热处理钢的热处理工艺.ppt

1、本章目的：本章目的：介绍钢的常用热处理工艺及其应用。介绍钢的常用热处理工艺及其应用。本章重点：本章重点：（1 1）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺艺组织性能应用的规律和特点；组织性能应用的规律和特点；（2 2）淬透性、淬硬性的概念与应用）淬透性、淬硬性的概念与应用第九章第九章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺金属材料加工过程：金属材料加工过程：冶炼冶炼铸造铸造铸锭铸锭板棒型管板棒型管焊接焊接机加工机加工冷轧冷轧冷拔冷拔深冲深冲锻件锻件铸件铸件机加工机加工零零件件或或构构件件 工艺性能工艺性能预备热处理预备热处理 使用性能使用性能最终热处理最终热处理热

2、轧热轧热锻热锻热处理分类热处理分类n普通热处理：退火、正火、普通热处理：退火、正火、淬火、回火淬火、回火n表面热处理：表面淬火表面热处理：表面淬火 化学热处理化学热处理n形变热处理：控制轧制形变热处理：控制轧制9-1 9-1 钢的退火与正火钢的退火与正火一一 退火退火1 定义：钢加热到适当温度，保温一定时定义：钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获平间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获平衡组织的工艺衡组织的工艺。参见教材参见教材“高于或低于高于或低于AC1”AC1S 2 分类（1）高温退火）高温退火 （相变重结晶退火）（相变重结晶退火）T加热加热AC1（2）低温退火）低温退火

3、 T加热加热AC1完全退火完全退火不完全退火与球化退火不完全退火与球化退火等温退火等温退火扩散退火扩散退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火.3 3 退火目的退火目的总体：改善组织，提高性能总体：改善组织，提高性能 降低硬度，改善切削加工性能；降低硬度，改善切削加工性能；适合机加工的硬度范围：适合机加工的硬度范围：150250HB 细化晶粒；均匀组织；细化晶粒；均匀组织；消除内应力消除内应力.注：当为目的注：当为目的 时，往往用正火代替退火时，往往用正火代替退火 工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 工艺：工艺：完全奥完全奥氏体化氏体化组织：组织：层片状层片状珠光体珠光体 硬

4、度，硬度，改善切削加工改善切削加工性能；性能；细化晶粒；细化晶粒；消除内应力；消除内应力；减轻组织不均减轻组织不均匀性匀性(消除魏消除魏氏组织等氏组织等)亚共析钢、合亚共析钢、合金钢的铸、锻、金钢的铸、锻、热轧、焊件的热轧、焊件的预备热处理预备热处理(切削加工前切削加工前或或热处理前热处理前的的预备热处理预备热处理)4 4 退火工艺及特点退火工艺及特点 AC3+2030 AC3 AC1 tT(1)(1)完全退火完全退火注：目的不同，组织控制注：目的不同，组织控制(珠光体片间距珠光体片间距)不同不同原因：粗片状原因：粗片状P原因：重结晶原因：重结晶4545钢锻造后与完全退火后机械性能钢锻造后与完

5、全退火后机械性能状态状态b(Mpa)s(Mpa)(%)(%)k(kJ.m-2)HB锻造锻造 6507503004005152040200400230完全完全退火退火60070030035015204050400600200.完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高度提高主要目的：改善组织与加工性能主要目的：改善组织与加工性能晶粒细化的原因：晶粒细化的原因：完全退火完全退火相变重结晶过程相变重结晶过程.4040钢退火前后金相组织钢退火前后金相组织晶粒细化晶粒细化工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 工艺：工艺：不完全奥氏不完全奥氏体化体化

6、组织：组织：球状球状(粒状粒状)珠光体珠光体 降低降低(过过)共析钢硬共析钢硬度度,适合切适合切削；削；为最终热为最终热处理做组织处理做组织准备准备含碳量较含碳量较高的工、高的工、模具钢的模具钢的预备热处预备热处理理 AC1+2030 ACm或或AC3 AC1 tT(2)(2)球化退火球化退火 不完全退火的一种不完全退火的一种。工艺关键：工艺关键：Fe3C形态控制形态控制 球的大小控制球的大小控制 控制奥氏体化程度控制奥氏体化程度控制过冷奥氏体冷却转变的温度控制过冷奥氏体冷却转变的温度片状与球状珠光体组织切削性能比较片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状珠光体层片状珠光体粒粒(球球)状状珠光体

7、珠光体刀具刀具T12钢球化退火与完全退火的性能比较：钢球化退火与完全退火的性能比较：球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工状态状态b(Mpa)(%)(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040160T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较钢完全退火与球化退火后组织与性能比较完全退火、球化退火工艺缺陷：完全退火、球化退火工艺缺陷：周期长；且为变温转变周期长；且为变温转变组织大小不均组织大小不均(3)(3)等温退火等温退火 是完全退火、球化退火工艺

8、的改进是完全退火、球化退火工艺的改进 等温完全退火等温完全退火等温球化退火等温球化退火 AC3+2030 AC3 Ar1 tTAc1 AC1+2030 Ar1-2030 高速钢等温退火与普通退火工艺曲线高速钢等温退火与普通退火工艺曲线870880 tT4h3h等等温温退退火火普普通通退退火火40 /h720740 炉冷炉冷15 /h空空冷冷空空冷冷 等温退火优势：等温退火优势：(1)(1)缩短工艺时间：高速钢缩短工艺时间：高速钢 4040h20hh20h （2 2）组织均匀：碳化物球大小一致组织均匀：碳化物球大小一致工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 (1)(1)高温、高温、长时

9、间；长时间；(2)(2)需再需再经重结晶经重结晶工艺工艺(完完全退火或全退火或正火正火)以以细化晶粒细化晶粒消除或消除或减轻偏减轻偏析、带析、带状组织状组织等等合金钢锭、合金钢锭、大型铸钢大型铸钢件件tTAC3或或ACm+200300AC3或或ACm(4)(4)扩散扩散(均匀化均匀化)退火退火工艺工艺名称名称工艺规范工艺规范目的目的适用范围适用范围再结再结晶退晶退火火 消除加工消除加工硬化硬化 完全消除完全消除残余应力残余应力冷塑性变冷塑性变形件形件去应去应力退力退火火消除内应力，消除内应力，防工件变形防工件变形铸、锻、铸、锻、焊、冲压、焊、冲压、机加工件机加工件AC1650700 30065

10、0 tT(5)(5)再结晶退火与去应力退火再结晶退火与去应力退火二二 正火目的、用途和工艺正火目的、用途和工艺1 1 定义：钢加热到定义：钢加热到A AC3 C3 或或A ACmCm以上以上的的A A区域，保持一定时间后在区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺。状态组织的工艺。常化常化与退火的区别：与退火的区别：加热温度较高；加热温度较高；冷却速度较快；冷却速度较快；获得组织较细获得组织较细(索氏体索氏体)强硬度与塑韧性较高；强硬度与塑韧性较高；生产效率较高生产效率较高 正火正火 退火退火 正火与退火态正火与退火态4545钢机械性能钢机械性能状

11、态状态b(MPa)(%)k(J.cm-2)HB正火正火70080015205080220完全退火完全退火65070015204060180碳钢正火与退火后的硬度（碳钢正火与退火后的硬度（HBHB）状态状态结构钢结构钢 软的软的 中等的中等的 硬的硬的工具钢工具钢退火退火正火正火125140160190185230220270注：正火态强硬度与塑韧性均较高注：正火态强硬度与塑韧性均较高2 2 目的：目的：细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退消除高碳钢网状二次渗碳体，为

12、球化退火作组织准备；火作组织准备；型材或大型复杂铸钢件的最终热处理型材或大型复杂铸钢件的最终热处理三三 正火与退火的选用正火与退火的选用 C%0.75%球化退火球化退火 C%0.9%有网状碳化物有网状碳化物 正火正火(消网消网)球化退火球化退火 1 退火与正火退火与正火珠光体类型组织的应用珠光体类型组织的应用 2 能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重要工件的要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热最终热处理，而退火一般不作为最终热处理处理9-2 9-2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火淬火：淬火：将钢件加热到将钢件加热到Ac1（或（或Ac3）以上）

13、以上3050，保温，保温一定的时间，然后一定的时间，然后以大于临以大于临以大于临以大于临界冷却速度界冷却速度界冷却速度界冷却速度VcVc冷却冷却冷却冷却，以获得，以获得马氏体或贝氏体组织的热处马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。理工艺。其主要目的是为了提其主要目的是为了提其主要目的是为了提其主要目的是为了提高钢的硬度和耐磨性。高钢的硬度和耐磨性。高钢的硬度和耐磨性。高钢的硬度和耐磨性。等温淬火等温淬火 AC1 MS VC VC 淬火淬火 影响材料淬火后组织和性能的因素主要表现影响材料淬火后组织和性能的因素主要表现为：为：材料的淬火加热温度材料的淬火加热温度淬火的保温时间淬火的保温时间淬火的冷却方法

14、和冷却速度淬火的冷却方法和冷却速度一一 淬火加热工艺参数的选择淬火加热工艺参数的选择1 加热温度加热温度（1）化学成分：）化学成分：亚共析钢：亚共析钢：AC3+3050 共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：AC1+3050亚共析钢亚共析钢必须加热到必须加热到Ac3以上进行完全淬火。这是因以上进行完全淬火。这是因为亚共析钢如果在为亚共析钢如果在Ac1 Ac3之间加热，必然淬火时之间加热，必然淬火时有一部分铁素体保留在淬火组织中，粗大且较软的有一部分铁素体保留在淬火组织中，粗大且较软的铁素体块分布在强硬的马氏体基体上，严重降低了铁素体块分布在强硬的马氏体基体上，严重降低了钢的强度和韧性；钢的强度和

15、韧性；过共析钢过共析钢都必须在都必须在Ac1 Accm之间加热，进行不完全之间加热，进行不完全淬火，使淬火组织中保留一定数量的细小弥散的碳淬火，使淬火组织中保留一定数量的细小弥散的碳化物颗粒，以提高耐磨性。加热温度高于化物颗粒，以提高耐磨性。加热温度高于Accm时，时，淬火会得到粗大马氏体和过量残余奥氏体，这反而淬火会得到粗大马氏体和过量残余奥氏体，这反而降低硬度和耐磨性，增大脆性和淬火应力，使工件降低硬度和耐磨性，增大脆性和淬火应力，使工件变形甚至开裂。变形甚至开裂。低合金钢：低合金钢：AC3 或或AC1+50100 高合金钢：高合金钢：AC3 或或AC1+300400（2）工件尺寸、形状、

16、淬火）工件尺寸、形状、淬火介质、晶粒长大倾向等介质、晶粒长大倾向等2 保温时间保温时间 保温保温=升温升温+热透热透+转转 AC1 ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C)()A+FM+FFe3C若若T Acm：C%，MSAR 粗大粗大M，氧化脱碳氧化脱碳 变形开裂变形开裂6008001280 W18Cr4V：Tt加热时间加热时间由由升温时间和保温时间升温时间和保温时间升温时间和保温时间升温时间和保温时间组成。组成。由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间为由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间为升升温时间温时间，并以此作为保温时间的开始。，并以此作为保温时间的开始。保温保温时间时间是指零件烧透及完成奥氏体化过程所需是指零件烧透及完成奥氏体化过程所需要的时间。要的时间。加热时间加热时间通常根据通常根据经验公式估算经验公式估算或通过实验确定或通过实验确定。生产中往往要通过实验确。生产中往往要通过实验确定合理的加热及保温时间，以保证工件质量。定合理的加热及保温时间，以保证工件质量。3 3 淬火介质淬火介质（1）淬火介质的要求淬火介质的要求 鼻点冷速大鼻点冷速大,MS附近冷速小；附近冷速