熱處理原理及工藝

熱處理原理及工藝第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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什么是形變熱處理？將塑性變形與熱處理相結(jié)合，使材料發(fā)生形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的一種綜合強(qiáng)化工藝。第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三12.1形變熱處理的分類和應(yīng)用第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三1、高溫形變熱處理–AC3之上形變-再結(jié)晶，細(xì)化晶粒，熱處理后強(qiáng)韌性好。（a)高溫形變淬火（b)高溫形變正火--控制軋制-比正常軋制（900度）溫度低。

（c)高溫形變等溫淬火12.1.1相變前形變的形變熱處理第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三2、低溫形變熱處理------保留加工硬化（d)低溫形變淬火（e)低溫形變等溫淬火第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三12.1.2相變中形變的形變熱處理相變和形變同時(shí)P區(qū)—塑性高B區(qū)—加工硬化，強(qiáng)度高M(jìn)區(qū)—形變誘發(fā)M—強(qiáng)度高；相變誘發(fā)M塑性—變塑鋼（TRIP鋼）第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三12.1.3相變后形變的形變熱處理對A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形變強(qiáng)化1、P的冷形變—鋼絲鉛淬冷拔；2、P的溫加工（g)，GCr15，促進(jìn)碳化物球化；3、回火M的形變時(shí)效——小形變量、時(shí)效——強(qiáng)度高。第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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12.2.1顯微組織強(qiáng)化12.2.2位錯(cuò)密度和亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化12.2.3碳化物的彌散強(qiáng)化作用12.3影響形變熱處理強(qiáng)韌化效果的因素12.3.1形變溫度12.3.2形變量12.3.3形變后退火前的停留時(shí)間12.2形變熱處理強(qiáng)韌化的機(jī)制第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三第13章

真空熱處理

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第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三金屬在加熱時(shí)的氧化反應(yīng)及氧化過程

1：氧化:材料中金屬元素與氧化性氣氛形成氧化物層。其危害是不僅使工件表面變色，失去光澤，而且使機(jī)械性能變壞（如疲勞性能）因此要防止氧化。2：氧化反應(yīng)：對于鐵來說，根據(jù)加熱溫度不同，常見的氧化反應(yīng)也不同，

在加熱溫度<570度時(shí)，形成Fe3O4，反應(yīng)如下：

Fe＋2O2=

Fe3O4

3/4Fe+H2O=

1/4Fe3O4+H2

3/4Fe+CO2=

3/4Fe3O4+CO

在加熱溫度>570度時(shí)，發(fā)生下列反應(yīng)：

Fe＋1/2O2=

FeO

Fe+H2O=

FeO+H2

Fe+CO2=

FeO+CO第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三3:氧化物的組織形式：（1）：

Fe3O4

磁性氧化鐵，在570度以下形成，組織嚴(yán)密，一旦形成氧化速度較慢，如步槍槍支要氧化處理。（2）：

Fe2O3當(dāng)T>570度時(shí)，形成無磁性氧化鐵。（3）

FeO：

溫度繼續(xù)升高，形成疏松FeO，氧化速度加劇。4：生銹腫脹:

鋼鐵工件在氧化性介質(zhì)加熱時(shí)，沿表面下的晶界及石墨夾雜迅速發(fā)生氧化，因氧化物體積大，從而導(dǎo)致腫脹的現(xiàn)象。它是一種特殊的內(nèi)氧化形式。第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三真空；指壓力較正常大氣壓?。ㄘ?fù)壓）的任何氣態(tài)空間。真空熱處理：將熱處理的加熱和冷卻過程置于真空中進(jìn)行稱真空熱處理。真空度：真空狀態(tài)下負(fù)壓的程度。單位：毫米汞柱，稱“托”

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第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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13.1.1真空保護(hù)作用13.1.2真空除氣13.1.3凈化作用13.1.4脫脂作用13.1.5蒸發(fā)作用13.1真空在熱處理中的作用第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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13.2真空熱處理的優(yōu)越性13.2.1熱處理變形小13.2.2提高零件使用性能，延長其使用壽命13.2.3節(jié)省能源13.2.4減少污染第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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13.3真空熱處理工藝13.3.1真空熱處理爐加熱特點(diǎn)爐子升溫快工件升溫慢（主要靠輻射加熱）第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三1、真空退火表面光亮，節(jié)省后續(xù)加工。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三2、真空淬火一般用氣淬或油淬第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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3、真空滲碳優(yōu)點(diǎn)：1、滲碳時(shí)間短；2、滲碳均勻；3、不產(chǎn)生反常滲碳層和晶間腐蝕；4、工藝重現(xiàn)性好；5、可進(jìn)行深層滲碳。第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三第14章

熱處理工藝設(shè)計(jì)

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第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.1熱處理工藝與機(jī)械零件設(shè)計(jì)的關(guān)系14.1.1合理選擇材料并提出技術(shù)要求1、根據(jù)零件服役條件合理選擇材料材料選擇：材料性能零件尺寸（1）調(diào)質(zhì)件；表面硬度淬透層深度第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三①截面承載均勻件，要求心部至少有50%M，對重要件要求心部有95%以上M；②對某些軸類件，由于承受的是彎曲、扭轉(zhuǎn)等復(fù)合應(yīng)力，最大應(yīng)力在表層，要求自表3/4或半徑1/2處淬透，防止游離F；大尺寸碳素鋼、低合金鋼，性能要求不高“正火+高溫回火”性能要求高“調(diào)質(zhì)”。（2）工具、模具，要求完全淬透，選材：性能指標(biāo)材料的淬透性

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第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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（3）表面硬化件如高頻淬火、滲碳、滲氮件選材：材料的淬透性、心部的含碳量、硬化層深度、截面尺寸比（硬化層與心部）。14-1直徑大，表殘余壓應(yīng)力大。14-2深碳層淺，最大壓應(yīng)力移向表面處。14-3含碳低，表面壓應(yīng)力大。第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三（1）根據(jù)零件服役條件，恰當(dāng)?shù)靥岢鲂阅芤笕琮X輪：①機(jī)床齒輪：傳遞應(yīng)力較大，接觸應(yīng)力較大—摩擦磨損不大；中碳鋼-調(diào)質(zhì)-表淬-低回；②汽車齒輪：傳遞應(yīng)力大，接觸應(yīng)力、磨損大，有沖擊載荷；低碳（合金）鋼-滲碳-淬火-低回；③介于二者之間可用滲N處理。38CrMoAlA調(diào)質(zhì)-機(jī)加-滲N.2、合理確定熱處理技術(shù)條件槽口:35-45HRC45鋼：高頻局部淬火

-回火。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三（2）熱處理要求只能定在所選鋼號(hào)淬透性和可淬硬性允許的范圍內(nèi);（3）熱處理要求應(yīng)該允許有一定的熱處理變形;（4）經(jīng)濟(jì)效果

制造成本:

使用成本

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熱處理成本設(shè)備投資、工時(shí)、材料消耗、返修率、廢品率制造過程成本：單件、大批量易拆換件---易損件(低成本)重點(diǎn)件(關(guān)鍵件)---影響整機(jī)性能(高成本）第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.1.2零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與熱處理工藝性的關(guān)系（1）零件加熱、冷卻時(shí)便于裝夾，吊掛—如開工藝孔；（2）有利于熱處理時(shí)均勻加熱和冷卻；T14-5（3）避免尖角和棱角；T14-6（4）采用封閉、對稱結(jié)構(gòu)；（5）形狀復(fù)雜或截面尺寸變化大的工件，用組合結(jié)構(gòu)或鑲拼結(jié)構(gòu)。第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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14.2熱處理工藝性與其它加工工藝的關(guān)系14.2.1鍛造工藝對熱處理質(zhì)量的影響1、鍛造加熱的影響如組織粗大：鍛造-高溫正火（或多次正火）；2、鍛造比不足或鍛打不當(dāng)—合金碳化物呈帶狀、網(wǎng)絡(luò)狀、大塊狀；消除：過共析鋼--鍛打消除碳化物不均勻；亞共析鋼—高溫退火或擴(kuò)散退火；3、鍛造變形不均勻性的影響；退火或正火消除。第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.2.2切削加工與熱處理的關(guān)系

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切削性能：熱處理后硬度為187-220HB切削性能最好。有切削應(yīng)力---熱處理后易變形；表面粗糙、尤其有較深尖銳刀痕時(shí)---淬火易裂；表面硬化（M），磨削時(shí)易產(chǎn)生磨削裂紋。第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.2.3工藝路線對熱處理質(zhì)量的影響T14—7原設(shè)計(jì)：加工成形---淬火---回火，張口張開；革新：加工成封閉結(jié)構(gòu)（輪廓線）---淬火---回火—切割開口。T14—8原設(shè)計(jì)：加工---高頻淬火（靠近φ35孔處節(jié)圓下凹）；革新：高頻淬火—加工6×φ35孔。第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.3加工工藝的組合與復(fù)合熱處理復(fù)合熱處理：對工件施加兩種以上的化學(xué)熱處理或化學(xué)熱處理與其它熱處理相結(jié)合的工藝。14.3.1滲N整體淬火（GCr15)（1）滲N（500-700度—加熱淬火（保護(hù)氣氛）--冷處理-低回；（2）保護(hù)氣氛加熱-滲N—淬火-冷處理-低回；

GCr15為高碳鋼，表滲N后Ms降，心部先形成M，后在表面形成M，表為殘余壓應(yīng)力。第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.3.2滲氮加高頻加熱表面淬火

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疲勞性能：2居中。14.3.3滲碳加高頻淬火變形小于滲碳-淬火第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三14.4熱處理工藝設(shè)計(jì)的方法和步驟

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步驟:提出方案-工藝試驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)室）-使用性能試驗(yàn)（裝車試驗(yàn)）--小批試生產(chǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)提出幾種可能的工藝方案、對各工藝方案進(jìn)行工藝分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、對確定方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、對試驗(yàn)結(jié)果分析、評定（或改進(jìn)）后編制熱處理工藝規(guī)程。第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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例：T14-10東方紅拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)軸服役條件（1）傳遞扭矩，承受彎曲載荷-高的疲勞極限；（2）承受過載沖擊載荷—要求良好的綜合性能。選材：40Cr45Cr熱處理要求：（1）調(diào)質(zhì)265-305HBS，無游離F；（2）軸徑φ90及花鍵處高頻淬火，53HRc以上，淬硬層深不小于1、5，

M：5-6級(jí)。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三工藝方案（1）工藝路線：鍛造—毛坯調(diào)質(zhì)–加工成形--軸徑φ90及花鍵處高頻淬火優(yōu)點(diǎn)：工藝簡單缺點(diǎn)：加工余量大，浪費(fèi)材料（加工φ23孔）；淬透性差。錐度處為過渡區(qū)，性能低。

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花鍵錐度第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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（2）工藝路線：鍛造—荒車及鉆φ23孔-調(diào)質(zhì)–加工成形--軸徑φ90及花鍵處高頻淬火；優(yōu)點(diǎn)：調(diào)質(zhì)效果好（壁?。┤秉c(diǎn)：加工余量大，浪費(fèi)材料；調(diào)質(zhì)需防氧化-脫C層；錐度及花鍵處應(yīng)連續(xù)淬火，但操作復(fù)雜（直徑不同）?；能?；毛坯車間車澆口、冒口、模鍛飛邊等。第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期三

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（3）該整體結(jié)構(gòu)為組合結(jié)構(gòu)，分為法蘭盤+花鍵軸，花鍵軸為通花鍵，與法蘭盤連接。法蘭盤工藝路線：鍛造—調(diào)質(zhì)–加工成形--軸徑φ90處高頻淬火—拉花鍵內(nèi)孔。花鍵軸工藝路線：棒料鉆孔--調(diào)質(zhì)–加工成形--花鍵中頻淬火。優(yōu)點(diǎn)：省料，工藝簡單。缺點(diǎn)：法蘭盤需拉花鍵內(nèi)孔。三種