齿轮热处理齿轮热处理轴的热处理轴的热处理轴承热处理轴承热处理工具热处理工具热处理基本思路：基本思路：工作条件（载荷，环境）工作条件（载荷，环境）失效形式失效形式性能要求性能要求材料材料热处理工艺热处理工艺钢的热处理举例钢的热处理举例 121、工作条件、工作条件用于传递动力、改变方向或速度的重要零用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。件，受力情况复杂。2、常见失效形式、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）；齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）； 断齿（强度低或超载）断齿（强度低或超载）一一.齿轮热处理齿轮热处理33.3.齿轮的技术要求齿轮的技术要求 齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；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。齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。4.4.齿轮用钢齿轮用钢: :低、中碳低、中碳轻载齿轮：轻载齿轮：45， 调质或正火调质或正火中载齿轮：中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火渗碳淬火高精度齿轮：高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质调质-渗氮渗氮41 1）渗碳齿轮）渗碳齿轮材料：材料：20CrMnTi20CrMnTi、 20Cr20Cr、 30CrMnTiA30CrMnTiA等等服役场合：高速重载（汽车齿轮）服役场合：高速重载（汽车齿轮）下料下料工艺路线：工艺路线：工艺路线：工艺路线：锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火5.齿轮热处理工艺齿轮热处理工艺精加工精加工掌握各热处理工序的目的，工艺，组织掌握各热处理工序的目的，工艺，组织5(1)(1)正火正火 细化晶粒；调整硬度，便于切削加工细化晶粒；调整硬度，便于切削加工 加热至加热至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷, , 组织细珠光体组织细珠光体+(+(少量铁素体少量铁素体) )(2)(2)渗碳渗碳 提高表面含碳量提高表面含碳量 920920930930保温保温3 39h 9h (3)(3)渗碳后淬火渗碳后淬火 获得马氏体，提高表面硬度获得马氏体，提高表面硬度 直接淬火或一次淬火直接淬火或一次淬火 表面：表面：高碳高碳M+ArM+Ar+ +碳化物碳化物, ,过渡层过渡层: :M+ArM+Ar, , 心部心部: :低碳低碳M+FM+F（少量）（少量） (4)(4)回火回火 消除淬火应力，低温消除淬火应力，低温200，MM回回下料下料锻造锻造正火正火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火低温回火低温回火精加工精加工工艺路线工艺路线620 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理工艺曲线7加工工艺路线加工工艺路线:下下料料 锻造锻造 粗加工粗加工 半精加工半精加工 精车加工精车加工及及 精磨精磨 2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火） 适用于适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料等材料齿轮。齿轮。正火正火调质调质表面淬火表面淬火低温回火低温回火8(1)(1)正火正火( (或完全退火）或完全退火） 细化晶粒，调整硬度细化晶粒，调整硬度 加热至加热至AcAc3 3+30+3050,50,空冷空冷, , 细珠光体细珠光体+(+(少量铁素体少量铁素体) )(2)(2)调质热处理调质热处理 使心部具有良好强韧性使心部具有良好强韧性 加热至加热至AcAc3 3+30+305050后淬火后淬火+500+500600600高温回火高温回火, , 回火索氏体回火索氏体(3)(3)表面感应淬火表面感应淬火( (表面火焰淬火表面火焰淬火) ) 提高表面硬度提高表面硬度 表面加热至表面加热至AcAc3 3+30+305050，心部没有加热。，心部没有加热。 淬火后淬火后表面表面获得马氏体获得马氏体+ +残余奥氏体残余奥氏体, , 过渡层过渡层马氏体马氏体+F+F残余奥氏体残余奥氏体, , 心部心部回火索氏体回火索氏体 (4)(4)低温回火低温回火 消除淬火应力，低温消除淬火应力，低温200，MM回回 9轻载齿轮：轻载齿轮：45， 调质或正火调质或正火中载齿轮：中载齿轮：45、40Cr， 调质，耐磨部位表面淬火调质，耐磨部位表面淬火重载齿轮：重载齿轮：20Cr、20CrMnTi， 渗碳淬火渗碳淬火高精度齿轮：高精度齿轮：38CrMoAlA， 调质渗氮调质渗氮1011受力受力弯曲和扭转应力，且在弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。面应力最大，中心应力为零。性能性能此类零件调质时不需要此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的淬硬层为其半径的1/41/4即可。即可。选材选材多用多用4040、4545钢，重要轴钢，重要轴类用合金调质钢制造（类用合金调质钢制造（40Cr40Cr、 35CrMo 35CrMo 、42Mn2V42Mn2V等）等）二、轴的热处理二、轴的热处理12备料备料锻造锻造正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工材料：45钢工艺：轻载主轴加工工艺13中载主轴加工工艺备料备料锻造锻造正火或退火正火或退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工材料：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表面淬火及低温回火磨削磨削14轻载主轴：轻载主轴：4545，调质或正火，调质或正火中载主轴：中载主轴：4545，40Cr40Cr，调质，耐磨部位表面淬火，调质，耐磨部位表面淬火重载主轴：重载主轴：20CrMnTi20CrMnTi，渗碳淬火，渗碳淬火高精度主轴：高精度主轴：38CrMoAlA38CrMoAlA，渗氮，渗氮15三、滚动轴承热处理滚珠轴滚珠轴承承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承1、工作条件、工作条件高载荷，交变应力高载荷，交变应力高转速，一定冲击。高转速，一定冲击。16 接触疲劳破坏接触疲劳破坏2、失效形式、失效形式17塑性变形塑性变形 18磨损磨损193 3、性能要求、性能要求: :（内外圈和滚动体）（内外圈和滚动体）v高的高的硬度和耐磨性硬度和耐磨性; ;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度; ;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性; ;v尺寸稳定性尺寸稳定性滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承204 4、轴承用钢、轴承用钢: :G Cr15 含含Cr量量WCr 1.5 %滚动轴承钢滚动轴承钢高碳高碳, Wc = 0.951.15%21GCr15轴承钢制造轴承的工艺路线轴承钢制造轴承的工艺路线锻造锻造 机加工机加工 球化退火球化退火淬火淬火 + 冷处理冷处理 ( 60 80;1h )低温回火低温回火正火正火磨削加工磨削加工稳定化处理稳定化处理 ( 120 150；5 10h )225 5、热处理工艺、热处理工艺预备热处理预备热处理: :正火：正火：消除网状碳化物，细化晶粒消除网状碳化物，细化晶粒球化退火：球化退火：降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备淬火淬火: :获得马氏体组织获得马氏体组织 810810860860（温度偏高），让（温度偏高），让CrCr尽量溶入尽量溶入A A，又不致于导致晶粒粗大，又不致于导致晶粒粗大，A A含碳过高；油冷含碳过高；油冷冷处理冷处理: :获得马氏体组织获得马氏体组织, ,减少减少ArAr低温回火低温回火: :消除残余应力，保持高硬度消除残余应力，保持高硬度. .23汽车板簧汽车板簧扭转弹簧扭转弹簧大型热卷弹簧弹簧丝24工具一般包括刃具、模具、量具工具一般包括刃具、模具、量具常用钢包括：常用钢包括： 碳素工具钢、碳素工具钢、 低合金工具钢、低合金工具钢、 高合金工具钢（高速钢等）高合金工具钢（高速钢等）四四.工具热处理工具热处理模模具具量具量具刃具刃具成分特点：高碳成分特点：高碳254.1 刃具热处理刃具热处理l 性能要求性能要求 高硬度高硬度(HRC60) ：主要取决于含碳量。：主要取决于含碳量。 高耐磨性高耐磨性： 靠高硬度和析出细小均匀靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。硬碳化物来达到。 红硬性：红硬性：即高温下保持高硬度的能力即高温下保持高硬度的能力 足够的韧性：足够的韧性：以防止脆断和崩刃。以防止脆断和崩刃。l刃具用钢刃具用钢 碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T12T12（0.70.71.2%C1.2%C）木木工工凿凿手锤手锤26T12T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织球状珠光体球状珠光体碳工钢热处理及组织碳工钢热处理及组织热处理：热处理：正火正火+ +球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度，便于加工；降低硬度，便于加工； 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状态下的组织：使用状态下的组织： M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+AR R( (少量少量) )27低合金工具钢：低合金工具钢： CrWMn、9SiCr 热处理及组织同碳素工具钢，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）。只是淬火介质为油（碳工钢为水）。板牙板牙丝锥丝锥28 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线板牙板牙29W18Cr4V的生产工艺及热处理铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火+三次高温回火三次高温回火 磨削加工磨削加工高合金刃具钢：（高速钢）高合金刃具钢：（高速钢） W18Cr4V，W6Mo5Cr4V230W18Cr4V铸态组织铸态组织 420 铸造铸造:高速钢属于高速钢属于莱氏体莱氏体钢钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。钢的韧性大幅下降。31锻造锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除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。只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织锻造组织 210 32 W18Cr4V球化退火组织球化退火组织 420 球化球化退火退火:消除应力消除应力, 降低硬度，便于机加工降低硬度，便于机加工, 调整组织调整组织,为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。 球球化化退火后的组织退火后的组织 : S + 粒状粒状 Cm球化退火温度球化退火温度830880易于机械加工。易于机械加工。33淬火淬火 : : 1200120013001300 淬火后的组织淬火后的组织: :M+Cm+AM+Cm+AR R(20(2025%)25%)（温度高）（温度高） 让让C和和Me充分溶入充分溶入A，淬火后得到高合金马，淬火后得到高合金马氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提氏体高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度提高红硬性高红硬性高速钢淬火温度高的原因高速钢淬火温度高的原因34三次高温回火三次高温回火在在560560回火时回火时 , , 产生二次硬化、二次淬火，产生二次硬化、二次淬火，多次多次回火回火, ,获得更多碳化物析出让残余奥氏体转变。获得更多碳化物析出让残余奥氏体转变。回火组织：回火组织： M回回+碳化物碳化物+Ar ( 1 2 % )* *淬火后淬火后A A残约残约202025 %25 %。* *第一次回火第一次回火后后A A残约剩残约剩151518 %18 %。* *第二次回火第二次回火后后A A残约剩残约剩3 35 %5 %。* *第三次回火第三次回火后后A A残约剩残约剩1 12 %2 %。组织硬度组织硬度为为HRC65HRC65以上。以上。35 W18Cr4V钢的热处理过程示意图进展进展:现在对这种热处理工艺还不满意现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火对高速钢淬火+回火后回火后,再进行再进行TiN沉积沉积364.2 冷作模具热处理冷作模具热处理v 性能要求性能要求: :高硬度（高硬度（HRC50HRC506060）；）；高耐磨性、强度和韧性；高耐磨性、强度和韧性；热处理变形小热处理变形小; ;汽车冲压模具汽车冲压模具v 应用应用: :冷冲模、冷镦模、冷冲模、冷镦模、冷挤模、搓丝板等冷挤模、搓丝板等v 冷作模具用钢冷作模具用钢: :碳素工具钢：碳素工具钢：T7T7T8T8低合金工具钢：低合金工具钢： 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn或或GCr15GCr15高合金工具钢：高合金工具钢： Cr12、Cr12MoV（ C1.4%2.3%、 Cr11%12%）37 Cr12型冷作模具钢的热处理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）384.3 量具热处理量具热处理v 性能要求性能要求: :v 量具用钢量具用钢: :高的硬度（高的硬度（HRC62）和耐磨性，热）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。寸精度。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺碳素工具钢：碳素工具钢：T8T12低合金工具钢：低合金工具钢：淬透性高，用于精度要求较高的量具。淬透性高，用于精度要求较高的量具。 CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr39千分千分尺尺卡尺卡尺特点特点 预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。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，目的是减少下限温度淬火及冷处理，目的是减少AA。 长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度方度。淬火淬火 冷处理冷处理 ( - 70 - 80 ) 低温回低温回火火 时效处理时效处理 ( 120130,几十小时几十小时 ) v 热处理热处理: :40 CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺钢制造块规退火后热处理工艺650820840油冷油冷3h-70-80 冷处理冷处理1401603h11012036h时效处理时效处理精磨精磨3h研磨研磨温温度度时间时间41