钢的热处理实例.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,热处理实例,典型零件的热处理,1,毛坯生产,预备热处理,机械加,工,最终热处理,机械精加工,预备热处理,:,退火,;,正火,最终热处理,:,淬火,;,回火,一般零件生产的工艺路线,:,2,调整硬度,，便于切削加工,改善组织,（均匀组织、均匀成分、消除网状碳化物等）,细化晶粒，,为最终热处理做组织准备,预备热处理,:,退火（炉冷）,;,正火（空冷）,得到珠光体类组织,常用的退火和正火工艺,3,最终热处理,:,淬火,回火,得到,M,组织，提高强度硬度,低温回火，得到,M,，消除应力，保留高硬度,中温回火，得到,T,，高弹性极限,高温回火，得到,S,，良好综合力学性能,4,常用的退火和正火工艺,退火、正火、淬火的区别与联系：,加热保温,，,目的均为,A,化，具体温度看成分和是否完全,A,化,亚共析钢均为完全,A,化，,Ac3+3050,过共析钢，正火为完全,A,化，,Accm+3050,退火淬火为不完全,A,化，,Ac1+3050,5,常用的退火和正火工艺,退火、正火、淬火的区别与联系：,冷却阶段,，退火炉冷，得到珠光体,正火空冷，得到细珠光体（,S,）,淬火快冷（水、油），得到,M,类组织,6,表面和心部要求不同（表硬里韧）零件的热处理,中碳钢：调质表面淬火低温回火,（表面,50,55HRC,，心部,265,280HBS,）,低碳钢：渗碳淬火低温回火,（表面,56,62HRC,，心部,156,179HBS,）,38CrMoAl,：调质氮化,（表面,700HV,，心部,26,33HRC,，高精度）,7,齿轮热处理,轴承热处理,弹簧热处理,工具热处理,轴的热处理,基本思路：,工作条件（载荷，环境）,失效形式,性能要求,材料,热处理工艺,8,9,1,、工作条件,用于传递动力、改变方向或速度的重要零件，受力情况复杂。,2,、常见失效形式,齿轮接触面磨损或齿面塑性变形（表面硬度不足）；,齿轮面剥落（疲劳损坏、点蚀）；,断齿（韧性低,或强度低或超载）,一,.,齿轮热处理,10,一,.,齿轮热处理,3.,齿轮的技术要求,齿面高的硬度、接触疲劳、耐磨损性能；,齿轮根部及齿轮具有高的强度和韧性。,4.,齿轮用钢,低、中碳,轻载齿轮：,45,，,调质或正火,中载齿轮：,45,、,40Cr,，,调质，耐磨部位表面淬火,重载齿轮：,20Cr,、,20CrMnTi,，,渗碳淬火,高精度齿轮：,38CrMoAlA,，,调质渗氮,11,1,）渗碳齿轮材料：,20CrMnTi,、,20Cr,、,30CrMnTiA,等服役场合：高速重载（汽车齿轮）,下料,工艺：,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,5.,齿轮热处理工艺,精加工,掌握各热处理工序的目的，工艺，组织,12,(1),正火,细化晶粒；调整硬度，便于切削加工,加热至,Ac,3,+30,50,空冷,组织细珠光体,+(,少量铁素体,),(2),渗碳,提高表面含碳量,920,930,保温,3,9h,(3),渗碳后淬火,获得马氏体，提高表面硬度,直接淬火或一次淬火,理想组织：,表面：,隐针,M+Ar,（少量）,+,碳化物,心部,:,低碳,M+F,（少量）,(4),回火,消除淬火应力，低温,200,，,MM,回,下料,锻造,正火,切削加工,渗碳,淬火,低温回火,精加工,13,20 CrMnTi,钢制造齿轮的 热处理工艺曲线,14,加工工艺路线,:,下料 锻造 粗加工,半精加工 精车加工,及 精磨,5.,齿轮热处理工艺,2,）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）,适用于,35,55,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn,等材料齿轮。,正火,调质,表面淬火,低温回火,15,(1),正火,(,或完全退火）,细化晶粒，调整硬度,加热至,Ac,3,+30,50,空冷,细珠光体,+(,少量铁素体,),(2),调质热处理,使心部具有良好强韧性,加热至,Ac,3,+30,50,后淬火,+500,600,高温回火,回火索氏体,(3),表面感应淬火,(,表面火焰淬火,),提高表面硬度,表面加热至,Ac,3,+30,50,，心部没有加热。,淬火后,表面,获得马氏体,过渡层,马氏体,+F,残余奥氏体,心部,回火索氏体,(4),低温回火,消除淬火应力，低温,200,，,MM,回,16,轻载齿轮：,45,，,调质或正火,中载齿轮：,45,、,40Cr,，,调质，耐磨部位表面淬火,重载齿轮：,20Cr,、,20CrMnTi,，,渗碳淬火,高精度齿轮：,38CrMoAlA,，,调质渗氮,17,18,二、滚动轴承热处理,滚珠轴承,滚针轴承,滚柱轴承,1,、工作条件,高载荷，交变应力,高转速，一定冲击。,19,接触疲劳破坏,二、滚动轴承热处理,2,、失效形式,20,塑性变形,21,磨损,22,3,、性能要求,:,（内外圈和滚动体）,高的硬度和耐磨性,;,高的接触疲劳强度,;,较好的韧性和耐蚀性,;,尺寸稳定性,滚珠轴承,滚针轴承,滚柱轴承,二、滚动轴承热处理,23,4,、轴承用钢,:,二、滚动轴承热处理,G,Cr15,含,Cr,量,W,Cr,1.5%,滚动轴承钢,高碳,Wc=0.95,1.15%,24,GCr15,轴承钢制造轴承的工艺路线,锻造 机加工,球化退火,淬火,+,冷处理,(60,80;1h),低温回火,正火,磨削加工,稳定化处理,(120,150,；,5,10h),25,5,、热处理工艺,预备热处理,:,正火：,消除网状碳化物，细化晶粒,球化退火：,降低硬度，提高韧性，为淬火组织准备,淬火,:,获得马氏体组织,810,860,（温度偏高），让,Cr,尽量溶入,A,，,又不致于导致晶粒粗大，,A,含碳过高；油冷,冷处理,:,获得马氏体组织,减少,Ar,低温回火,:,消除残余应力，保持高硬度,.,二、滚动轴承热处理,26,汽车板簧,扭转弹簧,大型热卷弹簧,弹簧丝,27,三、弹簧热处理,1,、工作条件,储存能量和减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷；,2,、失效形式：,疲劳断裂，永久变形,3,、性能要求：,高的强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能（塑性成型、热处理性能）,4,、常用材料,65,、,65Mn,、,60Si2Mn,等中碳钢及中碳合金钢,28,5,、热处理工艺,（一）冷成形弹簧（小弹簧）,由强化过的钢丝（铅淬冷拔、冷拔、淬火,+,回火的钢丝）冷卷成弹簧，,只需进行去应力退火（加热温度,250,300,），以消除变形过程中或淬火中形成的残余应力，稳定尺寸。,（二）热成形弹簧,采用热轧钢丝或钢板制成（如汽车板簧）,淬火,提高强度，,中温回火,消除应力，提高弹性极限。,淬火温度,Ac3,以上，回火温度,350,450,，,组织：,回火屈氏体,大型热卷弹簧,去应力退火,淬火,+,中温回火,（或采用等温淬火）,或采用等温淬火，得到贝氏体组织,29,工具一般包括刃具、模具、量具,常用钢包括：,碳素工具钢、,低合金工具钢、,高合金工具钢（高速钢等）,四,.,工具热处理,模具,量具,刃具,成分特点：高碳,30,四,.,工具热处理,4.1,刃具热处理,性能要求,高硬度,(HRC60),，主要取决于含碳量。,高耐磨性,，靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。,红硬性,即高温下保持高硬度的能力,足够的韧性,以防止脆断和崩刃。,刃具用钢,碳素工具钢：,T7,T12,（,0.7,1.2%C,）,木工凿,手锤,圆冲,31,T12,钢正常淬火组织,球状珠光体,碳工钢热处理及组织,热处理：,正火,+,球化退火,+,淬火,+,低温回火,球化退火目的：,降低硬度，便于加工；,为淬火作组织准备。,使用状态下的组织：,M,回,+,颗粒状碳化物,+A,R,(,少量,),32,丝锥,板牙,刃具用钢,低合金工具钢：,CrWMn,、,9SiCr,热处理及组织同碳素工具钢，,只是淬火介质为油（碳工钢为水）。,板牙,丝锥,33,9 SiCr,钢板牙热处理工艺曲线,板牙,34,W18Cr4V,的生产工艺及热处理,铸造 锻造 球化退火 机加工,淬火,+,三次高温回火 磨削加工,刃具用钢,高合金刃具钢：（高速钢）,W18Cr4V,，,W6Mo5Cr4V2,35,W18Cr4V,钢的铸态组织,W18Cr4V,铸态组织,420,铸造,:,高速钢属于,莱氏体,钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物,M6C,钢的韧性大幅下降。,36,锻造,:,鱼骨状碳化物不能用热处理（正火）来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。,W18Cr4V,锻造组织,210,37,球化退火,:,消除应力,降低硬度，便于机加工,调整组织,为淬火作好组织准备。,球化退火后的组织,:S+,粒状,Cm,球化退火温度,830,880,易于机械加工。,W18Cr4V,球化退火组织,420,38,淬火,:,1200,1300,淬火后的组织,:,M+Cm+A,R,(20,25%),（温度高）,高速钢淬火温度高的原因：,让,C,和,Me,充分溶入,A,，淬火后得到高合金马氏体,高温回火时产生二次硬化效应，提高硬度,提高红硬性,39,三次高温回火,在,560,回火时,产生二次硬化,多次回火,获得更多碳化物析出,让残余奥氏体转变（二次淬火）。,回火组织：,S,回,+,合金碳化物,+Ar,(1,2%),*,淬火后,A,残约,20,25%,。,*,第一次回火,后,A,残约剩,15,18%,。,*,第二次回火,后,A,残约剩,3,5%,。,*,第三次回火,后,A,残约剩,1,2%,。,组织硬度,为,HRC65,以上。,40,W18Cr4V,钢的热处理过程示意图,41,四,.,工具热处理,4.2,冷作模具热处理,性能要求,:,高硬度（,HRC50,60,）；,高耐磨性、强度和韧性；,热处理变形小,;,汽车冲压模具,应用,:,冷冲模、冷镦模、,冷挤模、搓丝板等,冷作模具用钢,:,碳素工具钢：,T7,T8,低合金工具钢：,9SiCr,、,9Mn2V,、,CrWMn,或,GCr15,高合金工具钢：,Cr12,、,Cr12MoV,（,C1.4%,2.3%,、,Cr11%,12%,）,42,Cr12,型冷作模具钢的热处理,（,C1.4%,2.3%,、,Cr11%,12%,）,球化退火,冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物，需反复锻打后退火处理。,球化退火温度,830,880,，获得细化碳化物,+,珠光体组织，易于机械加工。,淬火,+,回火,一次硬化法：,较低温度淬火（,980,）低温回火,回火组织为,M,回,+,碳化物,+Ar,二次硬化法：,较高温度淬火（,1050,）,2,3,次高温回火,回火组织为,S,回,+,碳化物,+Ar(,少量）,43,四,.,工具热处理,4.3,热作模具热处理,性能要求,:,应用,:,热作模具用钢,:,使热金属或液态金属成型的模具，,包括热锻模、热挤压模和压铸模等。,高的热硬性、高温耐磨性,;,高的热强性和足够高的韧性,;,高的热疲劳抗力和导热性,;,中碳,0.3,0.6%;,热变形模具钢，,5CrNiMo,、,5CrMnMo,压铸模具，,3Cr2W8V,44,5 CrMnMo,热处理,:,热处理工艺,:,完全退火,淬火,550,回火,曲轴模具,热处理后的组织,:S,回,45,3 Cr2W8V,钢热处理,:,热处理工艺,:,淬火,+550,三次回火,回火时二次硬化现象,HRC47,汽车四缸压铸模,46,四,.,工具热处理,4.4,量具热处理,性能要求,:,量具用钢,:,高的硬度（,HRC62,）和耐磨性，热处理变形小、尺寸稳定，保证尺寸精度。,卡 尺,量 规,千分尺,碳素工具钢：,T8,T12,低合金工具钢：,淬透性高，用于精度要求较高的量具。,CrWMn,、,4Cr13,、,GCr15,、,9SiCr,47,千分尺,卡尺,特点,预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。,下限温度淬火及冷处理，目的是减少,A,。,长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。,淬火 冷处理,(-70,-80),低温回火,时效处理,(120,130,几十小时,),热处理,:,48,CrWMn,钢制造块规退火后热处理工艺,650,820,840,油冷,3h,-70,-80,冷处理,140,160,3h,110,120,36h,时效处理,精磨,3h,研磨,温度,时间,49,受力,弯曲和扭转应力，且在轴的截面上分布是不均的，表面应力最大，中心应力为零。,性能,此类零件调质时不需要整个截面淬透，只要保证表面淬硬层为其半径的,1/4,即可。,选材,多用,40,、,45,钢，重要轴类用合金调质钢制造（,40Cr,、,35CrMo,、,42Mn2V,等）,五、轴的热处理,50,轻载主轴：,45,，调质或正火,中载主轴：,45,，,40Cr,，调质，耐磨部位表面淬火,重载主轴：,20CrMnTi,，渗碳淬火,高精度主轴：,38CrMoAlA,，渗氮,51,备料,锻造,正火或退火,粗加工,调质,精加工,材料：,45,钢,工艺：,轻载主轴加工工艺,52,中载主轴加工工艺,备料,锻造,正火或退火,粗加工,调质,精加工,材料：,40Cr,钢,工艺：,整体调质，轴颈和锥孔表面淬火,表面淬火及低温回火,磨削,53,