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CompanyLOGO热处理相关知识培训2016-07-22目录4、CQI-9体系介绍3、先进中频热处理设备与工艺1、热处理基础知识2、感应热处理相关常识改善无止境，每天进步一点点生产寿命高、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。一、热处理基础知识1.1：什么是热处理1.1：钢的分类及性能1.3：热处理基本工艺1.4：金相分析基础知识1.5：常见热处理缺陷金属材料性能的改善有两种方式1）冶炼过程中的合金化：20Cr20CrMnTi2）材料后续的热处理成分、组织、性能的关系微观组织决定宏观性能！性能成分零件热处理就是将金属在固态下以一定的方式进行加热、保温，然后采取合适的方式冷却，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。加热温度、保温时间和冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素热处理的作用改善钢材使用性能和工艺性能，通过恰当的热处理可以充分挖掘材料的潜力，从而减少零件的重量，提高产品质量，延长产品使用寿命。一辆汽车上需要热处理的件，占整个汽车重量的15%左右。如：万向节，轮毂，球头，球壳，拨叉，曲轴，摇臂轴，摇臂，离合片，活塞杆等等。钢的分类1、按化学成分分：碳素钢、合金钢把含有铁、碳两主要元素及少量硅、锰、硫、磷等杂质的钢称为碳素钢，根据钢中含碳量不同又可分为、低碳钢、中碳钢、高碳钢在碳钢中加一定量的合金元素就构成合金钢。通常加入合金元素有（镍、铬、钼、钒、钛、铝等）2、按钢的质量级别分类：普通钢、优质钢、高级优质钢、特殊质量钢普通钢：钢中硫、磷的含量均不大于0.045%，优质钢中硫、磷含量均不大于0.035%。高级优质钢中硫、磷含量均不大于0.025%。特殊质量钢中硫、磷含量均不大于0.015%。3、按钢的用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢结构钢含碳量小于0.60%的低、中碳碳素结构钢和合金结构钢。结构钢具有足够强度和塑性，良好的冲击韧性，焊接性能好，同时也易于进行切削加工。工具钢经过热处理后可获得高的硬度、高的耐磨性。工具钢多于制作刀具、量具和模具，耐磨性强，寿命高。特殊性能钢指加入较多的合金元素而具的特殊物理和化学性能的钢的总称。热处理四把火退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢随炉冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺，或作为预先热处理。目的：均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒、调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火淬火做好组织准备。正火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却的热处理工艺，正火可作为预备热处理，比调质加工成本低，为机械加工提供适宜的硬度，得到的组织为珠光体类组织。目的：细化晶粒，降低硬度，消除内应力，有利用切屑加工。热处理四把火淬火：将钢加热到临界点AC3或AC1以上某一温度，保温一定时间，然后以较快的冷却速度淬火,得到马氏体为主的组织的热处理工艺称为淬火。目的：显著提高钢的强度和硬度。回火：将淬火后的工件加热到低于相变临界点温度，保温一定时间后再冷却到室温的热处理工艺。为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度和韧性配合的性能，需配以不同温度的回火。调质和渗碳调质：淬火加高温回火（500～600℃），获得回火索氏体的一种工艺。钢的预备热处理一般为正火和调质，调质件抵抗冲击能力强，同种钢淬硬层相同时原始组织调质态比正火态冲击韧性高。化学热处理：将工件置放于活性介质中加热和保温，使介质中活性原子渗入工件表层，以改变其表面层的化学成分、组织结构和性能的热处理工艺。（渗碳、氮化、碳氮共渗等）钢的渗碳即保证了表面的硬度和强度又保证了心部的韧性。一般热处理常见工艺安排1、落料→锻造→正火→机加工→渗碳淬火+低温回火→磨削2、落料→锻造→正火（调质）→机加工→感应淬火+低温回火→磨削3、落料→锻造→球化退火→机加工→淬火+中温回火/低温回火→磨削奥氏体有等温转变和连续冷却转变两种冷却转变方式（见右图）。1.4.1奥氏体的冷却奥氏体等温转变C曲线（见右图）。右上角曲线为过冷奥氏体转变开始线，右边曲线为过冷奥氏体等温转变终了线。A1线以上是奥氏体稳定区；A1线以下，转变开始线的左边为过冷奥氏体区，转变终了线的右边是转变产物区，转变开始线和终了线之间为过冷奥氏体和转变产物共存区。转变开始线与纵坐标轴之间的时间为孕育期。在C曲线拐弯的“鼻尖处”（约550℃），孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定。水平线MS为马氏体转变开始线（约230℃），水平线Mf为马氏体转变终了线（约－50℃）。A′：残余奥氏体，即淬火冷却到室温后残留的奥氏体。钢材连续冷却时，根据冷却速度曲线V1、V2、V3、V4与C曲线相交的位置，可估计连续冷却转变的产物。马氏体临界冷却速度Ｖk：与冷却曲线相切，称临界冷却速度，是获得全部马氏体转变的最小冷却速度。1.4.2钢的组织转变1.共析钢的组织转变含碳量0.77%的共析钢冷却过程中的组织转变如图所示。2.亚共析钢的组织转变亚共析钢冷却过程中的组织转变如图所示。金相基本组织1.铁素体：它是一个单相固溶体，即碳在α铁中的固溶体，其最大含碳量很低，约为0.02%。硬度很低,一般为HB80～120之间，其韧性比较好。2.珠光体:它是一个又相结构的组织,由铁素体和渗碳体所构成,是由高温奥氏体冷却到723℃共析反应后所得到的产物.它的含碳量为0.8%.珠光体硬度值与它的形态有关,呈片状形式的硬度高为190～230.粒状珠光体硬度低为HB160～190.机械性能片状珠光体强度比粒状高,但韧性则粒状珠光体比片状好.3.马氏体：过冷奥氏体急速冷却时的产物。两种形态（板条状、针状）板条状马氏体特征，马氏体很细，而且同方向生长成为平行排列的细条，由于板条状马氏体只是在含碳不高的钢中形成，所以也称为低碳马氏体。针状马氏体，含碳高的淬火马氏体组织，具针状特征。钢材的组织缺陷1.魏氏组织:钢材加热温度高，得到粗大奥氏体晶粒，冷却后易得到魏氏组织。钢件出现魏氏组织后，机械性能明显下降，尤其是是冲击值下降很多。通过正火可消除。2.过烧组织：当钢材加热温度过高以及在高温下停留时间过长，就会在界处发生氧化而破坏金属基体。这种缺陷是不允许的，也是无法补救。3.带状组织：珠光体与铁素体呈带状分层排列，一般是由于钢材轧制变形。横向强度、韧性差。通过退火可消除。4.钢材表面脱碳：钢材在氧化气氛中加热轧制或锻造，会使表面碳烧掉而脱碳。5.钢中的非金属加杂物：夹杂来源分二类，外来，在熔炼或浇注进入钢中，另一类是内在的，熔炼过程及浇铸时所产生的化学反应而产生的。夹杂物存在于钢的组织中，破坏了基体的连续性，疲劳强度降低，容易出现开裂。淬火缺陷1.淬火硬度偏低：冷却速度不够或加热不足，冷速不够组织出现网状屈氏体，加热不足组织出现大量铁素体。2.表面硬度偏低：表面组织为屈氏体或铁素体，而零件里层却没有，为表面脱碳或贫碳引起。3.淬火组织粗大：加热温度偏高，促使奥氏体晶粒粗大，在淬火后形成粗大马氏体，这是过热组织，易造成裂纹。4.表面局部退火：由于喷水圈堵塞，没有及时将工件冷却，造成退火，宏观表面颜色发蓝。5.碳化物成块状或网状：碳浓度高造成.使产品脆性增加,容易出现断裂.6.渗碳层不均匀：表面氧化皮未清理干净,装炉不合理,零件离的太近,炉温不均匀等产生。7.脱碳：气体渗碳时炉体漏气。8.渗碳产品表面硬度偏低：冷却慢，造成组织转变不充分，表面残余奥氏体过多产生。9、裂纹：一般由淬火内应力造成的，内应力又分为热应力和组织应力。端面裂纹退火处淬透组织粗大二、感应热处理相关常识2.1：感应淬火原理2.2：感应淬火特点2.3：常用材料2.4：常见质量问题2.5：感应加热方法感应加热表面淬火是在一个感应线圈中通以一定频率的交流电（有高频，中频，工频三种），使感应圈周围产生频率相同的交变磁场，置于磁场之中的工件就会产生与感应线圈频率相同，方向相反的感应电流，这个电流叫涡流。交流的电流形成电动势，产生电能转化为热能，加热工件。由于集肤效应，涡流主要集中在工件的表层。由涡流所产生的热能使工件表层被迅速加热到淬火温度，心部组织无影响，随即向工件喷水，将工件表层淬硬。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。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。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加热方法频率/kHz功率密度/102（W/cm2）淬硬层深度范围（mm）低频（工频）50－500Hz0.1～110-15中频500－50000Hz＜52-10中高频、超音频50－100KHz2～101-2高频100K-500KHz100～300＜1三、先进中频热处理设备与工艺3.1：中频设备介绍3.2：感应淬火及回火工艺介绍意大利SAET中频感应淬火及应力消除设备萨伊成立于1966年，致力于提供先进的热处理机床和电源，公司和集团总部位于意大利，领先于世界感应加热领域。萨伊（上海）和萨伊（嘉善）于2008在中国成立，面向中国市场提供感应热处理机床和商业热处理服务。日本DKK中频感应淬火设备日本电气兴业株式会社自1952年开发感应设备以来，在世界感应加热设备领域享有盛誉，但其在中国无售后服务点，设备故障响应不够及时。日本DKK通过式感应回火炉结合了感应回火与传统炉子回火的双重优点，对产品进行3-4分钟连续加热，既保证了加热均一性，又提高了生产效率。电控柜水路系统变压器机械部分机床总貌气路部分3.2.1一发式感应淬火（整体淬火）3.2.2扫描淬火（连续加热）一发式感应淬火是将需要硬化的表面同时加热淬火，当设备的功率足够时，也就是说工件的淬火面积小于等于设备的同时加热淬火的最大面积，可选用整体淬火法。此方法效率高，对于长轴产品可很好的控制变形，但是对电源的功率要求较高。当设备的功率不足以将工件需淬火表面积同时加热时，即工件的淬火面积大于设备的同时加热淬火的最大面积时选用扫描淬火。由于扫描淬火时感应器与工件会产生相对运动，因此感应器移动速度和工件旋转速度对工艺影响很大。3.2.3感应回火（应力消除站）3.2.4炉中回火感应回火是指用感应器进行回火加热的回火方法，回火时加热层应比淬火层深，以降低过渡层的拉应力，感应回火一般10-20秒，效率高可连线生产。炉子回火的工艺一般为150-200摄氏度，时间1-2小时，回火过程一般伴随着马氏体中碳原子的偏聚、马氏体的分解、残余奥氏体转变等，因此回火时间越长，回火越