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热处理基础培训Part1金属热处理的地位及应用Part2热处理的定义及本质Part3热处理的一般分类及常用材料的热处理Part4热处理工序的安排及机加余量控制CONTENTS目录Part1金属热处理的地位及应用生产寿命高、重量轻、体积小、功能强及高度可靠的产品乃是制造业不断追求的目标。热处理(含表面改性，下同)是通过改变材料的组织结构从而大幅度改变材料性能的工艺环节，是提高产品的内在质量、保证整机使用性能和可靠性的关键，在制造业中有十分重要的作用。1.1热处理在工业生产中的地位凡是拥有著名品牌产品的制造业企业都高度重视热处理技术的研发，通过大量的投入、持续研究、不断改进和长期积累，形成独到的热处理技术并严加保密。他人可从市场购得名牌产品，制造出材料成分与几何要素完全一致的仿制品，但寿命和可靠性往往难望其项背。国际工业界公认：热处理技术是决定制造业水平及其市场竞争力的核心要素。热处理的作用日趋重要：因为现代机器制造过金属材料的性能不断提出更高的要求，如果完全依靠原材料的原始性能来满足这些要求，常常是不经济的，甚至是不可能的、热处理可提高零件的强度、硬度、韧性、弹性，同时，还可改善毛坯或原材料切削性能，使之易于加工。热处理是改善原材料或毛坯的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘材料潜力不可缺少的工艺方法。热处理在机械制造业中的应用日益广泛；在机床制造中要进行热处理的零件占60%~70%在汽车、拖拉机制造中占70~80%；在各类工具/刃具、模具、量具等和滚动轴承制造中，100%的需要进行热处理。1.2热处理的应用Part2热处理的定义及本质2.1金属热处理定义金属热处理是在固态下将金属或合金加热到一定温度，保温一定时间，然后以一定冷却速度冷却，通过加热速度、保温温度、保温时间和冷却速度四个基本要素的有机配合，使金属或合金内部组织结构发生转变，从而获得一定性能的工艺方法。热处理与其它加工方法的特点：它只改变金属材料的组织和性能，而不以改变其形状和尺寸为目的热处理工艺的本质：通过改变材料的相结构或组织组成，达到改变材料性能的目的2.2金属热处理的本质结构组织性能构成决定Part3热处理一般分类及常用材料的热处理3.1热处理一般分类热处理常规热处理退火正火淬火回火表面热处理表面淬火化学热处理渗碳渗氮碳氮共渗是将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火完全退火球化退火去应力退火均匀化退火ABCD常见退火工艺方法将工件加热至低于AC1的某一温度（一般500~650℃），保温足够时间后，缓慢冷却。主要用于消除铸件、锻件、焊接件及冷变形零件的内应力，降低温度，稳定尺寸，减少和防止使用过程中变形，但不改变零件的内部组织02将工件加热Ac3以上30~50℃，保温一定时间后，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。亚共析钢经完全退火后得到的组织史F+P完全退火主要适用于亚共析钢和合金钢的铸件、焊接件、锻件及热轧型材。目的是细化晶粒，均匀组织，降低硬度，便于切削加工并为加工后工件的淬火作好组织准备。过共析钢不进行完全退火，因为过共析钢自Acm缓慢冷却时会析出网状二次渗碳体，使钢脆性增大。01常用退火工艺定义退火目的及应用工艺名称目的应用范围备注完全退火1、细化晶粒2、消除魏氏组织和带状组织3、降低硬度，提高塑性，利于切削加工4、消除内应力5、对于铸件可消除粗晶，提高冲击韧性、塑性和强度1、用于亚共析钢的中小型铸件、锻件和热轧钢材2、用于亚共析钢的预先热处理1、不能用于过共析钢2、大型铸件、锻件采用完全退火，由于应力作用易造成变形，开裂，所以要及时消除应力不完全退火1、降低硬度，提高塑性，改善切削加工性2，消除内应力3.得到球状珠光体1、用于无网状碳化物组织的过共析钢很少用于亚共析钢2、用于高碳钢和轴承钢的预先热处理1、过共析钢中存在网状碳化物时，必须采用正火消除后方可采用不完全退火去应力退火1、消除内应力，稳定尺寸，减少加工和适用过程中的变形2、降低硬度，便于切削加工1、用于铸锻件和焊接件，入床身，发动机和缸体等2、用于高合金钢，主要是降低硬度，改善切削加工性能3、对于高精度零件，为了消除切削加工后的应力，采用更低温度（200~400）长时间保温1、对于大工件和装炉量大时，可以适当延长保温时间2、对于一般铸件消除应力时，为了避免造成第二阶段石墨化而引起强度降低，加热温度不应超过600定义：将钢材或铸铁工件加热奥氏体化后在空气中冷却，得到含有珠光体的均匀组织的热处理工艺称为正火。正火正火目的及应用工艺名称目的应用范围备注正火1、提高低碳钢的硬度，改善切削加工性2、细化晶粒，改善组织（如消除魏氏组织，带状组织。大块状铁素体和网状碳化物）3、消除内应力，提高低碳钢性能，做最好热处理1、主要用于低碳钢、中滩钢、对于高碳钢和高碳合金钢不常采用2、淬火返修件，消除内应力和细化组织，以防重淬时发生形变或开裂正火比退火比较生产周期短，设备利用率高。另外可提高钢的力学性能，因此可根据材料和技术要求，在某些情况下用正火代替退火高温正火1、提高组织均匀性，改善切削性，提高强度，硬度，耐磨性，或消除白口及游离渗碳体主要用于要求强度高，耐磨性好的球磨铸铁件铸态组织中存在游离渗碳体时，正火温度取上限，含硅量较高的铸件应采用较快的速度冷却，以防出现石墨化现象低温正火获得良好的强度，韧性和塑性主要用于强度，韧性要求较高，而对耐磨性要求不很高的球磨铸铁件利用地方生铁熔铸球磨铸铁时，由于含S、P量较高，而难以保证塑性、韧性指标，采用低温正火恰好可补救因此产生的塑性、韧性的不足钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）（碳量在0.0218—0.77%）或Ac1（过共析钢）（碳量超过0.77%）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，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。定义使得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，以大幅提高钢的钢性、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。目的淬火单液淬火1双液淬火2分级淬火3等温淬火4淬火方法将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度AC1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。一般用于减小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。定义（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。。目的回火回火分类低温回火中温回火高温回火温度范围150~250℃350~500℃500以上℃目的保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性较高的弹性和屈服点，适当的韧性到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能组织回火马氏体回火屈氏体回火索氏体力学性能58～64HRC，高的硬度和耐磨性35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性200～350HBS，较好的综合力学性能应用刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等弹簧、锻模、冲击工具等用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等AB调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。零件处在各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺柱、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多．因此，调质处理在热处理中占有很重要的位置。在机械产品中的调质件，因其受力条件不同，对其所要求的性能也就不完全一样。一般说来，各种调质件都应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合，以保证零件长期顺利工作。调质AB3.2常用钢的调质属于中碳结构钢，价格低，来源广，应用广泛，硬度不高易切削加工，淬透性较低，对于大工件正火或调质状态下两者力学性能相近。最大弱点是淬透性低，水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向，截面尺寸大和要求较高的工件不宜采用。因淬透性低，采用冷却速度大的10%的盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透。45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。”“45钢调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好（0.8-1.0%Cr），水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm，淬透性高于45#。Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。对形状不复杂的工件，可以在水中淬火只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。”“40CrMo可降低第二类回火脆性强度，具有高强度和韧性,淬透性也较好，Mo可降低第二类回火脆性，故无明显的回火脆性,淬火时变形小,调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力,低温冲击韧度良好,高温时有高的蠕变强度和持久强度。用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具等。”“42CrMo45140Cr242CrMo3优质碳素结构钢，碳含量为0.42--0.50%，抗拉强度为610MPa，屈服点为360MPa；用于一般轴类零件。合金结构钢，碳含量为0.37--0.45%，含铬0.8--1.1%，抗拉强度为1000MPa，屈服点为800MPa；用于负荷较大的受力件。合金结构钢，碳含量为0.38--0.45%，含铬0.9--1.2%，含钼0.15--0.25%，抗拉强度为1100MPa，屈服点为950MPa。用负荷较大，要求可靠性较高的零部件。45钢与40Cr、42CrMo区别牌号临界温度/℃Ms/℃Ac1Ac3或AccmAr1Ar34572478068275134540Cr743782693730355材料淬透尺寸（MM)2122404540cr42CrMo常用钢的全淬透尺寸（碳钢水淬，合金钢油淬）淬透尺寸（MM)215555最高硬度（HRC)58~59电感应，火焰，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应加热法采用方法03获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性目的02将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。概念01表面淬火感应加热是利用电磁感应原理。将工件置于用铜管制成的感应圈中，向感应圈中通交流电时，在它的内部和周围将产生一个与电流频率相同的交变磁场，若把工件置于磁场中，则在工件(导体)内部产生感应电流，由于电阻的作用工件被加热。由于交流电的“集肤效应”，靠近工件表面电流密度最大，而工件心部电流几乎为零。几秒内工件表面温度就可以达到800℃～1000℃，而心部仍接近室温。当表层温度升高至淬火温度时，立即喷液冷却使工件表面淬火。感应加热淬火一般都用于中碳钢或中碳合金钢（如：45、40Cr等），钢件在表面淬火前应进行调质或正火处理，以保证心部性能。感应加热表面热处理电流透入工件表面的深度主要与电流频率有关，频率越高透入深度越小。对于碳钢，淬硬层深度与电流频率存在以下关系：概念：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢（C%＜0.25