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1、热处理基础培训,Part1,金属热处理的地位及应用,Part2,热处理的定义及本质,Part3,热处理的一般分类及常用材料的热处理,Part4,热处理工序的安排及机加余量控制,CONTENTS,目 录,Part 1,金属热处理的地位及应用,生产寿命高、重量轻、体积小、功能强及高度可靠的产品乃是制造业不断追求的目标。热处理(含表面改性，下同)是通过改变材料的组织结构从而大幅度改变材料性能的工艺环节，是提高产品的内在质量、保证整机使用性能和可靠性的关键，在制造业中有十分重要的作用。,1.1热处理在工业生产中的地位,凡是拥有著名品牌产品的制造业企业都高度重视热处理技术的研发，通过大量的投入、持续研究
2、、不断改进和长期积累，形成独到的热处理技术并严加保密。他人可从市场购得名牌产品，制造出材料成分与几何要素完全一致的仿制品，但寿命和可靠性往往难望其项背。国际工业界公认：热处理技术是决定制造业水平及其市场竞争力的核心要素。,热处理的作用日趋重要：因为现代机器制造过金属材料的性能不断提出更高的要求，如果完全依靠原材料的原始性能来满足这些要求，常常是不经济的，甚至是不可能的、热处理可提高零件的强度、硬度、韧性、弹性，同时，还可改善毛坯或原材料切削性能，使之易于加工。热处理是改善原材料或毛坯的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘材料潜力不可缺少的工艺方法。热处理在机械制造业中的应用日益广泛；在机
3、床制造中要进行热处理的零件占60%70%在汽车、拖拉机制造中占7080%；在各类工具/刃具、模具、量具等和滚动轴承制造中，100%的需要进行热处理。,1.2热处理的应用,Part2,热处理的定义及本质,2.1金属热处理定义,金属热处理是在固态下将金属或合金加热到一定温度，保温一定时间，然后以一定冷却速度冷却，通过加热速度、保温温度、保温时间和冷却速度四个基本要素的有机配合，使金属或合金内部组织结构发生转变，从而获得一定性能的工艺方法。热处理与其它加工方法的特点：它只改变金属材料的组织和性能，而不以改变其形状和尺寸为目的,热处理工艺的本质：通过改变材料的相结构或组织组成，达到改变材料性能的目的,
4、2.2金属热处理的本质,结构,组织,性能,构成,决定,Part 3,热处理一般分类及常用材料的热处理,3.1热处理一般分类,是将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。,退火,完全退火,球化退火,去应力退火,均匀化退火,A,B,C,D,常见退火工艺方法,将工件加热至低于AC1的某一温度（一般500650），保温足够时间后，缓慢冷却。主要用于消除铸件、锻件、焊接件及冷变形零件的内应力，降低温度，稳定尺寸，减少和防止使用过程中变形，但不改变零件的内部组织,02,将工件加热Ac3以上3050，保温一定时间后，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。亚共
5、析钢经完全退火后得到的组织史F+P完全退火主要适用于亚共析钢和合金钢的铸件、焊接件、锻件及热轧型材。目的是细化晶粒，均匀组织，降低硬度，便于切削加工并为加工后工件的淬火作好组织准备。过共析钢不进行完全退火，因为过共析钢自Acm缓慢冷却时会析出网状二次渗碳体，使钢脆性增大。,01,常用退火工艺定义,退火目的及应用,定义：将钢材或铸铁工件加热奥氏体化后在空气中冷却，得到含有珠光体的均匀组织的热处理工艺称为正火。,正火,正火目的及应用,钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）（碳量在0.02180.77%）或Ac1（过共析钢）（碳量超过0.77%）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化
6、，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。,定义,使得过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的钢性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。,目的,淬火,单液淬火,1,双液淬火,2,分级淬火,3,等温淬火,4,淬火方法,将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度AC1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。一
7、般用于减小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提高其延性或韧性。,定义,（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。,目的,回火,回火分类,A,B,调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。零件处在各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、连杆、螺柱、齿
8、轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是对于重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多因此，调质处理在热处理中占有很重要的位置。在机械产品中的调质件，因其受力条件不同，对其所要求的性能也就不完全一样。一般说来，各种调质件都应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性的适当配合，以保证零件长期顺利工作。,调质,A,B,3.2,常用钢的调质,属于中碳结构钢，价格低，来源广，应用广泛，硬度不高易切削加工，淬透性较低，对于大工件正火或调质状态下两者力学性能相近。最大弱点是淬透性低，水中临界淬透直径为1217mm，水淬时有开裂倾向，截面尺寸大和要求较高的工件不宜采用。因淬透性低，采用冷却速
9、度大的10%的盐水溶液。工件入水后，应该淬透，但不是冷透。45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC5659，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。,”,“,45钢,调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好（0.8-1.0%Cr），水淬时可淬透到2860mm,油淬时可淬透到1540mm，淬透性高于45#。Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回
10、火脆性。40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向小。对形状不复杂的工件，可以在水中淬火只是操作者要凭经验严格掌握入水、出水的温度。,”,“,40Cr,Mo可降低第二类回火脆性强度，具有高强度和韧性,淬透性也较好，Mo可降低第二类回火脆性，故无明显的回火脆性,淬火时变形小,调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力,低温冲击韧度良好,高温时有高的蠕变强度和持久强度。用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具等。,”,“,42CrMo,4
11、5,1,40Cr,2,42CrMo,3,优质碳素结构钢，碳含量为0.42-0.50%，抗拉强度为610MPa，屈服点为360MPa；用于一般轴类零件。,合金结构钢，碳含量为0.37-0.45%，含铬0.8-1.1%，抗拉强度为1000MPa，屈服点为800MPa；用于负荷较大的受力件。,合金结构钢，碳含量为0.38-0.45%，含铬0.9-1.2%，含钼0.15-0.25%，抗拉强度为1100MPa，屈服点为950MPa。用负荷较大，要求可靠性较高的零部件。,45钢与40Cr、42CrMo区别,材料,淬透尺寸（MM),21,22,40,45,40cr,42CrMo,常用钢的全淬透尺寸（碳钢水淬
12、，合金钢油淬）,淬透尺寸（MM),21,55,55,最高硬度（HRC),5859,电感应，火焰，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应加热法,采用方法,03,获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性,目的,02,将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。,概念,01,表面淬火,感应加热是利用电磁感应原理。将工件置于用铜管制成的感应圈中，向感应圈中通交流电时，在它的内部和周围将产生一个与电流频率相同的交变磁场，若把工件置于磁场中，则在工件(导体)内部产生感应电流，由于电阻的作用工件被加热。由于交流电的“集肤效应”，靠近工件表面电流密度最大，而工
13、件心部电流几乎为零。几秒内工件表面温度就可以达到 8001000，而心部仍接近室温。当表层温度升高至淬火温度时，立即喷液冷却使工件表面淬火。感应加热淬火一般都用于中碳钢或中碳合金钢（如：45、40Cr等），钢件在表面淬火前应进行调质或正火处理，以保证心部性能。,感应加热表面热处理,电流透入工件表面的深度主要与电流频率有关，频率越高透入深度越小。对于碳钢，淬硬层深度与电流频率存在以下关系：,概念：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢（C%0.25%），具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900-950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子
14、渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。渗碳深度视零件要求定，一般采用0.52.5mm，渗碳层表面硬度应不低于56HRC，对于合金钢制造的重要零件应不低于60HRC。渗碳的作用：使工件增碳表面层经淬火和低温回火后，能获得高硬度、耐磨性和疲劳强度，而工件心部仍有高的塑性和韧性。,渗碳,35,定义是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。应用镗床的主轴和主轴套、精密机床的丝杆、内燃机的曲轴、汽缸套、汽阀、各种精密齿轮的量具等特点1.高的表面硬度（HV10
15、001100，相当于HRC6572）及耐磨性，这种性能可以维持到相当高的温度（600650）而不下降2、具有高的疲劳强度和抗腐蚀性。3、氮化温度较低，常在500600，且氮化后渗层直接获得高硬度，避免了淬火引起的变形。氮化热处理变形小，适合精密零件的最终处理。,渗氮,Part 4,热处理工序的安排及机加余量控制,1、退火、正火：安排在毛坯生产之后，切削加工之前毛坯生成退火或正火机械加工2、调质：粗加工之后，精加工或半精加工之前下料锻造正火（或退火）机械粗加工调质机械机加工对于重要销轴通用加工工艺如下：45#，D20，40Cr、42CrMo，D40时，粗车见光原材料探伤调质精加工探伤打编码表面处
16、理（发黑）45#，D20，40Cr、42CrMo，D40时，调质件所留加工余量（mm)参考下表：,预先热处理的工序位置,1、淬火（1）整体淬火件：下料锻造正火（或退火）机械粗加工、半精加工淬火、回火磨削（2）感应加热表面淬火件的加工路线：下料锻造正火（或退火）机械粗加工调质机械半精加工感应加热表面淬火、低温回火磨削2、渗碳：下料锻造正火机加工渗碳淬火、低温回火磨削3、渗氮：下料锻造退火机械粗加工调质机械精加工去应力退火粗磨渗氮精磨,最终热处理的位置,轴、套、环类零件内孔热处理后的磨削余量（mm),杆类轴类零件外圆热处理后的磨削余量,渗碳后的加工余量,工作图上热处理要求的表示,1、材料选择应与零
17、件有效截面尺寸相适应。对于要求整体淬透的零件选材时，必须考虑钢的淬透性。一般零件以心部获得50%马氏体视为淬透；重要零件（如航空零件等）以心部获得90%马氏体视为淬透。2、选择材料应与热处理工艺相适应。各种钢都有其最佳的热处理工艺。如：20CrMnTi钢适合渗碳，低、中碳碳素钢和低、中碳合金钢适合化学热处理后进行整体淬火硬化3、选择材料时应考虑热处理工艺性。如，结构复杂的零件要考虑淬火的开裂和变形问题。在保证性能和不过多增加成本的前提下，采用淬透性好的合金钢用油淬火比碳素钢用水淬火的开裂与变形敏感性小得多,零件材料的合理选择,1、除模具刃口和刀具刃口部等特殊情况外，一般零件的锐角或倒钝成圆角。2、尽量使零件截面均匀，质量均衡。必要时可开工艺孔或工艺槽，并合理分布其数量和位置3、轴类零件的细长比不宜过大4、当内孔需要淬火时，除特殊需要外尽量使通孔。孔与孔孔与棱边之间应有适当的距离。有必要时，在不影响结构强度的情况下可在不通孔底处增加工艺通孔，以便改善其冷却条件5、零件结构和形状力求简单、对称6、零件热处理前，表面有一定的表面粗糙度。一般淬火件表面粗糙度Ra不大于3.2um;渗碳件表面粗糙度Ra不大于6.3um，且表面不得有较深的划痕和刻痕等。,改善零件热处理工艺性的结构设计,THANK YOU.,
