《钢的加热、退火与正火.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢的加热、退火与正火.ppt（50页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、1,第八章钢的加热、退火与正火,2,金属加热的物理过程,8.1 钢的加热,三种传热方式,3,金属加热,直接加热,间接加热,加热方式与加热介质,4,加热缓慢,抑制氧化,表面净化,脱气作用,蒸发现象,5,加热目的与要求,热处理的第一道工序一般都是把钢加热到临界点以上，目的是为了得到奥氏体组织。,加热的质量指标,6,不同钢种、不同工件、不同的热处理工艺，对上述指标的要求是不同的。,淬火加热要求,例1：,成分尽可能均匀,晶粒尽可能细小,不允许表面氧化、脱碳或增碳,要严防变形，不允许开裂,7,球化退火加热要求,例2：,成分不能太均匀，要保留大量的未溶的碳化物质点，并弥散分布在奥氏体中,晶粒不粗大,8,确
2、定热处理加热规范的一般原则,加热的基本工艺参数,正火：亚共析 AC33050 过共析 ACcm3050退火：亚共析 AC32040 过共析 AC12030淬火：亚共析 AC33050 过共析 AC13050,9,一般不限制加热速度;对合金含量高、大型铸、锻件有特别规定.,实际生产中，还要考虑加热方式、热处理类型、钢的具体成分等因素的影响，对加热温度作必要调整.,10,升 透 保,11,厚件的加热时间：可用传热学、有效元分析等进行估算；薄件的加热时间：主要靠经验数据，即用经验公式估算，这些数据在生产实践中已经被证明是可靠的。但又不是绝对的，需要依据具体情况进行调整。具体加热时间数据在讲到具体工艺
3、时再做详细介绍。,薄件：T炉400，d300mm T炉800，d200mm T炉1000，d100mm,工件有厚件和薄件之分：,12,钢铁在加热时的缺陷及防止,对这些缺陷的检验和评级，可参见相关的国家标准和部颁标准。,造成这些缺陷的原因是多方面的，可能是设备、工艺、或操作不当等原因。因此，在实际生产中应具体问题具体分析，以找出切实可行的解决办法。,常见的加热缺陷,13,在氧化性气氛（如空气、O2、CO2、H2O等）中加热时，铁原子和合金原子会被氧化。,研究表明，钢在560以下加热时，表面氧化膜由两层构成：Fe2O3|Fe3O4|基体由于这种氧化膜结构致密，且与基体结合牢固，可使钢表面与氧化性气
4、氛隔离，阻止钢表进一步氧化，此时可以不考虑防止氧化的问题。,氧化,氧化,14,在560以上加热时，表面氧化膜结构发生了变化，此时的氧化膜由三层构成：Fe2O3|Fe3O4|FeO|基体。其厚度比为110100，实际上主要由FeO组成。,FeO是缺位固溶体，结构疏松，与基体结合不牢，易剥落，所以这种氧化膜不起防护作用，氧很容易穿过氧化膜向里氧化。因而钢铁表面一旦生成FeO，就会使氧化速度大大增加，且温度越高，氧化越厉害。,15,在800950下较长时间加热时，在介质中的O2和CO2除了进行表面氧化之外，还沿着奥氏体晶界向里扩散，从而发生钢的内氧化。当钢中含有Cr、Si、Ti、Al等合金元素时，它
5、们与氧的结合能力远远大于铁，因此优先被氧化，沿奥氏体晶界生成氧化物，使晶界附近合金浓度降低，奥氏体稳定性变小，淬火时便会沿晶界形成屈氏体。,加热介质中，O2、CO2和H2O等都会使钢氧化。,16,氧化对性能的影响,氧化的防止办法,17,钢在脱碳性气氛中加热时，其表面层中的固溶碳与气氛中的O2、CO2、H2O和H2等发生化学反应，生成气体逸出钢外，导致脱碳：,脱碳最严重时，可使表面变成铁素体，淬火后硬度降低，疲劳强度下降。,脱碳,18,组织结构全脱碳层：全部晶粒半脱碳层：表面C%平均C%对性能的影响机械性能下降（强度、硬度、耐磨性）脱碳层具有残余拉应力，易出现淬火裂纹,表面脱碳后，内层的碳便向表
6、面扩散，这样就使脱碳层逐渐加深。加热时间越长，脱碳层越深。脱碳实质上也是氧化过程，当炉温在700850下存在大量脱碳气氛时容易发生。因此，防氧化的措施同样适用于防止脱碳。,19,欠热,由于加热温度过低或加热时间过短，造成奥氏体化不完全的缺陷，称为欠热，也叫加热不足。,欠热,亚共析钢淬火,过共析钢淬火,正火,球化退火,组织中会残存粗大的片状P,20,造成欠热的原因,过热,钢的过热指的是加热温度比正常温度偏高，导致钢的奥氏体晶粒较正常的要大，即晶粒变粗。,后果是：塑性、韧性、强度降低；变形加大；还可能导致热处理裂纹、使工件报废。,补救措施：过热的工件一般可再在较低温度加热，重新使奥氏体晶粒细化。,
7、21,造成过热的原因,过烧,是加热温度太高而达到固相线温度，奥氏体晶界或部分晶界氧化甚至熔化的现象。,后果是：处理的工件很脆，如果锻造一锻即裂，过烧的工件只能报废。,造成原因：主要是设备失灵，或者操作不当；火焰炉加热时局部温度过高也会造成过烧。,22,8.2 钢的退火,将金属加热到一定温度，保温适当时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。,降低硬度，提高塑性；细化晶粒，消除组织缺陷；消除内应力；为淬火作好组织准备。,退火应用非常广泛：在工模具或机械零件等的制造过程中，经常作为预备热处理安排在铸锻焊之后，切削(粗)加工之前，用以消除前一道工序所带来的某些缺陷，并为随后的工序做好准备。
8、,23,退火,24,扩散退火(均匀化退火),概念：把合金钢铸锭或铸件加热到 Ac3150300(一般碳钢11001200，合金钢11501250)，保温十几几十h(一般以25mm截面厚度1h计算)后缓慢冷却，以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。,目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。,25,适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件,注意事项：高温扩散退火生产周期长，能量消耗大，工件氧化、脱碳严重，成本很高；尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒、消除铸造应力；由于加热温度高、时间长，会引起A晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退火或正火，以
9、细化晶粒、消除过热缺陷。,26,概念：将亚共析钢(0.30.6C)加热到Ac3+(3050)，完全A化后保温缓冷(随炉、埋入砂、石灰中)，以获得接近平衡状态的组织的热处理工艺。,完全退火,目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。,27,完全退火采用随炉缓冷，可以保证先共析F的析出和过冷A在Ar1以下较大温度范围内转变为P。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至 600左右即可出炉空冷。保温时间：不仅要使工件烧透，而且要保证全部奥氏体均匀化，达到完全重结晶。保温时间：与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关，一般以25mm截面厚度1h计算。,工艺,适用范围 中碳
10、钢和中碳合金钢的铸、焊、锻、轧制件等,28,低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火；,注意事项,完全退火消除粗大晶粒及魏氏组织过程示意图,29,对于亚共析钢，原始组织细小时，可用不完全退火代替完全退火，消除内应力。,不完全退火,将钢不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺,工艺：亚共析：AC1 AC3 过共析：AC1 ACcm,用途：,主要用于过共析钢，改善珠光体组织，降低硬度，消除内应力；,30,低温球化：AC1 1030 几十一百小时缓冷球化：AC1 1020等温球化：AC1 1020 Ar12030 炉冷至500600空冷,球化退火,使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺,工艺：,片P在退火时向粒P
11、转变过程示意图,31,适用范围：主要用于共析钢、过共析钢的刃具、量具、模具等,32,过共析钢中存在网状二次渗碳体,33,冷却速度和等温温度影响碳化物球化效果,34,定义：工件加热到高于AC3(AC1)温度，保温适当时间，较快冷却到珠光体转变某一温度保持，转变为珠光体型组织的退火工艺工艺：亚共析：AC3 过共析：AC1Accm等温温度：Ar13040用途：目的同于完全、不完全退火优点在于工艺周期短，截面组织比较均匀适合于大件及合金钢的退火,等温退火,35,工艺温度选择在氢溶解度小、扩散系数大的区域（C曲线鼻尖处）,去氢退火,在奥氏体等温分解过程中长期保温，以使钢中固溶氢脱溶的退火工艺,应用一般用
12、于大截面锻、轧件，利用余热在A1以下较高温度长时间保温,36,工艺：TK150250；钢：600700；铝合金：350400,再结晶退火,经冷变形后金属，加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除加工硬化和残余应力的退火工艺,37,钢和焊接件：500600；铸铁：500550，超过550易造成P石墨化,去应力退火,为去除塑性变形加工、焊接等造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。,工艺：,将工件缓慢加热到 Ac1以下100200保温一定时间(13h)后，随炉缓冷至200，再出炉冷却。,38,消除铸、锻、焊件、冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定
13、钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。,去应力退火后应注意缓冷，防止产生附加应力，对于大截面零件尤为重要,注意事项：,适用范围和目的：,39,常用退火工艺制度小结,40,8.3 钢的正火,共析钢 S、亚共析钢F+S、过共析钢Fe3CS,概念,将钢件加热到Ac3(或Accm)以上3050，保温适当时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。,目的,细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。,组织,41,保温时间：和完全退火相同，应以工件透烧为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。,冷却方式：最常用的是空冷；对于大件也可采用吹风、喷雾、调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度。,正火工艺,加热温度：在Ac
14、3(或Accm)以上3050，含V、Ti、Nb强碳化物元素的钢：100150。,42,中碳结构钢的铸、锻、轧件以及焊接件，在加热加工后易出现晶粒粗大等过热缺陷和带状组织。通过正火处理可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。,应用范围,调整硬度、改善钢的切削加工性能,碳的含量低于0.25的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工时易于“粘刀”，通过正火处理，使硬度提高，从而改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。,细化晶粒、均匀组织、消除热加工缺陷,43,一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件，采用正火处理达到一定的综合力学性能，可以代替调质处理，
15、作为零件的最终热处理。,消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火,过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于机械加工并为淬火作好组织准备。但当过共析钢中存在严重网状碳化物时，将达不到良好的球化效果，需要先通过正火处理消除网状碳化物，然后再进行球化退火。,提高普通结构零件的机械性能,44,正火的冷却速度比退火稍快，过冷度较大，发生的是伪共析转变；正火后所得到的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。,8.4 退火和正火的选择,从实质上来看，正火是退火的一种特殊形式。,退火：是将工件加热到适当温度，保持一定时间后缓慢冷却的热处理工艺。正火：是将钢件加热到适当温度，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺
16、。,退火与正火的主要区别,45,正火的冷却速度比退火稍快，较快的冷却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能；用正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能；在没有其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒，提高低碳钢强度。,退火与正火的选择,含碳量0.25的低碳钢，常采用正火代替退火,46,虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高,含碳量在 0.250.5之间的中碳钢也可用正火代替退火,因含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。,含碳量在 0.50.75之间的钢一般采用完全退火,47,48,含碳量0.75的高碳钢或工具钢，一般均采用球化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火消除。正火只适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适应于高合金钢 对于某些不太重要的工件，可在正火状态使用，因为正火得到的索氏体组织具有较好的机械性能。在满足性能的前提下，尽可能用正火代替退火（经济性角度考虑）。,49,井式炉,井式炉示意图,50,氮化炉,渗碳炉,箱式炉,
