热门搜索:

  • /?79
  • 下载费用:10 金币 ?

Chapter_10_钢的热处理工艺.ppt

关?键?词:
CHAPTER_10_ 热处理 工艺
资源描述:
本章目的 介绍钢的常用热处理工艺及其应用本章重点(1)各类热处理(退火、正火、淬火、回火)工艺—组织-性能-应用的规律和特点(2)淬透性、淬硬性的概念与应用,第十章 钢的热处理工艺,内容,§9.1 钢的退火和正火§9.2 钢的淬火与回火§9.3 其他类型热处理,热处理分类一,普通热处理:退火、正火、淬火、回火表面热处理:表面淬火、化学热处理形变热处理:控制轧制,冶炼→铸造,,,,铸锭,,板棒型管,,焊接,,机加工,,冷轧冷拔,,,,深冲,,锻件,,铸件,,,机加工,,零件或构件,,,,,,,↑工艺性能 预备热处理,↑使用性能 最终热处理,热轧→,热锻→,生产工艺过程中位置和作用不同,分为预备热处理和最终热处理。,热处理分类二,§10-1 钢的退火与正火,退火,正火,得到近似平衡组织,得到伪共析组织,退火和正火是生产上应用广泛的预备热处理。也可作为最终热处理(对于铸件)。,定义:钢加热到适当温度(Ac1以上或以下),保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速,获近平衡组织的工艺~。主要目的: 均匀成分、组织,细化晶粒,调整硬度,消除内应力和加工硬化,改善成形和切削加工性能,为淬火做组织准备。,一 、退火的目的及工艺,分类,(1)高温退火 (相变重结晶退火) T加热>AC1(2)低温退火 T加热0.9% —— 有网状碳化物 ┗ 正火(消网)+球化退火,§10-2 钢的淬火与回火,一、钢的淬火淬火:将钢件加热到AC3 或AC1以上,使发生奥氏体化,以 V冷> VC急剧冷却,获马氏体组织的热处理工艺。目的:获得尽量多的马氏体,配以不同温度回火获得各种需要的性能。不同的钢件获得马氏体的能力不同,“淬透性”的概念。淬火钢内应力比较大。,淬火应力,热应力,组织应力,,变形、开裂,,,温度梯度,,相的比容差,,(一)淬火应力,实际淬火时,工件各截面冷却速度不同,内外温差产生胀缩不一致以及相变不同时还会引起淬火应力。,1. 热应力,1)产生原因: 内外温差2)应力结果: 表层—压应力,心部—拉应力3) 影响热应力因素: (1)冷却速度:V↑→→σ↑ (2)淬火温度:T↑→→σ↑ (3)截面尺寸:D↑→→σ↑ (4)线膨胀系数:α↑→→σ↑,1)产生原因: 冷却时组织转变的不同时性2)应力结果: 表层—拉应力, 心部—压应力(与热应力相反)3)影响因素:(1)化学成分:含碳量 wc ↑→→σ↑ 合金元素wme↑→→σ↑(2)冷却速度:v↑→→σ↑(3)淬火温度:T↑→→σ↑(4)截面尺寸:D↑→→σ↑(5)线膨胀系数:α↑→→σ↑,2. 组织应力,(1)含碳量: wc 高---组织应力为主 wc 低---热应力为主(2)合金元素: w ↑→→热应力↑ /组织应力σ↑(3)截面尺寸:D大--热应力为主 D小---组织应力为主,3. 影响内应力大小的主要因素,(二)淬火加热温度,淬火加热温度的选择以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则。通常淬火加热温度的选择主要根据钢种是亚共析钢还是过共析钢而定,基本原则是亚共析钢采取完全奥氏体化,Ac3以上30~50℃,过共析钢采取不完全奥氏体化,Ac1以上30~50℃ 。,亚共析钢:Ac3+30~50℃;共析钢、过共析钢:Ac1+30~50℃;低合金钢:Ac1或Ac3+50~100℃;高合金钢: Ac3 或Ac1 +300-400 ℃,根据化学成分,过共析钢为何不采取完全奥氏体化?,若T > Acm ① C%↑,MS↓;AR↑ ② 粗大M ③ 氧化脱碳↑,变形开裂↑,(三) 淬火介质,钢从奥氏体状态冷却至Ms点以下所用的冷却介质叫做淬火介质。,1. 淬火介质的要求① 鼻点冷速大, Ms附近冷速小② 稳定,成本低③ 安全、无毒、不腐蚀工件,2. 常用淬火介质,① 水(不理想) 鼻温(650~400 ℃ ):冷却速度小150℃/S; 马氏体转变区速度太大 340 ℃ 时高达755 ℃/S,易造成变形、开裂应用:小尺寸、形状简单碳钢件;水温:不超过30℃。,② 盐水与碱水,10%NaCl或10%NaOH水溶液 ——使蒸汽膜提前破裂,使高温区冷却能力显着提高,但低温区冷却速度还是很快,另外还有一定腐蚀性。,③油,冷却能力比水小得多,可降低淬火工件的组织应力,减小变形和开裂倾向。缺点是高温区的冷却能力低。应用:合金钢件 油温:60~80℃,过高会着火。,(四) 淬火方法,选择适当的淬火方法可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下尽量减小淬火应力,减少变形和开裂。单液淬火法双液淬火法分级淬火法等温淬火法,工艺过程:将加热至奥氏体状态的工件放入某种淬火介质中,连续冷却至介质温度的淬火方法。,1. 单液淬火,缺点:水淬则淬火应力大,容易产生变形与开裂;用油淬则不易淬硬,容易产生软点。优点:操作简单,容易实现机械化和自动化。适用范围:尺寸小、 形状简单的碳钢、合金钢件,2. 双液淬火,工艺过程:将加热至奥氏体状态的工件先在冷却能力较强的淬火介质中冷却至接近Ms点温度时,再立即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却,直至完成马氏体转变。,碳 钢: 先水冷后油冷合金钢: 先油冷后空冷关键:准确地控制零件由一种介质转入另一介质时的温度,要求较高的操作技术。适用范围: 尺寸较大的零件,3. 分级淬火,将奥氏体状态的工件首先淬入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中保温,待内外均匀后,再从浴炉中取出空冷至室温,完成马氏体转变。,特点: 淬火时工件内部温度均匀,组织转变几乎同时进行,因而减小了内应力,显着降低了变形开裂倾向。缺点:液态介质(熔盐等)的冷却能力有限适用范围:对变形要求严格且尺寸又较小的工件(如刀具、量具)。,4. 等温淬火,将奥氏体化的工件淬入Ms点以上某温度盐浴中,等温保持足够长时间,使之转变为下贝氏体组织,然后取出在空气中冷却的淬火方法。特点:淬火热应力、组织应力小,变形小 适用于形状复杂、尺寸精密件,1 淬透性的概念2 淬透性的测定方法3 淬透性的实际意义,(五) 钢的淬透性,工件淬火时,由表面至心部的冷却速度逐渐降低,只有冷却速度大于钢的临界冷却速度v临界的区域才能得到全部马氏体。,为什么引入“淬透性”概念,1 淬透性的概念,淬透性定义,淬透层深度:由工件表面→半马氏体点(50%M)的深度 。利用测定的淬火钢件截面硬度分布曲线,可测定淬透层深度。,指奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力,具体用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度的分布来表示,越深,淬透性越高。,,例:直径为30mm的45钢和40CrNiMo试样棒,加热到奥氏体区(840℃),然后用水进行淬火。分析两根试样棒截面的组织,测定其硬度。结果:45钢表面组织为M,心部组织为F+S,表面硬度55HRC,心部硬度仅20HRC,说明45钢试样棒心部未淬火;40CrNiMo试样棒表面至心部均为M组织,硬度均为55HRC,可见40CrNiMo的淬透性比45钢好。,硬度测量法:50%M的硬度,M量和硬度随深度的变化,M量和硬度随深度的变化,,区分两组概念:淬透性和实际工件的淬透层深度淬透性(hardenability)与淬硬性(the ability of harden quenching),是指钢在淬火时获得马氏体的能力。钢的淬透性好坏取决于过冷奥氏体的稳定性,或者说,取决于钢的临界冷却速度。从本质上说,淬透性是奥氏体所具有的一种特性,它取决于奥氏体的化学成分、晶粒度和均匀性。,淬透性,淬硬性:表示钢淬火时的硬化能力。 指钢在淬火后获得的马氏体组织所能达到的最高硬度,取决于马氏体中的含碳量。例如: 高碳工具钢的淬透性较差,但淬硬性却很高; 而低碳合金钢淬透性很好,但淬硬性却不高。淬透性与淬硬性两者没有必然的联系。,1) 断口法2) 临界直径法3) 末端淬火法,2 淬透性测定方法,3)末端淬火法(Jominy法,1938年),GB/T 225-2006钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy试验),淬透性--“末端淬火法”测定(GB/T225-2006),J-表示末端淬透性;d-至水冷端的距离,mmHRC-在该处测得的硬度值,3. 淬透性的实际意义,淬透性属于钢的热处理工艺性能。 影响工件的力学性能; 是机器零件选材的重要参考数据; 制定合理的冷却工艺;,二、钢的回火,1.回火目的(淬火组织的问题) a. 消除淬火应力,降低脆性 b. 稳定工件尺寸,由于M,残余A不稳定 c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。,2. 回火种类,通常回火钢性能取决于回火温度,回火温度↑,内应力↓,同时强硬度↓,而塑韧性↑,强韧性要求不同,回火温度不同。实用中根据温度不同划分回火种类。回火可分为:低温回火、中温回火和高温回火。,(1)低温回火(150~250℃) 应用:① 工、模具钢;② 低碳马氏体钢(2)中温回火(350~500℃) 应用:弹簧钢、热锻模(3)高温回火(550~680℃)应用:重要结构件,轴、齿轮等调质处理:淬火+高温回火,三、淬火加热缺陷及防止,1. 淬火工件的过热和过烧 工件在淬火加热时,由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫做过热。 轻微的过热可用延长回火时间来补救,严重的需进行一次细化晶粒退火,然后再重新淬火。 淬火加热温度太高,是奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象叫做过烧。 过烧是加热缺陷,无法补救,只能报废。,2. 淬火加热时的氧化和脱碳,氧化是钢件在加热时与炉气中的O2、H2O及CO2等氧化性气体发生的化学作用。采用脱氧良好的盐浴加热或可控气氛加热等方法防止钢的氧化。 钢件在加热过程中,钢中的碳与气氛中的O2、H2O、CO2及H2等发生化学反应,形成含碳气体逸出钢外,使钢件表面含碳量降低,这种现象称为脱碳。防止氧化和脱碳的方法:加入无水分的木炭;采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面、热涂硼酸;采用真空加热或可控气氛加热。,复杂应力条件下,工件表面和心部承受不同应力状态,要求表面和心部具有不同的性能。为此,发展了表面热处理技术。如表面淬火工艺和表面化学热处理工艺。还有复合加工工艺,如形变热处理工艺等。,§10-3 其他类型热处理,一、钢的形变热处理,定义:将塑性变形与热处理操作相互结合,使金属材料同时受到形变强化和相变强化的一种综合工艺。作用:提高钢的强度,改善塑性和韧性,简化工艺,节省能源。分类:高温形变热处理、低温形变热处理等。,1. 高温形变热处理,将钢加热使之奥氏体化,并在略低于奥氏体化温度下进行塑性变形(轧制、拔丝、旋压等),成形后立即淬火,使之发生马氏体转变并回火以获得需要的性能。变形量:20~40%,终锻温度:900℃以内。强化程度有限,强度提高,塑韧性大大提高。应用:锻件、曲轴、连杆等。,2. 低温形变热处理,Ar1以下(500~600℃)变形量60~90%,抗拉强度可达3300MPa,超高强钢的热处理。应用:飞机起落架、模具、冲头、板簧,二、钢的表面淬火,表面和心部性能要求不同的工件,如汽车、拖拉机上的传动齿轮,表面硬度要求58~62HRC,而心部硬度则要求为33~38HRC。表面淬火工艺可达到这种表硬心韧的性能要求种类:感应加热、激光加热、电子束加热及火焰加热。,(一)感应加热表面淬火,感应加热表面淬火的分类,(1) 高频感应加热表面淬火 80~1000kHz,淬硬深度为0.5~2mm。中小模数齿轮、轴类零件等。(2) 中频感应加热表面淬火2500~8000Hz,淬硬深度3~6mm,直径较大的轴类和较大模数的齿轮等。(3) 工频淬火 50Hz,淬硬深度达10~15mm,直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。,(二) 感应加热表面淬火的特点,淬火温度高:(Ac3+80~150℃)组织:M→M+F+托 氏体→F+P/回火索氏体升温速度快,保温时间极短。表面硬、脆性低。耐腐蚀性好,调质态比正火态冲击韧度高表面质量好、变形小,不易氧化、脱碳、生产过程易于控制,适用于大批量生产。不足:设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。适用材料:碳含量为0.4~0.5%的中碳碳素钢和合金钢。,三、钢的化学热处理,(一) 一般过程: 加热:将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子;分解:有化合物分解或离子转变而得到渗入元素活性原子;吸收:活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物;扩散:渗入原子在一定温度下,由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。,化学热处理方法,渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性能;渗氮、渗硼、渗铬是工件表面特别硬,可显着提高耐磨性和耐蚀性;渗铝可提高耐热抗氧化性;渗硫可提高减摩性;渗硅可提高耐酸性等。常用:渗碳、渗氮和碳氮共渗和氮碳共渗。,(二) 钢的渗碳,渗碳:向低碳钢件放入渗碳介质中,在900~950℃加热保温,使活性碳原子渗入工件表面并获得高碳渗层的工艺方法。目的:是使工件在热处理后表面具有高硬度和高的耐磨性,而心部仍保持低碳钢良好的塑、韧性。应用:齿轮、凸轮、活塞、轴类等。渗碳用钢:合金渗碳钢含碳量0.15~0.25%之间。15、20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB 等,1. 渗碳方法,(1) 固体渗碳将低碳钢件放入装满固体渗碳剂的渗碳箱中,密封后送入炉中加热至渗碳温度,使活性碳原子渗入工件表层。,根据渗碳剂的不同,钢的渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳,常用的是前两种。,渗碳剂:木炭加碳酸盐渗碳温度:900~930℃优点:工艺简单,适宜单件或小批量生产。缺点:加热时间长,效率低,渗层深度及质量不易控制。,(2) 气体渗碳,滴注式气体渗碳:将工件置于密封的加热炉中,滴入煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有机热体,在炉中形成含有H2、CH4、CO、和少量的CO2的渗碳气氛,钢件在高温下与气体介质发生反应而形成渗碳。渗碳剂:液体或气体碳氢化物。渗后须进行淬火,获得高硬度、高耐磨性。,2. 渗碳后的成分、组织和厚度,渗碳缓冷后组织如图所示。即由工件表面到心部依次为:过共析组织(Fe3CⅡ+P) → 共析组织(P) →亚共析组织(P+F)的过渡层→心部原始组织(F+P少量)。表面HRC28,,渗碳淬火+低温回火后的组织,表层组织:M回+粒状碳化物+少量AR 硬度为58~62HRC心部组织: 低碳钢:P类+F,硬度为10~15HRC 低碳合金钢:低碳M回+F,硬度为35~45HRC 具有较高强度和足够高的韧性,一般渗碳件的加工工艺路线为:锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨例: 20CrMnTi钢制作汽车齿轮,3.渗碳后的热处理,(三) 渗氮,渗氮:把钢件置入含有活性氮原子的气氛中,加热到一定温度,保温一定时问,使氮原于渗入工件表面的热处理工艺。 目的:是提高工件的表面硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性能。 常用的渗氮钢:38CrMoAl。渗氮前一般要进行调质处理,渗氮温度一般不超过调质处理的回火温度,一般为500-570℃。 常用渗氮方法:气体渗氮、离子渗氮。,(四) 碳氮共渗,液体碳氮共渗和气体碳氮共渗。目的:提高表面硬度、耐磨性和疲劳极限。应用较广的是中温气体碳氮共渗。碳氮共渗的钢种多为低碳或中碳钢及合金钢。温度:820~860℃,第10章 习题与思考题,1??确定下列钢件的退火方法,并指出退火的目的与退火后的组织: (1)经冷轧后的钢板,要求降低硬度; (2)锻造过热的60钢锻坯; (3)具有片状渗碳体的T12钢坯。 2??指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织: (1)20钢齿轮;(2)45钢小轴;(3) T12钢锉刀 3 ?何谓钢的淬透性?何谓钢的淬硬性?影响淬透性的因素有哪些?影响淬硬性的因素有哪些?,4?何谓钢的淬火临界冷却速度?影响因素有哪些?它和钢的淬透性有何关系? 5?试分析下列说法是否正确:(1)钢中合金元素的含量愈多,则淬火后硬度愈高;(2)同一钢材在相同加热条件下,水淬比油淬的淬透性好,小件比大件的淬透性好。6??指出φ10mm的45钢(退火态)经下列温度加热并水冷后获得的组织:700℃、760℃、840℃。(知Ac1=724℃,Ac3=780℃,D水冷=20mm),,,
? 汽车智库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:Chapter_10_钢的热处理工艺.ppt
链接地址:http://www.autoekb.com/p-9210.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2008-2018 mywenku网站版权所有
经营许可证编号:京ICP备12026657号-3?

收起
展开