金属学及热处理 钢的热处理工艺.pptx
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1、二)共析碳钢 TTT 曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线返回第1页/共94页稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf三)在连续冷却过程中 TTT 曲线的应用V1V2VkV3V4V1=5.5/s:炉冷;PV2=20/s:空冷;SV3=33/s:油冷;T+M+A残V4 138/s:水冷;M+A残返回第2页/共94页将5mm的T8钢加热至760并保温足够时间,问采用什么样的冷却工
2、艺可得到如下组织:珠光体,索氏体,屈氏体,上贝氏体,下贝氏体,屈氏体+马氏体,马氏体+少量残余奥氏体;在C曲线上描出工艺曲线示意图。第3页/共94页5.3 钢的退火和正火 铜棒 24 mm如何消除拉拔过程中的硬化现象?电缆线 0.15 mm第4页/共94页 切削件的硬度在切削件的硬度在170170230HB230HB范围内,切范围内,切削性能较好。削性能较好。刀具具有较高的韧性刀具具有较高的韧性时,不容易发生崩刃。时,不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整?刀具如何才能具有较高的韧性?第5页/共94页季裂加工过程(铸、锻、焊、切削)产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力?第6页/共94页5.
3、3 钢的退火和正火在实际的制造过程中,常见的工艺路线如:在实际的制造过程中,常见的工艺路线如:在实际的制造过程中,常见的工艺路线如:在实际的制造过程中,常见的工艺路线如:退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺!退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺!退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺!退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺!第7页/共94页 为什么将其安排在铸铸/锻造锻造与 切削加工切削加工之间呢?为什么退火与正火有着非常广泛的应用?5.3 钢的退火和正火第8页/共94页 在铸在铸/锻造锻造/焊接之后,钢件中不但残留有铸造或锻造应力,焊接之后,钢件中不但残留有铸造或锻造应力,而且还往往存在着成分和
4、组织上的不均匀性,因而机械性能较低,而且还往往存在着成分和组织上的不均匀性,因而机械性能较低,还会导致以后淬火时的变形和开裂。还会导致以后淬火时的变形和开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象,严重影响后续的切削加工性能。也会存在硬度偏高或偏低的现象,严重影响后续的切削加工性能。经过退火和正火后,便可得到细而均匀的组织,并消除应力,经过退火和正火后,便可得到细而均匀的组织,并消除应力,改善钢件的机械性能并为随后的淬火作了准备改善钢件的机械性能并为随后的淬火作了准备经过退火与正火后,钢的组织接近于平衡组织,其硬度适中,经过退火与正火后,钢的组织接近于平衡组织,其硬度适中,有利于下一步的切削加工。有利于
5、下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高时,退火或正火常作为最终热处理如果工件的性能要求不高时,退火或正火常作为最终热处理。第9页/共94页一.钢的退火 完全退火 等温退火 球化退火 去应力退火 扩散退火 二.钢的正火 三.退火和正火的选择 5.3 钢的退火和正火第10页/共94页一.钢的退火一)定义:把零件加温到临界温度以上3050,保温一段时间,然后随炉冷却。二)目的:消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。返回第11页/共94页四)工艺参数:温 度(C)名 称Ac3 3 +3050完全退火Ac1 1+3050球化退火500600去应力退火Ac3 3 +15025
6、0扩散退火返回Ac1 1 +3050不完全退火T12 Ac1 1 730;20 Ac3 3 850;45 Ac3 3 790;第12页/共94页箱式电阻炉(周期作业式电炉)第13页/共94页(完全)普通退火加热温度:Ac3Ac3以上20-3020-30度组织:P+FP+F目的:细化、均匀化粗大、不均匀组织 接近平衡组织调整硬度切削性 消除内应力 为最终热处理作好组织准备。应用范围:亚共折钢,共析钢,不适用于过共析钢。返回第14页/共94页完全退火的缺点:完全退火的缺点:所需时间很长,特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢,往往需要几十小时解决:解决:为了缩短退火时间,可采用等温退火。等温退火:等
7、温退火:先以较快的速度,将工件加热到Ac3以上3050,保温一定时间后,先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温,使奥氏体转变成珠光体,待等温转变结束再快冷。这样就可大大缩短退火的时间。第15页/共94页可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。第16页/共94页等 温退 火加热温度:Ac1Ac1以上10-2010-20度,或Ac3Ac3以上30-5030-50度组织:P P目的:与完全退火、球化退火相同 更均匀的组织和硬度 显著缩短生产周期应用范围:高碳钢,合金工具钢,高合金钢。返回第17页/共94页球化退火(不完全退火)加热温度:Ac1Ac1以上20-3020-30度应用范围:过共析钢,共析钢
8、组织:粒状P(+球状FeCFeC3 3)目的:降低硬度,均匀组织,改善切削加工性.为淬火作准备.返回第18页/共94页均匀化退火(扩散退火)加热温度:略低于固相线温度目的:消除铸锭或者铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析,使成分和组织均匀化。应用范围:优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭。扩散退火后还需进行完全退火或者正火,以细化晶粒,消除铸造应力。第19页/共94页去应力退火目的:去应力退火目的:消除铸、锻、焊件、冷冲压件(或冷拔件)及机加工的残余内应力。残余内应力会导致:切削加工或使用中的变形和开裂;切削加工或使用中的变形和开裂;切削加工或使用中的变形和开裂;切削加工或使用中的变形
9、和开裂;降低机器的精度;降低机器的精度;降低机器的精度;降低机器的精度;甚至会发生事故。甚至会发生事故。甚至会发生事故。甚至会发生事故。去应力退火加热温度:加热至500650(A1点)第20页/共94页目的:目的:消除加工硬化再结晶退火加热温度:加热至再结晶温度以上组织:均匀等轴晶粒第21页/共94页四)工艺参数:返回第22页/共94页五)热处理后的组织:原始组织。共析钢球化退火组织(化染)700 返回第23页/共94页 T10钢球化退火组织(化染)500 返回第24页/共94页思考:确定下列钢件的退火方法,并指出退火目的及退火后的组织:(1)经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度;再结晶退火消除
10、加工硬化均匀等轴的F和P(2)具有片状渗碳体的T12钢坯;球化退火降低硬度降低硬度,均匀组织均匀组织,改善切削加工性,为淬火作准备改善切削加工性,为淬火作准备粒状粒状P+P+球状球状FeC3FeC3(3)ZG310-570的铸造齿轮(4)锻造过热的60钢锻坯。完全退火 扩散退火 如为网状渗碳体,怎么办?第25页/共94页二.钢的正火一)定义:把零件加温到临界温度以上 7050,保温一段时间,然后 在空气中冷却。二)目的:调整硬度,改善钢的切削加工性;消除应力;细化晶 粒;均匀成分;消除网状碳化物以便于球化退火;提高普通结构零件的力学性能;为最终热处理作好组织准备。三)热处理后的组织:S,T(W
11、c=0.61.4%)S+F,T+F(Wc0.6%)返回第26页/共94页四)工艺参数:温 度(C)名 称Ac3 3 +7050亚共析钢Ac1 1 +7050共析钢Accm cm+7050过共析钢返回第27页/共94页四)工艺参数:返回第28页/共94页正火的应用正火的应用n n(2 2)用于低、中碳钢作为预先热处理,得合适的)用于低、中碳钢作为预先热处理,得合适的硬度便于切削加工。硬度便于切削加工。n n(3 3)用于过共析钢,消除网状)用于过共析钢,消除网状FeFe3 3C C,有利于球,有利于球化退火的进行。化退火的进行。n n(1 1)用于普通结构零件,作为最终热处理,细化)用于普通结构
12、零件,作为最终热处理,细化晶粒提高机械性能。晶粒提高机械性能。返回第29页/共94页五)退火和正火的选择 (1 1)从切削加工性上考虑 切削加工性又包括硬度,切削脆性,表面粗糙度及对刀具的磨损等。一般金属的硬度在HB170HB170230230范围内,切削性能较好。高于它过硬,难以加工,且刀具磨损快;过低则切屑不易断,造成刀具发热和磨损,加工后的零件表面粗糙度很大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适,高碳结构钢和工具钢则以退火为宜。至于合金钢,由于合金元素的加入,使钢的硬度有所提高,故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。(2 2)从使用性能上考虑 如工件性能要求不太高,随后
13、不再进行淬火和回火,那么往往用正火来提高其机械性能,但若零件的形状比较复杂,正火的冷却速度有形成裂纹的危险,应采用退火。(3 3)从经济上考虑 正火比退火的生产周期短,耗能少,且操作简便,故在可能的条件下,应优先考虑以正火代替退火。返回第30页/共94页六)退火和正火常见缺陷、过烧、黑脆、网状组织、球化不均匀、硬度过高第31页/共94页作业何谓钢的退火?列表说明退火的种类,获得的退火组织是什么,各种退火的用途(应用范围)如何?何为正火?目的如何?有何应用?第32页/共94页三.钢的淬火一)定义:把零件加温到临界温度以上30 50,保温一段时间,然后快速冷却(大于临界冷却速度),得到介稳定态的马
14、氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法。二)目的:提高工具、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度硬度和耐磨性;结构钢通过淬火和回火后获得良好的综合力学性能.返回第33页/共94页三)工艺参数:温 度(C)名 称Ac3 3 +3050亚共析钢Ac1 1 +3050共析钢Ac1 1 +3050过共析钢返回第34页/共94页三)工艺参数:返回第35页/共94页四)热处理后的组织:M+Fe3 3C+A残残 Ac1 1+3050过共析钢 M+A残残 Ac1 1+3050 共析钢 M+A残残 Ac3 3+3050亚共析钢Wc0.5%M Ac3 3+3050亚共析钢Wc0.5%最终组织淬火温度()钢种返回第
15、36页/共94页五)淬火加热时间()的选择1、加热介质:铅浴:盐浴:火焰炉:箱式空气电炉=1:2:3;42、炉温:600700,对流加热 慢;700800,辐射加热 快3、钢的成分:含碳量和金属越多,热传导性越差,加热时间越长4、工件形状;大小5、装炉情况第37页/共94页五)淬火加热时间()的选择:=K D工 件 有 效 厚 度(尺寸最小部位)装炉量有关系数一般 K=11.5加热系数,与钢种及加热介质有关返回第38页/共94页六)淬火冷却介质1.理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf返回第39页/共9
16、4页2.常用的淬火冷却介质 名名 称称 最大冷却速度时最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温度所在温度/冷却速度冷却速度 /(s-1)650550 300200 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号号锭子油锭子油50012010050注注:冷却速度系由冷却速度系由20mm银球所测银球所测返回第40页/共9
17、4页七)常用的淬火方法单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火时间温度MsA1返回第41页/共94页八)淬火缺陷及其措施()淬火变形和开裂:都是由淬火应力造成的。淬火内应力形成的原因不同可分热应力与组织应力两种。热应力是在加热和冷却过程中,零件内外加热和冷却速度不同造成各处温度不一致,致使热胀冷缩的程度不同而产生的。组织应力是在加热和冷却过程中,零件内部组织(比容不同)转变发生的时间不同而产生的。它与工件的冷却速度有关。()硬度不足()软点()组织缺陷返回第42页/共94页九)钢的淬硬性(Hardening of steel)1.定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。2.影响钢的淬硬性的因素:主要取
18、决于 马氏体的含碳量。返回第43页/共94页十)钢的淬透性(Hardenability of steel)1 定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层(马氏体组织占50%处)的 深度。2 影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度VK 的大小,VK 越大,钢的淬透性越小。3 淬透性的测定及表示方法 曲线:位置越右移,钢的淬透性越大。临界淬透直径:钢在某种淬火介质中冷却时,其心部能淬透的最大直径。未端淬火法:用符号 表示。J表示末端淬透性,d表示至距离水冷端的距离,HRC为该处测得的硬度值。返回第44页/共94页工件淬硬层与冷却速度的关系返回第45页/共94页4.淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬
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