热处理工艺钢的热处理举例处理.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,*,*,COLLEGE OF MATERIALS SCIENCE&ENGINEERING,MSE,2005,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,钢的热处理举例,1,2,1、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（强度低或超载）,一.齿轮热处理,3,3.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,4,1）渗碳齿轮材料：20CrMnTi、20Cr、30CrMnTiA等服役场合：高速重载（汽车齿轮）,下料,工艺路线：,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,5,(1)正火,细化晶粒；调整硬度，便于切削加工,加热至Ac,3,+3050,空冷,组织细珠光体+(少量铁素体),(2)渗碳,提高表面含碳量,920930保温39h,(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,表面：,高碳M+Ar+碳化物,过渡层:,M+Ar,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,工艺路线,6,20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线,7,加工工艺路线:,下料 锻造 粗加工,半精加工 精车加工,及 精磨,2）中载齿轮（中碳钢）热处理（表面淬火）,适用于3555,40Cr,35CrMn,35CrMo,42SiMn等材料齿轮。,正火,调质,表面淬火,低温回火,8,(1)正火(或完全退火）,细化晶粒，调整硬度,加热至Ac,3,+3050,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,+3050后淬火+500600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,+3050，心部没有加热。,淬火后,表面,获得马氏体+残余奥氏体,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,9,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,10,11,二、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。,12,接触疲劳破坏,2、失效形式,13,塑性变形,14,磨损,15,3、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,;,足够的韧性和耐蚀性,;,尺寸稳定性,滚珠轴承,滚针轴承,滚柱轴承,16,4、轴承用钢:,G Cr15,含Cr量,W,Cr,1.5%,滚动轴承钢,高碳,Wc=0.951.15%,17,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),18,5、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,810860（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.,19,汽车板簧,扭转弹簧,大型热卷弹簧,弹簧丝,20,三、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,21,5、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,22,（三）沉淀硬化处理,对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢，在冷拉或固溶处理状态下成型的弹簧。主要工艺过程如下：,（1）,固溶处理：,奥氏体化，获得均匀一致的奥氏体组织,（2）成型加工,（3）,调整热处理（或淬火处理）,加热到奥氏体化稍低温度，冷却，获得低碳马氏体+残余奥氏体组织,（4）,深冷处理：,使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体（根据需要确定）,（5）,沉淀硬化处理,在480 550 保温1小时左右，使碳化物析出弥散强化。,23,（四）弹簧的其它强化处理,（1）形变热处理,对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高的形变强化效果，因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火,（2）化学热处理,对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗的弹簧材料，可以不改变弹簧整体强度、韧性和弹性极限情况下，化学渗提高弹簧表面硬度和疲劳强度。典型工艺热成型,加工+淬火+回火-化学渗处理。,（3）喷丸强化,使弹簧零件表面获得压应力，提高弹簧的使用寿命510倍。,24,（五）弹簧的稳定化处理,为了减少弹性不完整性、或滞弹性，对弹簧进行加荷、或机械稳定、或加温加荷处理，以保证弹簧在使用过程中弹性稳定。,25,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,26,4.1 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,27,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),28,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,29,9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线,板牙,30,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,高合金刃具钢：（高速钢）,W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2,31,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。,32,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 210,33,W18Cr4V球化退火组织 420,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830880,易于机械加工。,34,淬火,:,1200,1300,淬火后的组织,:,M+Cm+A,R,(20,25%),（温度高）,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,高速钢淬火温度高的原因,35,三次高温回火,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。,回火组织：,S,回,+碳化物+Ar,(1 2%),*淬火后A残约2025%。,*,第一次回火,后A残约剩1518%。,*第二次回火,后A残约剩35%。,*,第三次回火,后A残约剩12%。,组织硬度,为,HRC65,以上。,36,W18Cr4V钢的热处理过程示意图,进展:现在对这种热处理工艺还不满意,对高速钢淬火+回火后,再进行TiN沉积,37,4.2 冷作模具热处理,性能要求,:,高硬度（HRC5060）；,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：T7T8,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%）,38,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830880，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）23次高温回火,回火组织为S,回,+碳化物+Ar(少量）,39,4.3 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 0.30.6%;,热变形模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo,压铸模具，3Cr2W8V,40,曲轴模具,5,CrMnMo,热处理,:,热处理工艺,:,完全退火,淬火,550,回火,热处理后的组织:S回,41,3 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,42,4.4 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：,T8T12,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,43,千分尺,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(120130,几十小时),热处理,:,44,CrWMn钢制造块规退火后热处理工艺,650,820840,油冷,3h,-70-80,冷处理,140160,3h,110120,36h,时效处理,精磨,3h,研磨,温度,时间,45,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,46,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,47,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,48,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,49,