鑫洪柏精密
XINHONGBAI PRECISION
|
热处理工艺方法课程一、 平衡组织 1. 渗碳体：（雪明碳铁）Fe3C 铁碳合金化合物， 含碳量: 6.69% 2. 铁素体：（肥粒铁） α铁， 体心立方晶体.. 3. 奥氏体： （沃斯田铁） 高温平衡γ铁， 面心立方晶体. 4. 珠光体：（波来铁） 渗碳体和铁素体的共析产物. 5. 莱氏体：（粒滴斑铁）渗碳体和奥氏体的共晶产物. 二、 非平衡组织 1. 马氏体（麻田散铁） 碳在α铁中的过饱和固溶化. 2. 贝氏体 具有晶内碳析出的α过饱和固溶体. 3. 索氏体 极致密珠光体. 4. 屈氏体：回火中生成的极致密珠光体. 第一章 退火 一. 退火的分类 1.按温度分：<1 > 临界温度（AC1/AC3）以上的退火，包括完全退火、不完全退火、扩散退火、粗晶粒退火. <2> 临界温度以下的退火， 包括软化退火 、再结晶退火、去应力退火. 2. 按加热方式和冷却方式分：真空退火， 氧气退火，打包退火，盐浴退火， 感应退火，火焰退火. 3. 按退火位置要求分： 整体退火，局部退火. 4.铸铁退火： 脱碳退火， 石墨化退火， 扩散均匀化退火， 除应力退火. 二. 完全退火——一般用于亚共折钢（含C 0.8%以下） 将亚共折钢加热到AC3以上，保温一定时间，完全奥氏体化和基体均匀化，缓慢冷却至600℃，出炉，得到铁素体和珠光体组织. 目的：细化晶粒，消除应力,降低硬度,为切削加工或变形加工做准备. 1.铸造亚共折钢件或钢锭完全退火. 注意事项：<1>含C量高、含合金元素高的大件或铸锭，浇铸后要及时回火,否则极易开裂或爆炸(应在48h内进行). <2>加热和冷却速度要缓慢，其原因为铸件的组织均匀性差，加热速度和冷却速度过快，回造成组织转变的时间差，产生较大的内应力，导致零件变形或开裂。 2.一般轧材的完全退火. <1>温度AC3+20℃-30℃,当含Mo, W ,V ,Ti合金元素时,退火温度适当提高,而含Mn量较高(1.5%以上)应降低退火温度(因为Mn是容易引起晶粒粗化的元素). <2>冷却速度与组织和性能的关系. 在700℃以上冷速过慢,会造成铁素体晶粒粗大,珠光体片层过粗，切削性能下降. 在650-700℃冷速过快,珠光体细密,对一些合金钢还会发生贝氏体转变,最终造成硬度过高,加工困难. <3>冷却速度的选择. 碳钢：200℃/H . 低合金钢 ≤100℃/H 高合金钢 ≤50℃/H 在日常的生产中，当装炉量较大，难以控制冷却速度，对碳钢和低合金钢可以采用正火代替退火，来改善加工性能。 三.不完全退火.——主要用于过共析钢(0.8%C以上). 不完全退火是在Ac1与Ac3(或Acm)之间温度下加热退火的方式，此过程一定存在过剩相 (铁素体,碳化物). 目的: 细化晶粒,改善组织,去除应力。 不完全退火主要用于过共析钢，其目的是减少碳化物的溶解量,因为过量溶解会造成奥氏体稳定化，同时可以利用保留的剩余相, 还可以缩短退火时间. 注意事项: <1>冷却速度不能快,一般50℃/h；高合金钢 20-30℃/h. <2>碳素工具和低合金工具钢冷却到600℃可以出炉空冷，但高合金钢应冷到350℃以下才能出炉，以防止新的内应力和硬度偏高。 亚共析钢的不完全退火用得较少，主要用于一些容易发生晶粒粗大的钢件,如40MnB, 30 Mn2, 40CrMn, 45钢等。 四.扩散退火. 主要用于金属铸铁,铸件,锻坯, 退火温度很高, 接近液相线长时间保温. 目的: 化学成份均匀化,改善技晶组织. 主要用于大型锻件或铸锭及莱氏体铸钢件，如高速钢铸造刀具,Cr12MoV铸造的模具或大型零件； 退火温度: 碳钢: 1100-1200℃ 合金钢: 1200-1300℃ 铜合金: 700-950℃ 铝合金: 400-500℃. 一般情况下:由于扩散退火后,晶粒十分粗大,应再进行一次完全退火或正火来细化晶粒。 五 .再结果退火/中间软化退火/低温退火. 这三退火内涵很接近，温度均在AC1以下, 其作用均为降低硬度和消除内应力. 不同的是:再结晶退火和中间软化退火是专指变形材料冷作硬化的恢复和组织的恢复，低温退火没有结晶过程，而再结晶退火和中间软化退火均有再结晶过程. 再结晶退火: 材料 →冷变形加工→加工硬化、硬度增加内应力增加,、塑性下降→加热→硬度下降、塑性增加→当达到再结晶温度时→变形晶粒重新形核→得到细小等轴晶粒. 再结晶温度与变形量有关. 临界变形量:能发生再结晶反应的最小变形量(钢一般6-10%) 再结晶的晶粒度:取决于变形量. 在临界变形区时,晶粒极为粗大,变形量越大,退火后晶粗越细小。 低碳钢再结晶退火温度一般为650-700℃. 不锈钢的再结晶退火： 高铬不锈钢,再结晶温度一般在650-810℃之间.但在540-810℃长时间保温,会导致δ相(FECR)析出,造成脆性, 在475℃冷速太慢,也会造成475脆性. 避免方法: 1.加热时快速通过540-810℃，可以用900℃退火. 2.冷却时,快速通过475℃. 3.如果发生475℃脆性,可以加热到600℃，再快速冷却(水冷或风冷)恢复原有性能. 奥氏体不锈钢(镍铬不锈钢) 一般不采用再结晶退火,而采用固溶的方法,获得没有内应力和冷作硬化的单相奥氏体组织,也称回归处理. 六．去应力退火（或称去应力回火） 在再结晶温度下加热，去除部分内应力，保留冷作硬化的效果的热处理。 加工应力，指轧制应力，机加工应力；去除应力有利于零件今后工作中尺寸稳定，对热处理零件，可以减少热处理变形，一般温度600-700℃. 精密零件及模具最后加工后（包括电加工）应进行去应力退火； 热处理返工件，必须进行去应力退火. 对冷轧钢材（如钢带、钢丝）制作的零件，为防止冷变形后残余应力影响零件尺寸的稳定性，也必须进行去应力退火，温度一般为250-350℃，硬度还会稍微上升，称为时效. 七．球化退火 1.使钢材获得弥散分布于铁素体基体上的细粒状或球状碳化物的退火方法. 2.目的：<1>改善切削性能,由于球化退火消除了网状碳,化物和粗大碳化物,可以减少碳化物硬质点引起刀具的刃口崩落和脆断,改善了高碳合金钢的切削性能和加工精度. <2> 由于碳化物弥散分布，使得钢得均匀性得到提高，可以减少加热时得变形和冷却时得变形开裂 <3>由于碳化物质点细化,可以提高材料的接能疲劳寿命. 3.中碳钢及中碳合金钢一般不采用球化退火,只有在硬度要求极低,而韧性要求极高时,才采用.如冷冲压用胚料. 4.几种不同的球化退火工艺. <1>低温球化退火,
在AC1以下20℃长时间保温慢冷，这种退火适用于原材料无网状碳化物，而且珠光体片层较薄的材料. <2>一次球化退火工艺 〈3〉等温球化退火工艺
在AC1以上2030ACM以下短时间保温，使其组织部分奥氏体化后再转入AC1线以下a铁区域，反复操作，使细小碳原子形成颗粒状晶体组织—球状珠光体，容易得到良好的组织,操作困难,需要自动化控制设备
<5>正火+球化退火 大部分铸造组织很难得到细片状珠光体,当珠光体极粗或有严重网状碳化物时,直接球化往往效果不好或者难以消除网状组织,所以一般应采用正火+球化
八.保护气氛退火 1.真空退火. 优点<1>无氧化,无脱碳. <2>去油脂,脱气,净化材料 <3>变形小. 2.保护气氛退火. <1>纯氮气保护退火(一般应先抽真空)，在轧钢厂冷轧钢带光亮退火中普遍应用； <2>氮氢混合气保护退火，一般含5%左右的H2, 具有还原能力，安全、无爆炸及燃烧危险. <3>纯氢气或分解氨保护退火，具有很强的还原能力，安全性差. 3.装箱打包退火 <1>装密封箱,周围加木碳或铸铁屑,口部加耐火泥封死. <2>不锈钢纸打包退火,通常采用0.05～0.10mm厚度的304不锈钢纸，要求包要打得严密,操作技术要求较高，零件会变色但不会起皮，表面有0.02㎜深度得轻度脱碳. 九.局部退火. 对于局部淬火困难的零件必须先整体淬火再局部回火（退火）。 一般方法有: 盐浴, 感应加热 火焰 十.石墨钢的石墨化退火 在钢的基体上生成细小质点的石墨，可极大提高钢的耐磨性，这种钢称为石墨钢；石墨钢中的石墨是通过热处理退火而获得的，不是铸造中生成的。 一般的工艺方法： 950℃奥氏体化→淬火→700℃×（5～15h）低温石墨化→最终热处理（860℃淬火→150℃～200℃低温回火） 与硬度相同的淬火钢相比，耐磨性提高5～8倍，摩擦系数为淬火钢的1/3～1/4。 十一.铸铁的退火 1.脱碳退火：白口铸铁→在氧化性气氛中高温长时间保温→表面脱碳心部石墨化→获得的铸铁称为白心可锻铸铁. 缺点：温度高、时间长、组织差别大，已为可锻化退火代替。 2.球墨铸铁的石墨化退火：将球墨铸铁中渗碳体、珠光体退火石墨化,全部转化为铁素体+石墨，可大大提高球墨铸铁的塑性和韧性.
低温石墨化 高温石墨化 高-低温石墨化 可以得到全部的铁素体+石墨 3.可锻化退火. 白口铸铁→高温长时间退火→获得铁素体+团絮状石墨组织，断口呈深灰色 称为黑心可锻铸铁。 5.球状石墨退火 白口铸铁→高温石墨化→等温珠光体球化 第二章正火 一．普通正火 将亚共折钢加热到AC3+30～50℃、共折钢和过共折钢加热到ACM+30～50℃，均温后 在空气中冷却,得到珠光体组织的工艺称为正火 1.低碳钢:正火后获得细片状珠光体,切削性能较好,硬度略高于退火,同时铁素体晶粒细小,材料的韧性较好，可获得良好的综合力学性能； 一般低碳钢的板材、管材及型材大多采用正火处理作为材料出厂的最后处理。 2.中碳钢:正火可细化组织,消除魏氏组织,可代替代调质作为最后热处理状态,也可作为感应热处理的预备组织； 低合金结构钢（如40Cr）用正火代替调质还可改善加工切削性能. 3.过共析钢（工具钢、轴承钢、渗碳钢）可用正火消除网状渗碳体. 4.铸钢件正火可细化组织,改善切削性能. 注意:加热须缓慢,加热温度应高一些. 二.等温正火. 在S曲线鼻部等温(550-600℃),完成转变,可以获得比等温退更很细的珠光体组织,组织均匀,变形小. 一、 水冷正火. 用水冷代替空冷，主要用于含碳量很低的大型铸钢件(0.15%以下) 目的:增加珠光体的数量和细密程度,减少铁素体量,可以使强度、塑性和低温脆性同时得到改善. 二、 风冷正火,包括雾冷. 用强风吹,用于大尺寸的锻件或工件堆放较密集的情况. 五、 多次正火→用于大型锻件,代替均匀化退火. 通常两次以上,第一次用高温AC3+100～160℃.第二次用较低的温度,AC3+25～50℃,并增加一次回火700℃. 六． 球墨铸铁的正火 目的:增加基体中珠光体的含量,使淬火后强度,硬度,耐磨性都得到提高，主要应用于汽车、拖拉机、柴油机的曲轴连杆等重要零件。 1.完全奥氏体化正火. 常用温度：AC1′+（50～70℃） 冷却方式可以空冷，也可以风冷和雾冷；
组织：珠光体+牛眼状石墨 → 正火后应进行550~600℃回火 2.不完全奥氏体化正火. 也需要550～600℃回火. 组织:珠光体+少量块状铁素体+球状石墨. 保温时间: 如原绐组织中铁素体多,可用较长保温时间,并提高温度. 加热速度: 75～100℃/H 正火液: 用液体来正火,均匀.温度可控,表面质量好.
第三章 淬火 1.定义：将钢或合金加热到一定温度，获得相应高温组织，然后快速冷却，获得远离平衡状态的不稳定组织的热处理工艺. 淬火是强化钢和合火的主要手段。 钢→获得马氏体. 合金→获得单一固溶体 2.分类： <1>按温度分:完全淬火,不完全淬火,亚温淬火,低温淬火. <2>按加热方式:空气,盐浴,可控气氛,真空，感应,二次加热，阶梯式加热. <3>冷却介质,单液,双液,空冷,高压气冷. <4>冷却方式:连续冷却淬火,预冷淬火,分级淬火,等温淬火. 3.临界冷却速度:获得马氏体组织的最小冷却速度.
1.加热到AC3以上，以大于临界冷却速度的冷速急速冷却，得到马氏体组织的热处理方法，淬火后，钢的强度、硬度及耐磨性均得到提高。 2．温度，AC3+30～50℃ 上限温度：适用于形状简单的零件。 下限温度：适用于形状复杂，易于开裂的零件。 3．与冷却介质的关系。 当采用缓慢的冷却介质，可适当提高淬火温度 4．保温时间的计算 经验公式：t=a·K·D. t:保温时间（分） a：加热系数.分/mm k: 修正系数 D: 工件有效厚度mm 1)有效厚度.D. 板料---料厚 棒料----直径 正方形---边长 矩形----最薄的高度 筒形---壁厚 锥形----距小头2/3高度处的直径 2)加热系数 .a. 气体介质. 真空. 盐浴 碳钢 1.0-1.5 1.2-1.8 D<50 0.3-0.4 D>50 0.4-0.5 合金钢 1.2-1.8 1.5-2.2 D<50 0.4-0.5 D>50 0.5-0.55 3)修正系数. K 与装炉方式相关.
d.方形件等分装炉. K=2 e.方形件较密装炉. K=2.2 二.不完全淬火.----专指过共析钢(高碳钢) 1、 淬火温度：AC1 + 30 – 50℃ 2、 优点：a.保留一定的碳化物，使钢获得最高硬度的同时，耐磨性最好. b.由于碳化物没有完全溶解，奥氏体中含碳量和合金元素量不很高,淬火后残余奥氏(A)体数量少,有利于提高硬度和耐磨性. c.晶粒细小,淬火后,力学性能好. d.淬火温度低,氧化,脱碳少,变形小,开裂少. 3、不完全淬火主要用于碳素工具钢和低合金工具钢。
与用途有关， 如M2高速钢,如果用于刀具，则希望增加红硬性,需要较多的溶解合金和碳，应选择较高的温度.1200-1220℃ 如用于做模具,则希望较高的韧性和硬度,必须获得较细的晶粒度，则采用较低温度.1180℃ 三.亚温淬火. 1.亚共析钢的不完全淬火,称为亚温淬火： 淬火温度在AC3与AC1之间，常用为AC1+30～50℃
2.金相组织:少量游离铁素体+马氏体+弥散细小的残余奥氏体. 3.优点:(1)极细的奥氏体晶粒. (2)磷等有害物质保留于铁素体晶粒内,而不在奥氏体晶界上,因而提高了钢的韧性,降低了冷脆转变温度,并可以减少回火脆性. (3)保留少量残余奥氏体,使钢的脆性减少. (4)变形小. 4.亚温淬火的工序选择. (1)上道热处理工艺的影响：上道工序为退火或正火时,不能改善钢的韧性,而调质后再进行亚温淬火,效果最好. (2)升温程序的影响：若从AC3以上进入AC1+30-50℃,则不能细化晶粒,强韧性的效果也不明显,从低温直接进入亚温度,效果较好. 举例: ①25Cr2Ni4MoV常规淬火与亚温淬火性能比较 常规淬火调质:840℃油淬+620℃二次回火,脆性转变温度为220℃. 亚温淬火:845℃油淬+750℃油淬+570℃回火，脆性转变温度为-10℃ ②在结构钢中，为了降低材料冷脆倾向,常常加Ni为9%,如果用亚温淬火,Ni可以减少到6%. 四.低温淬火. 在AC1温度以下强烈淬火----获得表面压应力,提高疲劳抗力,可以使缺口疲劳极限提高一倍. 低温淬火必须在完全退火后进行. 五.余热淬火----节能,提高生产效率. 1.渗碳后直接淬火(如可以在渗硼、渗钒、渗铬后) 缺点:晶粒较大,变形较大,用于非重要件. 2.锻热淬火 在普通热处理(淬火+回火)中，强度和硬度的提高总会带来塑性和韧性的下降. 而锻造余热淬火,可以使强度和冲击韧性同时提高,是非常可贵的. 这种工艺也称形变热处理:但控制和操作难度较大. 3.铸热淬火. 铸件在脱模后,铸件尚有AC1或AC3以上温度,可直接淬火,对脱模要求较高，一般用于机械化脱模设备上. 六.二次加热淬火. 重要的渗碳件应在渗碳后冷却重新加热淬火. 低碳钢渗碳后二次淬火的温度一般为760-780℃，低碳合金钢稍高。 七.预热淬火-----阶梯式加热 主要针对高合金钢和大型的铸锻件,目的:减少加热引起的热应力,减少变形. 加热温度的一般选择: 第一次预热500-650℃,时间为最终加热时间4倍; 第二次预热800-850℃,时间为最终加热时间2倍. 真空炉加热时由于缺少热传导介质,一般均采用阶梯式加热. 八、局部淬火----区别于整体淬火,只淬零件的一部分 方法:1.局部加热后整体淬火，局部加热的方法:盐浴,高频,铅浴； 2.整体加热后局部淬火 九.气氛保护光亮淬火 1.还原性气氛----设备：网带炉,密封多用炉 2.氮基气氛(氢氮混合气氛) ----设备:钢带炉,密封箱式炉 3.注意事项: ①清洗与淬火后光亮度密切相关 ②要用光亮淬火油 十.真空淬火----采用真空炉加热,淬火 1.淬火方式:油淬,水淬,气淬(可有不同的淬火压力,如5bar，10…，20，30bar) 2．特点：（1）淬火的表面质量好，---原因：其空脱脂，脱气等作用。 （2）变形小，一般为普通淬火（盐浴）的1/3-1/10 原因: a.加热缓慢,热变形小 b.不需要移动（吊、夹）零件 c.冷却较缓慢，气淬时压力是可调的，而冷速与压力相关； (3)可以提高零件,模具的使用寿命,和盐浴相比,模具寿命提高30-40%,一些刀具,刀具可以提高3-4倍 原因:无氧化,不脱碳,加热均匀,冷却均匀,机械化操作,减少人为因素. 3.注意事项 (1)在高温和高真空状态下加热，合金元素易挥发,需适当通入保护气. 对于一些低熔点合金,不能用真空炉加热,如黄铜（铜锌合金） (2)冷却能力与压力的关系 ①低淬透性钢,如45#、40Cr在真空炉中油淬，常常淬不硬，这时需增加油池面的气压； ②气淬目前还不能用于低淬透钢,只能用于高合金钢和空淬钢； ③淬硬能力还与零件的尺寸有关. (3)高温油淬的渗碳问题 当高温零件直接淬入油中，会造成淬火油的分解，分解过程中产生的活性碳原子会对零件表面造成瞬间渗碳，淬火温度越高这种作用越明显，这样对表面直接使用的零件会有影响。 十一.简易保护淬火 1. 打包:不锈钢纸(0.05-0.10mm)打包---加热---拆包---淬火,用于单件和小批量生产. 注意事项:(1)打包要严,包不能破损. (2)为吸收包内的残余空气,加入干燥的纸张,但不能用油纸—会造成渗碳. (3)一般脱碳层为0.02-0.05mm 2.涂料保护淬火 表面涂上高温防氧化涂料----目前这种涂料已商品化。 十二.电加热淬火----瞬间加热,自激淬火 电加热方法:1.感应表面加热.
3.电脉冲加热 脉冲电流加热 等离子射线, 能量射线——电子束、激光 用于极小,板薄零件,或只淬零件尖,薄部位. 4、通电加热----将零件放入电回路中,通电短路,加热,如一支ф22 X 1000轴,加热只需3分钟. 十三.盐浴加热淬火,用融熔的盐浴加热工件. 1. 优点:加热快,比空气炉、真空炉快很多倍,氧化、脱碳少,由于悬挂而变形小. 2. 对盐的要求:(1)流动性好. (2)粘性小,易清洗. (3)没有强烈的腐蚀作用. (4)不挥发有毒物质. 十四.单液淬火：在一种介质中冷却淬火（水，油为主） 方法简单，适用于机械化操作（连续炉，真空炉），还适用简单零件 1. 各种水、油的冷却能力 ℃/秒 高温区(650-550℃) 低温区(300-200℃) 水(18℃) 600 270 水(50℃) 100 270 水(74℃) 30 200 10%Nacl水溶液 1100 300 矿物油 150 30 空气 3 1 压缩空气 30 10 2. 淬火浸入方式----对开裂、变形起关键作用 常用的方法: (1)细长轴,垂直下水(油) (2)尺寸不均匀零件,先下厚壁位,然后再下薄壁位,薄的沟槽位应加以保护,以减慢冷却速度； (3)有半封闭型腔的零件，应开口向上； (4)圆盘形零件，薄扁平面直立下水； (5)薄壁圆环形零件，轴向下水 十五、双液淬火
在高温区以较快的冷却方式避过S曲线的鼻部,过了鼻部后,采用较慢的冷却方式. 优点:淬火的热应力和组织应力大大减少,降低开裂和变形的倾向； 1. 介质:水-油, 水-空气, 油-空气, 硝盐-空气, 水-硝盐, 油-硝盐 2. 在第一介质中冷却时间的决定是关键所在 水冷:5mm/秒计 盐水:10mm/秒计 3. 单槽双液
适用于单品种连续生产 1. 间断淬火---多次在双液中反复淬火,可减少变形. 十六.其他淬火方法. 1. 动液淬火：对淬火液进行机械搅动,或用超声波振动---可增加淬火液的冷却能力,同时变形也会增加 2. 喷液淬火 3. 悬浮液淬火. 水---玻璃珠 水---小铝球或铝屑 具有水、油二淬的复合功能,在高温区与水相似,低温区与油相似 十七.冷处理 1. 冷处理的机理：当钢的含碳量和合金含量较高时,Mf点(马氏体转变终止点)将降到零下,使淬火在室温条件下不能完全转变,零件内残余较多的未转变的奥氏体，采用深度冷冻的处理方法,可以使转变继续进行下去. 2. 冷处理的时机. 1) 一般来讲,在淬火后立即进行. 2) 对一些容易开裂的复杂零件,可以先回一次火,再进行冷处理. 3) 冷处理后必须进行回火,以消除新生淬火马氏体. 3. 二种常用的冷处理制度. 1) 普通冷处理(一般称深冷)-80℃,----采用制冷机实现 2) 超低温处理(一般称超深冷)-196℃------采用液氮实现 十八.马氏体分级淬火 分级温度:Ms点以上10-20℃,减少变形,开裂,同时具有较高的冲击韧性. 十九.马氏体等温淬火 等温温度:Ms点以下50-100℃. 特点:变形小,综合力学性能好. 二十.贝氏体等温淬火
1. 等温温度:一般230-250℃,各钢种不同 2. 等温时间,一般通过试验决定. 3. 获得组织为下贝氏体 4. 优点:可使钢获得高强度和高塑性的良好配合,淬火内应力极小,变形和开裂倾向很小,常用于合金结构钢,工具钢制作精密零件、刀具,一般不用回火,但尺寸受淬透性限制. 5. 对于中碳钢（45）中碳低合金钢（40Cr）等淬透性差的材料,只有在很薄的零件才能实现(<3mm)应用时还需提高淬火温度. 65 可以淬透的最大厚度 5mm 65Mn 可以淬透的最大厚度 8mm 70MnMo 可以淬透的最大厚度 16mm 二十一.等温分级淬火
二十二.碳化物细化淬火----过共析钢 研究发现,如能获得更细的碳化物颗粒,材料的接触疲劳,多冲寿命和耐磨性会得到提高,因而发展一种新的热处理工艺-----碳化物细化淬火. 1. A工艺（GCr15）
1. B工艺（GCr15）
二十三.晶粒超细化淬火 晶粒度与强度密切相关,晶粒度越小,强度越高,晶粒度小于10级,称为超细晶粒钢. 工艺上采用的方法——快速循环晶粒超细化淬火法。 1. A工艺 用铅预加热----淬火---再加热---淬火,反复4次以上,晶粒度由普通淬火的6级细化到12级.
2、工艺B——摆动式
二十四.一些特殊的淬火工艺. 1. 低碳钢的强烈淬火----低碳马氏体的应用,强度高而韧性好. 2. 中碳钢过热淬火------板条马氏体的应用,改善断裂韧性. 二十五.固溶化处理.(固溶处理) 1.以强化为目标,先固溶再时效, 固溶是时效强化的预备工序. （1）有色金属,铝、铜、镁、钛，如铍铜、7075铝合金； （2）时效硬化型不锈钢。 2.以改善铸态或锻造中强化相的不均匀分布,降低硬度、提高抗蚀性或导电性能. 如奥氏体不锈钢,过渡型不锈钢. 工艺方法：高温加热,使强化相全部或大部溶入固溶体，并以快速冷却（水、空气）. 二十六.水韧处理----用于高锰钢处理 高锰钢(Mn:10-14%,C:0.9-1.3%)也称Mn13钢； 在单相奥氏体状态具有很高的加工硬化能力,硬度可以由HB170-200,增加到HB450-550. 但在铸造或压力加工中常会出现碳化物,沿晶界析出,或在滑移面析出从而使零件的硬件增加,脆性加大,耐磨性下降. 使高锰钢获得单一奥氏体工艺,称为水韧处理.工艺为1000--1100℃--快速水冷 淬火中冷速越快,越不易出现裂纹,只会引起变形增加，原因为冷速较慢时,碳化物沿晶界析出,晶界脆化,造成开裂. 水韧处理,一般不进行回火,使用中应避免250-300℃的工作条件,否则会出现碳化物在晶界析出,使脆性增加,或奥氏体少量转化为屈氏体,造成冷作硬化能力下降； 如果需要改善切削性能,可进行600-650℃高温回火,加工后,再做水韧处理. 第四章: 回火与时效 1.定义: 回火：淬火(正火)状态下的钢材,再加热处理AC1以下某温度保温一定时间,然后以适当的速度冷却到室温的热处理工艺. 时效: 指固溶状态的过饱和固溶体,在室温或很低的温度下保持较长时间,发生合金元素的偏聚或强化相沉淀的工艺方法. 2.目的: 回火：使淬火的不稳定组织转化为比较稳定的组织,适当降低硬度和强度,提高塑性和韧性,减少或消除内应力. 时效:强化材料； 纯铁和低碳钢冷变形后的时效会造成C、N、O等元素的自然沉淀,生成碳化物和氮化物,使硬度上升,磁性能变坏，对纯铁的影响较大；对低碳钢由于所增加的硬度很微弱，所以一般没有影响，有时还可以合理利用. 一.低温回火. 150-250℃温度内回火,称为低温回火. 目的:保持高硬度,降低内应力. 主要用于:1.碳素工具钢、低合金工具钢制作的高硬度工件(HRC-56-64) 2.渗碳、碳氮共渗零件(HRC58-62) 3.高频淬火零件 低温回火一般时间较长(2-4H) 二.中温回火. 回火温度在250-500℃之间,归为中温回火. 1. 主要用途: <1>各种弹簧,可以获得较高的弹性极限和屈服强度,同时使塑胶性和韧 性得到改善. <2>锻造用模具, 5CrMnMo ,5CrNiMo
回火脆性的发生温度,因钢种不同而不同，一般中、高碳钢在300℃左右. 弹簧的使用性能为弹性极限，一般工作中受冲击力很少，所以第一类回类脆性在弹簧应用上可以不考虑。但模具（尤其是冲模）则要十分小心，原则上应避开回火脆性区。
可逆回火脆性是指重新回火后采用快速冷却的方法可以遏制脆性的再次出现，即这种回火脆性是可逆的. 对一些低合金中碳钢、弹簧钢,第二类回火脆性温度为400-500℃,这类钢中温回火后要水冷油冷,这些钢包括65Mn,、55Si2Mn,、60Si2Mn 、60Si2MnW、60SiCrV、55SiMnMoV、55SiMnMoVB、55SiMnMoVNb. 三.高温回火. 回火温度在500-600℃之间的回火归类为高温回火. 1. 结构钢的高温回火目的是在降低硬度、强度、耐磨性的情况下,大幅度的提高韧性和塑性,得到比较好的综合机械性能. 合金含量高的结构钢和工具钢在高温回火时,会出现特殊的二次硬化现象. 原因:碳化物弥散析出. 由于高温回火可以明显的降低淬火的残余应力,二次硬化又使硬度得到恢复,二次硬化钢广泛应用于模具生产上,尤其是热处理以后需要进行大规模的加工(线切割,放电加工)的模具普遍应用. 1. 高温回火中的第二类回火脆性. 当合金钢种含Cr, Mn, Ni等元素,在500-600℃回火会出现严重的第二类回火脆性,这类钢回火应快冷(油泠) 含Mo的钢对第二类回火脆性不敏感,可以空冷.
1. 中碳结构钢淬火后在500-700℃高温回火,这种工艺称为调质. 2.调质处理的优点. <1>和正火相比,在应力、强度相同的情况下,调质处理的材料塑性可大幅度提高,(50%-100%),组织均匀性大大优于正火. <2>可以获得满足一般的机械加工(车,铣,钻,刨)能够接受的最高硬度和强度. <3>对较大的动载荷、复合应力条件下工作的零件,如轴,连杆,螺栓,可以使强度和韧性实现良好的配合,经常作为最终热处理的手段. 3.调质热处理的应用注意事项. <1>零件在完全淬透(得到单一的马氏体或贝氏体)的条件下才能得到均匀的调质组织,如不能完全淬透,将出现残余的铁体或珠光体,其疲劳强度和屈服强度将明显下降(硬度相同). S45C 水淬 淬透直径ф40. 40CrNiMo ф100 . 3Cr2Mo ф120 所以较大型的零件,不要采用淬透性较差的碳素结构钢(45 40Cr) <2>调质的时候,牺牲了大量的强度,不利于材料潜力的发挥. <3>调质常常用于最终淬火的预备工艺,可以大大减少变形,还可以同时改善切削性能和精加工的表面光洁度. <4>表面处理的零件:可以用调质来改善芯部的组织,(如高频淬火、氮化、火焰淬火、低温氮碳共渗)
1.在装有振动台(频率80-300HZ)的钟罩式炉中,边振动边加热回火,称为振动回火. 2.用途:主要用于铸钢,铸铁,铸造的有色金属的去应力. 3.去应力效果: 以35#铸钢为例：860℃水淬,560℃回火1h. 未加振动, 残余内应力为5.6㎏/mm2 加80HE振动，残余内应力为4.15kg/mm2 150HZ振动，残余内应力为1.55kg/mm2 250HZ振动，残余内应力为1.4kg/mm2
某些高速齿轮工作温度较高，达350-370℃，并要求耐磨（HRC58）.
材料举例： 13Cr3NiWMo2V.
高碳高合金钢淬火后，会保留较大数量的残余奥氏体（30-90%），回火时淬火马氏体转变为回火马氏体，并有细小碳化物析出（这是二次硬化的主要原因），使马氏体体积收缩，这样在淬火时受马氏体挤压而陈化的奥氏体获得了转变的体积空间，并在冷却时开始转化为马氏体，新生的马氏体再次发生体积膨胀，使尚未来得及转变的奥氏体再次受到挤压，变成残余奥氏体，也就是说一次回火后，仍会保留较多的残余奥氏体，必须进行第二次和第三次回火，甚至更多（视对残余奥氏体的数量要求而定）。 以高速钢为例，三次回火后，残余奥氏体会从淬火状态的25%下降到3%，硬度提高1-2HRC. 某些大型复杂的零件，在回火冷却过程中会产生新的热应力，尤其是快冷时，这时应采用较低温度再进行一次除应力回火，这种情况也属多次回火。 八. 去氢回火. 电镀零件在酸洗的时候，H+渗入工件表面，造成氢脆，电镀后进行回火，把H+排出去，称为去氢回火.
除氢的时机：应在H2分子团聚之前进行，一般应在电镀后24H之内进行，（日本规定在2H之内进行） 温度一般不超过回火温度，可以用120℃×8H， 200℃×2H.
利用回火过程中组织转变时发生原子移动，用外力使这种位移向某个方向固定，从而纠正淬火中发生的变形. 加压时采用设计的专用工装.有时候正常加工中无法达到的精度，须依靠装夹回火来实现。 注意事项：1.工装要耐回火，在相应的回火温度下不发生组织变化并有足够的强度和精度. 1. 一般情况下，须二次加压，即在回火一半时将夹具再收紧一次. 2. 脆性很大的零件不能直接上夹具，要先在200℃回一次火，否则会 发生断裂或夹裂。 3. 回火校变形的最低温度为230℃，230℃以下回火夹变形几乎不起 作用。 十、局部回火 对零件的某个部位进行专门的回火，以满足此部位的性能需求。采用的工艺方法：感应，火焰，盐浴，铅浴。 局限性：只能用于对硬度要求范围比较宽的零件。如果要求内外一致（硬度）及硬度范围小，生产会很困难。 十一、过饱和固溶体的时效 过饱和固溶体在一定条件下会发生沉淀型晶内析出——称为时效。 1、自然时效——仅限于某几种铝合金、镁合金，即在自然条件下，强度会随时间缓慢上升，到一定数值后会趋于稳定。 时间大约为100h（可以利用这段时间进行加工，因塑性好）。
人工时效——把淬火状态的过饱和固溶体，加热到一定温度，使其分解析出，达到强化和稳定组织的效果。 1、峰值前称为欠时效， 2、奥氏体耐热钢和镍基耐热合金的二次或分段时效——目的是提高耐热性 十二、铸铁稳定化处理——消除铸造残余应力 1、自然存放时效，一般一年以上 2、人工时效 a) 灰铸铁 530-550℃，4-8h b) 合金铸铁 550-570℃，4-8h 注意：1.温度不要超过600℃，防止渗碳体分解。 2.加热和冷却要缓慢。 十三、奥氏体稳定化处理 1、对几何尺寸要求很高的零件（如丝杆、导轨、量具），须保证回火后组织中的残余奥氏体在使用中长期稳定，要进行奥氏体稳定化处理。 2、奥氏体不锈钢的稳定化处理——提高抗晶间腐蚀能力，一般固溶处理后再进行一次稳定化处理。 第五章 感应表面处理 一、感应加热的原理 1、电磁感应 感应圈中通过交变电流→周边产生交变的磁场→在磁场中的导磁材料（铁）产生同一频率的感应电势→在工件内部产生涡流→引起发热 2、集肤效应 涡流由表面向中心呈指数规律的衰减。电流频率越高，涡流越向表面集中。 3、失磁效应 当工件表面达到723℃时，发生体心立方晶格向面心立方晶格的转变，面心立方是非磁性晶体，磁涡流突然变弱，这时集肤效应把磁场涡流引向稍内层的没有转变的体心立方晶格。结果是加热向深部进行，同时保护了表面不会过热。 4、感应加热的分类 1）高频： 8-250kHz，其中50-60kHz称为超音频。 2）中频： 500-8000Hz 3）工频： 50Hz 5、感应加热淬火的优点 1）速度快，零件表面无脱碳（有氧化变色）。 2）变形小。 3）易于实现局部加热。 4）易于实现自动化生产。 5）硬度高，耐磨性好，同材质較普通淬火高2-5HRC。 6）造成表面压应力，提高材料零件的疲劳抗力。 7）工艺时间短，生产率高。 6、常用于感应加热的材料 1）中碳钢： 35，40，45，50，55，60。 2）中碳结构钢： 40Cr，40MnB，30CrMo，42CrMo，42SiMn，5CrNiMo。 3）高碳钢： T8（SK5），T12（SK4）。 4）高碳低合金工具钢： GCr15（52100），9SiCr，9Mn2V（油鋼）。 5）表面滲碳零件。 7、不适合做高频处理的材料 1）淬火温度高于900℃的材料，如：Cr12，Cr12MoV，D2，D53，高速钢，马氏体不锈钢，3Cr13，4Cr13。 2）导热性、导磁性很差的材料，如材料中碳化物过多，常温下奥氏体过多的材料，如：双相钢，高锰钢。 二、高频表面淬火——应用最广泛的工艺 1、工艺参数 频率：200-300kHz 功率：30-100kW 硬化深度：1-2mm 加热速度：200-1000℃/秒 2、特点：硬度高，比普通淬火高2-5HRC，耐磨性好，组织细化，压应力较大，疲劳强度高，缺口敏感性小。 3、应用：广泛应用于轴类、齿轮、机床导轨、螺杆。 4、高频处理前的预备热处理 主要是保证心部组织、强度，应进行事先热处理，还会对表面获得均匀的马氏体有益。 常用的工艺方法：调质，正火 调质：心部硬度较高，性能好。 正火：机加工性能好。
三、中频表面淬火 1、工艺参数 频率：1000-10000Hz 功率：100-500kW 硬化深度：2-10mm 2、特点：应用和高频相似，适用于大、中型零件，对小零件可进行穿透性加热。 四、工频加热 1、工艺参数 频率：50Hz 功率：1000-2000kW 硬化深度：>15mm 2、特点：加热速度慢，<10℃/秒 3、应用：大型工件，如冷轧辊、钢轨、大型车轮热处理、金属熔炼、锻件加热， 五、感应加热的加热方式 1、一次加热：将需要淬火的表面同时加热→同时冷却 2、连续加热：零件在感应器中连续运动，边加热边淬火。 3、断续加热：加热→停止→再加热→反复数次→淬火 目的：加深淬火层深度。 六、感应加热的冷却方式 1、喷液式冷却方式：一般与机械运动配合。 淬火介质：水、乳化液、可溶性有机水溶液，压缩空气，雾。一般不用油。 水一般用于淬透性较差的碳钢及形状简单的零件，可通过改变水温和水压来改变冷却速度，并可通过改变机械运动的速度来调整淬硬层的深度。 乳化液及可溶性有机水溶液适用于合金钢及形状复杂的零件，以减少开裂及变形，但淬火液回收比较困难。 2、浸液式冷却方式：一般用于一次加热。 3、埋油淬火：将零件与感应器一起沉入油槽内，通电加热后，零件在油槽中直接冷却。 特点：变形小，开裂少。 七、感应复合热处理 1、渗碳感应表面淬火——即渗碳后再进行感应表面淬火的热处理方法 目的： 1）提高表面硬度和耐磨性（利用感应加热的超硬度现象）。 2）提高疲劳强度（压应力效应）。 3）改善硬化层分布，强化齿轮的齿心硬度。
普通渗碳 渗碳感应表面淬火 4）应用于局部渗碳淬火——可免除镀铜保护。 2、渗氮感应表面淬火 目的： 1）可以大幅度提高表面硬度和硬化层深度。 如：调质处理+气体氮化60h+高频
2）抗蚀性提高。 3）抗疲劳性能提高。 4）抗中温软化能力提高。 第六章 化学热处理 将钢在某种活性介质中加热到一定温度,使活性元素渗入工件表面或在表面形成化合物的覆盖层的工艺方法. 目的:提高钢的耐磨性,抗蚀性及接触疲劳抗力. 分类:一般以渗入的元素(非金属元素C、N、B、S或金素元素Cr、V)来分类 一、 渗碳. 在高碳介质中、使碳渗入低碳钢（0.12-0.3%）或低碳合金钢的表面，形成表面高硬度，心部高韧性的工件，可大大提高工件的耐磨性和疲劳强度。 常用温度：900-950℃. 表面碳浓度： 0.8-1.2%. 深度：浅层渗碳：0.3㎜以下. 一般渗碳： 0.5-1.2㎜. 深层渗碳： 1.2-2.0㎜. 超深层渗碳： 2-8㎜.
组织： 缓冷后组织，珠光体+少量碳化物（粒状或不连续的细网状） 淬火后： 马氏体+细小碳化物 回火： 一般采用低温回火。
渗体速度为0.10-0.15㎜/小时. 注意事项：1>零件与零件之间,应留5-10㎜间隙. 2>零件与容器壁之间,应留 30-40㎜间隙 3>渗碳剂稍稍夯紧. 4>容器最后要密封(可用耐火泥,也可用不锈钢纸) 缺点:劳动条件差,渗层深度和碳浓度波动大,已少用. 2.膏剂渗碳 将渗碳原料(炭粉、碳酸盐及黄血盐)用水玻璃或浓机油调成膏状，涂于工件表面。 1》 封箱式
2》 高频式 将涂好膏剂的零件置于高频感应圈中加热，渗碳速度极高,1200℃、1分钟可以达到0.46㎜，适用形状简单，要求不高的零件. 3.液体渗碳 在液体介质中进行渗碳 特点：速度快，原因是介质中活性碳浓度高,质量均匀，易于操作,灵活性好. 缺点:过大,过小的零件难以操作. 有些介质采用剧毒氰盐(或反应过程中会产生氰盐).
1>滴注式气体渗碳. 将液态的碳氮化合物滴入或注入封密的高温渗碳炉内,碳氢化合物分解成CH4、CO、H2及少量CO2、H2O，其中CH4和CO与钢件表面接触发生分解，析出活性碳原子[C]渗入钢件. 对液体的要求：产气量大，渗碳能力高，杂质少，不易形成碳黑. 常用介质分为两类 一类称为载气（稀释气）产气量大，用于初期排气，保持炉内正压，常用甲醇、乙醇. 另一类称为渗碳气（富化气），产生大量的CH4，常用煤油，甲苯、丙酮、醋酸乙脂等. 碳势概念（CP值），气氛渗碳能力衡量的标准，常用为0.8-1.0%，1.0±0.2%； 滴注式气氛可通过调整二种液体的比例（滴量）来实现碳势的调整，控制的方法 ——滴量器 /电脑滴速仪. 滴入式：一般用于非连续炉，井式炉，可采用电磁阀实现碳势自动控制。。 注入式（用流量计）一般用于用气量较大的连续炉，可采用电磁阀实现碳势自动控制。 2>通气式气体渗碳： 采用的载气通常有:甲醇裂解气，天然气和石油液化气与空气燃烧的气氛，氮气. 富化气通常有:天然气，液化石油气，丙酮、二甲苯或醋酸乙脂的裂解气. 比例:富化气:稀释气=1:8～1:30之间 通气式气氛:主要用于密封箱式炉或连续炉. 碳势控制的方法: 露点法、CO2红外线法、氧碳头法。 3>真空渗碳 在真空和半真空交替的条件下,进行脉冲式渗碳,实际上是一种低压脉冲渗碳. 特点:可以使用高温1030-1050℃，渗碳时间显著缩短,一般为气体渗碳的1/2 清洁:采用气体一般为氮气+乙炔.
在含有活性氮的介质中,便[N]渗入工件表面,或在表面形成氮化物. 目的:提高表面硬度,提高耐磨性,提高疲劳强度和红硬性. 另一类抗蚀氮化:目的,提高表面抗蚀性能. 工艺参数:温度, 450-600℃(无相变发生,变形小) 时间:一般为20-80小时 组织:最外层为化含物层,Fe2N(ε)Fe4(γ′)及合金氮化物（AlN、VN、Mo2V、CrN）. 内层(过渡层):为N的固溶体 硬度:随材料不同而不同.
40Cr HV 500-650 40CrMo 600-700 38CrMoAl 1000 3Cr2Mo(P20) 650-800 NAK80 800-1000 SKD61 800-1000 D2/DC-53 900-1100 高速钢: 1000以上 不锈钢(304) 1000-1200 注意事项: a.要获得高硬度可选择含有强氮化物元素如Cr、Mo、V、Ti、Al的钢材； b.氮化后，一般不进行加工，因此心部硬度要在氮化之前调整到位，并且要保证在氮化温度下不发生组织变化（即回火温度必须高于氮化温度）； c.对变形要求很高的零件，应事先除应力. 1. 液体氮化：温度500-540℃，速度快，时间短，硬度略高于气体氮化。 缺点：有废盐污染问题，有些盐浴的原材料或中间产物有毒；处理的零件表面色较差；大型的零件不易实现。
1》 一段氮化：在温度和氨分解率不变的条件下，低温长时间地进行氮化，可获得最高的硬度和最小的变形， 温度：500-520℃ 时间；30~80h 氨分解率：18~40（分解率高，渗氮速度下降） 2》 多段氮化：采用不同的温度和不同的氨分解率进行分段连续的氮化，可获得比较深的渗层，但硬度有所下降；. 3》 离子渗氮：真空室内进行，工件作阴极，容器为阳极，通入400-1100伏的高压电，使通入的NH3电离，产生的[N-]冲击工作表面，生成富集的FeN 特点：速度快，温度低，变形量小，易于实现局部氮化（加屏蔽罩），不锈钢可直接氮化。 三、碳氮共渗 处理工艺：800-880℃ 在渗碳的同时渗入氮，但以渗碳为主，氮的作用是增加渗碳速度（或在保持相同的渗碳速度时，可降低渗碳温度，可实现渗碳后直接淬火），变形小，工艺时间短. 处理方法：气体法.
温度：500～720℃ 以渗氮为主 1》 液体软氮化 温度：520～570℃ 时候：小件1～2h 高速钢刀具： 10-30分钟 大件；3～5h 2》 气体软氮化。 处理温度，570℃ 时间：1～5h
五、渗硼 硬度高：HV1500～2000。耐磨性远远优于渗碳和氮化，红硬性好（900-960℃），并有很高的耐蚀性. 温度： 900～1050℃ 深度： 0.1～0.3㎜ 组织（表面化含物） FeB HV1900～2350脆性大 Fe2B HV1300～1680 脆性小 材料化学成分对渗层深度的影响：含碳量越高渗层越薄；W、Mo会急剧地减少渗层厚度，其次为Cr、Si、Al, Ni、Co无影响。 适用材料：钢、铸铁、硬质合金 工艺方法： 1》固体渗硼 ：以FeB（硼铁）为主要原料 2》膏状渗硼 3》盐浴渗硼：目前应用较广泛 3》气体渗硼 很少用，气体易爆,有毒 4》硼与其他元素共渗 如C-B C-N-B B-Ti B-Si 六、渗硫 生成渗层主要为FeS、Fe2S，摩擦系数大大降低（可下降2～4倍） S-N共渗 S-C-N三元素共渗（QPQ） 七、渗铝 抗蚀能力高（尤其对H2S）可代替耐热不锈钢。 八、渗铬 抗蚀、抗氧化，耐磨损，可代替不锈钢 硬度：HV1300-1800， 渗铬温度：900-1200℃， 一般渗铬后，应进行热处理，以改善心部硬度和组织。. 九、渗钒 一般采用盐浴法，以硼砂为基盐，加入钒铁 特点：设备简单、操作方便、盐浴无公害、目前在模具行应用逐渐扩大，可提高模具寿命几倍到几十倍。 处理温度：950℃ 表面硬度：
十、TD法渗金属 以硼砂为盐浴的基盐，选用不同的铁合金，在800-1100℃处理1-10h，获得5-15μ的覆盖层. 目前已有商品技术和商品盐。 表面硬度
十一、气相沉积碳化钛 离子镀： TiN TiC， 厚度一般为 3-4μ 十二、镍-磷覆层法
上一篇常用结构用钢基础知识 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
少量铁素体包围着石墨
