钢的热处理工艺—普通热处理教学讲义

钢的热处理工艺—普通热处理教学讲义 三一工业职业技术学院 三一工学院 教 案 首 页 2 36 授课日期 课 时 授课序号 09钳1 09钳2 09钳3 09钳4 授课班级 教学方式 第十讲 钢的普通热处理工艺 课 题 通过学习，使学生了解热处理基本知识，不同热处理工艺对钢力学性能的影响。 教学目的 (1) 普通热处理工艺方法、目的、用途 教学重点 (2) 淬硬性、淬透性的概念 和难点 教学方法 演示、归纳和多媒体教学 与手段 (一) 新课导入 5分钟 (二) 新课讲解 60分钟 一、热处理转变临界温度 二、钢的普通热处理 1、 钢的退火 教学过程 2、钢的正火 设 计 3、 钢的淬火 4、 钢的回火 (三) 课堂讨论练习 20分钟 (四) 课堂小结 5分钟 补充练习题 作业布置 课后小结 1 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 注 解 具 体 内 容 我为三一而自豪: 复习上次课主要内容 一、钢的热处理原理 热处理:金属或合金在固态下于一定介质中加热到一定温度，保温一定时间，以一定速度 冷却下来的一种综合工艺。 热处理工艺曲线: 四个重要参数:V加热、 T保温、t保温、V冷却 T T 保温 t保温 V 加热V 冷却 t 共析碳钢 C曲线的分析 温度 共析碳钢 C曲线的分析 (?) 稳定的奥氏体区 800 A1 700 A1,550?;高温转变区; 过 产 A 冷产600 P 转变区 奥物 物 氏区500 A转变终止线 体区 区 550,230?;中温转变区;贝氏400 A转变开始线 体( B ) 转变区 300 Ms 200 230, - 50?; 低温转变区; 100 马氏体 ( M ) 转变区 0 Mf -100 2 3 4 1010100 1 10 时间(s) 2 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 具 体 内 容 注 解 第十讲 钢的普通热处理工艺 一、热处理转变临界温度 二、钢的普通热处理 (一) 钢的退火 (1)定义:把零件加温到临界温度以上，保温一段时间，然后随炉冷却。 (2)目的:消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处理作好组织准备。 1. 完全退火 将亚共析钢加热至Ac3以上20~30?，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为完全退火。 完全退火的目的为: (1) 细化晶粒和均匀组织; (2) 消除铸、锻件中存在的内应力，降低硬度，便于切削加工。 完全退火只适用于亚共析钢，不适用于过共析钢。 适用范围:亚共析钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理(切削加工前或热处理前的预备热处理) 45钢锻造后与完全退火后机械性能 σ δ ψ α σb sk状态 HB (Mpa) (Mpa) (%) (%) (kJ.m-2) 锻造 650~750 300~400 5~15 20~40 200~400 230 完全退火 600~700 300~350 15~20 40~50 400~600 200 完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高——主要目的:改善组织与加工性能 2. 不完全退火 将亚共析钢在Ac1~Ac3之间或过共析钢在Ac1~Accm之间两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺，称为不完全退火。 不完全退火的目的是:改善珠光体组织，消除内应力，降低硬度以便切削加工。 亚共析钢不完全退火的温度一般为740~780?，其优点是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。 3 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 注 解 具 体 内 容 3. 球化退火 球化退火是一种将钢中渗碳体或碳化物由片状变为粒状，均匀分布在铁素体基体上的热处理工艺。主要用于过共析钢，是一种不完全退火。 球化退火的目的是:消除钢中的片状珠光体，获得粒状珠光体。 球化退火的加热温度范围一般为:Ac1+20~30? 4. 扩散退火 扩散退火是通过高温长时间加热，使合金元素扩散均匀，以消除或减弱枝晶偏析的热处理工艺。主要用于合金钢锭或铸件。 扩散退火温度通常为1100~1200?，保温时间为10~15小时。 5. 软化退火 软化退火是消除钢锭或合金结构钢锻轧钢材内应力，降低其硬度的热处理工艺。 软化退火温度通常为650~720?，保温后出炉空冷。 6. 再结晶退火 再结晶退火是将冷加工后的钢材加热至T再~Ac1之间，通常为650~700?，使变形晶粒恢复成等轴状晶粒，从而消除加工硬化的热处理工艺。 (二)钢的正火 把零件加温到临界温度Ac3或Accm以上30,50?，保温足够时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺。 根据钢中过冷奥氏体的稳定性和钢的截面大小，正火后可获得不同的组织，如粗细不同的珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织。 正火的目的 (1) 对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织，为淬火处理作好组织准备，此时正火相当于退火的效果。 (2) 低碳钢退火后硬度太低，切削加工中易粘刀，光洁度较差。改用正火，可提高硬度，改善切削加工性。 (3) 可以作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理，以代替调质处理，具有一定的综合力学性能。 (4) 用于过共析纲，可消除网状二次碳化物，为球化退火作好组织上的准备。 小结:退火和正火工艺参数的比较 4 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 具 体 内 容 注 解 (三) 钢的淬火 将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上的一定温度，保温一定时间，然后在水或油等冷却介质 中快速冷却，这种热处理工艺称为淬火。 淬火的主要目的是:为了获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。获得所需要的力学性 能。 淬火工艺参数 (1) 加热温度 亚共析钢的淬火加热温度为:Ac3+30~50?;过共析钢的淬火加热温度为:Ac1+30~50? (2) 保温时间 保温时间是指工件装炉后，炉温回升到淬火加热温度后所需保持的时间。 保温的目的是: ? 使工件透热，即工件整个截面都达到规定的淬火加热温度; ? 完成加热时的转变过程，获得所需成分的细晶粒奥氏体。 (3) 冷却介质及冷却方法: 温度 (?) 800 A1 700 600 500 400 300 Ms 200 100 Mf 0 -100 2 3 4 0 1 10 101010时间(s) 理想淬火冷却介质 常用的淬火冷却方法有以下几种:? 单液淬火 ? 双液淬火 ? 分级淬火 ? 等温淬火 工件淬硬层与冷却速度的关系: 钢的淬硬性: 5 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 注 解 具 体 内 容 1、定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。 2、影响钢的淬硬性的因素:主要取决于马氏体的含碳量。 钢的淬透性: 1、定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (马氏体组织占50%处) 的深度。 2、影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度VK 的大小，VK 越大，钢的淬透性越小。 淬硬性与淬透性之间的关系 钢 种 淬硬性 淬透性 碳素结构钢 ( 20 ) 低 小 碳素工具钢( T10A ) 高 小 低 大 低碳合金结构钢 ( 18Cr2Ni4WA ) 高碳高合金工具钢 高 大 ( Cr12MoV ) (四) 钢的回火 回火是将淬火钢件加热到低于A1的某一温度，保温一段时间，然后以适当方式冷却至室温的热处理工艺。 回火的主要目的为: (1)消除淬火应力,降低脆性; (2) 稳定组织与尺寸; (3)调整淬火零件的力学性能。 1. 低温回火 在150~250?之间进行，回火后组织为回火马氏体。 目的:是在保持高强度、高硬度的前提下，降低钢的淬火内应力，减小其脆性。 用途:主要用来处理刀具、量具、冷作模具、滚动轴承和渗碳件等。 2. 中温回火 目的:中温回火后具有最高的弹性极限和足够的韧性。 6 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 具 体 内 容 注 解 3. 高温回火 目的:淬火加高温回火的热处理工艺称为调质处理。调质处理后工件既具有较高的强度， 又具有良好的塑性和韧性，即具有高的综合力学性能。 用途:调质处理广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工件，如连杆、轴等。 课后练习 1、用15钢制造的凸轮，要求凸轮面高硬度，而心部具有良好的韧性，应采用( B ) 2、用45钢制造的凸轮，要求凸轮表面高硬度，而心部具有良好的韧性，应采用( C ) A. 表面淬火+低温回火 B. 渗碳+淬火+低温回火 C. 氮化 3、现有45钢制的汽车轮壳螺栓，其淬火加热温度应选择( B ) A. 750? B. 840? C. 1000? D. 20? 4、用40Cr制造齿轮，锻造后的典型热处理工艺应为( C ) A. 正火处理 B. 完全退火 C. 调质处理 D. 淬火+低温回火 5、零件渗碳后，一般需经过( A )才能达到表面硬度高而且耐磨的目的。 A. 淬火+低温回火 B. 正火 C. 调质处理 D. 淬火+高温回火 6、试述铁碳相图在理论和实践中的重要意义，并举例说明之 7 三一工业职业技术学院 三一工学院 备 课 纸 注 解 具 体 内 容 8