钢的热处理03.

述1、Fe-C相图2、钢的分类3、普通热处理4、其他热处理5、特殊热处理6、热处理实例7、热处理工艺记录一Fe-C相图Fe-C相图是热处理的基础A3、A1、Acm线E点：含碳量2.11S点：共析点，含碳量0.77，共析钢L区：液相区γ区：奥氏体区。淬火加热，需加热到此区Fe-C相图：钢中的含碳量2.11按化学成分分为碳素钢：低碳钢-含碳量为0.25中碳钢-含碳量0.25~0.6高碳钢-含碳量大于0.60合金钢：低合金钢-合金元素总含量≤5%中合金钢-合金元素总含量5~10%高合金钢-合金元素总含量≥5%二钢的分类：按用途分为：结构钢：用于制造各种工程结构和各种及其零件包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢等工具钢：用于制造各种加工工具包括量具、刃具钢、模具钢特殊性能用钢：具有某种特殊的物理或化学性能包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等钢的分类：钢的分类：按显微组织分：共析钢Wc=0.77亚共析钢Wc0.77过共析钢Wc0.77按品质分：普通钢、优质钢、高级优质钢（S、P含量区分）公司内常用材料轴类：45800、900VZNM2Cr13KS泵轴316L绥中项目42CrMo800×40035CrMo壳体：C型泵壳体HT灰铁QT球铁ZG铸钢锻件用钢：A105A266板材：Q235A（B）316L304键：35CrMo5035三钢的普通热处理一般零件的生产工艺路线:毛坯生产→预备热处理→机械加工→最终热处理→精加工预备热处理:退火、正火最终热处理:淬火、回火常用热处理种类热处理四把火:正火、退火、淬火、回火•改善机加工性能材料太软或太硬，不利于加工，通过热处理调整。•改变内部组织结构以改善工件机械性能通过热处理以达到满意的强度、硬度及韧性。•消除加工应力铸造应力、机加工应力、焊接应力•通过热处理还可以使工件得到特殊的物理或化学性质表面渗碳、渗氮处理、抗腐蚀热处理目的：钢的普通热处理定义:将钢加热到一定温度,保温一定时间后,在炉中缓慢冷却至室温的热处理工艺称为退火3.1钢的退火（anneal）目的:⑴消除应力;⑵降低硬度、提高塑性,改善加工性能;⑶细化晶粒、均匀成分,为最终热处理作好组织准备。分类:⑴完全退火⑵球化退火⑶去应力退火（StressRelieving简称SR）:将钢加热到500～600ºC,保温一定时间后随炉缓冷至200～300ºC出炉空冷。钢的普通热处理适用范围:所有的钢去应力退火注意问题a由于退火处理加热和冷却是近似于平衡的过程，因此要控制加热和冷却速度。否则，达不到理想效果。b退火过程要求炉温比较均匀。c退火时间不足或温度太低都不能达到理想效果目的:消除铸件、锻件和焊接件的内应力。(没有发生组织变化)钢的普通热处理焊接件去应力退火：南水北调项目外壳体去应力退火处理焊补件去应力退火：修补比例比较高时，需进行去应力退火处理铸件去应力退火：去铸造应力。压力加工后去应力退火钢的普通热处理⑷再结晶退火:⑸扩散退火:为了减少钢锭、铸件或锻件的化学成分和组织的不均匀性,将其加热到高温,长时间保持,然后进行缓慢冷却,以达到化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。定义:正火是将钢件加热至Ac3(亚共析钢)或Accm(过共析钢)以上30～50℃,保温后出炉在空气中冷却的一种操作。3.2钢的正火（Normalizing用N表示）目的:⑴对低碳钢,可细化晶粒、提高硬度,改善加工性能;⑵对中碳钢,可提高硬度和强度,作为最终热处理;⑶对高碳钢,可为球化退火作准备。实际生产中，经常在正火后再进行一次回火处理，作为最终热处理。例如公司内用的普通铸钢件、KS泵的泵体泵盖（CA6NM）。钢的普通热处理（1）定义:将亚共析钢加热到Ac3以上,共析钢与过共析钢加热到Ac1以上(低于Accm)的温度,保温后以大于Vk的速度快速冷却,使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺叫淬火。3.3钢的淬火（Quenching）（2）目的:提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足够的韧性。（3）工艺参数(加热温度):钢的普通热处理温度(℃)名称Ac3+30～50亚共析钢Ac1+30～50共析钢Ac1+30～50过共析钢钢的普通热处理（4）淬火后的最终组织:最终组织名称M+A残亚共析钢M+A残共析钢M+Fe3C+A残过共析钢钢的普通热处理（5）淬火的冷却介质与冷却方法:淬火操作难度比较大,主要因为淬火时要求得到马氏体,冷却速度必须大于钢的临界冷却速度(Vk),而快冷总是不可避免地要造成很大的内应力,往往会引起钢件的变形与开裂。怎样才能既得到马氏体又最大限度地减小变形与避免开裂呢?主要可以从两方面着手,其一是寻找一种比较理想的淬火介质,其二是改进淬火冷却方法。常用的淬火冷却介质:水、矿物油、盐水溶液等。钢的普通热处理（6）影响淬火效果的因素1、加热温度奥氏体化温度晶粒度2、保温时间均匀化心部3、淬火介质冷却速度4、其他因素：操作、装炉温度等钢的普通热处理（7）常用的淬火冷却方法单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火时间温度MsA1钢的普通热处理（8）钢的淬硬性与淬透性:⑴淬硬性:指钢在淬火后所能达到的最高硬度。影响钢的淬硬性的因素主要取决于马氏体的含碳量。⑵淬透性:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层(马氏体组织占50%处)的深度。端淬试验钢的普通热处理影响淬透性的因素①碳含量:在碳钢中,共析钢的临界冷速最小,淬透性最好;亚共析钢随碳含量减少,临界冷速增加,淬透性降低;过共析钢随碳含量增加,临界冷速增加,淬透性降低。②合金元素:除钴以外,其余合金元素溶于奥氏体后,降低临界冷却速度,使C曲线右移,提高钢的淬透性,因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好。③奥氏体化温度:提高奥氏体化温度,将使奥氏体晶粒长大、成分均匀,可减少珠光体的生核率,降低钢的临界冷却速度,增加其淬透性。④钢中未溶第二相:钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物,可成为奥氏体分解的非自发核心,使临界冷却速度增大,降低淬透性。钢的普通热处理淬硬性与淬透性的关系淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T12A)大低低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具钢(W18Cr4V)钢的普通热处理（1）定义:钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求的组织和性能,将其加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。3.4钢的回火（Tempering）（2）目的:消除内应力、获得所需的力学性能、稳定组织和尺寸。（3）回火的分类:钢的普通热处理耐磨件M回+A残150～250低温回火弹簧等T回=F针+Fe3C粒250～500中温回火调质件S回=F多+Fe3C球500～650高温回火用途组织温度(℃)名称淬火+高温回火=调质处理钢的普通热处理钢的硬度随回火温度的变化钢的普通热处理3.5热处理常见缺陷1、淬火裂纹加热速度过快、原材料裂纹、冷却速度过快宁波大隆：级间密封环材料：3Cr13钢的普通热处理2、硬度过高或不足回火温度过低或过高材料成分原因：含C量成分不均淬火温度：温度高或低炉温不均表面脱碳：钢的普通热处理宁波大隆：内壳体材质：A487CA6NM韩国HIMENT公司提供要求热处理后硬度HB285以下实际：最高点HB404钢的普通热处理3、过热或过烧加热温度过高、加热时间过长4、氧化和脱碳5、热处理变形例：黄台项目叶轮密封环，处理后变形，硬度高钢的普通热处理四其他热处理除了上述热处理种类外，另外经常用到的热处理类型还有:1、时效处理：指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持，其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较长时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。时效处理的目的，消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能等。2、固溶处理3、稳定化处理4、去氢处理5、氧化处理其他热处理五特殊热处理工艺特殊热处理工艺有：表面热处理：表面淬火：火焰淬火、感应淬火化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼等盐浴处理真空热处理激光热处理表面淬火:通过对零件表面快速加热及快速冷却使零件表层获得马氏体组织,从而增强零件的表层硬度,提高其抗磨损性能。化学热处理:通过改变零件表层的化学成分,从而改变表层的组织,使其表层的机械性能发生变化。①感应加热表面淬火表面淬火:②火焰加热表面淬火化学热处理:渗碳、渗氮、碳氮共渗5.1钢的表面热处理特殊热处理工艺1、感应加热表面淬火:用一定频率的感应电流使工件表面被快速加热到淬火温度,并立即喷水冷却的操作方法。感应加热表面淬火适用于含碳量为0.4～0.5%的中碳钢和中碳合金钢,如:45、40Cr5.1.1.表面淬火感应加热表面淬火的特点①高频感应加热时,钢的奥氏体化是在较大的过热度(Ac3以上80～150℃)进行的,因此晶核多,且不易长大。特殊热处理工艺2、火焰加热表面淬火:用氧-乙炔火焰喷射到工件表面,使其被快速加热到淬火温度,并立即喷水冷却的操作方法。特殊热处理工艺④加热温度和淬硬层厚度(从表面到半马氏体区的距离)容易控制,便于实现机械化和自动化。③因加热速度快,没有保温时间,工件的氧化脱碳少。另外,由于内部未加热,工件的淬火变形也小。②表面层淬得马氏体后,由于体积膨胀在工件表面层造成较大的残余压应力,显著提高工件的疲劳强度。与高频感应加热表面淬火相比,火焰加热表面淬火具有设备简单、成本低等优点。但生产率低,零件表面存在不同程度的过热,质量控制也比较困难。因此主要适用于单件、小批量生产及大型零件(如大型齿轮、轴、轧辊等)的表面淬火。特殊热处理工艺定义:将钢件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表面,改变其化学成分和组织,达到改进表面性能,满足技术要求的热处理过程。常用的化学热处理有渗碳、渗氮(俗称氮化)和碳氮共渗(俗称氰化)等。基本过程:⑴分解:化学介质在高温下释放出待渗的活性原子⑵吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解⑶扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层5.1.2化学热处理特殊热处理工艺分类5.1.2.1渗碳:将钢放入渗碳的介质中加热并保温,使活性碳原子渗入钢的表层的工艺称为渗碳。渗碳用钢主要为含碳量为0.1～0.25%的低碳钢和低碳合金钢。分为气体渗碳和固体渗碳。⑴气体渗碳工艺:将工件装在密封的渗碳炉中,加热到900～950℃,向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体,或直接通入煤气、石油液化气等气体,通过化学反应产生活性碳原子,使钢件表面渗碳。渗碳使低碳(0.15～0.30%)钢件表面获得高碳浓度(约1.0%)。⑵固体渗碳工艺方法:特殊热处理工艺固体渗碳示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱特殊热处理工艺渗碳、淬火、回火后的性能:①表面硬度高,达58～64HRC以上,耐磨性较好;心部韧性较好,硬度较低,可达30～45HRC。②疲劳强度高。表层体积膨胀大,心部体积膨胀小,结果在表层中造成压应力,使零件的疲劳强度提高。渗碳后处理原因：渗碳后心部仍然是低碳钢，表面相当于高碳钢，必须进行热处理才能达到所需的机械性能。特殊热处理工艺常用的渗氮钢:25Cr3MoA,38CrMoAlA等公司产品中需渗氮的工件有高压泵用垫圈，要求表面耐磨而心部有一定的韧性分类：气体渗氮、离子渗氮特殊热处理工艺5.1.2.2渗氮:渗氮就是向钢件表面渗入氮的工艺。目的:提高零件表面硬度、耐磨性、疲劳强度、热硬性和耐蚀性等。⑴工艺:氨被加热分解出活性氮原子(2NH3→3H2+2[N]),氮原子被钢吸收并溶入表面,在保温过程中向内扩散,形成渗氮层。①氮化温度一般为500～600℃;氮化时间：一般气体渗氮为20～50h离子渗氮6—12小时特殊热处理工艺②渗氮前零件须经调质处理,目的是改善机加工性能和获得均匀的回火索氏体组织,保证较高的强度和韧性。对于形状复杂或精度要求高的零件,在渗氮前精加工后还要进行消除内应力的退火,以减少渗氮时的变形。渗碳和渗氮的工艺特点处理后是否需要热处理处理时间(h)处理温度(℃)名称需要3～9900～950渗碳不需