簡介:第五章鋼的熱處理工藝,供應(yīng)窄帶鋼行業(yè)熱處理設(shè)備,教學(xué)內(nèi)容,51鋼的退火與正火工藝52鋼的淬火與回火53鋼的表面熱處理54鋼的化學(xué)熱處理,一般要求,1鋼在加熱和冷卻時組織轉(zhuǎn)變的機(jī)理;2各種熱處理的具體工藝過程;3鋼在加熱和冷卻過程中產(chǎn)生的缺陷,1鋼在加熱時組織轉(zhuǎn)變的過程中及影響因素;2本質(zhì)晶粒度與實際晶粒度的含義,控制晶粒度大小的因素;3共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義。C曲線中種溫度區(qū)域內(nèi)奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形貌,性能特點。4非共析鋼C曲線與共析鋼C典線的差別及影響C典線的因素;5奧低體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點,冷卻速度對鋼的組織變化和最終性能的影響;6各種熱處理的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過程,性能變化,用途和適用的鋼種,零件的范圍。,5.1鋼的退火與正火工藝,一、退火(將鋼件加熱到適當(dāng)溫度,保溫一定時間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。),退火工藝曲線,1.完全退火加熱溫度AC3以上2030度組織PF目的①細(xì)化,均勻化粗大、不均勻組織②接近平衡組織③消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)用范圍亞共折鋼,共析鋼,不適用于過共析鋼。,2.球化退火(不完全退火)加熱溫度AC1以上2040度應(yīng)用范圍過共析鋼,共析鋼組織球狀P(F球狀CEM)目的①使CEM球化→HRC↓,韌性↑→切削性↑②為淬火作準(zhǔn)備,10501150℃,1020H,PF或PFE3CII目的消除偏析后果粗大晶粒(應(yīng)用完全退火消除),4.再結(jié)晶退火加熱溫度AC1以下50150度,或T再3050度目的消除加工硬化,5.去應(yīng)力退火500650℃,3.?dāng)U散退火(均勻化退火),二、正火(空冷),AC3或ACCM3050℃組織S(F或FE3C)應(yīng)用(1)作最終熱處理,普通結(jié)構(gòu)鋼零件目的A細(xì)化A晶粒,組織均勻化B減少亞共析鋼中F→P↑,CP細(xì)化→強(qiáng)度,韌性、硬度↑(2)預(yù)先熱處理A消除不均勻組織(魏氏組織,帶狀組織);B細(xì)化組織→為淬火、調(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備C使過共析鋼中FE3CII↓→使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀,為球化作準(zhǔn)備(3)改善切削加工性能(低碳鋼),以45鋼為例的正火工藝曲線,保溫時間的經(jīng)驗公式ΤKD單位為MIN,式中,K加熱系數(shù),一般K1520M/MIN,若裝爐量大則可延長保溫時間,D工件有效厚度,單位為M,操作步驟如下,三、退火、正火的選擇,正火冷速快,材料組織細(xì)化,機(jī)械性能好1.切削加工低碳鋼→正火中高碳鋼→完全退火高碳鋼、合金工具鋼正火+球化退火2.作為最終熱處理→正火3.為最終熱處理提供良好的組織狀態(tài)4正火可替代完全退火以提高效率,52鋼的淬火與回火,一、淬火加熱到AC3、AC1相變溫度以上,保溫,快速冷卻→MA′,1.淬火溫度的決定,淬火溫度過高→A粗大→M粗大→力學(xué)性能↓,淬火溫度過高→A粗大→M粗大→淬火應(yīng)力↑→變形,開裂↑,2.淬火介質(zhì)理想650℃以上,慢,減小熱應(yīng)力650400℃,快,避免C曲線400℃以下,慢,減輕相變應(yīng)力,理想淬火冷卻曲線示意圖,不同淬火方法示意圖,以45鋼為例的淬火工藝曲線,,油冷,M,T,,,二、鋼的淬透性,1.淬透性淬火條件下得到M組織的能力,取決于VK(上臨界冷卻速度)2.淬硬性鋼在淬火后獲得硬度的能力,取決于M中C,C↑→淬硬性↑,,3.影響淬透性的因素VK,C曲線,影響C曲線的因素,(1)根據(jù)服役條件,確定對鋼淬透性的要求選材的依據(jù)(2)熱處理工藝制定的依據(jù)(3)尺寸效應(yīng),4.淬透性的應(yīng)用,三、回火,A消除淬火應(yīng)力,降低脆性B穩(wěn)定工件尺寸,由于M,殘余A不穩(wěn)定C獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性。,2.鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變,A馬氏體分解(200℃以下)析出ΕFE24C碳化物(亞穩(wěn)定)組織回火馬氏體M’→過飽和Α固溶體十亞穩(wěn)定Ε碳化物(極細(xì)的作用晶格畸變降低,淬火應(yīng)力有所下降。B殘余A分解(200300℃)A→M’(或A→B下)組織回火馬氏體M’C回火屈氏體T’形成(250400℃)Ε→FE3CΑ→F-維持M’外形組織回火屈氏體T’FFE3CD碳化物的聚集長大,鐵素體的回復(fù)與再結(jié)晶(400℃)組織回火索氏體S’F(等軸晶)FE3C(粒),1.回火目的(淬火組織的問題),3.回火工藝組織性能關(guān)系,(1)低溫回火(150250℃)回火馬氏體M’降低淬火應(yīng)力,提高韌性,保證高硬度(HRC5864)和耐磨性高碳的工具、模具、滾動軸承,滲碳與表面淬火的零件(2)中溫回火(350500℃)回火屈氏體T’高彈性極限和屈服強(qiáng)度,一定的韌性,硬度一般為HRC3545彈簧(3)高溫回火(500650℃)回火索氏體S′淬火+高溫回火調(diào)質(zhì)處理綜合機(jī)械性能好強(qiáng)度、韌性、塑性的配合,硬度一般為HRC2535承受交變載荷,連桿、軸、齒輪等重要結(jié)構(gòu)件最終熱處理精密量具、模具預(yù)先熱處理,45鋼╳400,回火索氏體,正火與調(diào)質(zhì)處理的比較45鋼ΣBMN/M2ΔAKKJ/M2HB組織正火7008001220500800163220細(xì)片SF調(diào)質(zhì)75085020258001200210250細(xì)粒S’,硬度200度以下,HRC不變。200300度,M分解,殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,硬度降低不大,高碳鋼硬度,有一定的升高。300度,HRC降低。韌性400度開始升高,600度最高。彈性極限在300400度最高。塑性在600650度最高。1、高碳回火馬氏體強(qiáng)度、硬度高、塑性、韌性差2、低碳回火馬氏體高的強(qiáng)度與韌性,硬度、耐磨性也較好。3、回火屈氏體屈服強(qiáng)度與彈性極限高4、回火索氏體綜合機(jī)械性能。,(4)回火溫度與機(jī)械性能的關(guān)系,(5)回火脆性,(1)低溫回火脆性(250400℃)碳化物片沿M晶界析出避免在此溫度回火(3)高溫回火脆性(450650℃)P等元素在原A晶界偏聚,慢冷時CR、NI等促進(jìn)偏聚MO等抑制偏聚減少P等雜質(zhì)元素,添加MO等合金元素,,,5.回火工藝及其應(yīng)用,記注淬火高溫回火→調(diào)質(zhì)處理,以45鋼為例的調(diào)質(zhì)工藝曲線,淬火高溫回火→調(diào)質(zhì)處理,,53鋼的表面熱處理,表面淬火不改變表面化學(xué)成分,只改變其表面組織的局部熱處理方法。目的心部保持較高的綜合機(jī)械性能,表面具有高硬度和耐磨性。,一、感應(yīng)加熱表面淬火1.原理交變磁場→感應(yīng)電流→工件電阻→加熱,集膚效應(yīng)→表面加熱2.分類A高頻200300KHZ,淬硬深度052MM小工件B中頻25008000HZ淬硬深度25MM尺寸較大的工件C低頻50HZ淬硬深度1015MM大型工件D超音頻3040KHZ3.鋼種中碳鋼和中碳低合金鋼磨損部位(高硬度,耐磨),加熱速度快幾秒幾十秒B加熱時實際晶粒組小,淬火得到極細(xì)馬氏體,硬度↑,脆性↓C殘余壓應(yīng)力→提高壽命D不易氧化、脫碳、變形小E工藝易控制,設(shè)備成本高,4.特點,鍛造→退火或正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火→低溫回火→(粗磨→時效→精磨),5.工藝路線,54鋼的化學(xué)熱處理,一、滲碳AC3以上;900950℃,低碳鋼,1.目的及應(yīng)用提高表面硬度,耐磨性,而使心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的塑性和韌性2.鋼種低碳鋼,低碳合金鋼,3.加工工藝路線鍛造→正火→切削加工→滲碳→淬火(直接淬火、一次淬火,二次淬火)→低溫回火→噴丸→磨削,(1)直接淬火(如圖A、B曲線)奧氏體晶粒大,馬氏體粗,殘余A多,耐磨性低,變形大。只適用于本質(zhì)細(xì)晶鋼或耐磨性要求低和承載低的零件。(2)一次淬火(如圖C曲線)心部要求高時AC3以上表面要求高時AC1以上30500℃(3)二次淬火(如圖D曲線)第一次,改變心部組織AC3以上30500℃第二次,細(xì)化表面組織AC1以上30500℃,4.滲碳工藝組織性能關(guān)系加熱溫度,保溫時間→滲碳層厚度,二、氮化(含AL,CR,MO,V的鋼),它系指在一定溫度(一般在AC1)以下,使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝。其目的是使工件表面獲得高硬度和良好的耐蝕性能,且因氮化溫度低、變形小,因此在工藝中的應(yīng)用也非常廣泛。常用的氮化方法又氣體氮化、離子氮化、氮碳共滲(軟氮化)等。,1、氣體氮化,氣體氮化是將工件放在密封的爐內(nèi)加熱,并通入氮氣。滲碳的加熱溫度低(小于AC1溫度,鋼的組織處于鐵素體狀態(tài)),因此工件變形小、氧化脫碳少。,氣體氮化的原理氨氣在300℃以上是便可以受熱分解出活性氮原子,即2NH3→3H22N活性氮原子被鋼的表面吸收,形成固溶體和化合物。,氣體氮化的溫度低500-600℃變形小,對心部調(diào)質(zhì)組織影響小,氣體氮化的工藝路線,鍛造→退火→機(jī)械粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→去應(yīng)力退火→粗磨→氮化→精磨,說明為保證零件的心部具有良好的綜合力學(xué)性能,氮化前要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理;為減少在氮化中的變形,在切削加工后要進(jìn)行去應(yīng)力退火。,氮化作為最后工序,氣體氮化的時間長30-50H,氣體氮化的硬度高HV10001100高耐磨性,熱硬性,氣體氮化高的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能,鋼的氮化層顯微組織400X,鋼的氮化層顯微組織,A3鋼多元共滲滲層X400,42RMO鋼多元共滲組織X400,BAL,BAL共晶組織(菊花狀),55其它熱處理,加熱與保溫過程中的氧化與脫碳一、可控氣氛熱處理二、真空熱處理快速加熱與冷卻三、激光加熱表面淬火形變與相變結(jié)合綜合強(qiáng)化四、形變熱處理,56表面處理,加熱與保溫過程中的氧化與脫碳一、可控氣氛熱處理二、真空熱處理快速加熱與冷卻三、激光加熱表面淬火形變與相變結(jié)合綜合強(qiáng)化四、形變熱處理,4.合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響,提高回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性指鋼在回火時,抵抗回火造成軟化的能力,B產(chǎn)生二次硬化,4.合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響,二次硬化效應(yīng)一些MO、W、V含量較高的鋼回火時,硬度并不隨回火溫度的升高單調(diào)降低,而是在某一溫度(約400℃)后反而開始增大,并在另一更高溫度(550℃)達(dá)到峰值。,如圖鉬鋼合金,
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