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二○一○年九月热处理工厂吕金根热处理基本知识培训一.热处理基础知识培训•1.热处理的含义：•热处理就是将金属材料加热到一定的温度，•保温后按一定的方式冷却下来，得到人们所•要求的组织和性能的一种工艺方法•2.热处理的意义：•(1)通过热处理，能够充分挖掘材料的潜力，•最大限度的节省原材料。•(2)通过热处理，能够降低材料的硬度，提•高塑性，改善切削加工性能和压力加工性能。•(3)通过热处理，可以消除铸、锻、焊、轧、•冷加工所产生的内应力。热处理原理铁碳相图液态Y奥氏体AY+AY+Fe3CA+Fe3C+LFe3C+LA+Fe3CP+Fe3CF+PF+Fe3CFF+A1400温度℃90015007231534含碳量%0.020.77PP+Fe3C+LP+Fe3C2.114.36.67钢纯铁铸铁体心立方面心立方热处理原理冷却转变曲线TSAA700温度℃600800P时间,S010M+AB102Mf300-100200500Ms103104105普通热处理热处理方法及应用热处理类别特点应用退火完全退火不完全退火等温退火去应力退火保温后缓冷（炉冷）1.降低材料的硬度，提高塑性，改善切削加工性能和压力加工性能。2.可以消除铸、锻、焊、轧、冷加工所产生的内应力。3.改善材料的组织,提高性能4.作为预处理。正火保温后空冷同上淬火保温后急冷油冷、水冷AQ2511.得到表面高硬度及硬化层2.调质获得良好的综合性能回火将淬火后工件重新加热并保温1.降低脆性，消除内应力。2.调整硬度、塑性和韧性。3.获得稳定组织。时效处理与回火类似，但时间较长•同上表面热处理热处理方法及应用热处理类别特点应用火焰淬火回火设备、方法简单，淬火效果不稳定1.常用于中碳钢2.批量小的大型零件局部硬化感应淬火回火表面硬度比普通淬火高2~3HRC变形小、生产效率高常用于中碳钢和中碳合金钢渗碳表面高耐磨和心部强韧性硬化层比较均匀1.常用于低碳钢和低碳合金钢2.得到表面高硬度3.适于形状复杂的零件表面硬化，如齿轮等氮化软氮化碳氮共渗处理温度低，变形小，高的硬度，高的耐蚀性1.常用于中碳合金钢2.得到表面高硬度3.精密齿轮、曲轴等图纸中热处理要求技术要求图纸技术要求1.退火及正火只注明处理类型而不要求具体参数，处理结果因所选材料有所变化，必要时可以注明基体硬度范围。2.调质处理不需要求热处理参数，只注明最终硬度（回火后硬度），按KES热处理代号查得硬度为“表面到1/4R处的硬度”一栏。3.淬火回火要求表面硬度范围应控制在5~8个HRC以内，具体可参照Q/STB30.002标准。4.感应（火焰）表面淬火回火要求表面硬度（回火后硬度）、淬火区域、硬化层、心部硬度（调质预处理按第2条要求）。•渗碳淬火回火（渗氮）要求表面硬度、硬化层、心部硬度（调质预处理按第2条要求）、免渗部位。二热处理工艺及规程1.正火•1.1正火工艺是将钢加热到临界点Ac3或Acm以上适当温度，保温一定时间，使奥氏体均匀化，然后空冷，得到珠光体基体组织的热处理工艺。•1.2.正火的目的•调整钢件的硬度，细化晶粒。可改善加工性和消除网状碳化物，为淬火或球化退火做好组织准备。2.退火•2.1退火的分类•a）.扩散退化•b）.完全退化•c）.等温退化•d）.球化退化•e）.去应力退化•f）.再结晶退化•1).扩散退化•2.2.完全退火——加热到Ac3+30~50℃，保温后炉冷。•目的：细化，软化•应用：亚共析钢的铸、锻件，热轧型材，焊接件•2.3.等温退火——加热到Ac3（Ac1）+20~50℃，保温后在Ar1以下等温后炉冷。•目的：细化，软化、省时。退火退火•2.4.球化退火——加热到Ac1+20~40℃，保温后炉冷•应用：共析、过共析钢和合金钢•目的：Fe3C片，网→Fe3C球（降低硬度；为淬火作组织准备）•退火•2.5.扩散退火——加热到Ac3+150~300℃，长时间保温后慢冷•目的：均匀成分•应用：铸钢件•组织：晶粒粗大，扩散退火后应完全退火或正火以细化组织•2.6.去应力退火——加热到Ac1-100~200℃，保温后炉冷•目的：去内应力，稳定组织•应用：冷加工件，热加工件正火与退火•正火与退火相比，冷却速度大，所形成的组织的硬度和强度高，从加工性，低碳钢采用正火提高硬度，高碳钢采用退火，降低硬度。从经济上考虑，正火生产周期短，成本低，操作方面，故应优先采用正火。正(退)火工艺规程•1.掌握零件的正退火工艺并按工艺卡操作执行。•2.检查加热炉及其控制仪表保证其正常工作。在操作过程中要经常观察炉内火色与仪表指示的温度是否一致，如果有异常情况要及时与仪表工联系并进行校对。•3.对于加热温度、时间相近、断面差较小的零件可以同炉处理。•4.装炉温度一般为室温或按工艺规定的温度装炉,若重叠装料，应适当延长保温时间。正退火工艺规程•5.零件装出炉时不得随意抛掷、强拉，要注意防止零件变形。•6.用箱式炉或台车炉加热时，在炉门口占炉膛长300～450mm的范围内避免堆放零件。•7.正火的冷却,一般为空冷工件出炉后，应散放在干燥处空冷，不得堆积，不得放到潮湿处。对于含碳量较高的中碳钢、低合金结构钢可采用密集堆放冷却,对于低碳钢和尺寸较大的零件应采取吹风冷却；退火一般为随炉冷却，冷至500以下，出炉空冷。常用钢的正火温度钢号正火温度℃）硬度HB钢号正火温度℃）硬度HB20890～920≤15645840～870≤22620Cr870～900≤270SC450W860-900≥13120CrMo880～920----SC540W850-900149-19720CrMnMo880-930-----SCSiMn1H850-900≥16335CrMo850～870≤241SCSiMn2H850-900≥17040CrMn850～880---SCSiMn34H850-900≥2013.钢的淬火•淬火——加热、保温、快冷，提高硬度和耐磨性•目的：得到马氏体组织（贝氏体），提高硬度和耐磨性一淬火工艺1、淬火加热温度•亚共析钢：Ac3+30~50℃•淬火组织：细小均匀Ｍ•过低——有F，↓HRC•过高——氧化脱碳，晶粒粗大，淬火应力大•过共析钢：Ac1+30~50℃•淬火组织：细小均匀Ｍ+Fe3C粒+Ａ残•过低——得不到M•过高——氧化脱碳，晶粒粗大，淬火应力大，残余A量↑，HRC↓•2、淬火冷却介质•理想冷却速度：慢—快—慢•冷却介质：纯水，盐水，油，AQ251等•碳钢淬水，合金钢淬油•二、淬火方法•1、单液淬火•2、双液淬火（难控制）•3、分级淬火•4、等温淬火（B下——变形小，强韧性好）•三、钢的淬透性•1、淬透性的概念•淬透性——钢淬火时获得M的能力。•（用规定条件下淬硬层深度表示）•淬硬层深度：表面到半M组织的距离•淬硬层深，淬透性好•淬硬性——钢淬火时所能达到的最高硬度能力•概念区别：•淬透性是钢本身的固有属性，取决于Vk或C曲线位置•实际淬硬层深度与工件形状、大小、冷却介质、淬透性有关•淬硬性主要取决于M的含碳量•2、淬透性的应用•大截面、形状复杂、受动载荷的零件（重要齿轮、弹簧）——淬透性好的钢•受弯曲、扭转应力及表面耐磨的零件（轴）——淬透性中等钢•焊接件——淬透性差的钢4.回火•回火——淬火后在A1以下加热、保温、冷却•目的：消除内应力，降低脆性•稳定组织和尺寸•获得所需性能•一、淬火钢的回火转变•1、马氏体分解（100~350℃）•M→过饱和α相+ε碳化物•组织保持M特征，内应力降低，硬度变化不大。•2、残余奥氏体分解（200~300℃）•A→B下（同时马氏体继续分解）•内应力进一步降低，硬度变化不大•3、碳化物转变（250~400℃）•过饱和α相+ε碳化物→针状F+细Fe3C•4、渗碳体长大和α相再结晶•针状F+细Fe3C→块状F+粒状Fe3C•淬火应力全部消除，硬度明显降低。•组织转变：•200℃300℃400℃•M→过饱和α相+ε碳化物→针状F+细Fe3C→块状F+粒状Fe3C•回火M回火T回火S•性能变化：随回火温度的升高，强度、硬度降低，塑性、韧性提高。•同时内应力降低，到消除。•二、回火种类及应用•1、低温回火（150~250℃）•组织：回火M——极细ε碳化物+过饱和α相•目的：↓内应力，↓脆性，保持高硬度和耐磨性58~64HRC•适用：工具、量具、模具、滚动轴承、渗碳件、表面淬火件。•2、中温回火（350~500℃）•组织：回火T——针状F+极细Fe3C•目的：获得高σb，σe30~50HRC•适用：弹簧。•3、高温回火（500~650℃）•组织：回火S——块状F+粒状Fe3C•目的：获得良好的综合机械性能25~35HRC•适用：轴，齿轮，螺栓等重要结构件——中碳钢•回火硬度主要取决于回火温度和回火时间•淬火+高温回火=调质•45钢调质与正火性能比较：•正火——S——Fe3C为片状•调质——回火S——Fe3C为粒状——综合机械性能好•同一钢种调质后的硬度与正火相当，但塑性、韧性更好•三、回火脆性•回火脆性：在某温度区间回火时，αk显著降低•第一类回火脆性：250~350℃•每种钢都有，难以避免——回火温度禁区•第二类回火脆性：500~600℃•①含Cr、Mn、Ni的钢明显•②可以消除：钢中加Mo、W；回火后快冷5.感应淬火•一、感应淬火•1、基本原理•感应圈通入交流电→形成涡流（集肤效应）•→表层得A→水冷得M•电流频率越高，集肤效应越强烈，加热层越薄。•2、特点••加热速度极快，温度高，时间短；••表层得极细马氏体，硬度、耐磨性、韧性较好；••表层存在残余压应力，疲劳强度较高；••工件不易氧化脱碳，变形小；••易实现机械化，自动化；••设备价贵，维修调整困难。•用钢——中碳钢、中碳合金钢，40，45，40Cr•感应淬火零件的一般工艺路线：•锻造→正火→机加工→调质→半精加工→感应淬火•→低温回火→磨削加工•种类频率硬化层•高频淬火200～300KHz0.5～1mm•超音频淬火20～30KHz0.5～1mm•中频淬火2.5～8KHz2～5mm6.渗碳•渗碳目的和用钢•汽车传动齿轮、活塞销的工作条件：•循环载荷，冲击载荷，严重磨损•性能要求：表层——高的硬度，耐磨性↑↑•心部——强而韧•渗碳用钢：0.1~0.25%C碳钢或合金钢•渗碳后的组织及热处理•渗层深：0.5~2.5mm•工件：表层心部•成分(%C)：0.85-1.050.1-0.25•缓冷组织：P+Fe3CⅡF+P•淬火、低温回火M回+Fe3C+A残M板条+（F+T）（合金钢）•F+P（碳钢）•硬度：58~64HRc35~45HRc/10~15HRc(137~183HBS)