热处理工艺规范Word下载.docx
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由于渗碳体的硬度比马氏体更高,更增加了钢的耐磨性。
这对提高工具钢的耐磨性能尤为重要。
如果加热温度在Acm以上,渗碳体就会完全溶于奥氏体中,并使奥氏体晶粒长大,提高了奥氏体的稳定性,淬火后得到粗大的马氏体和较多的残留奥氏体,不仅使钢的脆性增加,而且使淬火硬度下降,耐磨性降低;
同时增加了氧化、脱碳和畸变、开裂的倾向。
因此过共析钢不能采用过高的加热温度。
但是,过低的加热温度也是不可取的,会使奥氏体的稳定性下降,容易分解为非马氏体组织,影响淬火后的硬度。
C、共析钢的淬火温度与过共析钢相同。
D、合金钢的淬火温度范围为Ac1或Ac3+30~50℃。
E、高速钢、高铬钢及不锈钢应根据要求合金碳化物溶入奥氏体的程度来选定。
F、对于过热敏感性强的钢(如锰钢)及脱碳敏感性强的钢(如钼钢),不宜选取上限温度。
2)保温时间
在实际应用中,通常对升温时间不予考虑,只计算保温时间。
保温时间可按下列经验公式计算:
T=αKD
式中
T:
保温时间(min)
α:
保温时间系数(min/mm)。
碳素钢1.0~1.5;
低合金钢1.2~1.8;
高合金钢1.5~2.2。
K:
工件装炉方式修正系数,一般为1.0~2.0
D:
工件有效厚度
3)冷却
根据工件大小和材料,选择空淬、油淬或水淬。
1.3回火
回火是把淬火后的工件加热到A1以下适当温度,保温一定时间,以一定的方式冷却的热处理工艺。
回火是伴随于淬火后进行的一种热处理操作。
一般情况下,工件淬火后都要进行回火,并且是热处理的最后工序,对工件的性能影响很大,可以说决定了工件的使用性能和寿命。
A、使工件得到所要求的力学性能。
工件淬火后,硬度高.脆性大,为了达到技术要求的力学性能,可以通过回火来调整到希望得到的硬度、强度、塑性和韧性。
B、减小或消除内应力。
工件淬火后存在很大的内应力,及时回火可以消除应力,减少畸变和防止开裂。
C、稳定尺寸。
工件淬火后的组织一般为马氏体和部分残留奥氏体,这两种组织都不稳定,会自发地发生转变,引起工件尺寸和形状的变化。
通过回火可以促使这些转变,使组织趋于稳定,以保证在使用过程中不再发生变形。
A、回火温度。
回火温度主要是根据工件要求硬度来确定的。
B、回火时间。
应根据工件材料、有效厚度、装炉量和设备来确定。
1.4退火及其目的
把钢加热到其一适当温度并保温,然后缓慢冷却的热处理方法,称为退火。
根据退火的目的和工艺特点,可分为去应力退火,再结晶退火、完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和均匀化退火等。
退火的目的主要有以下几点:
(1)降低硬度,改善切削加工性能。
(2)细化晶粒,改善钢中碳化物的形态和分布,为最终热处理做好组织准备。
(3)消除内应力,消除由于塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力以及铸件内残留的内应力,以减小变形和防止开裂。
(4)使碳化物球状化.降低硬度。
(5)改善或消除钢在铸造、锻造和焊接过程中形成的各种组织缺陷,防止产生白点。
在大多数情况下,退火一般为预备热处理,通常安排在铸造或锻造之后.粗加工之前,目的是为了降低硬度.改善切削加工性能,细化组织,为最终热处理做组织准备。
对于一些要求不很高的工件,退火也可作为最终热处理。
消除内应力退火往往在铸造、焊接、压力加工或粗加工之后。
1.4.1均匀化退火
均匀化退火也称扩散退火,是把钢加热到远高于Ac3或Acm的温度,经长时间保温,然后缓慢冷却的热处理工艺。
是使钢的成分均匀化,消除成分偏析。
在高温下,钢中原子具有大的活动能量,有利于原子进行充分的扩散,从而消除成分偏析及组织的不均匀性。
以减轻钢在热加工时产生脆裂的倾向和消除铸钢件内应力,并提高其力学性能。
(3)范围:
适用于铸钢件及具有成份偏析的锻轧件。
(4)工艺:
加热温度为Ac3+150~200℃,保温时间为10~20h,随炉缓冷至350℃以下出炉。
由于退火的加热温度很高,保温时间又长,很容易引起晶粒长大,需在退火后进行细化晶粒的处理,如进行压力加工使晶粒碎化,或通过完全退火、正火使晶较细化。
1.4.2再结晶退火
(1)目的:
A、消除加工硬化,降低硬度。
B、消除冷塑性变形后的内应力。
主要用于冷变形加工的工件。
如工件经冷冲压或拉伸后,为降低硬度,便于继续进行冷变形加工,均需进行再结晶退火,也称工序间退火。
对于某些冷变形加工零件,为消除加工硬化及内应力,再结晶退火也可作为最终热处理。
再结晶退火温度Ac1-50~150℃。
碳钢的再结晶退火温度一般为600~700℃。
由于再结晶温度与钢的化学成分及冷塑性变形量有关,因此应根据具体情况确定。
温度太高,晶粒会明显长大;
温度过低,再结晶过程不能完全进行,晶粒大小不均匀。
保温后空冷。
1.4.3去应力退火
去应力退火通常是将工件缓慢加热到Ac1以下一定温度,保温一段时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。
是消除工件的内应力,以减少和防止工件在后续加工和使用过程中发生变形或开裂。
适用于铸件、锻件、焊接件、机械加工和形变加工后工件。
去应力退火温度为Ac1-100~200℃。
在这一温度下,工件的内部组织不发生变化。
加热温度越高,内应力消除得越彻底。
当温度超过以600℃时,应力即可基本完全消除。
机械加工中的去应力退火应在粗加工之后、精加工之前进行,退火温度应取下限或更低些。
对薄壁或焊接件,为防止其变形,退火温度应适当降低。
对于淬火(经回火)或调质过的工件,去应力退火温度应低于回火温度,以免降低硬度和强度。
保温时间与工件大小及装炉量有关,一般为2~4h。
工件截面厚度较大或装炉量较大时,保温时间可取上限或适当延长。
为避免冷却过程中造成新的热应力,保温后应缓慢冷却,通常随炉冷至300℃以下出炉空冷。
1.4.4完全退火
把钢加热到Ac3以上温度,保温一段时间,然后缓慢冷却的退火方法称为完全退火。
A、降低硬度。
完全退火后得到片层较厚的珠光体,消除了由铸造、锻造、焊接后由于冷却较快而造成了的硬度较高的组织,改善了切削加工性能。
B、细化晶粒。
铸件在浇铸后缓慢冷却,锻件在停锻时,温度过高,焊接件焊缝处温度过高,工件热处理时温度过高都会使组织出现晶粒粗大和组织不均等现象。
采用完全退火,可以将粗大晶粒转变为细小晶粒。
C、钢在加热和缓慢冷却过程中,还可以消除在形变和快冷过程中产生的残留内应力。
主要用于亚共析钢的碳钢和合金钢,包括铸钢件、锻轧件、焊接件等。
完全退火不能用于过共析钢。
完全退火的加热温度一般为:
碳钢加热到Ac3+30~50℃,合金钢加热到Ac3+30~70℃。
为改善低碳钢的切削加工性能,或使高合金的碳化物充分溶解,可适当提高奥氏体化温度;
但过高的加热温度是不可取的。
常用结构钢的退火温度及退火后的硬度见附录
确定保温时间的原则是保证奥氏体的充分均匀化,其时间长短与零件有效厚度、工件的排列方式和装炉量大小等因素有关。
在箱式电阻炉中退火,保温时间可按有效厚度计算(1.5~2.5min/mm)。
工件排列越紧密,装炉量越大,保温时间越长。
C、冷却速度。
冷却速度对退火后组织及其性能影响较大,应根据钢种和要求的性能而定。
退火后的组织应为珠光体。
当冷却速度太快时,珠光体的片层太薄,硬度就偏高,不利于切削加工。
若冷却过慢,则会出现大块铁素体且生产效率会降低。
故冷却速度一般为30~120℃/h。
生产中通常采用随炉冷却方式,冷至500℃以下,即可出炉空冷。
1.4.5不完全退火
是将钢加热到Ac1~Acm(过共析钢)或Ac1~Ac3(亚共析钢)之间,保温后缓慢冷却的退火方法。
与完全退火相同。
一般用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件及冲压件等。
主要用于过共析钢的退火。
对于亚共析钢来说,如果钢的原始组织良好,晶粒细小,只是为降低硬度或消除内应力,也可以进行不完全退火。
加热温度为Ac1+40~60℃,保温后随炉缓慢冷却到500℃以下空冷。
保温和冷却工艺参数与完全退火相同。
1.4.6等温退火
等温退火是将钢加热到Ac1或Ac3以上温度,保温一定时间后迅速过冷到Ar1以下某一温度,并保持一段时间,使其全部转变为珠光体组织后出炉空冷的热处理方法。
(2)目的:
细化组织和降低硬度,防止产生白点。
适用于中碳合金网和高合金钢的大到铸锻件及冲压件。
等温退火的加热温度一般为:
亚共析钢加热到Ac3+30~50℃,共析钢和过共析钢加热到Ac1+20~40℃。
B、等温温度。
根据所要求的性能,从钢的奥氏体等温转变图上选择,一般为Ar1-20~30℃。
等温温度越高,所得到的组织越粗,硬度越低。
C、等温时间。
由等温温度线与等温转变终了线的交点确定。
由于工件大小、装炉量等因素的影响,为保证奥氏体全部转变,等温时间可长一些。
通常,碳钢的等温时间为2~4h,合金钢3~6h。
D、冷却。
在等温过程中组织已完全转变,等温后空冷即可。
(5)优点:
通过选择等温温度来获得预期的组织和性能,且组织的均匀性和性能的一致性都较好,合金钢可得到较低的退火硬度,退火周期比较短。
常用工具钢等温退火参数及硬度值见附录。
1.4.7球化退火
使钢中的碳化物球状化的退火方法称为球化退火。
A、降低硬度,改善切削加工性能。
钢经球化退火后,形成的球状碳化物具有比片状碳化物低的硬度,有利于改善切削加工性能。
B、细化组织,为淬火做好组织准备。
在淬火加热过程中,由于球状碳化物比片状碳化物较难溶于奥氏体,因而可以阻止晶粒长大,减少和防止钢的过热。
球化退火后得到的组织均匀,有利于减少淬火畸变和开裂倾向。
C、提高淬火工件的耐磨性。
由于球状碳化物在工件淬火后被完全保留下来,且均匀地分布在马氏体基体上,这些细而硬的小颗粒可以有效地提高工件的耐磨性。
适用于共析钢或过共析钢件的退火,如工具、模具、轴承等。
球化退火有普通球化退火、等温球化退火和周期球化退火等。
1)普通球化退火
加热温度为Ac1+10~20℃。
加热温度过高,溶入奥氏体中的碳化物太多.则会降低球化的成核率,容易形成片状珠光体。
如果加热温度过低.则珠光体中的片状碳化物溶解不够,部分片状碳化物可能因未溶解而保留下来,可能得到细粒状与片状混合的珠光体组织。
其时间长短与零件有效厚度、工件的排列方式和装炉量大小等因素有关。
由于球化退火的温度比完全退火低,故球化退火的保温时间应比完全退火稍长些。
工件保温后以20~40℃/h的速度冷却至500℃以下出炉空冷。
冷却速度影响着退火组织中碳化物颗粒的大小和分布的均匀性。
在同一退火温度下,增大冷却速度,因碳化物来不及聚集和长大,而得到细小而弥散度较大的组织,使硬度偏高,不利于切削加工。
冷却速度过小,碳化物容易聚集成较大的颗粒。
通常,球化退火保温后,直接缓慢冷却的冷却速度应比普通退火慢些。
这种退火方法球化较充分,但生产周期长。
适用于截面大的工件及装炉量大的情况。
2)等温球化退火
其加热温度为Ac1+20~30℃,保温后冷却到Ar1-20~30℃,等温一段时间(等温时间取决于等温转变曲线及工件截面尺寸大小),然后随炉冷却至500℃以下出炉空冷。
这种方法退火后的组织比较均匀,且易于控制,生产周期较短。
3)周期球化退火
它是将钢在Ac1+10~20℃加热,保温后在Ar1-20~30℃等温一段时间,如此反复进行多次等温球化退火,然后随炉冷至500℃以下出炉空冷。
这种方法得到的球状碳化物不够均匀,且操作较麻烦,生产中应用较少,主要用于原始组织为粗片状珠光体的情况。
1.5调质
调质处理钢经淬火和高温回火的双重处理,称为调质处理。
调质处理后的组织为具有一定弥散度的细粒状珠光体组织―回火索氏体。
回火索氏体具有良好的综合力学性能,即具有高的强度和良好的塑性与韧性。
调质处理既可用于预备热处理,也可用于最终热处理。
用于预备热处理时,主要是为最终热处理做好组织准备,同时也是为了满足一些工件(如表面淬火工件)的心部力学性能要求。
常用钢的调质处理规范见附录。
2.0热处理工艺操作
(1)应注意工件的摆放位置,保证均匀加热,防止过热。
使用煤气炉或天然气炉时,注意不要使喷嘴或火焰直接对工件加热。
(2)轴类及细长杆工件,要注意工件的放置,以防变形。
(3)完全退火装炉时,一般中小型碳钢和低合金钢工件,可不控制加热速度,直接装入已升温至退火温度的炉内;
也可低温装炉,随炉升温。
对于中、高合金或形状复杂的大件,低温装炉,分段升温,并控制升温速度不超过100℃/h。
(4)大型工件的去应力退火,应低温装炉,缓慢升温,以防由于加热过快而产生热应力。
(5)正火空冷时尽量放在平坦的地面上;
无论何种工件,在空冷时都要散开放置于干燥处空冷,不得堆放或重叠,不得置于潮湿处或有水的地方,以保证冷却速度均匀,硬度均匀。
(6)材质不同,但加热温度相同的工件可以在同一炉中加热。
(7)截面大小不同的工件,在同一炉中加热时,小件应放在炉膛外端。
(8)一般情况下,水温不超过40℃,油温不超过80℃。
3.0热处理质量检验规范
3.1热处理前质量检验
按《进货检验指导书》进行。
(1)外观检验
表层不应有肉眼可见的裂纹,或影响热处理的夹杂,折叠等缺陷。
(2)化学成份检验
按《化学分析试验指导书》进行。
化学成份应当符合相应标准。
3.2热处理后质量检验
按《最终检验指导书》进行。
表层不应有肉眼可见的裂纹,或超过技术要求的变形如发现,应报告有关人员予以处理。
(2)硬度检验
根据《里氏硬度检验指导书》、《布氏硬度计操作规程》和《洛氏硬度计操作规程》进行。
(3)金相检验
客户有要求时,按《金相检测指导书》进行。
(4)力学性能检验
客户有要求时,按《机械性能试验指导书》。
(5)超声波探伤检验
客户有要求时,按《超声波检测指导书》。
3.3如发现不合格品应按《不合格品控制程序》处理。
不合格重新进行处理件,若重复处理2次仍达不到质量要求者,应按报废处理。
二、常用锻件锻件的热处理
2.1碳钢和碳锰钢锻钢件应采用下列之一的热处理法:
(1)完全退火
(2)正火
(3)正火+回火
(4)淬火+回火
2.2合金钢锻钢件可采用下列之一的热处理方法
(1)淬火+回火
(2)正火+回火
其中回火温度应不低于550°
C
当合金钢采用正火加回火处理时,其力学性能应符合公认的国际或国家标准的要求。
2.3锻钢件经热处理后,需经受局部加热,进行热矫直或冷矫直,有时应对该锻钢件作消除残余应力处理。
对需要作表面硬化处理的锻钢件应将其工艺规程提交船级社备查,且制造厂应通过试验证明该锻钢件表面硬化层的硬度和深度,确能达到要求的质量而又不致损害锻件本体的性能。
锻件应保留载明所采用的热处理炉、炉料批号、处理日期、保温温度与时间等信息的热处理记录。
在验船师有要求时应出示记录。
2.4常用锻钢件的热处理规范及工艺规程
(1)标准:
按锻件要求的力学性能制定退火,正火+回火,淬火,回火的热处理工艺,并执行(GB/T16923-97、GB/T6924-97、JB/T6049-92a,JB/10175-2000)标准。
(2)要求:
按锻件材质的技术条件合理制定热处理工艺,并根据锻件钢种明确规定升温速率和均温,保温时间,淬火的冷却方法满足力学性能的要求。
(3)具体工作:
按工艺要求进行装炉,严格监控炉温。
按仪表和自动记录纸的划线,准确填写操作记录。
并按工艺规程的要求进行操作。
(4)具体的热处理工艺:
低碳钢、低碳锰钢的热处理工艺
中、高碳合金钢的热处理工艺:
注:
根据锻件钢种和最大截面积规格制定保温时间和正火温度。
中、高碳合金钢的淬火、回火工艺:
低中碳合金可水淬油冷,高碳高合金钢油冷,也可根据碳当量而定,时间可根据锻件钢种、规格制定。
三、常用钢种的正火、回火和退火工艺
(1)合金结构钢、热强钢、不锈钢的正火、回火、退火及硬度范围:
表1
材料牌号
正火温度
(℃)
回火温度
退火温度
硬度要求
正火或正火+回火后
退火后
16Mn
890-910
600-650
≤163
50Mn
840-860
≤255
≤217
20CrA
870-900
860-890
≤270
≤179
40CrA
850-870
825-845
≤207
40CrNiA
650-680
820-850
40CrNiMo
890-920
670-700
880-900
≤229
12CrNi3A
20CrMnMo
18CrMnTi
12CrMo
910-930
680-700
≤156
15CrMoA
900-920
630-650
131-163
12Cr1MoV
1000-1020
740-760
30Mn2
≤241
35SiMn
890-900
20CrMo
≤187
15Cr1Mo1V
980-1000
710-730
146-197
34CrMo
860-880
640-660
820-840
255-285
38CrMoAl
940-960
840-870
35CrMoA
620-650
34CrMo1A
24CrMoV
650-700
35CrMoV
880-920
650-670
42CrMo
580-620
241-285
34CrNi3Mo
25Cr2MoV
930-950
660-680
≤212
25Cr2Mo1V
1030-1050
680-720
20Cr1Mo1V1
720-760
30Cr2MoV
30Cr1Mo1VE
700-730
20Cr3MoWV
1040-1060
32Cr3MoWV
12Cr1MoV为了消除焊接应力,焊后施以710-750℃的除应力处理或重新正火加高温回火。
续表1
正火或正火+回火
1Cr13
700-740
①850-870
②920-940
2Cr13
3Cr13
4Cr13
1Cr11MoV
1000-1050
720-740
1Cr12WMoV
830-860
20Cr1Mo1VNbTiB
34Cr3MoWV
①用于软化②用于细化晶粒
(2)碳素结构钢正火温度及硬度范围表2
硬度(HB)
备注
Q235-A
107-131
15
890-950
99-143
20
25