钢的热处理
钢的热处理
陈孟龙2015-05-29
类别
方式
概念
工艺
特点及用途
注意
1、完全退火:加热温度AC3以上30~50℃保温1h(厚度25mm以下)炉冷至500~600℃后空冷,得奥氏体平衡组织 硬度160~200HBS;适用于中碳钢(亚共析钢Wc=0.218~0.77%)和中碳合金钢的铸、锻、焊件,过共析钢不宜采用;
2、球化退火:加热温度AC1以上20~40℃随炉冷至500~600℃后空冷或Ar1以下20℃
主要用于铸、锻、焊毛坯的预热处理;改善切削性能。
等温足够时间再随炉冷至500~600℃后空冷,得球状珠光体(铁素体F+渗碳体
结构复杂的零件宜采用
Fe3C) 硬度适中180HBS;适用于共析钢(Wc=0.77%)和过共析钢(Wc=0.77~2.11%)的锻轧件;
3、去应力退火:加热至500~600℃保温后随炉冷却至室温;去除残余应力,减少变形,防止开裂。
应用:
1、消除过共析钢中的碳化物网,为球化退火作好组织准备;
2、作为低、中碳钢和低合金结构钢消除应力、细化组织、改善切削和淬火前的预备热处理;
3、用于碳钢、低合金钢工件在淬火返修时消除应力和细化组织,防止重新淬火时产生变形和裂纹。
4、对于力学性能不高的普通结构零件,可用正火代替调质处理作为最终热处理。
碳钢件——水冷;合金钢件——油冷;
此方法操作简单,易产生淬火变形和裂纹,主要适用于形状较简单的钢件。
亚共析钢淬火温度:Ac3+(30~100)℃,过共析钢淬火温度:Ac1+(30~70)℃,
合金钢的淬火温度根据其相变点来选择,可适当提高。
将钢加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却的热处理工
退火艺称为退火。目的:降低硬度,
(包括:完全退火、球化退火、去应力退火)提高塑性,改善切削,细化晶
粒,消除应力稳定工件尺寸防止变形和开裂。
正火
将钢件加热到AC3或者Accm以上
与退火相似,细化晶粒、均匀组织、调整硬度;
30~50℃保温适当时间后在静止的
较退火成本低;
空气中冷却的热处理工艺称为正
碳的质量分数Wc<0.5%宜采用正火
火。
单介质淬火:钢件奥氏体化后,浸入某一种冷却介质中连续冷却
到室温的淬火方法。
普通热处理
淬火
双介质淬火:钢件奥氏体化后,先浸入一种冷却能力强的介质,
在钢件还未达到该淬火介质的温将钢件加热到AC3或Ac1以上某一温度之前取出,立刻浸入另一种冷度,保温适当时间后以适当的方
却介质中冷却。式冷却得到马氏体55~65HRC或下
贝氏体45~55HRC组织的工艺。钢的淬透性决定淬硬层的深度,
分级淬火:将加热好的钢件先放入淬透性是一项重要的热处理工艺温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中性能,对于合理的选用钢材和正保温,使钢件内外温度一致,取确的制定热处理工艺具有重要的
意义。出钢件在空气中冷却。
低碳钢淬火后的组织——块状马氏体,硬度30~50HRC
高碳钢淬火后的组织——针状马氏体,硬度66HRC左右马氏体的硬度取决于钢的含碳量。
过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和硬度:炉冷——珠光体——硬度170~220HBS(退火)这种方法可大大减少钢件的热应力和组织应力,明显减少变形和开裂空冷——索氏体——硬度25~35HRC(正火)。但由于盐浴或碱浴的冷却能力较小,故此法只适用于截面尺寸较小油冷——托氏体+马氏体——硬度45~55HRC(淬火)(一般直径或厚度小于10mm)的工件。水冷——马氏体+残余奥氏体——硬度55~65HRC(淬火)
因此,不能根据冷却速度来判断是否是淬火,淬火的实质是淬火后得到的组织是马氏体和下贝氏体。
例如,先水冷后油冷。此法既保证淬硬,又能减少产生变形和裂纹的倾向,操作较难把握。主要适用于形状较复杂的碳钢件和形状简单,截面较大的合金钢件。
等温淬火:钢件奥氏体化后随即快冷到下贝氏体转变温度区间(260~400℃)等温,使奥氏体转变
为下贝氏体的淬火工艺。
此法产生的内应力很小,所得到的下贝氏体组织具有较高的硬度和韧性,但生产周期长,常用于结构复杂,强度、硬度、任性要求较高的小型钢件,如各种模具和成型刃具。
低温回火:150~250℃
保持淬火钢件的高硬度和高耐磨性,降低淬火应力,减小钢的脆性。低温回火的
主要用于刃具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳淬火件等。
组织为回火马氏体,其硬度一般为58~64HRC。
将淬火钢件重新加热到A1以下的某一温度保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。(对未淬火处理的钢,回火一般是没有意
其目的是获得高的弹性极限、高的屈服强度和较好的韧性。中温回火的组织是回
主要用于弹性零件及热锻模具等。义的,而淬火钢不经过回火是不
火托氏体,其硬度一般为35~50HRC。
能直接使用的,为了避免工件在放置和使用过程中发生变形和开裂,在淬火后应该及时进行回火。)
其目的是获得良好的综合力学性能,使钢件在保持较高的强度和硬度的同时,又
具有良好的塑性和韧性。通常把钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺称之为“主要用于各种重要的结构零件,如螺栓、连杆、齿轮及种类。调质处理”。高温回火的组织是回火索氏体,硬度一般为220-330HBS。
回火中温回火:350~500℃
高温回火:500~650℃
回火脆性:淬火钢在250~350℃回火时出现第一类回火脆性,也称低温回火脆性,无法消除,一般不再此温度范围内回火;淬火钢在450~650℃回火时出现第二类回火脆性也称高温回火脆性,这类回火脆性主要发生在含有Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢中,回火后缓慢冷却会发生很明显回火脆性,但回火后采取快速冷却时,这种回火脆性会受到抑制和消失。
感应加热表面淬火:利用感应电流通过工件所产生的热效应,使用件表面迅速加热并进行冷却的
淬火工艺。
高频感应加热:200~300kHz 淬硬层深度为0.5~2mm适用于中、小模数齿轮及中、小轴类零件的表面淬火。
中频感应加热:2500~8000Hz 淬硬层深度为2~10mm适用于大模数齿轮及大尺寸的轴类零件的表面淬火。
工频感应加热:50Hz 淬硬层深度为10~20mm适用于较大直径的机械零件的表面淬火,如火车车轮、轧辊。特点:与普通加热淬火相比,加热速度快,时间短,淬火质量好,晶粒细小,硬度比普通淬火高,淬硬层深度易于控制,效率高,成本高。
应用:碳质量分数为0.4~0.5%的碳素钢和合金钢最适合感应加热处理,如45钢、40Cr钢等。也可用于高碳工具钢、低合金工具钢及铸铁等材料。
表面淬火火焰加热表面淬火
将工件表层迅速加热到淬火温度随即快速冷却的工艺方法称为表面淬火。工件经过表面淬火后,表层得到马氏体组织,具有高的硬度和耐磨性,而心部仍为淬火前的的组织,具有足够的强度和韧性。
特点:操作简单,无需特殊设备,但质量不稳定,淬硬层不好控制,
采用氧-乙炔(或其他可燃气体)火焰,喷射在工件表面,使其迅速加热,当达只适用于单件或大型工件,如锤子、大模数齿轮、大型轴类等。到淬火温度时立即喷水冷却,获得预期硬度和有效的淬硬层深度的一种淬火方式应用:常用于中碳钢(35、40、45钢等)和中碳低合金钢(40Cr、。淬硬层深度一般为2~6mm45Cr),碳含量低则淬火温度低;碳含量或合金含量高则易淬裂。火
焰加热表面可也用于铸铁件(如灰铸铁、合金铸铁等)
激光加热表面淬火
特点:能有效防止表层脱落、耐磨性好、热处理变形小、疲劳强度高
是将激光束射到工件表面上使工件表面迅速加热到奥氏体化的状态,当激光束移
。
开后,由于机体金属的大量吸热而使工件表面急速冷却,实现工件表面自冷淬火
应用:大尺寸工件、形状复杂或深沟、孔槽的侧面,尤其适合细长件
的工艺方法。淬硬层深度一般为0.2~0.8mm。
或薄壁件的表面处理。
表面热处理
渗碳(气体渗碳、液体渗碳、固
体渗碳)
渗碳后的热处理通常为淬火及低温回火,表面组织回火马氏体和细粒状碳化物,硬度58~64HRC。
将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。目的:提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度,并是其心部保持良好的塑性和韧性。渗碳后必须进行淬火(采用直接淬火或一次淬火),使表面得到马氏体,才能实现渗碳的
应用:渗碳钢一般为碳含量为0.1~0.25%的低碳钢和低碳合金钢。
目的。
气体渗碳:在渗碳炉内滴入煤油、甲醇或丙醇将温度加热到900~950℃;渗碳深度一般取决于渗碳时间,一般每小时0.1~0.15mm
是在一定温度下(一般在Ac1温度以下,一般600℃一下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理。目的:提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度及耐腐蚀性。渗氮钢的高硬度和高耐磨性主要由合金氮化物(MoN、AlN)来保证,非马氏体组织。
气体渗氮:在专门的氮化炉中进行,利用氨在500~600℃下分解产生的氮原子被工件表面吸收并向内扩散形成渗氮层,当达到要求的渗氮层后随炉冷却到200℃停止供氮,即可出炉空冷。渗氮周期长一般要得到0.3~0.5mm的渗氮层,气体渗氮要30-50h,成本高。
为了保证工件心部的力学性能,渗氮前工件应进行调质处理。
渗氮层薄而脆,不能承受冲击,因此,渗氮主要用于要求表面高硬度、耐磨、耐腐蚀、耐高温的精密零件,如丝杆机床主轴等。
渗氮(也称氮化)
气体渗氮(广泛)、离子渗氮
表面化学热处理
将工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入其表面,以改变表面的化学成分、组织和性能的热处理。
碳氮共渗
特点:渗氮后无需淬火便具有高的硬度、耐磨性和热硬性,具有良好的耐腐蚀性和疲劳强度,
应用:1、对于提高耐腐蚀性为主的渗氮,可选用有只碳素结构钢,如20、30、40钢等;
2、对于提高疲劳强度为主的渗氮,可选用一般合金结构钢,如40Cr、42CrMo等;
3、对于提高耐磨性为主的渗氮,一般选用渗氮专用钢38CrMoAlA。
是在一定温度下同时将碳和氮渗入工件表层奥氏体中,并以渗碳为主的化学热处
应用于汽车变速箱齿轮和轴类零件
理工艺。渗剂为煤油+氮气,加热温度820~860℃。工艺与渗碳基本相似。
氮碳共渗
(也叫低温碳氮共渗或软氮化)是在工件表面渗入氮和碳并以渗氮为主的化学热处理工艺。渗剂为尿素,加热温
不仅适用于碳钢和合金钢,也可用于铸铁。
度560~570℃,时间仅为1-4h。
渗硼:800~1000℃,保温1~6h,获得高硬度、高耐磨性和良好的导热性。渗硼后应该调质处理以提高心部性能。结构钢渗硼后可代替工具钢,一般的碳钢渗硼后可代替不锈钢、高合金耐热钢做耐热、耐腐蚀零件。
渗硫:低温电解渗硫150~250℃,用于碳素工具钢、渗碳钢、低合金工具钢、滚动轴承钢等制造的零件;中温硫氮共渗520~600℃,获得良好的减摩、耐磨和抗疲劳性能,对刃具和模具有良好的强化作用,明显提高其使用性能。
渗金属等
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