工件热处理

装配工艺知识培训
工件热处理
技术中心
吕世清 2012年11月12日
1
热加工：在高于再结晶温度的条件下使金属 材料同时产生塑性变形和再结晶的加工方法。 热加工通常包括铸造、热轧、锻造和金属热 处理等工艺，有时也将焊接、热切割、热喷 涂等工艺包括在内。热加工能使金属零件在 成形的同时改善它的组织，或者使已成形的 零件改变结晶状态以改善零件的机械性能。 对低熔点金属材料，如铅、锌、锡等再结晶 温度低，在室温下对它们进行的塑性加工， 也属于热加工。
31
灰口铸铁的热处理： 1、消除内应力的退火。对大型、复杂的 铸件或精度要求较高的铸件在开箱后或 切削加工之前，通常都要进行一次消除 内应力的退火，有时甚至在粗加工之后 还要再进行一次。
32
2、改善切削加工性的退火。退火方法是， 将铸件加热到 850-900 度，保温 2-5 小时， 使渗碳体分解为石墨，而后随炉缓慢冷 却至400-500度，再置于空气中冷却。
12
按钢的质量分类:根据碳钢质量高低,即 主要根据钢中所含有害杂质S、P的多 少来分，通常分为普通碳素结构钢、优 质碳素结构钢和高级优质碳素结构钢。 按用途分类：根据用途不同，碳钢分为 碳素结构钢和碳素工具钢两大类。
13
钢的热处理：通过加热、保温、冷却的 操作方法，使钢的组织结构发生变化， 以获得所需性能的一种加工工艺。
2
冷加工：通常指金属的切削加工，即用切削工具从 金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从 而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙 的加工方法。如车削、钻削、铣削、刨削、磨削、 拉削等。在金属工艺学中与热加工相对应，冷加工 则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加 工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等。 冷加工变形抗力大，在使金属成形的同时，可以利 用加工硬化提高工件的硬度和强度，但会使塑性降 低。冷加工用于截面尺寸小，加工尺寸和表面粗糙 度要求较高的金属零件。
33
3、表面淬火。为提高铸件表面的硬度、 耐磨性需进行表面硬化处理。表面淬火 方法有高频表面淬火、火焰表面淬火及 接触电热表面淬火等多种方法。
34
球墨铸铁的热处理有退火、正火、调质处 理、等温淬火等。 退火的目的是为了获得铁素体球墨铸铁。 退火分为高温退火和低温退火。高温退火 是将铸件加热到900-950度保温2-5小时后 随炉缓冷至约 600 度出炉空冷。低温退火 是将铸件加热到720-760度经3-6小时保温 后随炉缓冷至约600度，出炉空冷。
16
退火操作分为完全退火、等温退火、 球化退火和去应力退火。 完全退火是将亚共析钢工件加热至AC3 以上30-50度，保温一定时间后，随炉 缓慢冷却，（或埋在砂中或石灰中冷却） 至500度以下在空气中冷却。完全退火 过程所需时间较长。
17
如果在对应于钢的 C 曲线上的珠光体 形成温度进行过冷奥氏体的等温转变处 理，就有可能在等温处理的前后稍快地 进行冷却，以便大大缩短整个退火的过 程。这种退火方法叫等温退火。
3
铁碳合金相图分析
4
铁素体：是碳在α-Fe中的间隙固 溶体，常用符合F或α表示。溶碳 能力很小，工业纯碳含碳0.02% 以下，在室温约100%铁素体。
5Leabharlann 渗碳体：即Fe3C 它是一种具有复 杂结构的间隙化合物。硬度很高， 约为HB800，其塑性几乎等于零。 珠光体：为铁素体与渗碳体两相 的机械混合物。用符合P表示。
26
中温回火（350-500度）获得回火屈氏体， 硬度为HRC35-45左右。 高温回火（500-650度）获得回火索氏体， 硬度HBW250-350，获得强度、塑性、 韧性都较好的综合机械性能。 淬火加高温回火的工艺又称为调质处理。
27
钢 制 需 调 质 工 件 工 艺 ： 下 料 —— 粗 加 工 —— 淬火加高温回火（调质） —— 校 直——精加工。
18
球化退火主要用于过共析钢的碳钢及 合金工具钢，其主要目的在于降低硬度， 改善切削加工性，并为以后淬火作好准 备。这种在热加工之后安排一道使网状 二次渗碳体中的层片状渗碳体都发生球 化，变成球状（粒状）的渗碳体的退火 工艺叫球化退火。
19
去应力退火：去应力退火又叫低温退火。 主要用来消除铸件、锻件、焊接件、热 轧件、冷拉件等的残余应力。去应力退 火操作一般是将钢随炉缓慢加热100-150 度 / 小时至 500-650 度经一段时间保温后， 随炉缓慢冷却 50-100 度 / 小时至 300-200 度以下出炉。
35
正火可分为高温正火和低温正火。低温 正火是加热至 840-880 度，而后在空气 中冷却。当铸铁中含硅量为2-3%时，一 般加热至880-920度，保温1-3小时，然 后出炉空冷。 调质处理：对含 2-3% 硅的铸铁为 860900度，通常用油冷，而后在550-620度 回火 2-4 小时，得到回火索氏体与石墨 组织。
6
铁素体、渗碳体和珠光体是室温 平衡状态下铁碳合金组织中基本 的组成物。此外在高温（大于727 度）还存在另一种组织——奥氏 体。它是碳在γ-Fe中的间隙固溶 体，用符合A（或γ）表示。其溶 碳能力比铁素体强，最大到 2.11%。
7
铁碳合金钢分类： 工业纯铁（C小于0.02%）、 钢（0.02%-2.11%）包括亚共析钢 （小于0.77%C）、共析钢 （0.77%C）、过共析钢（大于 0.77%C）。
28
钢的表面淬火应用最多的为感应加热和 火焰加热表面淬火法。感应加热分为高 频加热、中频加热、工频加热。
29
钢的化学热处理：将工件置于一定介质 中加热和保温，使介质中的活性原子渗 入工件表层，以改变表层的化学成分和 组织，从而使工件表面具有某些特殊的 机械或物理、化学性能的热处理工艺。
30
与表面淬火相比，化学热处理的主要特 点是，表层不仅有组织变化，还有成分 的变化。
8
白口铸铁（2.11-6.69%C）包括亚共 晶白口铸铁（小于4.3%C）共晶白口 铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁 （大于4.3%C）。
9
Fe-Fe3C相图应用 铸造方面，用铸钢件制造一些形状复 杂、难以进行锻造或切削加工而又要求 较高强度和塑性的零件。由于铸钢的铸 造性能较差，近年来在铸造生产中，有 以球墨铸铁部分代替铸钢的趋势。
10
在锻造方面，钢处于奥氏体状态时， 强度较低，塑性较好，便于塑性变形。 因此，钢材的轧制或锻造经常选择在 Fe-Fe3C相图奥氏体单相区中适当温度 范围内进行。 在热处理方面，退火、正火、淬火的 加热温度都得参考Fe-Fe3C相图加以选 择。
11
碳钢分类: 按钢的含碳量分类可分为 低碳钢—小于0.25%C 中碳钢—0.30-0.55%C 高碳钢— 大于0.60%C
14
钢的热处理分类：普通热处理和表面热 处理。普通热处理分为退火、正火、淬 火、回火；表面热处理分为表面淬火和 化学热处理。表面淬火一般有火焰加热 和感应加热两种，化学热处理有渗碳、 氮化、碳氮共渗等。
15
钢的退火和正火。退火和正火的目的: 软化钢件以便进行切削加工；消除残余 应力,以防钢件的变形开裂；细化晶粒改 善组织以提高钢的机械性能；为最终热 处理(淬火回火)做好组织上的准备。
24
回火的目的:1、降低脆性，消除或减少 内应力;2、获得工件所要求的机械性 能;3、稳定工件尺寸;4、对于退火难以 软化的某些合金钢在淬火（或正火）后 常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚 集，将硬度降低，以利于切削加工。
25
淬火钢在回火时的转变大致包括马氏体 分解、残余奥氏体转变、碳化物聚集长 大以及α固溶体的回复与再结晶等四个阶 段。 回火的种类：低温回火（150-250度）获 得回火马氏体。
36
等温淬火的加热温度与普通淬火相同， 即 860-900 度，适当保温后，迅速移至 250-300 度的等温盐浴中进行等温处理 30-90分钟，然后取出空冷，一般不再回 火。等温淬火后的组织为下贝氏体加石 墨。等温淬火是提高球墨铸铁综合机械 性能的有效途径。
37
22
钢的淬火:将钢加热到AC3或AC1以上3050度,保温后快速冷却的一种操作。其目 的是为了获得马氏体，提高钢的机械性 能。 常用淬火方法：单液淬火法、双液淬火 法、分级淬火法、等温淬火法、局部淬 火法、冷处理等。
23
淬硬层深度：一般规定由钢的表面至内 部马氏体组织占50%处的距离为淬硬层 深度，又叫淬硬层的深度。
20
正火处理：所谓正火就是将钢件加热至 AC3 或 ACm 以上 30-50 度，保温后从炉中 取出在空气中冷却的一种操作。正火与 退火的明显不同点是正火冷却速度稍快。 正火后组织比退火细，硬度和强度有所 提高。
21
正火的主要应用是：1、用于普通结构零 件，作为最终热处理；2、用于低、中碳 结构钢预先热处理，可获得合适的硬度， 便于切削加工；3、用于过共析钢抑制或 消除网状二次渗碳体的形成，以便在进 一步球化退火中得到良好的球化体组织。