热处理工艺——钢的热处理举例处理上课讲义.ppt
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1、热处理工艺钢的热处理举例处理1、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23.3.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
2、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31 1)渗碳齿轮)渗碳齿轮材料:材料:20CrMnTi20CrMnTi、20Cr 20Cr、30CrMnTiA 30CrMnTiA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
3、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4(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 920 920930930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+Ar+M+Ar+碳化物碳化物,过渡层过渡层:M
4、+Ar,M+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520 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6加工工艺路线加工工艺路线:下料下料 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
5、正火调质调质表面淬火表面淬火低温回火低温回火7(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
6、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 8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910二、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
7、变应力高载荷,交变应力高转速,一定冲击。高转速,一定冲击。11 接触疲劳破坏接触疲劳破坏2、失效形式、失效形式12塑性变形塑性变形 13磨损磨损143 3、性能要求、性能要求:(内外圈和滚动体)(内外圈和滚动体)v高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性;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154 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%16GCr15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
8、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)175 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 810 810860860(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
9、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.18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19三、弹簧热处理三、弹簧热处理1 1、工作条件、工作条件 储存能量和减轻震动储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷;力、交变载荷;2 2、失效形式:、失效形式:疲劳断裂,永久变形疲劳断裂,永久变形3 3、性能要求:、性能要求:高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能(塑性成型、热处理性能)性能(塑性成型、热处理性能)4 4、常用材料、常用材料 65 65、65
10、Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢等中碳钢及中碳合金钢205 5、热处理工艺、热处理工艺(一)冷成形弹簧(小弹簧)(一)冷成形弹簧(小弹簧)由强化过的钢丝(铅淬冷拔、冷拔、淬火由强化过的钢丝(铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火的钢丝)回火的钢丝)冷卷成弹簧,冷卷成弹簧,只需进行去应力退火(加热温度只需进行去应力退火(加热温度250 250 300 300),以),以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力,稳定尺寸。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(二)热成形弹簧 采用热轧钢丝或钢板制成(如汽车板簧)采用热轧钢丝或钢板制成(如汽车板簧)淬火淬火提
11、高强度,提高强度,中温回火中温回火消除应力,提高弹性极限。消除应力,提高弹性极限。淬火温度淬火温度Ac3Ac3以上,回火温度以上,回火温度350 350 450 450,组织:组织:回火屈氏体回火屈氏体大型热卷弹簧去应力退火去应力退火淬火淬火+中温回火中温回火(或采用等温淬火)(或采用等温淬火)或采用等温淬火,得到贝氏体组织或采用等温淬火,得到贝氏体组织21(三)沉淀硬化处理(三)沉淀硬化处理对于对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢,在冷拉或固溶处理状沉淀硬化钢,在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下:态下成型的弹簧。主要工艺过程如下:(1)固溶处理:固溶处理:奥氏体
12、化,获得均匀一致的奥氏体组织奥氏体化,获得均匀一致的奥氏体组织(2)成型加工)成型加工(3)调整热处理(或淬火处理)调整热处理(或淬火处理)加热到奥氏体化稍低温度,冷却,获得低碳马氏体加热到奥氏体化稍低温度,冷却,获得低碳马氏体+残余奥残余奥氏体组织氏体组织(4)深冷处理:深冷处理:使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳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)马氏体(根据需要确定)(5)沉淀硬化处理沉淀硬化处理在在480 550 保温保温1小时左右,使碳化物析出弥散强化。小时左右,使碳化物析出弥散强化。22(四)弹簧的其它强化处理(四)弹簧的其它强化处理(1 1)形变热处理)形
13、变热处理 对于对于60Si2Mn60Si2Mn、55Si2Mn55Si2Mn等中碳钢具有较高的形变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强化效果,因此这类弹簧适合于热成型+淬火淬火+回火回火(2 2)化学热处理)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。典型工艺下,化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成型热成型加工加工+淬火淬火+回火回火-化学渗处理。化学渗处理。(3 3)喷丸强化)喷丸
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