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热处理基础知识培训上海金研机械制造有限公司黎文平2011-07-19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。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。热处理在工业生产中的地位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。一、金属热处理定义二、金属热处理工艺分类热处理化学热处理表面热处理整体热处理退火正火淬火回火感应加热淬火火焰表面加热淬火渗碳碳氮共渗渗氮氮碳共渗2.1退火2.1.1退火的分类退火扩散退火完全退火不完全退火等温退火球化退火再结晶退火去应力退火（1）对于中、低碳钢的铸件、锻件，正火的主要目的是细化晶粒。与退火相比，正火后珠光体片层较细、铁素体晶粒也比较细小，因面强度和硬度较高。某此用中碳钢制作的零件可用正火代替调质。焊接件可通过正火改善焊缝及热处理影响区的组织和力学性能。采用正火改善低碳钢的切削加工性能。（2）对于过共析网，正火的主要目的是消除网状渗碳体，因而加热温度必须高于Acm。2.2正火缺陷类型说明补救措施过烧加热温度过高使晶界氧化或局部熔化报废黑斑高碳钢加热温度过高保温时间过长使渗碳体石墨化，断口呈灰黑色报废粗大魏氏组织加热温度过高重新正火反常组织Ar1附近冷速过低或在Ar1以下长期保温在先共析铁素体晶界上出现粗大渗碳体或在先共析渗碳体周围出现宽铁素体条重新退火网状组织加热速度过高或冷速过慢形成网状铁素体或渗碳体重新退火球化不均匀球化退火前未消除网状碳化物，存在大块碳化物正火并退火硬度过高退火冷速相对较高，形成索氏体托氏体奥氏体或马氏体重新退火退火及正火的缺陷钢的淬火——将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当速度冷却获得得马氏体和（或）贝氏体的热处理工艺。2.3淬火2.3.1定义（1）核对工件数量、材质及尺寸，并检查工件有无裂纹、磕碰伤、尖角及锈蚀等影响淬火质量的缺陷。（2）根据图样及工艺文件，明确淬火的具体要求，如硬度、局部淬火的范围等。（3）根据淬火要求，选用合适的工夹具或进行适当的绑扎，在易产生裂纹的部位，采用适当的防护措施，如用铁皮或石板绳包扎及堵孔等。（4）表面不允许有氧化、脱碳的工件，应在盐浴炉或保护气氛炉、真空炉中加热，或采用涂料保护，也可将工件装入木炭或已用过的铸铁屑的铁箱中，加盖密封。（5）大批工件应首件或小批量试淬，认可后方可进行批量生产，并在生产过程中经常抽检。2.3淬火2.3.2淬火前的准备冷却方式：水冷、油冷、延时淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、热浴淬火、贝氏体等温淬火。2.3淬火2.3.3淬火冷却方式及冷却剂的选择冷却操作方法：（1）形状复杂的易变形工件，可采用空气预冷或降温预冷后再淬入冷却剂。（2）轴类工件应垂直淬入冷却剂。（3）长板状工件应横向侧面淬入冷却剂。（4）套筒和薄壁圆环工件，应沿轴向淬入冷却剂。（5）截面相差很大的工件，应将截面大的部分先淬入冷却剂。（6）有凹面的工件应将凹面向上淬入冷却剂。（7）单面有长槽的工件，槽口向上，倾斜45°淬入冷却剂。（8）在保证所要求硬度的条件下，工件淬入冷却剂后可不作摆动，或只作淬入方向的直线运动，以减少变形。2.3淬火2.3.3淬火冷却方式及冷却剂的选择钢号正火温度淬火温度淬火后硬度（HRC）35840-890850-89049-5045830-860820-86058-5940Cr850-870830-8605535CrMo830-860850-8705542CrMo830-850840-8605738CrMoAl930-970930-9505640CrNiMoA890-920840-860552.3淬火2.3.4常用钢的正火、淬火参数回火——是将工件淬硬后，在加热到Ac1点以下某一温度，保温一定的时间，然后冷却到室温的工艺。2.4回火2.4.1定义回火的分类：（1）低温回火：150-250℃，稳定组织，以得到高的硬度与耐磨性。（2）中温回火：250-500℃，使工件得到较好的弹性、韧性及相应的硬度，一般适用于中硬度的零件、弹簧等。（3）高温回火：500-700℃，用以获得较高的综合力学性能，还可以作为淬火工件返修前的热处理工艺。注：调质：淬火+高温回火2.4回火2.4.2分类利用通入交变电流的加热感应器在工件中产生一定频率的感应电流，感应电流的集肤效应使工件表面被快速加热到奥氏体区后，立即喷水冷却，工件表层获得一定深度的淬硬层。（视频1）2.5感应加热表面淬火2.5.1原理优点：淬火质量好，表层组织细、硬度高（比常规淬火高2-3HRC）、脆性小、生产效率高，便于自动化。缺点：设备较贵，形状复杂的感应器不易制造，不适于单件生产等。2.5感应加热表面淬火2.5.2特点常用的工艺路线：锻造—退火或正火—粗加工—调质或正火—精加工—感应加热表面淬火—低温回火——精磨—失效—精磨—成品2.5感应加热表面淬火2.5.3工艺路线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。2.5感应加热表面淬火2.5.4常用材料缺陷种类造成原因开裂加热温度过高，温度不均匀；冷却过急且不均；淬火介质及温度选择不当；回火不及时且回火不足；材料淬透性偏高；成分偏析，有缺陷，含过量夹杂物；零件设计不合理，技术要求不当淬硬层过深或过浅加热功率过大或过小；电源频率过低或过高；加热时间过长或过短；材料淬透性过低或过高；淬火介质温度、压力、成分不当表面硬度过高或过低材料碳含量或偏低，表面脱碳，加热温度过低；回火温度或保温时间不当；淬火介质成分、压力、温度不当表面硬度不均感应器结构不合理；加热不均；冷却不均；材料组织不良（带状组织偏析，局部脱碳）表面熔化感应器结构不合理；零件有尖角、孔、槽等；加热时间过长；材料表面有裂纹缺陷2.5感应加热表面淬火2.5.5常见的质量问题感应加热热处理零件有下列情况时允许返修处理：1）硬度低或有大片软点2）硬化区范围、硬化层深度不符合技术要求3）加热温度不足造成金相组织不合格返修件处理方法：1）返修件经感应加热到700～750℃后在空气中冷却透，然后按该零件淬火规范进行第二次淬火2）返修零件经炉内加热到500～600℃，保温60～90min，然后在水中或空气中冷却，再按淬火规范进行第二次淬火。2.5感应加热表面淬火2.5.6返修1）感应淬火的外观检查2）表面硬度检查3）硬化区域检查4）硬化层深度检查5）感应淬火件的显微组织检查6）感应淬火件的变形检查7）裂纹检查2.5感应加热表面淬火2.5.7质量检查加热方法频率/kHz功率密度/102（W/cm2）工频50（Hz）0.1～1中频＜10＜5高频、超音频20～10002～10超高频脉冲27120100～3002.5感应加热表面淬火2.5.8感应加热方法的分类