第十三章 钢的热处理举例,齿轮热处理 轴承热处理 弹簧热处理 工具热处理 轴的热处理,基本思路：,工作条件（载荷，环境）,失效形式,性能要求,1、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。 2、常见失效形式 齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）； 齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）； 断齿（强度低 或超载）,一.齿轮热处理,一.齿轮热处理 3.齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能； 齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。 4.齿轮用钢 低、中碳,轻载齿轮：45， 调质或正火 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮,1）渗碳齿轮 材料：20CrMnTi、 20Cr、 30CrMnTiA等 服役场合：高速重载（汽车齿轮）,下料,工艺：,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,5.齿轮热处理工艺,精加工,掌握各热处理工序的目的，工艺，组织,(1)正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至Ac3+3050,空冷, 组织细珠光体+(少量铁素体) (2)渗碳 提高表面含碳量 920930保温39h (3)渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火 表面：高碳M+Ar+碳化物,过渡层:M+Ar, 心部:低碳M+F（少量） (4)回火 消除淬火应力，低温200，MM回,20 CrMnTi 钢制造齿轮的 热处理工艺曲线,加工工艺路线:,5.齿轮热处理工艺 2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火） 适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。,正火,调质,表面淬火,低温回火,(1)正火(或完全退火） 细化晶粒，调整硬度 加热至Ac3+3050,空冷, 细珠光体+(少量铁素体) (2)调质热处理 使心部具有良好强韧性 加热至Ac3+3050后淬火+500600高温回火, 回火索氏体 (3)表面感应淬火(表面火焰淬火) 提高表面硬度 表面加热至Ac3+3050，心部没有加热。 淬火后表面获得马氏体+残余奥氏体, 过渡层马氏体+F残余奥氏体, 心部回火索氏体 (4)低温回火 消除淬火应力，低温200，MM回,轻载齿轮：45， 调质或正火 中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火 重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火 高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮,二、滚动轴承热处理,1、工作条件 高载荷，交变应力 高转速，一定冲击。,接触疲劳破坏,二、滚动轴承热处理,2、失效形式,塑性变形,磨损,3、性能要求: （内外圈和滚动体）,高的硬度和耐磨性; 高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性; 尺寸稳定性,二、滚动轴承热处理,4、轴承用钢:,二、滚动轴承热处理,G Cr15,高碳, Wc = 0.951.15%,GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线,锻造 机加工,球化退火,淬火,+ 冷处理 ( 60 80;1h ),低温回火,正火,磨削加工,稳定化处理 ( 120 150；5 10h ),5、热处理工艺 预备热处理: 正火：消除网状碳化物，细化晶粒 球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备 淬火:获得马氏体组织 810860（温度偏高），让Cr尽量溶入A， 又不致于导致晶粒粗大，A含碳过高；油冷 冷处理:获得马氏体组织,减少Ar 低温回火:消除残余应力，保持高硬度.,二、滚动轴承热处理,弹簧丝,三、弹簧热处理 1、工作条件 储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷； 2、失效形式： 疲劳断裂，永久变形 3、性能要求： 高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能） 4、常用材料 65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢,5、热处理工艺 （一）冷成形弹簧（小弹簧） 由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝）冷卷成弹簧， 只需进行去应力退火（加热温度250 300 ），以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。 （二）热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧） 淬火提高强度， 中温回火消除应力，提高弹性极限。 淬火温度Ac3以上，回火温度350 450 ， 组织：回火屈氏体,去应力退火,淬火+中温回火,（或采用等温淬火）,或采用等温淬火，得到贝氏体组织,（三）沉淀硬化处理 对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下： （1）固溶处理：奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织 （2）成型加工 （3）调整热处理（或淬火处理） 加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥氏体组织 （4）深冷处理：使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体（根据需要确定） （5）沉淀硬化处理 在480 550 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。,（四）弹簧的其它强化处理 （1）形变热处理 对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火 （2）化学热处理 对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料，可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下，化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成型加工+淬火+回火-化学渗处理。 （3）喷丸强化 使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命510倍。,（五）弹簧的稳定化处理 为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧在使用过程中弹性稳定。,工具一般包括刃具、模具、量具 常用钢包括： 碳素工具钢、 低合金工具钢、 高合金工具钢（高速钢等）,四.工具热处理,成分特点：高碳,四.工具热处理,4.1 刃具热处理,性能要求 高硬度(HRC60) ，主要取决于含碳量。 高耐磨性， 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。 红硬性 即高温下保持高硬度的能力 足够的韧性 以防止脆断和崩刃。 刃具用钢 碳素工具钢：T7T12（0.71.2%C）,碳工钢热处理及组织 热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火 球化退火目的： 降低硬度，便于加工； 为淬火作组织准备。 使用状态下的组织： M回+颗粒状碳化物+AR(少量),刃具用钢 低合金工具钢： CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢， 只是淬火介质为油（碳工钢为水）。,9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线,板牙,W18Cr4V的生产工艺及热处理,铸造 锻造 球化退火 机加工 淬火+三次高温回火 磨削加工,刃具用钢 高合金刃具钢：（高速钢） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V铸态组织 420 ,铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。,锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除, 只能依靠反复多次锻打来击碎。,W18Cr4V锻造组织 210 ,球化退火:消除应力, 降低硬度，便于机加工, 调整组织,为淬火作好组织准备。,球化退火后的组织 : S + 粒状 Cm,球化退火温度830880,易于机械加工。,W18Cr4V球化退火组织 420 ,淬火 : 12001300 淬火后的组织:M+Cm+AR(2025%),（温度高）,高速钢淬火温度高的原因： 让C和Me充分溶入A，淬火后得到高合金马氏体 高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度 提高红硬性,三次高温回火,在560回火时 , 产生二次硬化 多次回火,获得更多碳化物析出 让残余奥氏体转变。,回火组织： S回+碳化物+Ar ( 1 2 % ),*淬火后A残约2025 %。,*第一次回火后A残约剩1518 %。,*第二次回火后A残约剩35 %。,*第三次回火后A残约剩12 %。,组织硬度为HRC65以上。,W18Cr4V钢的热处理过程示意图,进展:现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火+回火后,再进行TiN沉积,四.工具热处理,4.2 冷作模具热处理,性能要求:,高硬度（HRC5060）； 高耐磨性、强度和韧性； 热处理变形小;,汽车冲压模具,应用:,冷冲模、冷镦模、 冷挤模、搓丝板等,冷作模具用钢:,碳素工具钢：T7T8 低合金工具钢： 9SiCr、9Mn2V、CrWMn或GCr15 高合金工具钢： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）,Cr12型冷作模具钢的热处理 （ C1.4%2.3%、Cr11%12%）,球化退火 冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火处理。 球化退火温度830880，获得细化碳化物+珠光体组织，易于机械加工。 淬火+回火 一次硬化法： 较低温度淬火（980）低温回火 回火组织为M回+碳化物+Ar 二次硬化法： 较高温度淬火（1050）23次高温回火 回火组织为S回+碳化物+Ar(少量）,四.工具热处理,4.3 热作模具热处理,性能要求:,应用:,热作模具用钢:,使热金属或液态金属成型的模具， 包括热锻模、热挤压模和压铸模等。,高的热硬性、高温耐磨性; 高的热强性和足够高的韧性; 高的热疲劳抗力和导热性;,中碳 0.30.6 %;,热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo 压铸模具，3Cr2W8V,5 CrMnMo热处理: 热处理工艺: 完全退火 淬火 550回火,曲轴模具,热处理后的组织: S回,3 Cr2W8V钢热处理: 热处理工艺: 淬火 + 550三次回火 回火时二次硬化现象HRC47,汽车四缸压铸模,四.工具热处理,4.4 量具热处理,性能要求:,量具用钢:,高的硬度（HRC62）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。,卡 尺,量 规,千分尺,碳素工具钢：T8T12 低合金工具钢： 淬透性高，用于精度要求较高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr,特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。 下限温度淬火及冷处理，目的是减少A。 长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。,淬火 冷处理 ( - 70 - 80 ) 低温回火 时效处理 ( 120130,几十小时 ),热处理:,CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺,受力弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。 性能此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的1/4即可。 选材多用40、45钢，重要轴类用合金调质钢制造（40Cr、 35CrMo 、42Mn2V等）,五、轴的热处理,备料,锻造,正火或退火,粗加工,调质,精加工,材料：45钢 工艺：,轻载主轴加工工艺,中载主轴加工工艺,材料：40Cr钢 工艺：整体调质，轴颈和锥孔表面淬火,表面淬火及低温回火,磨削,轻载主轴：45，调质或正火 中载主轴：45，40Cr，调质，耐磨部位表面淬火 重载主轴：20CrMnTi，渗碳淬火 高精度主轴：38CrMoAlA，渗氮,