鋼的熱處理基本工藝和應(yīng)用

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1、鋼的熱處理基本工藝及應(yīng)用一、鋼的退火與正火1．退火與正火的目的①調(diào)整硬度以便進(jìn)行切削加工②消除殘余應(yīng)力③細(xì)化晶粒，改善組織④為最終熱處理做好組織上的準(zhǔn)備2．退火退火：將鋼加熱、保溫，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火工藝可分為完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火等，如圖所示。1）完全退火將亞共析鋼加熱到Ac3+30～50℃，保溫后緩冷的退火工藝稱為完全退火。目的：降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力。2）等溫退火將亞共析鋼加熱到Ac3+30～50℃、過(guò)共析鋼加熱到Ac1+30～50℃，保溫后快冷到Ar1以下某一溫度保溫，然后出爐空冷。如圖是高速鋼等溫

2、退火與普通退火的比較3）球化退火將共析鋼或過(guò)共析鋼加熱到Ac1+20～30℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為球化退火。目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球狀珠光體（如圖所示），為后面的淬火作組織準(zhǔn)備。4）擴(kuò)散退火將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為擴(kuò)散退火。目的：消除成份偏析。5）去應(yīng)力退火將工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。目的：消除鑄、鍛、焊的內(nèi)應(yīng)力。3．正火正火是將鋼加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，保溫后空氣中冷卻的熱處理工藝。正火具有以下幾方面的應(yīng)用：

3、①含碳量≤0.25%經(jīng)正火后硬度提高，改善了切削加工性能。②消除過(guò)共析鋼中的二次滲碳體。③作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理。正火的冷卻速度稍快于退火，由C曲線可知，二者的組織是不一樣的。正火后的組織比退火細(xì)，如圖所示。二、鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk的速度冷卻的熱處理工藝。目的：為了獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能。1．淬火溫度選擇淬火溫度的原則是獲得均勻細(xì)小的奧氏體。如圖所示，一般淬火溫度在臨界點(diǎn)以上。①對(duì)亞共析鋼，淬火溫度為Ac3+30～50℃，淬火組織為馬氏體，如圖所示。亞溫淬火：加熱溫度在Ac1～Ac3之間，淬火組織為馬

4、氏體加鐵素體，如圖所示。亞溫淬火也是一種強(qiáng)韌化處理方法。②對(duì)共析鋼和過(guò)共析鋼，淬火溫度為Ac1+30～50℃，組織為細(xì)馬氏體加顆粒狀滲碳體和少量殘余奧氏體，如圖所示。③對(duì)合金鋼，一般淬火溫度為臨界點(diǎn)以上50～100℃。提高淬火溫度有利于合金元素在奧氏體中充分溶解和均勻化。2．淬火介質(zhì)①為了保證得到馬氏體組織，淬火速度必須大于臨界冷卻速度Vk，但往往會(huì)引起工件變形和開(kāi)裂。②要想既得到馬氏體又避免變形和開(kāi)裂，理想的淬火冷卻曲線如圖所示。③最常用的淬火介質(zhì)是水和油。⑤油主要用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬火。⑥熔融狀態(tài)的鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱作鹽

5、浴。這類介質(zhì)只適用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(yán)格的小件的分級(jí)淬火和等溫淬火。⑦近年來(lái)出現(xiàn)聚乙烯醇水溶液、三乙醇銨水溶液、高濃度硝鹽水溶液等淬火介質(zhì)。④水是經(jīng)濟(jì)且冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)。如表所示3．淬火方法常用淬火方法如圖所示。1）單液淬火法將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法，如水淬、油淬等。2）雙液淬火法將加熱的工件放入一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)冷卻的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。雙液淬火主要用于形狀復(fù)雜的高碳鋼工件及大型合金鋼工件。3）分級(jí)淬火法將加熱的工件在Ms點(diǎn)附近的鹽浴或堿浴中淬火

6、，然后取出緩冷的淬火方法。其特點(diǎn)是顯著減少淬火變形與開(kāi)裂，是用于截面尺寸較小淬透性較高的鋼件。4）等溫淬火將加熱工件在稍高于Ms點(diǎn)附近溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時(shí)間而獲得下貝氏體組織的淬火方法。其特點(diǎn)是工件具有良好的綜合力學(xué)性能，一般不必回火。多用于形狀復(fù)雜和要求較高的小件。4．鋼的淬透性1）淬透性淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。一般規(guī)定由工件表面到半馬氏體區(qū)的深度作為淬硬層深度。2）淬透性對(duì)鋼力學(xué)性能的影響鋼的淬透性直接影響其熱處理后的力學(xué)性能。①淬透性高的鋼，其力學(xué)性能沿截面均勻分布②淬透性低的鋼，其截面心部的力學(xué)性能低

7、3）淬透性的測(cè)定及其表示方法①淬透性的測(cè)定方法測(cè)定鋼的淬透性最常用的方法是末端淬火法。A將φ25×100mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣經(jīng)奧氏體化后，對(duì)末端進(jìn)行噴水冷卻。如圖所示。B按規(guī)定方法測(cè)定硬度值，作出淬透性曲線；C利用鋼的半馬氏體區(qū)硬度與鋼的含碳量關(guān)系圖，和淬透性曲線圖可找出其淬透性的大小。②淬透性的表示方法淬透性值可用表示。其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端的距離，HRC為該處測(cè)得的硬度值。鋼的淬透性還可用鋼在某種冷卻介質(zhì)中完全淬透的最大直徑，即臨界直徑D0表示。4）淬透性的應(yīng)用①對(duì)于截面尺寸較大和形狀較復(fù)雜的重要零件以及要求機(jī)械性能均勻的零件，應(yīng)

8、選用高淬透性的鋼制造。②對(duì)于承受彎曲和扭轉(zhuǎn)的軸類、齒輪類零件，可選用低淬透性的鋼制造。③在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，必須考慮鋼的熱處理尺寸效應(yīng)