調質處理（即淬火＋高溫回火）。主要用於中碳結構鋼工件，使鋼的的強度、塑性、韌性達到恰當的配合，具有良好的綜合機械性能，常用於高碳高合金鋼(如高速鋼等)之回火溫度在500~600℃，以使發生二次硬化作用，促進殘余奧氏體的轉變。ConfidentialREV:APage:10/20HSDI-ATM第4章合金鋼性能及熱處理調質鋼一.調質鋼的基本性能要求:1.良好的綜合機械性能:綜合機械性能是指強度與韌性的配合，即滿足韌性的情下，爭取盡可能高的強度。2.足夠的淬透性:才能保證零件獲得回火索氏體組織，具有良好的綜合機械性能。3.良好的工藝性能，價格便宜。二.化學成分特點:1.含碳量0.25~0.50%;2.合金元素:(1).提高淬透性:主加元素有Mn1~2%，Cr1~2%，其它有Ni、Mo;(2).提高回火穩定性:V、W、Mo、Cr;(3).細化奧氏體晶粒:V、Ti;(4).抑制第二類回火脆性:Mo、W。三.常用調質鋼的分類:1.低淬透性調質鋼:油淬直徑最大為30~40mm，40Cr、45Mn2、40MnB;2.中淬透性調質鋼:油淬直徑40~60mm，40CrNi、35CrMo;3.高淬透性調質鋼:油淬臨界直徑大於60~100mm，40CrNiMo;4.含鋁滲氮專用鋼:38CrMoAlA。四.熱處理工藝特點:淬火+高溫回火。ConfidentialREV:APage:11/20HSDI-ATM彈簧鋼一.彈簧鋼的性能要求:1.有高的彈性極限;2.高的疲勞極限;3.要有一定的韌性;4.淬火回火要求有足夠的淬透性，低的過熱敏感性和不易脫碳。二.化學成分特點:1.含碳量:碳鋼0.6~0.9%，合金鋼0.5~0.75%;2.合金元素:(1).強化鐵素體:Mn、Si，提高鋼的屈服強度;(2).提高淬透性:Mn、Si、Cr;(3).提高回火穩定性:Cr、Mo、W;(4).提高鋼的屈服強度:W、Mo;(5).細化晶粒:V、Nb。三.常用彈簧鋼:1.碳素彈簧鋼:65;2.錳彈簧鋼:65Mn;3.硅錳系彈簧鋼:60Si2Mn;4.鉻系彈簧鋼:50CrVA。四.熱處理工藝特點:1.淬火+中溫回火;2.低溫消應力處理;3.彈簧的鬆弛熱處理。第4章合金鋼性能及熱處理ConfidentialREV:APage:12/20HSDI-ATM滾動軸承鋼一.滾動軸承鋼的性能要求:1.高的淬硬性，以保證高硬度、高耐磨性和強度;2.良好的淬透性;3.高的接觸疲勞強度;4.高的彈性極限及一定的衝擊韌性;5.足夠的呎寸穩定性;6.一定的抗蝕能力;7.良好的工藝性能。二.化學成分特點:1.高碳0.95~1.15%;2.以鉻為最基本的合金元素，一是提高淬透性，二是形成鉻的碳化物,以提高耐磨性和接觸疲勞強度;3.加入硅、錳可進一步提高淬透性，硅0.4~0.7%，錳0.9~1.2%;4.純凈度要求很高。三.常用軸承鋼1.高碳鉻鋼:GCr15;2.滲碳鋼:20Cr2Ni4A、20Cr;3.不銹軸承用鋼:9Cr18;4.工具鋼或高速鋼:W9Cr4V2Mo。四:熱處理特點:1.球化退火;2.淬火+低溫回火;3.附加回火。第4章合金鋼性能及熱處理ConfidentialREV:APage:13/20HSDI-ATM第4章合金鋼性能及熱處理冷作模具鋼一.冷作模具鋼的性能特點:1.高的硬度、強度和耐磨性;2.足夠的韌性;3.熱處理變形小。二.化學成分特點:1.高碳1.0%以上;2.加入較多的鉻、錳、鎢、鉬、釩等。三.常用冷作模具鋼:1.冷作模具用碳鋼:T8、T10A、T12A;2.冷作模具用低合金鋼:CrWMn、9Mn2V等;3.Cr12型高碳高鉻鋼:Cr12MoV、Cr12、SKD11、SLD等;4.高碳中鉻型冷作模具鋼:Cr6WV;5.中碳高韌性模具鋼:5CrW2Si;6.冷作模具用高速鋼:M2;7.基體鋼:65Nb;8.鋼結硬質合金:GT35、L型、WC系。四.熱處理特點:1.球化退火;2.淬火+低溫回火;3.淬火+高溫回火;4.淬火回火+化學熱處理。ConfidentialREV:APage:14/20HSDI-ATM第4章合金鋼性能及熱處理刃具鋼一.刃具鋼的基本性能要求:1.保證使用性能:高的硬度和耐磨性，較好的強度和足夠的韌性，高的紅硬性;2.高的淬透性;3.良好的工藝性能;二.碳素刃具鋼及低合金刃具鋼的化學成分:1.高碳0.65~1.35%;2.合金元素:(1).提高淬透性:鉻、錳、硅;(2).細化晶粒:W、V、Cr;(3).形成穩定的碳化物以增加耐磨性:如W、V、Cr;(4).使碳化物均勻佈，如Si;(5).增加回火穩定性，如Si。三.碳素刃具鋼的分類:1.亞共析碳素刃具鋼:T7、T8;2.共析碳素刃具鋼:T8、T8Mn;3.過共析碳素刃具鋼:T10A、T12A。四.低合金刃具鋼:1.鉻鋼:Cr2、Cr06;2.鉻硅鋼:9SiCr;3.鉻鎢錳鋼:CrWMn;4.錳釩鋼:9Mn2V;5.鉻鎢鋼:CrW5。五.熱處理特點:1.球化退火;2.淬火+低溫回火。ConfidentialREV:APage:15/20HSDI-ATM第4章合金鋼性能及熱處理高速鋼一.高速鋼的化學成分特點:1.高碳0.7~1.5%;2.大量的鎢和鉬，造成二次硬化，提高紅硬性;3.加V以提高耐磨性，加Cr提高淬透性，加鈷和鋁等元素以進一步提高紅硬性和硬度;二.常用高速鋼:1.鎢系高速鋼:W18Cr4V、SKS94等;2.鉬系高速鋼:M1(W2Mo8Cr4V1)、M10(Mo8Cr4V1)等;3.鎢鉬系高速鋼:W6Mo5Cr4V2、M2、SKH51等;三.熱處理特點:1.球化退火;2.淬火+550~570℃回火。ConfidentialREV:APage:16/20HSDI-ATM第5章鋁合金性能及熱處理一.鋁合金分類與成分鋁合金是指以鋁為基體加入其它元素組成的合金，它保持了純鋁的主要優點，即低密度、高電導和熱導性，良好的抗腐蝕性及加工工藝性等，而同時大幅度地提高了材料的強度。(1)鋁合金按生產工藝分變形鋁合金和鑄造鋁合金二大類，變形鋁合金是指經壓力加工制成各種半成品及鍛件的合金，按其熱處理特點分為熱處理可強化和熱處理不可強化的鋁合金。按其性能及用途可分為硬鋁、超硬鋁、鍛鋁和防銹鋁。1.硬鋁合金如：LY2.LY6.LY1