熱處理基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)1

1、熱處理基礎(chǔ)培訓(xùn)Part1Part2Part3Part4CONTENTS目 錄Part 1金屬熱處理的地位及應(yīng)用生產(chǎn)壽命高、重量輕、體積小、功能強(qiáng)及高度可靠的產(chǎn)品乃是制造業(yè)不斷追求的目標(biāo)。熱處理(含表面改性，下同)是通過(guò)改變材料的組織結(jié)構(gòu)從而大幅度改變材料性能的工藝環(huán)節(jié)，是提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量、保證整機(jī)使用性能和可靠性的關(guān)鍵，在制造業(yè)中有十分重要的作用。1.11.1熱處理在工業(yè)生產(chǎn)中的地位凡是擁有著名品牌產(chǎn)品的制造業(yè)企業(yè)都高度重視熱處理技術(shù)的研發(fā)，通過(guò)大量的投入、持續(xù)研究、不斷改進(jìn)和長(zhǎng)期積累，形成獨(dú)到的熱處理技術(shù)并嚴(yán)加保密。他人可從市場(chǎng)購(gòu)得名牌產(chǎn)品，制造出材料成分與幾何要素完全一致的仿制品，但壽命

2、和可靠性往往難望其項(xiàng)背。國(guó)際工業(yè)界公認(rèn)：熱處理技術(shù)熱處理技術(shù)是決定制造業(yè)水平及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素。是決定制造業(yè)水平及其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的核心要素。熱處理的作用日趨重要：因?yàn)楝F(xiàn)代機(jī)器制造過(guò)金屬材料的性能不斷提出更高的要求，如果完全依靠原材料的原始性能來(lái)滿足這些要求，常常是不經(jīng)濟(jì)的，甚至是不可能的、熱處理可提高零件的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性，同時(shí)，還可改善毛坯或原材料切削性能，使之易于加工。熱處理是改善原材料或毛坯的工藝性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長(zhǎng)使用壽命、挖掘材料潛力不可缺少的工藝方法。熱處理在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛；在機(jī)床制造中要進(jìn)行熱處理的零件占60%70%在汽車、拖拉機(jī)制造中占7080%；在各

3、類工具/刃具、模具、量具等和滾動(dòng)軸承制造中，100%的需要進(jìn)行熱處理。1.21.2熱處理的應(yīng)用Part2熱處理的定義及本質(zhì)2.12.1金屬熱處理定義金屬熱處理是在固態(tài)下將金屬或合金加加熱熱到一定溫度，保溫保溫一定時(shí)間，然后以一定冷卻速度冷卻冷卻，通過(guò)加熱速度、保溫溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度四個(gè)基本要素的有機(jī)配合，使金屬或合金內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而獲得一定性能的工藝方法。熱處理與其它加工方法的特點(diǎn)：它只改變金屬材料的組織和性能，而不以改變其形狀和尺寸為目的熱處理工藝的本質(zhì)：通過(guò)改變材料的相結(jié)構(gòu)或組織組成，達(dá)到改變材料性能的目的2.2金屬熱處理的本質(zhì)構(gòu)成決定Part 3熱處理一般分類及常用材料的

4、熱處理3.13.1熱處理一般分類熱處理常規(guī)熱處理退火正火淬火回火表面熱處理表面淬火化學(xué)熱處理滲碳滲氮碳氮共滲 是將鋼加熱、保溫，然后隨爐冷卻或埋入灰中使其緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。退火退火ABCD常見退火工藝方法將工件加熱至低于AC1的某一溫度（一般500650），保溫足夠時(shí)間后，緩慢冷卻。主要用于消除鑄件、鍛件、焊接件及冷變形零件的內(nèi)應(yīng)力，降低溫度，穩(wěn)定尺寸，減少和防止使用過(guò)程中變形，但不改但不改變零件的內(nèi)部組織變零件的內(nèi)部組織02將工件加熱Ac3以上3050，保溫一定時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。亞共析鋼經(jīng)完全退火后得到的組織史F+P完全退火主要適用

5、于亞共析鋼和合金鋼的鑄件、焊接件、鍛件及熱軋型材。目的是細(xì)化晶粒，均勻組織，降低硬度，便于切削加工并為加工后工件的淬火作好組織準(zhǔn)備。過(guò)共析鋼不進(jìn)行完全退火，因?yàn)檫^(guò)共析鋼自Acm緩慢冷卻時(shí)會(huì)析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使鋼脆性增大。01常用退火工藝定義退火目的及應(yīng)用定義：將鋼材或鑄鐵工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻，得到含有珠光體的均勻組織的熱處理工藝稱為正火。正火正火目的及應(yīng)用淬火淬火方法回火回火分類AB調(diào)質(zhì)件大都在比較大的動(dòng)載荷作用下工作，它們承受著拉伸、壓縮、彎曲、扭轉(zhuǎn)或剪切的作用，有的表面還具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。零件處在各種復(fù)合應(yīng)力下工作。這類零件主要為各種機(jī)器和機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)件，如軸類、

6、連桿、螺柱、齒輪等，在機(jī)床、汽車和拖拉機(jī)等制造工業(yè)中用得很普遍。尤其是對(duì)于重型機(jī)器制造中的大型部件，調(diào)質(zhì)處理用得更多因此，調(diào)質(zhì)處理在熱處理中占有很重要的位置。在機(jī)械產(chǎn)品中的調(diào)質(zhì)件，因其受力條件不同，對(duì)其所要求的性能也就不完全一樣。一般說(shuō)來(lái)，各種調(diào)質(zhì)件都應(yīng)具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，即高強(qiáng)度和高韌性的適當(dāng)配合，以保證零件長(zhǎng)期順利工作。調(diào)質(zhì)AB3.2常用鋼的調(diào)質(zhì) 屬于中碳結(jié)構(gòu)鋼，價(jià)格低，來(lái)源廣，應(yīng)用廣泛，硬度不高易切削加工，淬透性較低，對(duì)于大工件正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)下兩者力學(xué)性能相近。最大弱點(diǎn)是淬透性低，水中臨界淬透直徑為1217mm，水淬時(shí)有開裂傾向，截面尺寸大和要求較高的工件不宜采用。 因淬透性低，采用

7、冷卻速度大的10%的鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)該淬透，但不是冷透。45鋼調(diào)質(zhì)件淬火后的硬度應(yīng)該達(dá)到HRC5659，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就說(shuō)明工件未得到完全淬火，組織中可能出現(xiàn)索氏體甚至鐵素體組織，這種組織通過(guò)回火，仍然保留在基體中，達(dá)不到調(diào)質(zhì)的目的?！薄?5鋼鋼 調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，良好的低溫沖擊韌性和低的缺口敏感性。鋼的淬透性良好（0.8-1.0%Cr），水淬時(shí)可淬透到2860mm,油淬時(shí)可淬透到1540mm，淬透性高于45#。Cr能增加鋼的淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。截面尺寸大或重要的調(diào)質(zhì)工件，應(yīng)采用Cr鋼。但Cr鋼有第二類

8、回火脆性。 40Cr鋼的淬透性較好，在油中冷卻能淬硬，而且工件的變形、開裂傾向小。對(duì)形狀不復(fù)雜的工件，可以在水中淬火只是操作者要憑經(jīng)驗(yàn)嚴(yán)格掌握入水、出水的溫度?！薄?0Cr Mo可降低第二類回火脆性強(qiáng)度，具有高強(qiáng)度和韌性,淬透性也較好， Mo可降低第二類回火脆性，故無(wú)明顯的回火脆性,淬火時(shí)變形小,調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌度良好,高溫時(shí)有高的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。 用于制造要求較35CrMo鋼強(qiáng)度更高和調(diào)質(zhì)截面更大的鍛件，如機(jī)車牽引用的大齒輪、增壓器傳動(dòng)齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾，也可用于 2000m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具等。 ”“42CrMo451

9、40Cr242CrMo3優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.42-0.50%，抗拉強(qiáng)度為610MPa，屈服點(diǎn)為360MPa；用于一般軸類零件。合金結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.37-0.45%，含鉻0.8-1.1%，抗拉強(qiáng)度為1000MPa，屈服點(diǎn)為800MPa；用于負(fù)荷較大的受力件。合金結(jié)構(gòu)鋼，碳含量為0.38-0.45%，含鉻0.9-1.2%，含鉬0.15-0.25%，抗拉強(qiáng)度為1100MPa，屈服點(diǎn)為950MPa。用負(fù)荷較大，要求可靠性較高的零部件。4 45鋼與40Cr、42CrMo區(qū)別材料淬透尺寸（MM) 212240454540cr40cr42CrMo42CrMo常用鋼的全淬透尺寸（碳鋼水淬，合金鋼油

10、淬）淬透尺寸（MM) 215555最高硬度（HRC) 5859電感應(yīng)，火焰，電接觸，激光等，目前應(yīng)用最廣的是電感應(yīng)加熱法采用方法03獲得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韌性目的02將鋼件的表面層淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火的方法。概念01表面淬火感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理。將工件置于用銅管制成的感應(yīng)圈中，向感應(yīng)圈中通交流電時(shí)，在它的內(nèi)部和周圍將產(chǎn)生一個(gè)與電流頻率相同的交變磁場(chǎng)，若把工件置于磁場(chǎng)中，則在工件(導(dǎo)體)內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于電阻的作用工件被加熱。由于交流電的“集膚效應(yīng)”，靠近工件表面電流密度最大，而工件心部電流幾乎為零。幾秒內(nèi)工件表面溫度就

11、可以達(dá)到 8001000，而心部仍接近室溫。當(dāng)表層溫度升高至淬火溫度時(shí)，立即噴液冷卻使工件表面淬火。感應(yīng)加熱淬火一般都用于中碳鋼或中碳合金鋼（如：45、40Cr等），鋼件在表面淬火前應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火處理，以保證心部性能。感應(yīng)加熱表面熱處理電流透入工件表面的深度主要與電流頻率有關(guān)，頻率越高透入深度越小。對(duì)于碳鋼，淬硬層深度與電流頻率存在以下關(guān)系：概念：是對(duì)金屬表面處理的一種，采用滲碳的多為低碳鋼或低合金鋼（C%0.25%），具體方法是將工件置入具有活性滲碳介質(zhì)中，加熱到900-950攝氏度的單相奧氏體區(qū)，保溫足夠時(shí)間后，使?jié)B碳介質(zhì)中分解出的活性碳原子滲入鋼件表層，從而獲得表層高碳，心部仍保持原有

12、成分。 相似的還有低溫滲氮處理。這是金屬材料常見的一種熱處理工藝，它可以使?jié)B過(guò)碳的工件表面獲得很高的硬度，提高其耐磨程度。滲碳深度視零件要求定，一般采用0.52.5mm，滲碳層表面硬度應(yīng)不低于56HRC，對(duì)于合金鋼制造的重要零件應(yīng)不低于60HRC。滲碳的作用：使工件增碳表面層經(jīng)淬火和低溫回火后，能獲得高硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而工件心部仍有高的塑性和韌性。滲碳35定義是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。應(yīng)用鏜床的主軸和主軸套、精密機(jī)床的絲桿、內(nèi)燃機(jī)的曲軸、汽缸套、汽閥、各種精密齒輪的量具等特點(diǎn)1.高的表面硬度（HV10001100，相當(dāng)于HRC6572）及耐磨性，這種

13、性能可以維持到相當(dāng)高的溫度（600650）而不下降2、具有高的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性。3、氮化溫度較低，常在500600，且氮化后滲層直接獲得高硬度，避免了淬火引起的變形。氮化熱處理變形小，適合精密零件的最終處理。滲氮Part 4熱處理工序的安排及機(jī)加余量控制1、退火、正火：安排在毛坯生產(chǎn)之后，切削加工之前毛坯生成退火或正火機(jī)械加工2、調(diào)質(zhì)：粗加工之后，精加工或半精加工之前下料鍛造正火（或退火）機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械機(jī)加工對(duì)于重要銷軸通用加工工藝如下：45#，D20，40Cr、42CrMo，D40時(shí)，粗車見光原材料探傷調(diào)質(zhì)精加工探傷打編碼表面處理（發(fā)黑）45#，D20，40Cr、42CrMo，D40時(shí)

14、，調(diào)質(zhì)件所留加工余量（mm)參考下表：1 1、淬火、淬火（1）整體淬火件： 下 料 鍛 造 正 火 （ 或 退 火 ） 機(jī) 械 粗 加 工 、 半 精 加 工 淬 火 、 回 火 磨 削（2）感應(yīng)加熱表面淬火件的加工路線： 下料鍛造正火（或退火）機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械半精加工感應(yīng)加熱表面淬火、低溫回火磨削2 2、滲碳：、滲碳： 下料鍛造正火機(jī)加工滲碳淬火、低溫回火磨削3 3、滲氮：、滲氮： 下料鍛造退火機(jī)械粗加工調(diào)質(zhì)機(jī)械精加工去應(yīng)力退火粗磨滲氮精磨軸、套、環(huán)類零件內(nèi)孔熱處理后的磨削余量（mm)mm)桿類軸類零件外圓熱處理后的磨削余量滲碳后的加工余量工作圖上熱處理要求的表示1、材料選擇應(yīng)與零件有效截面尺寸相適應(yīng)。對(duì)于要求整體淬透的零件選材時(shí)，必須考慮鋼的淬透性。一般零件以心部獲得50%馬氏體視為淬透；重要零件（如航空零件等）以心部獲得90%馬氏體視為淬透。2、選擇材料應(yīng)與熱處理工藝相適應(yīng)。各種鋼都有其最佳的熱處理工藝。如：20CrMnTi鋼適合滲碳，低、中碳碳素鋼和低、中碳合金鋼適合化學(xué)熱處理后進(jìn)行整體淬火硬化3、選擇材料時(shí)應(yīng)考慮熱處理工藝性。如，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件要考慮淬火的開裂和變形問(wèn)題。在保證性能和不過(guò)多增加成本的前提下，采用淬透性好的合金鋼用油淬火比碳素鋼用水淬火的開裂與變形敏感性小得多 零件材料的合理選擇1、除模具刃口和刀具刃口部等特殊情況外，一般零件的銳角或倒鈍成圓角。2、盡