钢的热处理工艺加热.ppt

1、第二章第二章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺第一节第一节 加热工艺加热工艺一、金属加热的物理过程一、金属加热的物理过程 1.1.加热热量的传递方式加热热量的传递方式 传导传导:热量直接由工件的一部分传递给另一部分，或由加热介热量直接由工件的一部分传递给另一部分，或由加热介质把热量传递到与其相邻的工件，无需媒介质点移质把热量传递到与其相邻的工件，无需媒介质点移动的加热过程。动的加热过程。对流：对流：依靠工件四周气体或液体相对移动，将受热质点传导给依靠工件四周气体或液体相对移动，将受热质点传导给较冷金属表面进行加热。较冷金属表面进行加热。辐射辐射:靠电磁波来传递热量的过程。靠电磁波来传递热量的过程。

2、2.2.加热方式及加热介质加热方式及加热介质直接加热：直接加热：利用金属内部电能利用金属内部电能-热能转换热能转换 电磁电磁-热能转换热能转换 低能粒子轰击能量低能粒子轰击能量-热能转换热能转换 不需要加热介质不需要加热介质间间接接加加热热：利利用用媒媒介介（如如固固体体、液液体体、气气体体或或真真空空度度1010-3-3mmmm稀稀薄薄气气体体），以以对对流流、传传导导、辐辐射射方方式式向向工件表面传递热量方式。工件表面传递热量方式。二、加热目的与要求二、加热目的与要求 热处理的第一道工序一般都是把钢加热到临界点以上，热处理的第一道工序一般都是把钢加热到临界点以上，目的是为了得到奥氏体组织。

3、加热质量的好坏，是否形成目的是为了得到奥氏体组织。加热质量的好坏，是否形成缺陷，不仅关系到整个热处理的成败，而且还直接影响到缺陷，不仅关系到整个热处理的成败，而且还直接影响到工件的加工工艺和使用性能。工件的加工工艺和使用性能。评定加热质量的好坏，一般有如下指标：评定加热质量的好坏，一般有如下指标：奥氏体的碳浓度和合金浓度奥氏体的碳浓度和合金浓度 奥氏体成分的均匀性奥氏体成分的均匀性 奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度 第二相的数量、大小和分布第二相的数量、大小和分布 表面氧化、脱碳或增碳的程度表面氧化、脱碳或增碳的程度 变形开裂的程度变形开裂的程度不同钢种、不同工件、不同的热处理工艺，对上述指标不同

4、钢种、不同工件、不同的热处理工艺，对上述指标的要求是不同的。的要求是不同的。例例例例如如如如，淬淬火火加加热热时时，要要求求奥奥氏氏体体的的碳碳浓浓度度要要适适当当，合合金金浓浓度度尽尽可可能能高高，成成分分尽尽可可能能均均匀匀，晶晶粒粒尽尽可可能能细细小小；不不允允许表面氧化、脱碳或增碳；要严防变形，不允许开裂。许表面氧化、脱碳或增碳；要严防变形，不允许开裂。球球化化退退火火时时，则则要要求求奥奥氏氏体体的的碳碳浓浓度度与与合合金金浓浓度度要要低低，成成分分不不能能太太均均匀匀，要要保保留留大大量量的的未未溶溶的的碳碳化化物物质质点点，并并弥弥散散分布在奥氏体中，晶粒不粗大即可。分布在奥氏体

5、中，晶粒不粗大即可。三、加热工艺规范选择原则三、加热工艺规范选择原则 加热温度加热温度T T 加热时间加热时间 加热速度加热速度V VTCFe1.1.加热温度加热温度基本依据：基本依据：材料相变的临界点材料相变的临界点各种钢的加热温度，各种钢的加热温度，都是根据钢的临界点都是根据钢的临界点Ac1、Ac3和和Accm来确定的来确定的。TCFe在生产实践中，已经总结出一套加热温度的经验公在生产实践中，已经总结出一套加热温度的经验公式，这些公式主要适用于碳钢及低合金钢。式，这些公式主要适用于碳钢及低合金钢。正火：亚共析正火：亚共析AC33050 过共析过共析ACcm以上以上退火：亚共析退火：亚共析A

6、C33050 过共析过共析AC12030淬火：亚共析淬火：亚共析AC33070 过共析过共析AC13070一般不限制加热速度（考虑经济性）一般不限制加热速度（考虑经济性）对合金含量高、大型铸、锻件需特别规定对合金含量高、大型铸、锻件需特别规定分级等分级等温、控制加热速度。温、控制加热速度。2.2.加热速度加热速度加热制度的分类（按温度）：加热制度的分类（按温度）：（1 1 1 1）一段式加热制度一段式加热制度一段式加热制度一段式加热制度含义含义：一段式加热制度也称一期加热制度，是把钢料放在：一段式加热制度也称一期加热制度，是把钢料放在 炉温基本不变的炉内加热。炉温基本不变的炉内加热。特点特点：

7、加热不分加热不分阶段阶段;炉温与钢料炉温与钢料表面表面温差大温差大;加热加热速度速度快，加热时间短。快，加热时间短。炉子的结构和炉子的结构和操作操作比较比较简单。简单。缺点缺点：废气温度较高，热利用率较差。这种加热制度适用：废气温度较高，热利用率较差。这种加热制度适用于加热断面尺寸不大、导热性和于加热断面尺寸不大、导热性和塑性塑性较好的钢料。有时较好的钢料。有时热装入炉的钢料也可采用这种加热制度。热装入炉的钢料也可采用这种加热制度。（2 2）二段式加热制度二段式加热制度含义：含义：使钢料先后在两个不同的温使钢料先后在两个不同的温度度区域区域内加热。两个不同的内加热。两个不同的温度区域可由预热期

8、和加热期组成，也可由加热期和均热期温度区域可由预热期和加热期组成，也可由加热期和均热期组成。组成。特点：特点：出炉废气温度较出炉废气温度较高高；金属的加热速度较慢金属的加热速度较慢；钢的钢的中心中心和表面的温差较小和表面的温差较小；把钢料直接装入温度较高的炉内把钢料直接装入温度较高的炉内加热，速度快，时间短，钢的中心与表面温差较大。由于有加热，速度快，时间短，钢的中心与表面温差较大。由于有均热期加热完后钢料断面上温度比较均匀。均热期加热完后钢料断面上温度比较均匀。缺点缺点：出炉废气温度高，热的利用：出炉废气温度高，热的利用效率效率低。低。应用：应用：适用于加热一些导热性较差的钢种。这种加热制度

9、因没适用于加热一些导热性较差的钢种。这种加热制度因没有均热期，加热完后有均热期，加热完后钢坯钢坯断面上温度均匀性较差，故不宜于断面上温度均匀性较差，故不宜于加热断面大的钢料，适宜于加热断面大的钢料，适宜于冷装冷装或或低温热装低温热装的低碳的低碳钢锭加热钢锭加热或热装的或热装的合金合金钢锭加热，也适用于小坯料加热。钢锭加热，也适用于小坯料加热。（3 3）三段式加热制度三段式加热制度含义：含义：把刚料放在三个温度条件不同的区段内加热，依次是预把刚料放在三个温度条件不同的区段内加热，依次是预热段、加热段、均热段（或称应力期、快速加热期、均热热段、加热段、均热段（或称应力期、快速加热期、均热期）。期）

10、。特点特点：（因为有了预热段）因为有了预热段）出炉废气温度较低出炉废气温度较低；热能热能利用利用效率较高效率较高；加热段则可以加热段则可以强化强化加热加热；提高加热速度提高加热速度；减少钢的减少钢的氧化氧化与与脱碳脱碳，并可使炉子有较高的生产率，并可使炉子有较高的生产率。应用：应用：均热段则使钢坯断面上的温度比较均匀而均热段则使钢坯断面上的温度比较均匀而保证保证了钢的加了钢的加热质量，因此得到了广泛的应用。热质量，因此得到了广泛的应用。（4 4）多段式加热制度多段式加热制度 主要用于一些钢料的主要用于一些钢料的热处理热处理工艺中，它由几个加热、均热和工艺中，它由几个加热、均热和冷冷却期却期所组

11、成。现代化的大型的连续加热沪，如热所组成。现代化的大型的连续加热沪，如热连轧钢板连轧钢板车间车间的板坯加热炉，为保证具有大的生产能力和高的热效率，也采的板坯加热炉，为保证具有大的生产能力和高的热效率，也采用多段加热制度，但就其热工特点而言，这种炉子所用的多段用多段加热制度，但就其热工特点而言，这种炉子所用的多段 加热制度仍加热制度仍保留保留了三段式加热制度的基本特点。了三段式加热制度的基本特点。定义：定义：升升透透保保升升：加热工件到要求的温度：加热工件到要求的温度(实为零件表面温度实为零件表面温度)所需时间为升所需时间为升温时间。它主要取决于加热速度，具体涉及到炉子热功率、加温时间。它主要取

12、决于加热速度，具体涉及到炉子热功率、加热介质、装炉量、零件尺寸、加热制度热介质、装炉量、零件尺寸、加热制度(随炉升温、到温入炉、随炉升温、到温入炉、高温入炉、高温入炉到温出炉、阶梯加热高温入炉、高温入炉到温出炉、阶梯加热)；透透：是工件表面与心部都达到要求的温度所需时间。：是工件表面与心部都达到要求的温度所需时间。取决于零取决于零件截面尺寸、材料导热性、炉温高低；件截面尺寸、材料导热性、炉温高低；保保：取决于一定的热处理工艺要求：取决于一定的热处理工艺要求（消除内应力、均匀化、溶（消除内应力、均匀化、溶解难溶碳化物等）。解难溶碳化物等）。3.3.加热时间加热时间1.1.过热和过烧过热和过烧 过

13、热：过热：钢加热时由于加热温度过高或加热时间过长引起奥氏钢加热时由于加热温度过高或加热时间过长引起奥氏体晶粒粗大的现象。体晶粒粗大的现象。四、金属加热时的常见缺陷四、金属加热时的常见缺陷 后果：后果：钢的塑性、韧性、强度降低，同时工件热处理后变钢的塑性、韧性、强度降低，同时工件热处理后变形加大，还可能导致热处理裂纹、使工件报废。形加大，还可能导致热处理裂纹、使工件报废。补救措施：正火或退火。补救措施：正火或退火。过热的工件一般可再在较低温度加热，重新使奥氏体过热的工件一般可再在较低温度加热，重新使奥氏体晶粒细化，予以补救。晶粒细化，予以补救。过烧：过烧：加热时，由于加热温度过高，造成晶界氧化或

14、局部熔加热时，由于加热温度过高，造成晶界氧化或局部熔化的现象。化的现象。欠热、加热不足：欠热、加热不足：导致奥氏体化不充分、第二相溶解不充分、缺陷组织导致奥氏体化不充分、第二相溶解不充分、缺陷组织（偏析、铁素体或魏氏组织、网状碳化物）不能消除、淬火（偏析、铁素体或魏氏组织、网状碳化物）不能消除、淬火不足等。不足等。后果：后果：处理的工件很脆，如果锻造一锻即裂。处理的工件很脆，如果锻造一锻即裂。过烧的工件只能报废，无法挽救。过烧的工件只能报废，无法挽救。2.2.氧化和脱碳氧化和脱碳 氧化氧化-钢铁在加热过程中遇到氧化性气体（钢铁在加热过程中遇到氧化性气体（O O2 2、H H2 2O O 等），

15、使材料氧化腐蚀。等），使材料氧化腐蚀。3Fe +2O2 Fe3O4（保护性）2Fe +O2 2FeO 4Fe +3O2 2Fe2O3 Fe+H2O FeO+H2 3 Fe+4H2O Fe3O4+4H2 钢钢的的氧氧化化分分为为两两种种，一一种种是是钢钢铁铁的的表表面面氧氧化化，在在钢钢铁铁的的表表面面生生产产氧氧化化膜膜；另另一一种种是是钢钢铁铁的的内内氧氧化化，在在一一定定深深度度的表面层中发生晶界氧化。的表面层中发生晶界氧化。表面氧化影响工件尺寸，内氧化则影响工件的性能。表面氧化影响工件尺寸，内氧化则影响工件的性能。研研究究表表明明，钢钢在在560以以下下加加热热时时，表表面面氧氧化化膜膜

16、又又两两层层构构成成：内内层层是是Fe3O4，表表层层是是Fe2O3。由由于于这这种种氧氧化化膜膜结结构构致致密密，且且与与基基体体牢牢固固结结合合，包包在在钢钢的的表表面面可可使使钢钢表表面面与与氧氧化化性性气气氛氛隔隔离离，阻阻止止钢钢表表进进一一步步氧氧化化，此此时时可可以以不不考考虑虑防防止止氧化的问题氧化的问题。加热过程中产生氧化铁皮有什么害处？加热过程中产生氧化铁皮有什么害处？1)1)造成金属损失。钢坯加热时生成的一次氧化铁皮约占钢坯造成金属损失。钢坯加热时生成的一次氧化铁皮约占钢坯总重的总重的0.5%-3%0.5%-3%；2)2)使加热炉生产率降低。氧化铁皮覆盖在钢的表面会降低钢使加热炉生产率降低。氧化铁皮覆盖在钢的表面会降低钢的导热系数，影响加热速度和加热效率；的导热系数，影响加热速度和加热效率；3)3)影响钢材质量；影响钢材质量；4 4)影响炉底材料寿命；影响炉底材料寿命；5 5)氧化铁皮大量堆积在炉底上造成炉底升高，恶化操作条件氧化铁皮大量堆积在炉底上造成炉底升高，恶化操作条件，迫使加热炉停炉清渣。，迫使加热炉停炉清渣。1）真空加热）真空加热 工件在真空中加热是防止