钢的热处理工艺简介钢的热处理工艺简介 钢的退火钢的退火一、一、钢的退火钢的退火： 将钢加热到临界点以上，保温一定时间，然后缓 慢冷却（炉冷、坑冷、灰冷）到600以下再空冷 （一）退火目的（一）退火目的1 1、降低硬度，提高切削加工性、降低硬度，提高切削加工性 经铸、锻、焊成形的工件，硬度偏高，退火 后硬度降至200250Hv。2 2、提高塑性，便于冷变形加工提高塑性，便于冷变形加工 消除加工硬化，塑性便于进行随后的冷 冲、冷轧、冷拨等（一）退火目的（一）退火目的3 3、消除组织缺陷，改善性能、消除组织缺陷，改善性能 铸、锻、焊等压力加工时，沿压延方向出现两种组 织交替层状分布（带状组织），造成钢材各向异 性，横向塑性、韧性明显降低 (带状组织？）4 4、淬火过热反修、消除偏析、脱除氧气等、淬火过热反修、消除偏析、脱除氧气等 退火消除过热影响再淬火，扩散退火消除偏析、脱 氢退火脱除氢气钢的退火钢的退火1 1、完全退火完全退火 主要用于亚共析钢，目的是细化晶粒、消除过热缺陷，塑性，便于冷加工 加热温度加热温度 t=Act=Ac3 3+ +（20502050） 加热速度、不加限制（但对高合金钢和大型件，加热不善易引起变形开裂） 保温时间 1h/25 mm 冷却冷却 保证保证A A1 1650 650 发生转变发生转变 C素钢V冷 100200/h 600出炉钢的退火钢的退火2 2、等温退火（与、等温退火（与1 1类似）类似） 奥氏体化的钢快冷至A1以下某温度并保 温，保证工件内外部在同一温度转变，使 工件各部分得到的组织和性能均匀一致。 利用C曲线确定等温温度和时间 与与普普通通退退火火相相比比：组组织织性性能能更更均均匀匀， 工艺可控性增强，尽量采用。工艺可控性增强，尽量采用。钢的退火钢的退火3 3、扩散退火、扩散退火 主要用于合金钢铸锭和铸件，消除晶内偏析，使 成份均匀化（合金元素的原子充分扩散) 加热温度加热温度 t=Ac3+(150-200) 保温时间保温时间：1015h左右 温度高、时间长、高成本工艺，不仅能耗高、 烧损，设备折旧大。且组织易过热，必须完全 退火细化晶粒,所以不是十分重要的零件或工具 不采用此工艺钢的退火钢的退火4 4、去应力退火、去应力退火 （铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件）, 在精加工或淬火前去应力（提高尺寸稳定性或防止 淬火变形开裂） 加热温度低于加热温度低于A A1 1，在500-600之间缓冷，至 200出炉钢的退火钢的退火5 5、球化退火球化退火 所有共共析析钢钢、过过共共析析钢钢都必须运用的热处理方法。共析钢和过共析钢主要用于制造硬度要求高的零件或工具，如轴承，刀具，模具，量具等。这类钢的特点是淬透性很强，即十分容易得到高硬度的马氏体，有的甚至在空气中冷却即可得到马氏体，如 W18Cr4V。 高的硬度使切削加工无法进行，球化退火硬度便于机加工，并为淬火作准备。球化退火球化退火组织：粒状珠光体组织：粒状珠光体加加热热和和保保温温所所得得组组织织要要求求：奥氏体中保留大量未溶的C化物颗粒，C浓度的显微不均匀，使C化物均匀弥散析出并球化。工艺特点：低温短时加热 t=Act=Ac1 1+ +（20-5020-50） A A1 1AcAccmcm之之间间，两相区加热，冷却要缓慢。奥氏体化越均匀充分，冷速越要小，否则冷速可大些，600出炉空冷共析钢原始组织的粗大网状共析钢原始组织的粗大网状C C化物，先正火，再球化退火化物，先正火，再球化退火钢的正火钢的正火 过程：过程：将钢加热至上临界点（Ac3,Accm）以上， 进行完全奥氏体化，然后在空气中冷却 （夏天有时吹风或喷雾）正火目的：正火目的：1、细化组织，消除热加工中造成的过热缺陷；2、用于低碳钢（C0.3%），提高硬度，改善切削性 能，硬度太低，“粘刀”，且光洁度很差。正火增 加P弥散度和伪共析量，提高硬度。3、用于高碳钢，消除网状C化物便于球化退火。（Fe C相图，网状C化物的形成）4、过热淬火件返修，大件热处理代替淬火等等，不太 重要的工件在正火状态下使用。钢的正火工艺钢的正火工艺1 1、加热温度加热温度 低低C C钢钢 t=Act=Ac3 3+ +（100150100150） 中中C C钢钢 t=Act=Ac3 3+(50100) +(50100) 高高C C钢钢 t=Act=Accmcm+ +（30503050） 加热温度高于退火，加热温度高于退火， 含含C C量量，正火温度，正火温度 含含C C多多，C C化化物物多多，相相界界面面积积大大，有有利利形形核核长长大大（形形成什么核？）；成什么核？）；2 2、冷却方式、冷却方式：空气冷却，对大件或环境温度高时空气冷却，对大件或环境温度高时 可吹风或喷雾。可吹风或喷雾。钢的淬火钢的淬火 钢的淬火：钢的淬火：将钢加热到临界点以上，保温一定时间， 然后在水或油等冷却介质中快速冷却。淬火目的：淬火目的：为了得到马氏体。马氏体回火得到最终所需要的 组织1 1、提高硬度和耐磨性、提高硬度和耐磨性，刃具、模具、量具、轴承，要求硬 而耐磨马氏体或下贝氏体 + 低温回火。2 2、提高弹性，、提高弹性，弹簧钢、要求强度高，弹性好，中C、高C钢制 造并淬火成马氏体+中温回火， 3 3、提高强韧性、提高强韧性，轴、齿轮等，要求强度高，韧性好，用中低 C钢制造，淬火高温或低温回火，提高强韧性。 齿轮的制造？总之淬火可提高钢的强度、硬度、耐磨性，强性韧性、疲劳强度等。加热温度加热温度，亚共析钢 t=Ac3+（30-70） 共析、过共析钢 t=Ac1+（3070）亚亚共共析析钢钢：完全淬火，Ac3以上，不完全淬火导致残存铁素体，（马氏体中有如“孔洞”）严重影响钢的强度，韧性。过过共共析析钢钢：Ac1Accm ,不完全淬火，使淬火组织中保留一定数量细小，弥散的C化物颗粒，以提高耐磨性（通过控制C化物数量，控制A的C浓度及合金浓度；从而控制马氏体成分，组织和性能）碳碳素素工工具具钢钢：t=Ac1+30-70, 合金钢，高合金钢，远远高于Ac1接近Accm，保证中可能高的合金浓度。（二）淬火加热（二）淬火加热淬火加热淬火加热生产中不允许过共析钢加热到生产中不允许过共析钢加热到AcAccmcm以上完全淬火以上完全淬火因为若因为若C C化物完全溶入化物完全溶入有多方面害处：有多方面害处：1、C化物完全溶入，C浓度过高，淬火时全部形成针状马氏体，脆性大。并且残 ，尺寸不稳定性。2、C化物完全溶入 ，淬火后，组织中失去硬而耐磨的C化物颗料，耐磨性3、C化物全部溶解，失去阻碍晶粒长大的C化物颗粒，易过热，淬火后马氏体粗大，脆性增大，强度下降，抗疲劳性能4、C化物溶解太多，C浓度过高，比容变化，变形 开裂倾向。5、C化物溶解太多，加剧脱C，不易淬硬，反淬裂。钢的淬火钢的淬火（三三）淬淬火火冷冷却却：冷却是淬火的关键工序，关系到淬火质量的好坏。 快冷：碳钢水冷 合金钢油冷 目的：防止过冷A在Ms点以上发生任何分解。 600400温度分解快，只要在此期间快冷，其它温度不需要，Ms点以下反而希望冷却慢些，以防止变形开裂。 冷却介质的选择原则 快冷并非越快冷越好，在保证淬硬的前提下，尽量选择缓和的介质，以减小淬火变形和开裂。 对冷却介质的要求是：要求的淬火硬度和深度、淬火变形不超过公差范围，不出现淬火组织缺陷，不开裂钢的淬火钢的淬火（四）钢的淬透性（四）钢的淬透性 钢的热处理工艺性能，表示钢在淬火时所能得到的淬硬层深度。淬淬透透性性取取决决于于奥奥氏氏体体的的化化学学成成分分（注意：而非钢材成分）、晶粒度、均匀性决定的过冷奥氏体的稳定性，或钢的临界冷却速度。1 1、奥氏体化学成份、奥氏体化学成份：C浓度越接近共析，越稳定，淬透性越 大，合金元素，淬透性（Co 除外）。2 2、成份均匀性、成份均匀性： 越均匀、淬透性越大。3 3、奥氏体晶粒：、奥氏体晶粒： 越粗大，淬透性好4 4、未溶第二相：、未溶第二相：未溶第二相越少，淬透性越高。（为什么第 二相的数量越多，淬透性越低？）（五）冷处理：（五）冷处理：室温淬火过程在零下温度的继续，零下淬 火，（通常冷却至-60 -80），目的是为了减 少残余奥氏体量，以提高硬度。 组织应力组织应力 冷却或加热中由于工件内外存在温差，使得组织转变先先表表面面后后心心部部，从而内外比容变化不同，造成“组织应力”或“相变应力”（六）淬火变形和开裂（六）淬火变形和开裂 ： 淬火变形开裂的原因是淬火应力。 淬火应 力分为热应力和组织应力，成因和作用不 同。 热应力热应力：由于工件各部分存在温度差，因 而热胀冷缩不一致所造成的内应力。钢的回火钢的回火回火回火，将淬火钢重新加热到A1点以下的预定温度，保温预定 时间，然后冷却下来。回火紧接在淬火后，决定着钢 在使用状态的组织和性能。 回火中钢组织性能的变化前已叙述，生产中实际采用的回火方式：低温回火低温回火（150200），回火马氏体，硬而耐磨，强度 高，多用于刃具，量具、冷中模具，滚动轴承等。中温回火中温回火：（400-500），回火屈氏体，（屈强比）弹性 好，弹簧。高温回火高温回火（500650），回火索氏体，强度和韧性的综合 性能高，用于轴类，连杆等，“调质”处理。高温软化回火高温软化回火，低于A1（2040），马氏体钢的软化 等，代替球化退火。 钢的表面淬火钢的表面淬火 表面淬火：表面淬火：快速加热表层奥氏体化，然后淬火，心部组织并不变化。有感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，盐浴加热表面淬火等一、感应加热表面淬火一、感应加热表面淬火：利用电磁感应现象：利用电磁感应现象 工件置于感应线圈内，线圈通电产生交变磁场，工件表面层产生巨大涡流快速加热。随后喷水或浸水淬火。电流频率越高，淬硬层越薄，（但表面升温速度快）高频： 8mm 50HZ优点：加热速度快，生产率高钢的表面热处理钢的表面热处理二、火焰加热表面淬火二、火焰加热表面淬火， （0.86mm）深的淬火硬化层。 气体燃料与在氧气或空气中燃烧（2000以上），当乙炔和氧气1：1时，火焰温度最高，可达3000，氧炔焰。优点：设备简单，使用方便成本低等。缺点：不易控制加热温度，易过热，且淬火质量不易均一。钢的化学热处理钢的化学热处理 钢件置于一定温度的化学活性介质中，使一种或几种元素的原子渗入钢件表面，改变钢件表层化学成份，获得预期的组织和性能。可利用C素钢，低合金钢代替高合金钢，降低成本。 一、钢的渗一、钢的渗C C 用于齿轮、活塞、销轴等工件，需承受弯、扭，交变载荷，冲击载荷，很大接触应用和磨损的情况低C钢件，渗C性介质(COC+CO2（放热）、（CH4C+H2（吸）、（固体渗C剂），加热至单相奥氏体区（930左右），保温足够长时间，使表面层C浓度提高，。C钢件都是C0.10.25%的低C钢（C素钢、低合金钢），而表面C0.81.1%，合适渗C层厚度。渗C后工件进行淬火+低温回火 心部：低心部：低C C回火马氏体回火马氏体+ +残残A A（或或+ +P+P） 表面：细针、隐晶马氏体表面：细针、隐晶马氏体+ +残残A A钢的化学热处理钢的化学热处理用于表面要求高硬度、高耐磨性，而心部强而韧的合金工模钢（表面Hv9501200）相当于HRC6572），超过工模具本身热处理所能得到的硬度。向钢表面渗入氮，形成富氮硬化层。表面N化物硬，由外向内，分别为Fe2N、 Fe3N、 Fe4N N浓度由外向内， 500580，温度低，时间长优点：N化物层硬、耐磨， 致密膜，耐蚀处理度低，变形小，精密仪器传统N化：NH3分解离子氮化：电离NH3（低真空），N+工件（阴极） 缩短N化时间 N化后不再进行热处理直接投入使用二、二、钢的氮化：钢的氮化：钢的化学热处理钢的化学热处理三、氰化三、氰化 C、N同渗，780860，（气体氰化），（比渗C低，比渗N高），速度大于单独渗C或N，且氮渗入渗层中C浓度，C的渗入促进N化物形成。四、渗硼、渗铝四、渗硼、渗铝渗B：进一步提高硬度（Hv14002000），高耐磨， 红硬性、抗蚀性。渗Al抗蚀性，抗氧化，H2S、HN03 、C酸