热处理的基本方法资料优秀PPT.ppt
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1、一、钢的一、钢的淬火淬火钢的淬火钢的淬火将钢加热到临界温度(将钢加热到临界温度(A1 或或A3)以上,保温确定时间(使其奥氏)以上,保温确定时间(使其奥氏体化)以大于临界冷却速度(体化)以大于临界冷却速度(V临)进行冷却,以获得马氏体或下贝氏体组织临)进行冷却,以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。的热处理工艺。其目的是为了获得马氏体组织,提高钢的强度、硬度和耐磨性。其目的是为了获得马氏体组织,提高钢的强度、硬度和耐磨性。淬火工艺淬火工艺 淬火加热温度淬火加热温度 亚共析钢:亚共析钢:Ac3+3050;共析和过共析钢:共析和过共析钢:Ac1+3050为什么过共析钢淬火加热为什么过共析钢淬火加
2、热温度在温度在Ac1+3050 ,而不是而不是Acm+3050?(1)淬火淬火加热温度选择加热温度选择 为什么过共析钢淬火加热温度在为什么过共析钢淬火加热温度在Ac1+3050 ,而不是,而不是Acm+3050?(1)淬火淬火加热温度选择加热温度选择答:答:1 1)由于渗碳体全部溶于奥氏体,淬火后耐磨性下降;)由于渗碳体全部溶于奥氏体,淬火后耐磨性下降;2 2)温度过高会引起奥氏体粗化,淬火后得到粗大的马氏体,)温度过高会引起奥氏体粗化,淬火后得到粗大的马氏体,显微裂纹增大;显微裂纹增大;3 3)渗碳体溶于奥氏体,导致奥氏体中含碳量增加,)渗碳体溶于奥氏体,导致奥氏体中含碳量增加,MsMs点下
3、降,点下降,残余奥氏体增加,导致钢的硬度下降;残余奥氏体增加,导致钢的硬度下降;4 4)温度过高,会使氧化脱碳加剧,淬火变形和开裂倾向加大,)温度过高,会使氧化脱碳加剧,淬火变形和开裂倾向加大,这样这样A Ac1c1+30305050 得到奥氏体和渗碳体,淬火后得到得到奥氏体和渗碳体,淬火后得到 马氏体马氏体和粒状渗碳体和粒状渗碳体(1)淬火淬火加热温度选择加热温度选择在在A1A1650650缓慢冷却,以削减热应力;缓慢冷却,以削减热应力;在过冷奥氏体最不稳定区域(在过冷奥氏体最不稳定区域(650650400 400),快速冷却;),快速冷却;而在而在MSMS旁边的温度区域冷速比较缓慢,它旁边
4、的温度区域冷速比较缓慢,它可以削减淬火内应力,避开淬火变形可以削减淬火内应力,避开淬火变形 开裂。开裂。缓冷(理想冷缓冷(理想冷却速度)却速度)快冷快冷缓冷缓冷淬火介质:淬火介质:为实现淬火目的用的冷却介质。为实现淬火目的用的冷却介质。志向淬火介质具备:志向淬火介质具备:高温慢冷;奥氏体鼻子温度快冷;马氏高温慢冷;奥氏体鼻子温度快冷;马氏体转变慢冷。体转变慢冷。(2)淬火淬火冷却介质选择冷却介质选择 传统的淬火冷却介质有油、水、盐水和碱水等,它们的冷却实力依传统的淬火冷却介质有油、水、盐水和碱水等,它们的冷却实力依次增加。其中,水和油是目前生产中应用最广的冷却介质。次增加。其中,水和油是目前生
5、产中应用最广的冷却介质。介质介质冷却冷却特点特点应用应用场合场合水、盐水和碱水水、盐水和碱水油油 在在550650范围内的冷却能力较大,但在200300范围内冷却能力过强,易使淬火零件变形与开裂 常用于尺寸不大,外形较简单的常用于尺寸不大,外形较简单的碳钢零件的淬火碳钢零件的淬火油的冷却能力较低,在200300范围内冷却速度较慢,能减少工件变形与开裂的现象,但是在550650范围内冷却能力过低 对截面较低的碳钢及低合金钢不易淬硬,一般作为形状 复杂的中小型合金钢零件的淬火介质(3)淬火淬火方法:方法:单单 液液 淬淬 火火:操作方法操作方法:将钢件奥氏体化后,在单一淬火将钢件奥氏体化后,在单一
6、淬火介质中冷却到室温的处理,称为单液介质中冷却到室温的处理,称为单液淬火。单液淬火时碳钢一般接受水冷淬火。单液淬火时碳钢一般接受水冷淬火,合金钢接受油冷淬火,合金钢接受油冷特点及应用场合特点及应用场合:操作简洁,易于实现机械化、自操作简洁,易于实现机械化、自动化。但由于单独用水或油进行冷却,动化。但由于单独用水或油进行冷却,冷却特征不够志向,所以简洁产生硬冷却特征不够志向,所以简洁产生硬度不足或开裂等淬火缺陷。度不足或开裂等淬火缺陷。双双 液液 淬淬 火火:将钢件奥氏体化后,先浸入一种将钢件奥氏体化后,先浸入一种冷却实力强的介质中,在钢的组织还冷却实力强的介质中,在钢的组织还未起先转变时候快速
7、取出,立刻浸入未起先转变时候快速取出,立刻浸入另一种冷却实力弱的介质中,缓冷到另一种冷却实力弱的介质中,缓冷到室温,如先水后油、先油后空气等室温,如先水后油、先油后空气等 优点是内应力小、变形及开裂少,优点是内应力小、变形及开裂少,缺点是操作困难,不易驾驭,故主要缺点是操作困难,不易驾驭,故主要应用于碳素工具钢制造的易开裂的工应用于碳素工具钢制造的易开裂的工件,如丝锥等。件,如丝锥等。操作方法操作方法:特点及应用场合特点及应用场合:马氏体分级淬马氏体分级淬 火火:将钢件奥氏体化后,随之浸入温度稍将钢件奥氏体化后,随之浸入温度稍高或者稍低于高或者稍低于Ms点的液态介质中,保持点的液态介质中,保持
8、适当的时间,待钢件的内外层都达到介质适当的时间,待钢件的内外层都达到介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火工艺。工艺。通过通过Ms点旁边的保温,使工件内点旁边的保温,使工件内外温差最小,可以减小淬火应力,防外温差最小,可以减小淬火应力,防止工件变形和开裂。但由于盐浴的冷止工件变形和开裂。但由于盐浴的冷却实力较差,对碳钢零件,淬火懊悔却实力较差,对碳钢零件,淬火懊悔出现非马氏体组织,因此主要应用于出现非马氏体组织,因此主要应用于淬透性好的合金钢或截面不大、形态淬透性好的合金钢或截面不大、形态困难的碳钢工件困难的碳钢工件操作方法操作方法:特点及应用场合特点及应
9、用场合:贝氏体等温淬贝氏体等温淬 火火:将钢件奥氏体化后,随之快冷到贝氏将钢件奥氏体化后,随之快冷到贝氏体转变温度区间(体转变温度区间(260400)等温保持,)等温保持,使奥氏体转变为下贝氏体的淬火工艺称为使奥氏体转变为下贝氏体的淬火工艺称为贝氏体等温淬火贝氏体等温淬火 主要目的是强化钢材,使工件获主要目的是强化钢材,使工件获得较高的强度、硬度,较好的耐磨性得较高的强度、硬度,较好的耐磨性和比马氏体好的韧性,可以显著地削和比马氏体好的韧性,可以显著地削减淬火应力,从而削减工件的淬火变减淬火应力,从而削减工件的淬火变形,避开淬火工件的开裂,常应用于形,避开淬火工件的开裂,常应用于各种中、高碳工
10、具钢和低合金钢制造各种中、高碳工具钢和低合金钢制造的形态困难、尺寸较小、韧性要求较的形态困难、尺寸较小、韧性要求较高的各种模具、成形刀具等工件高的各种模具、成形刀具等工件操作方法操作方法:特点及应用场合特点及应用场合:.概念概念 淬透性淬透性钢材被淬透的实力,或者说淬火时获得马氏体的实力。钢材被淬透的实力,或者说淬火时获得马氏体的实力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。工件淬硬层与冷却速度的关系示意图工件淬硬层与冷却速度的关系示意图(a)零件截面的不同冷却速度)零件截面的不同冷却速度;(b)未淬透区的示意图)未淬透区的示意图ab(4)钢的淬透性与淬硬性
11、钢的淬透性与淬硬性M量和硬度随深度量和硬度随深度的变化的变化淬硬层深度淬硬层深度 由工件表面到半马氏体区由工件表面到半马氏体区(50%M+50%P)(50%M+50%P)的深度。的深度。假如工件中心在淬火后获得了假如工件中心在淬火后获得了50以上的以上的M,则认为工件已经被淬透。,则认为工件已经被淬透。钢的淬透性钢的淬透性淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未未淬淬透透淬淬透透HRCHRC钢的淬透性钢的淬透性、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素确定因素确定因素:临界冷却速度临界冷却速度;取决于取决于A A成分。成分。因此使因此使C C曲线右移的元
12、素均使淬透性提高曲线右移的元素均使淬透性提高;奥氏体化温度越高奥氏体化温度越高,保温时间越长保温时间越长,则晶粒越粗大则晶粒越粗大,成分越匀整成分越匀整,过冷奥氏体越稳定过冷奥氏体越稳定,C,C曲线越向右移曲线越向右移,淬火临界冷却速度越小淬火临界冷却速度越小,钢钢的淬透性越好的淬透性越好钢的淬透性钢的淬透性n留意区分:留意区分:n钢的淬透性钢的淬透性 钢材本身的固有属性,与外部因素无钢材本身的固有属性,与外部因素无关关n工件的淬透深度工件的淬透深度 取决于钢材淬透性取决于钢材淬透性,还与冷却介还与冷却介质、质、n 工件尺寸等外部因素有关。工件尺寸等外部因素有关。n同一材料的淬硬层深度与工件的
13、尺寸、冷却介质有关。工件尺寸同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却实力强,淬硬层深。小、介质冷却实力强,淬硬层深。n淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较。是在尺寸、冷却介质相同时,用不同材料的淬硬层深度来进较。是在尺寸、冷却介质相同时,用不同材料的淬硬层深度来进行比较的。行比较的。钢的淬透性钢的淬透性n留意区分:留意区分:n 淬透性和淬淬透性和淬硬性硬性淬硬性淬硬性:钢在志向条件下淬火后所能钢在志向条件下淬火后所能 达到的最高硬度。达到的最高硬度。影响因素影响因素:主要主要取决于马氏体的
14、取决于马氏体的含碳量。含碳量。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性:(两个完全不同的概念)(两个完全不同的概念)淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素结构钢碳素结构钢(20)小小高高碳素工具钢碳素工具钢(T12A)大大低低低碳合金结构钢低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢(W18Cr4V)(5)(5)淬透性的实际意义淬透性的实际意义 n1 1、对于截面承载匀整的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、对于截面承载匀整的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。模具等。选用高淬透性钢选用高淬透性钢n
15、2 2、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的半径的1/21/21/31/3),如轴类。),如轴类。低淬透性钢低淬透性钢n淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时应留意尺寸效应。淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时应留意尺寸效应。高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮五五、淬火缺陷、淬火缺陷 在热处理生产中,由于淬火工艺限制不当,在热处理生产中,由于淬火工艺限制不当,常会产生氧化与脱碳、过热与过烧、变形与开常会产生氧化与脱碳、过热与过烧、变形与开裂、硬度不足及软点等缺陷。裂、硬度不足及软点等缺陷。五、钢的五、钢的淬火缺陷淬火缺
16、陷五五、淬火缺陷、淬火缺陷缺陷名称缺陷名称缺陷含义及产生原因缺陷含义及产生原因后果后果防止与补救方法防止与补救方法氧化与氧化与脱碳脱碳过热与过热与过烧过烧 钢在加热时,炉内的氧与钢表面的铁相互作用,形成一层松脆的氧化铁皮的现象称为氧化 脱碳是指钢在加热时,钢表面的碳与气体介质作用而逸出,使钢件表面含碳量降低的现象 钢在淬火加热时,由于加热温度过高或高温停留时间过长,造成奥氏体晶粒显著粗化的现象称为过热 若加热温度达到固相线附近,晶界已开始出现氧化和熔化的现象,则称为过烧 氧化与脱碳会降低钢件的表层的硬度和疲劳强度,而且还会影响零件的尺寸 工件过热后,晶粒粗大,使钢的力学性能(尤其是韧性)降低,
17、并易引起淬火时的变形和开裂 在盐浴炉内加热,或在工件表面涂覆保护剂,也可在保护气氛及真空中加热 严格控制加热温度和保温时间,发现过热,马上出炉空冷至火色消失,再立即重新加热到规定温度或通过正火予以补救 过烧后的工件只能报废,无法补救。五五、淬火缺陷、淬火缺陷缺陷名称缺陷名称缺陷含义及产生原因缺陷含义及产生原因后果后果防止与补救方法防止与补救方法变形与变形与开裂开裂硬度硬度不足不足 淬火内应力是造成工件变形和开裂的主要原因 由于加热温度过低、保温时间不足、冷却速度不够快或表面脱碳等原因,在淬火后无法达到预期的硬度无法使用无法使用 无法满足使用性能 应选用合理的工艺方法 变形的工件课采取校正的方法
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