鋼的熱處理(車間培訓(xùn))

鋼的熱處理前言熱處理及目的

第一節(jié)鐵碳相圖第二節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第四節(jié)退火與正火第五節(jié)淬火第六節(jié)回火

第七節(jié)常見熱處理缺陷及措施

◆鋼的熱處理

以適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。

◆熱處理的目的

1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，

為切削加工或熱處理做組織和性能上的準(zhǔn)備。

2、提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮

材料的潛力，節(jié)約材料延長(zhǎng)零件使用壽命。

◆熱處理的應(yīng)用熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。至于模具、滾動(dòng)軸承則要100%經(jīng)過(guò)熱處理總之，重要的零件都要經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍苁褂谩?/p>

◆熱處理特點(diǎn)熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀。◆熱處理適用范圍只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。第一節(jié)鐵碳相圖鐵工業(yè)純鐵<0.0218wt%C鐵素體，或鐵素體+三次滲碳體鋼亞共析鋼0.0218-0.77wt%C先共析鐵素體+珠光體共析鋼0.77wt%C珠光體過(guò)共析鋼0.77-2.11wt%C先共析二次滲碳體+珠光體鑄鐵亞共晶鑄鐵2.11-4.30wt%C珠光體+二次滲碳體+萊氏體由先共晶γ相得到共晶以后析出（變態(tài)）共晶鑄鐵4.30wt%C萊氏體（變態(tài)）過(guò)共晶鑄鐵4.30-6.69wt%C一次滲碳體+萊氏體(變態(tài))【相變點(diǎn)】金屬或合金在加熱或冷卻過(guò)程中，發(fā)生相變的溫度稱為相變點(diǎn)或臨界點(diǎn)。在鐵碳合金狀態(tài)圖中，A1、A3、Acm

是任一碳含量的碳鋼在平衡條件下其固態(tài)組織轉(zhuǎn)變的臨界點(diǎn)。實(shí)際加熱時(shí)的臨界點(diǎn)標(biāo)注為：

Ac1、Ac3、Accm實(shí)際冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)標(biāo)注為：

Ar1、Ar3、Arcm

第二節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變大多數(shù)零件的熱處理都是先加熱到臨界點(diǎn)以上某一溫度區(qū)間，使其全部或部分得到均勻的奧氏體組織，然后采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法，獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)。【奧氏體化】將共析鋼、亞共析鋼、過(guò)共析鋼分別加熱至A1、A3、Acm線以上時(shí)，都完全轉(zhuǎn)化為單相奧氏體，這種加熱轉(zhuǎn)變稱為奧氏體化。一、奧氏體的形成

(以共析鋼為例)1.奧氏體化的轉(zhuǎn)變

共析鋼在室溫的平衡組織是珠光體，即鐵素體和滲碳體兩相組成的機(jī)械混合物。

共析鋼加熱到A1點(diǎn)（727℃）以上：珠光體→奧氏體轉(zhuǎn)變?在加熱過(guò)程中，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變是由化學(xué)成分和晶格類型都不相同的兩相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)成分和晶格類型的相的過(guò)程。?在轉(zhuǎn)變過(guò)程中必須進(jìn)行滲碳體的溶解和鐵的晶格類型的轉(zhuǎn)變。

①加熱到Ac1時(shí)，A晶核形成；②A晶核長(zhǎng)大；Fe3C溶解；

③殘余Fe3C溶解；④A化學(xué)成分的均勻化。2

奧氏體的形成是通過(guò)奧氏體形核和核長(zhǎng)大過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變可以分為四個(gè)階段：

溫度——溫度越高，原子擴(kuò)散能力越大，加速奧氏體形成。

原始組織——原始組織越細(xì)，相界面越多，提供的奧氏體晶核就愈多，碳原子的擴(kuò)散距離也越短，加速奧氏體形成。

鋼的成分——含碳量增加，F(xiàn)和Fe3C相界面越多，加速奧氏體形成。

加入合金元素后不改變A形成的基本過(guò)程，但會(huì)減緩A的形成速度。3影響奧氏體形成的因素

亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體形成過(guò)程基本上與共析鋼相同，不同之處是在加熱時(shí)有過(guò)剩相出現(xiàn)。

二奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施

◆

生產(chǎn)中常采用以下措施來(lái)控制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。

1）合理選擇加熱溫度和保溫時(shí)間

2）選用含有合金元素的鋼——大多數(shù)合金元素，如Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、等，在鋼材中均可以形成難溶于奧氏體的碳化物，分布在晶粒邊界上，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。3）

合理選擇鋼的原始組織

◆

奧氏體晶粒細(xì)小，則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒也較細(xì)小，其性能也較好；反之，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒則粗大，其性能則較差。◆

將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上時(shí)，剛形成的奧氏體晶粒都很細(xì)小。如果繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，便會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大。

第三節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

在一定冷卻速度下進(jìn)行冷卻時(shí)，奧氏體要過(guò)冷到A1溫度以下才能完成轉(zhuǎn)變。

在共析溫度以下存在的奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體，也稱亞穩(wěn)奧氏體，它有較強(qiáng)的相變趨勢(shì)。

鋼在冷卻時(shí)，可以采取兩種冷卻轉(zhuǎn)變方式：等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?！具B續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變】

工件奧氏體化后以不同冷卻速度連續(xù)冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體發(fā)生的相變。

【等溫轉(zhuǎn)變】

工件奧氏體化后，冷卻到臨界點(diǎn)以下的某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時(shí)，過(guò)冷奧氏體發(fā)生的相變。

采用不同的冷卻方法，冷卻速度不同，奧氏體在不通過(guò)冷度下轉(zhuǎn)變后的組織和性能不同。

退火與正火是鋼材常用的兩種基本熱處理工藝方法，主要用來(lái)熱處理鋼制毛坯件，為以后切削加工和最終熱處理做組織準(zhǔn)備，因此，退火與正火通常又稱為預(yù)備熱處理。對(duì)一般鑄件、焊件以及性能要求不高的工件來(lái)講，退火和正火也可作為最終熱處理。第四節(jié)退火和正火

退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。

目的是消除鋼材內(nèi)應(yīng)力；降低鋼材硬度，提高鋼材塑性；細(xì)化鋼材組織，均勻鋼材成分，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。

根據(jù)鋼材化學(xué)成分和退火目的不同，退火通常分為：完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火、擴(kuò)散退火和再結(jié)晶退火等。一、退火

【工藝】

加熱到Ac3以上20~30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間，隨爐冷至500℃以下，空冷至室溫。

【目的】細(xì)化晶粒，均勻組織，消除內(nèi)應(yīng)力。

【組織】P＋F

【用途】主要用于亞共析鋼制作的鑄件、鍛件、焊件等。1、完全退火

是將工件完全奧氏體化后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火。

【工藝】

把鋼加熱到Ac1線以上20～30℃，保溫一定時(shí)間，隨爐緩慢冷卻。

【目的】

使片狀或網(wǎng)狀滲碳體轉(zhuǎn)變成顆粒球狀（顆粒狀）降低鋼材硬度，改善鋼材切削加工性，并為淬火作組織準(zhǔn)備。

2球化退火

球化退火是使工件中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火，所得到的室溫組織為鐵素體基體上均勻分布著球狀(粒狀)滲碳體，即球狀珠光體組織。

【組織】

P＋Fe3C（球狀）

【用途】主要用于過(guò)共析鋼和共析鋼制造的刃具、量具、模具等零件。3、去應(yīng)力退火

?去應(yīng)力退火是為去除工件塑性形變加工、切削加工或焊接加工過(guò)程中造成的內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火。

?

鋼材在去應(yīng)力退火的加熱及冷卻過(guò)程中無(wú)相變發(fā)生。

【工藝】

加熱到Ac1以下的500~650℃，

保溫，緩冷至室溫。

【目的】

消除鑄件、鍛件、焊接件等的

殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。

【用途】主要用于消除鋼制工件在切削

加工、鑄造、鍛造、熱處理、焊接等過(guò)程

中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力并穩(wěn)定其尺寸。

二、正火

【工藝】將鋼加熱到Ac3

線以上30～50℃

（亞共析鋼）或Accm線以上30～50℃

（過(guò)共析鋼），保溫后在空氣中冷卻，得到細(xì)珠光體組織（索氏體或托氏體）。

【組織】

亞共析鋼

S＋F

過(guò)共析鋼

S＋Fe3C（粒）【目的】

細(xì)化晶粒，提高鋼材硬度，消除鋼材中的網(wǎng)狀滲碳體，并為淬火、切削加工等后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備。【應(yīng)用】

1）對(duì)于含碳量0.3～0.5％的鋼件，用正火代替退火；含碳量低于0.3％的鋼件，采用正火，能提高硬度利于切削。

2）用于普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理；

3）用于過(guò)共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化處理作準(zhǔn)備。

4）用于淬火返修件，消除應(yīng)力，細(xì)化組織，防止重新淬火時(shí)產(chǎn)生變形與開裂。從切削性能考慮從零件的結(jié)構(gòu)形狀考慮從經(jīng)濟(jì)性考慮退火與正火的選用

淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。淬火時(shí)的臨界冷卻速度是指鋼材獲得馬氏體的最低冷卻速度。

馬氏體是碳或合金元素在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體，是單相亞穩(wěn)組織，硬度較高,用符號(hào)M表示。馬氏體的硬度主要取決于馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。馬氏體中由于溶入過(guò)多的碳原子，使α-Fe晶格發(fā)生畸變，增加其塑性變形抗力，故馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其硬度也越高。第五節(jié)

淬火

一、淬火的目的

淬火的目的主要是使鋼件得到馬氏體(或貝氏體)組織，提高鋼件的硬度和強(qiáng)度，與回火工藝合理配合，更好地發(fā)揮鋼材的性能潛力。1．淬火加熱溫度

亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3線以上30℃～50℃。

共析鋼和過(guò)共析鋼淬火加熱溫度為Ac1線以上30℃～50℃。

2．淬火介質(zhì)

常用的淬火冷卻介質(zhì)有油、水、鹽水、堿水等。

二、淬火加熱溫度與淬火介質(zhì)

?

一般過(guò)共析鋼，淬火前需要正火或球化退火，消除網(wǎng)狀滲碳體。

第六節(jié)

回火

【回火】是指工件淬硬后，加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

【目的】

①降低材料的脆性、消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織。

②調(diào)整性能以獲得較好的強(qiáng)度和韌性配合。

③穩(wěn)定工件尺寸。

【特點(diǎn)】

淬火鋼隨著回火溫度的升高，硬度、強(qiáng)度下降，塑性韌性升高。

一、鋼在回火時(shí)的組織和性能的變化

1T≤

200℃→馬氏體分解

2

T=200～300℃→殘余奧氏體分解3

T=250～400℃

→碳化物轉(zhuǎn)變

4

T≥400℃→碳化物的聚集長(zhǎng)大；鐵素體的再結(jié)晶

淬火鋼隨著回火溫度的升高，硬度、強(qiáng)度下降，塑性韌性提高。二、回火方法及其應(yīng)用

1.低溫回火

?

低溫回火溫度范圍是在250℃以下。

?

經(jīng)低溫回火后組織為回火馬氏體（M′）。

?

低溫回火后硬度一般為58～62HRC。

?

主要用于高碳鋼、合金工具鋼制造的刃具、量具、冷作模具、滾動(dòng)軸承及滲碳件、表面淬火件等。

2.中溫回火

?

中溫回火溫度范圍是在250℃～450℃。

?淬火鋼經(jīng)中溫回火后組織為回火托氏體（T′）。

?中溫回火后硬度一般為35～50HRC。

?主要用于處理彈性元件，如各種卷簧、板簧、彈簧鋼絲等。3.高溫回火

?

高溫回火溫度范圍是在500℃以上。

?

淬火鋼經(jīng)高溫回火后組織為回火索氏體（S′）。

?回火后硬度一般為200～330HBW。

?

鋼件淬火加高溫回火的復(fù)合熱處理工藝又稱為調(diào)質(zhì)處理，它主要用于處理軸類、連桿、螺栓、齒輪等工件。

◆調(diào)質(zhì)處理一般作為最終熱處理，但由于調(diào)質(zhì)處理后鋼的硬度不高，便于切削加工，并能得到較好的表面質(zhì)量，故也作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)備熱處理。一般說(shuō)來(lái)，回火鋼的性能只與加熱溫度有關(guān)，而與冷卻速度無(wú)關(guān)。第七節(jié)

常見熱處理缺陷及措施

1、粗晶：材料內(nèi)部晶粒粗大。材料的基本組成是晶粒，一般來(lái)說(shuō)，晶粒越細(xì)，材料的強(qiáng)度、韌性越好。如果鍛件內(nèi)部晶粒粗大，會(huì)導(dǎo)致材料的