課件機(jī)械制造基礎(chǔ)

第2章鋼的熱處理?一目的與要求了解熱處理的目的。初步掌握熱處理的四個(gè)基本環(huán)節(jié)。初步掌握鋼的熱處理工藝。

?二教學(xué)內(nèi)容本章將介紹鋼的普通熱處理的四個(gè)基本環(huán)節(jié)（退火、正火、淬火、回火）,重點(diǎn)討論鋼的退火和正火、淬火和回火的基本原理，基本工藝，特點(diǎn)與應(yīng)用,并簡要介紹鋼的表面熱處理工藝。?

三重點(diǎn)與難點(diǎn)鋼的普通熱處理的四個(gè)基本環(huán)節(jié)與應(yīng)用。?第2章鋼的熱處理2.1鋼的普通熱處理工藝2.1.1鋼的退火和正火1.鋼的退火(1)完全退火和等溫退火完全退火工藝：亞共析鋼加熱到Acm以上30-50℃，保溫一定時(shí)間(主要取決于工件的有效厚度)后，隨爐緩慢冷卻(或埋在砂或石灰中)至500℃以下在空氣中冷卻。?

等溫退火工藝：亞共析鋼加熱到Ac3+30～50℃,共析、過共析鋼加熱到Ac1+30～50℃，保溫后快冷到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間停留，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體類組織后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間。?

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（3）球化退火球化退火工藝：過共析鋼加熱到Ac1以上80～50°C，保溫一段時(shí)間以不大于50℃／s的冷卻速度隨爐冷卻，最終獲得的組織為球狀珠光體(球狀滲碳體分布在鐵素體基體上)。在球化退火之前，若鋼的原始組織中有明顯的網(wǎng)狀滲碳體，應(yīng)先進(jìn)行正火處理。

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（3）去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火的工藝：將鋼件隨爐緩慢加熱(100～150℃／h)至500～650℃(＜Ac1)，保溫一段時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻(50～l00℃/h)至200～300℃以下出爐。從以上工藝可以看出，由于加熱溫度低于Ac1，所以在去應(yīng)力退火中，鋼的組織并無變化，殘余應(yīng)力主要是通過鋼在500～650℃保溫后的緩慢冷卻過程中消除的。

?2.鋼的正火正火和退火的工藝目的基本相同，工藝也基本一樣，只是正火的冷卻速度稍微快一些，故正火的組織比較細(xì)，它的硬度、強(qiáng)度比退火高。狀態(tài)抗拉強(qiáng)度／(N/mm2)延伸率δ／(％)沖擊值／(N.m/cm2)HBS(W)退火6500～700015～20400～600～180正火7000～800015～20500～800～22045鋼正火、退火狀態(tài)的機(jī)械性能比較?

正火工藝：鋼加熱到Ac3或Acm以上30～50℃保溫一段時(shí)間，隨后在空氣中冷卻。正火的應(yīng)用：⑴對(duì)于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的為改善切削性能。⑵對(duì)于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。⑶普通件最終熱處理。

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3.退火和正火的選擇

：（1）從切削加工性考慮（2）從使用性能考慮（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮2.1.2鋼的淬火淬火的目的：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫后快速冷卻以獲得馬氏體的熱處理工藝，稱為淬火。

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淬火的目的：對(duì)于工具鋼、軸承鋼以及經(jīng)表面熱處理和化學(xué)熱處理的工件，通過淬火得到高硬度的馬氏體組織，再配合以低溫回火，提高其硬度與耐磨性；對(duì)于機(jī)械制造用的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，通過淬火與適當(dāng)回火的配合來滿足結(jié)構(gòu)零件的各種性能要求，如強(qiáng)度、彈性、塑性與韌性等的不同配合；對(duì)于磁鋼、不銹鋼等特種鋼，通過淬火可以改善其某些物理性能、化學(xué)性能，如磁性、耐蝕性等。

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2.淬火加熱的溫度和保溫時(shí)間（1）鋼的淬火溫度的選擇

亞共析鋼：淬火溫度為Ac3+30～50℃。

共析鋼：淬火溫度為Ac1+30～50℃。過共析鋼：淬火溫度為Ac1+30～50℃（2）加熱時(shí)間的選擇t=αKDt—加熱時(shí)間min，α—加熱系數(shù)min/mmK—裝爐修正系數(shù)，D—零件有效厚度mm

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3.淬火冷卻介質(zhì)常用的淬火介質(zhì)有水、油、鹽水，各種硝鹽或堿液，以及各種有機(jī)或無機(jī)化合物的水溶液等。

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4.常用的淬火方法（1）單液淬火法（2）雙液淬火法（3）分級(jí)淬火法（4）等溫淬火法

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（5）局部淬火法

?淬火實(shí)際操作?2.1.3鋼的回火1.鋼回火的目的鋼的回火和淬火是密不可分的，經(jīng)過淬火的零件，一般來說都要回火?；鼗鸬闹饕康娜缦拢孩俳档痛嘈裕驕p少內(nèi)應(yīng)力。②獲得工件所要求的機(jī)械性能。③穩(wěn)定工件的尺寸。

?④對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火(或正火)后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，降低硬度，以利于切削加工。2.淬火鋼在回火時(shí)的組織與性能的變化

回火馬氏體回火托氏體?回火索氏體回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢(shì)是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。?根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。

適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。

應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即保持較高的強(qiáng)度，具有良好的塑性和韌性。

提高e及s，同時(shí)使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低內(nèi)應(yīng)力。

回火目的S回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃

回火溫度

高溫回火

中溫回火

低溫回火

適用于彈簧熱處理?2.2鋼的表面熱處理工藝表面熱處理是指為改變工件表面的組織和性能，僅對(duì)工件表層進(jìn)行的熱處理工藝?；鹧婕訜岣袘?yīng)加熱?2.2.1鋼的表面淬火表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。?三種感應(yīng)加熱表面淬火

類別頻率范圍/kHz淬硬層深度/mm應(yīng)用舉例高頻感應(yīng)加熱200～3000.5～2在摩擦條件下工作的零件，如小齒輪、小軸中頻感應(yīng)加熱1～102～8承受扭曲、壓力載荷的零件，如曲軸、大齒輪工頻感應(yīng)加熱5010～15承受扭曲、壓力載荷的大型零件，如冷軋輥?感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)淬火機(jī)床?傳動(dòng)軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖感應(yīng)加熱是利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流來加熱工件的?利用乙炔火焰直接加熱工件表面，并快速冷卻的淬火工藝。淬層深度2-6mm。成本低，但質(zhì)量不易控制。2.2.2火焰加熱表面淬火?化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種活性元素滲入工件表層，從而改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。2.2.3鋼的化學(xué)熱處理可控氣氛滲碳滲碳爐?鋼的化學(xué)熱處理常用的工藝方法有滲碳、氮化和碳氮共滲三種。1.鋼的滲碳滲碳目的：提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪?2.鋼的氮化（1）氣體氮化將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫氮化氣氛中氮化。井式氣體氮化爐?（2）離子氮化離子滲氮是在電場(chǎng)作用下，使電離的氮離子高速?zèng)_擊作為陰極的工件。與氣體滲氮相比，氮化時(shí)間短，氮化層脆性小。離子氮化爐?3.碳氮共滲同時(shí)使用煤油和氨氣為滲劑，具有加熱溫度低，工件變形小，生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)?？p紉機(jī)用碳氮共滲件碳氮共滲的機(jī)車曲軸?2.3熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性①形狀力求簡單，盡量對(duì)稱，使應(yīng)力分布均勻。如右圖。?②避免尖角銳邊，應(yīng)將其倒鈍或改成圓角，且圓角半徑盡可能大，避免應(yīng)力集中，如圖所示。③盡量減少零件上的孔、槽和肋，若確實(shí)需要，應(yīng)采取相應(yīng)的防護(hù)措施(如綁石棉繩和堵孔等)，以減少這些地方因應(yīng)力集中引起的開裂傾向。?④盡量使零件截面均勻，厚薄大致相同。必要時(shí)開工藝孔和工藝槽，并合理地分布孔的位置和數(shù)量，或改盲孔為通孔等，如圖所示。?⑤某些易變形的零件，可采用封閉結(jié)構(gòu)。如彈簧夾頭熱處理后再把槽口切開，如圖所示。?⑥當(dāng)形狀特別復(fù)雜或不同部位有不同的性能要求時(shí)，可改為組合結(jié)構(gòu)。如圖所示。?2.4熱處理技術(shù)條件及工序以機(jī)床主軸的熱處理為例介紹熱處理工藝。1.鋼材選擇CA6140機(jī)床主軸屬于中速、中負(fù)荷、在滾動(dòng)軸承中工作的機(jī)床主軸，選用45鋼。?2.工藝路線確定下料——鍛造——正火（調(diào)質(zhì)）——機(jī)加工——高頻淬火——回火——磨加工。3.熱處理工藝確定①正火，840-860℃，保溫1-1.5h，空冷，HBS≤229；②高頻淬火，在高頻設(shè)備及淬火機(jī)床上進(jìn)行淬火，淬火前應(yīng)進(jìn)行一次預(yù)熱；③回火，220-250℃，1-1.5h。?4.工藝分析①正火：在主軸經(jīng)過鍛造后進(jìn)行正火，主要是為了調(diào)整、細(xì)化內(nèi)部組織使其具有良好的綜合機(jī)械性能，為表面高頻淬火做好準(zhǔn)備。如果性能要求很高，則需將正火改為調(diào)質(zhì)。經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的主軸，其綜合性能要大大優(yōu)于正火主軸。②高頻淬火：主要提高軸頸部的接觸精度及接觸剛度，可以大大延長零件的使用壽命。

③回火：高頻淬火后經(jīng)過低溫回火，主要是為了消除淬火應(yīng)力，保持表面淬火的高硬度和高耐磨性。?做無差錯(cuò)能手，向零缺陷邁進(jìn)。7月-237月-23Saturday,July22,2023天長地久有時(shí)盡，9000推行無絕期。02:01:4902:01:4902:017/22/20232:01:49AM質(zhì)量是成功的伙伴，貫標(biāo)是質(zhì)量的保障。7月-2302:01:4902:01Jul-2322-Jul-23優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是走向世界的橋梁。02:01:4902:01:4902:01Saturday,July22,2023處處講質(zhì)量，貫徹生產(chǎn)線。7月-237月-2302:01:4902:01:49July22,2023不要小看自己，人有無限可能。2023年7月22日2:01上午7月-237月-23創(chuàng)質(zhì)量第一讓顧客滿意。22七月20232:01:49上午02:01:497月-23內(nèi)部審核定期做,系統(tǒng)維持不會(huì)錯(cuò)。七月232:01上午7月-2302:01July22,2023精心組織、科學(xué)施工、爭(zhēng)創(chuàng)一流。2023/7/222: