钢的正火基础工艺过程Word格式文档下载.docx
- 文档编号:17576327
- 上传时间:2022-12-07
- 格式:DOCX
- 页数:9
- 大小:23.98KB
钢的正火基础工艺过程Word格式文档下载.docx
《钢的正火基础工艺过程Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钢的正火基础工艺过程Word格式文档下载.docx(9页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Ac1+(20~40)过共析钢球化退火
正火Ac3+(50~100)亚共析钢
Accm+(30~50)过共析钢
淬火Ac3+(30~70)亚共析钢
Ac1+(30~70)过共析钢
回火低温回火150~250刃具、模具、量具、高硬度零件
中温回火350~500弹簧、中档硬度零件
高温回火500~650齿轮、轴、连杆等综合机械性能零件
表2-2惯用碳钢临界点
钢号临界点(℃)
Ac1Ac3Accm
20钢735855——
45钢724780——
T8钢730————
T12钢730——820
2)加热时间
热解决加热时间(涉及升温与保温时间)与钢成分、原始组织、工件尺寸与形状、使用加热设备与装炉方式及热解决办法等许多因素关于。
因而,要确切计算加热时间是比较复杂。
在实验室中,热解决加热时间(涉及加热、保温时间)普通按工件有效厚度,用下列经验公式计算加热时间:
T=αD
式中:
T——加热时间(min);
α——加热系数(min/mm);
D——工件有效厚度(mm)。
当碳钢工件D≤50mm,在800~960℃箱式电阻炉中加热时,α=1~1.2(min/mm)。
回火保温时间要保证工件热透并使组织充分转变。
实验时组织转变时间可取0.5h。
3)冷却办法
(1)退火冷却方式:
钢退火时,普通采用随炉冷却到600~550℃如下再出炉空冷。
(2)正火冷却方式:
钢正火时,普通采用在空气中冷却。
(3)淬火冷却方式:
钢淬火时,钢在过冷奥氏体最不稳定范畴内(650~550℃)冷却速度应不不大于临界冷却速度,从而保证工件不转变为珠光体型组织;
而在Ms点附近冷却速度应尽量低,从而减少淬火内应力,减少工件变形与开裂。
因而,淬火时,除了要选用适当淬火冷却介质外,还应改进淬火办法。
对形状简朴工件,常采用简易单液淬火法,如碳钢用水或盐水液作冷却介质,合金钢惯用油作冷却介质。
(4)回火冷却方式:
碳钢回火时,普通采用在空气中冷却。
一.退火种类
1.完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火,普通简称为退火,这种退火重要用于亚共析成分各种碳钢和合金钢铸,锻件及热轧型材,有时也用于焊接构造。
普通常作为某些不重工件最后热解决,或作为某些工件预先热解决。
2.球化退火
球化退火重要用于过共析碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用钢种)。
其重要目在于减少硬度,改进切削加工性,并为后来淬火作好准备。
3.去应力退火
去应力退火又称低温退火(或高温回火),这种退火重要用来消除铸件,锻件,焊接件,热轧件,冷拉件等残存应力。
如果这些应力不予消除,将会引起钢件在一定期间后来,或在随后切削加工过程中产生变形或裂纹。
二.淬火时,最惯用冷却介质是盐水,水和油。
盐水淬火工件,容易得到高硬度和光洁表面,不容易产生淬不硬软点,但却易使工件变形严重,甚至发生开裂。
而用油作淬火介质只合用于过冷奥氏体稳定性比较大某些合金钢或小尺寸碳钢工件淬火。
三.钢回火目
1.减少脆性,消除或减少内应力,钢件淬火后存在很大内应力和脆性,如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
2.获得工件所规定机械性能,工件经淬火后硬度高而脆性大,为了满足各种工件不同性能规定,可以通过恰当回火配合来调节硬度,减小脆性,得到所需要韧性,塑性。
3.稳定工件尺寸
4.对于退火难以软化某些合金钢,在淬火(或正火)后常采用高温回火,使钢中碳化物恰当汇集,将硬度减少,以利切削加工。
加热缺陷及控制
一、过热现象
咱们懂得热解决过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒粗大,使零件机械性能下降。
1.普通过热:
加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起奥氏体晶粒粗化称为过热。
粗大奥氏体晶粒会导致钢强韧性减少,脆性转变温度升高,增长淬火时变形开裂倾向。
而导致过热因素是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生)。
过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常状况下重新奥氏化使晶粒细化。
2.断口遗传:
有过热组织钢材,重新加热淬火后,虽能使奥氏体晶粒细化,但有时仍浮现粗大颗粒状断口。
产生断口遗传理论争议较多,普通以为曾因加热温度过高而使MnS之类杂物溶入奥氏体并富集于晶界面,而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出,受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。
3.粗大组织遗传:
有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规淬火温度,甚至再低某些,其奥氏体晶粒依然是粗大,这种现象称为组织遗传性。
要消除粗大组织遗传性,可采用中间退火或多次高温回火解决。
二、过烧现象
加热温度过高,不但引起奥氏体晶粒粗大,并且晶界局部浮现氧化或熔化,导致晶界弱化,称为过烧。
钢过烧后性能严重恶化,淬火时形成龟裂。
过烧组织无法恢复,只能报废。
因而在工作中要避免过烧发生。
三、脱碳和氧化
钢在加热时,表层碳与介质(或氛围)中氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反映,减少了表层碳浓度称为脱碳,脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性减少,并且表面形成残存拉应力易形成表面网状裂纹。
加热时,钢表层铁及合金与元素与介质(或氛围)中氧、二氧化碳、水蒸气等发生反映生成氧化物膜现象称为氧化。
高温(普通570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化,具备氧化膜淬透性差钢件易浮现淬火软点。
为了防止氧化和减少脱碳办法有:
工件表面涂料,用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护氛围加热(如净化后惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)
四、氢脆现象
高强度钢在富氢氛围中加热时浮现塑性和韧性减少现象称为氢脆。
浮现氢脆工件通过除氢解决(如回火、时效等)也能消除氢脆,采用真空、低氢氛围或惰性氛围加热可避免氢脆。
几种常用热解决概念
1.正火:
将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上恰当温度保持一定期间后在空气中冷却,得到珠光体类组织热解决工艺。
2.退火annealing:
将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度,保温一段时间后,随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度如下在空气中冷却热解决工艺
3.固溶热解决:
将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中,然后迅速冷却,以得到过饱和固溶体热解决工艺
4.时效:
合金经固溶热解决或冷塑性形变后,在室温放置或稍高于室温保持时,其性能随时间而变化现象。
5.固溶解决:
使合金中各种相充分溶解,强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能,消除应力与软化,以便继续加工成型
6.时效解决:
在强化相析出温度加热并保温,使强化相沉淀析出,得以硬化,提高强度
7.淬火:
将钢奥氏体化后以恰当冷却速度冷却,使工件在横截面内所有或一定范畴内发生马氏体等不稳定组织构造转变热解决工艺
8.回火:
将通过淬火工件加热到临界点AC1如下恰当温度保持一定期间,随后用符合规定办法冷却,以获得所需要组织和性能热解决工艺
9.钢碳氮共渗:
碳氮共渗是向钢表层同步渗入碳和氮过程。
习惯上碳氮共渗又称为氰化,当前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。
中温气体碳氮共渗重要目是提高钢硬度,耐磨性和疲劳强度。
低温气体碳氮共渗以渗氮为主,其重要目是提高钢耐磨性和抗咬合性。
10.调质解决quenchingandtempering:
普通习惯将淬火加高温回火相结合热解决称为调质解决。
调质解决广泛应用于各种重要构造零件,特别是那些在交变负荷下工作连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
调质解决后得到回火索氏体组织,它机械性能均比相似硬度正火索氏体组织为优。
它硬度取决于高温回火温度并与钢回火稳定性和工件截面尺寸关于,普通在HB200—350之间。
11.钎焊:
用钎料将两种工件粘合在一起热解决工艺
回火种类及应用
依照工件性能规定不同,按其回火温度不同,可将回火分为如下几种:
(一)低温回火(150-250度)
低温回火所得组织为回火马氏体。
其目是在保持淬火钢高硬度和高耐磨性前提下,减少其淬火内应力和脆性,以免使用时崩裂或过早损坏。
它重要用于各种高碳切削刃具,量具,冷冲模具,滚动轴承以及渗碳件等,回火后硬度普通为HRC58-64。
(二)中温回火(350-500度)
中温回火所得组织为回火屈氏体。
其目是获得高屈服强度,弹性极限和较高韧性。
因而,它重要用于各种弹簧和热作模具解决,回火后硬度普通为HRC35-50。
(三)高温回火(500-650度)
高温回火所得组织为回火索氏体。
习惯上将淬火加高温回火相结合热解决称为调质解决,其目是获得强度,硬度和塑性,韧性都较好综合机械性能。
因而,广泛用于汽车,拖拉机,机床等重要构造零件,如连杆,螺栓,齿轮及轴类。
回火后硬度普通为HB200-330。
铍青铜热解决
铍青铜是一种用途极广沉淀硬化型合金。
经固溶及时效解决后,强度可达1250-1500MPa(1250-1500公斤)。
其热解决特点是:
固溶解决后具备良好塑性,可进行冷加工变形。
但再进行时效解决后,却具备极好弹性极限,同步硬度、强度也得到提高。
(1)铍青铜固溶解决
普通固溶解决加热温度在780-820℃之间,对用作弹性元件材料,采用760-780℃,重要是防止晶粒粗大影响强度。
固溶解决炉温均匀度应严格控制在±
5℃。
保温时间普通可按1小时/25mm计算,铍青铜在空气或氧化性氛围中进行固溶加热解决时,表面会形成氧化膜。
虽然对时效强化后力学性能影响不大,但会影响其冷加工时工模具使用寿命。
为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性氛围(如氢气、一氧化碳等)中加热,从而获得光亮热解决效果。
此外,还要注意尽量缩短转移时间(此淬水时),否则会影响时效后机械性能。
薄形材料不得超过3秒,普通零件不超过5秒。
淬火介质普通采用水(无加热规定),固然形状复杂零件为了避免变形也可采用油。
(2)铍青铜时效解决
铍青铜时效温度与Be含量关于,含Be不大于2.1%合金均宜进行时效解决。
对于Be不不大于1.7%合金,最佳时效温度为300-330℃,保温时间1-3小时(依照零件形状及厚度)。
Be低于0.5%高导电性电极合金,由于溶点升高,最佳时效温度为450-480℃,保温时间1-3小时。
近年来还发展出了双级和多级时效,即先在高温短时时效,而后在低温下长时间保温时效,这样做长处是性能提高但变形量减小。
为了提高铍青铜时效后尺寸精度,可采用夹具夹持进行时效,有时还可采用两段分开时效解决。
(3)铍青铜去应力解决
铍青铜去应力退火温度为150-200℃,保温时间1-1.5小时,可用于消除因金属切削加工、校直解决、冷成形等产生残存应力,稳定零件在长期使用时形状及尺寸精度。
热解决应力及其影响
热解决残存力是指工件经热解决后最后残存下来应力,对工件形状,&
127;
尺寸和性能均有极为重要影响。
当它超过材料屈服强度时,&
便引起工件变形,超过材料强度极限时就会使工件开裂,这是它有害一面,应当减少和消除。
但在一定条件下控制应力使之合理分布,就可以提高零件机械性能和使用寿命,变有害为有利。
分析钢在热解决过程中应力分布和变化规律,使之合理分布对提高产品质量有着深远实际意义。
例如关于表层残存压应力合理分布对零件使用寿命影响问题已经引起了人们广泛注重。
一、钢热解决应力
工件在加热和冷却过程中,由于表层和心部冷却速度和时间不一致,形成温差,就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。
在热应力作用下,由于表层开始温度低于心部,收缩也不不大于心部而使心部受拉,当冷却结束时,由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。
即在热应力作用下最后使工件表层受压而心部受拉。
这种现象受到冷却速度,材料成分和热解决工艺等因素影响。
当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热应力作用下产生不均匀塑性变形愈大,最后形成残存应力就愈大。
另一方面钢在热解决过程中由于组织变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容增大会随着工件体积膨胀,&
工件各部位先后相变,导致体积长大不一致而产生组织应力。
组织应力变化最后成果是表层受拉应力,心部受压应力,正好与热应力相反。
组织应力大小与工件在马氏体相变区冷却速度,形状,材料化学成分等因素关于。
实践证明,任何工件在热解决过程中,&
只要有相变,热应力和组织应力都会发生。
&
只但是热应力在组织转变此前就已经产生了,而组织应力则是在组织转变过程中产生,在整个冷却过程中,热应力与组织应力综合伙用成果,&
就是工件中实际存在应力。
这两种应力综合伙用成果是十分复杂,受着许多因素影响,如成分、形状、热解决工艺等。
就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时两者抵消,作用方向相似时两者互相迭加。
不论是互相抵消还是互相迭加,两个应力应有一种占主导因素,热应力占主导地位时作用成果是工件心部受拉,表面受压。
组织应力占主导地位时作用成果是工件心部受压表面受拉。
二、热解决应力对淬火裂纹影响
存在于淬火件不同部位上能引起应力集中因素(涉及冶金缺陷在内),对淬火裂纹产生均有增进作用,但只有在拉应力场内(&
特别是在最大拉应力下)才会体现出来,&
若在压应力场内并无促裂作用。
淬火冷却速度是一种能影响淬火质量并决定残存应力重要因素,也是一种能对淬火裂纹赋于重要乃至决定性影响因素。
为了达到淬火目,普通必要加速零件在高温段内冷却速度,并使之超过钢临界淬火冷却速度才干得到马氏体组织。
就残存应力而论,这样做由于能增长抵消组织应力作用热应力值,故能减少工件表面上拉应力而达到抑制纵裂目。
其效果将随高温冷却速度加快而增大。
并且,在能淬透状况下,截面尺寸越大工件,虽然实际冷却速度更缓,开裂危险性却反而愈大。
这一切都是由于此类钢热应力随尺寸增大实际冷却速度减慢,热应力减小,&
组织应力随尺寸增大而增长,最后形成以组织应力为主拉应力作用在工件表面作用特点导致。
并与冷却愈慢应力愈小老式观念大相径庭。
对此类钢件而言,在正常条件下淬火高淬透性钢件中只能形成纵裂。
避免淬裂可靠原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变不等时性。
仅仅实行马氏体转变区内缓冷却局限性以防止纵裂形成。
普通状况下只能产生在非淬透性件中弧裂,虽以整体迅速冷却为必要形成条件,可是它真正形成因素,却不在迅速冷却(涉及马氏体转变区内)自身,而是淬火件局部位置(由几何构造决定),在高温临界温度区内冷却速度明显减缓,因而没有淬硬所致&
。
产生在大型非淬透性件中横断和纵劈,是由以热应力为重要成分残存拉应力作用在淬火件中心&
而在淬火件末淬硬截面中心处,一方面形成裂纹并由内往外扩展而导致。
为了避免此类裂纹产生,往往使用水--油双液淬火工艺。
在此工艺中实行高温段内迅速冷却,目仅仅在于保证外层金属得到马氏体组织,&
而从内应力角度来看,这时快冷有害无益。
另一方面,冷却后期缓冷目,重要不是为了减少马氏体相变膨胀速度和组织应力值,而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属收缩速度,从而达到减小应力值和最后抑制淬裂目。
三、残存压应力对工件影响
渗碳表面强化作为提高工件疲劳强度办法应用得很广泛因素。
一方面是由于它能有效增长工件表面强度和硬度,提高工件耐磨性,另一方面是渗碳能有效改进工件应力分布,在工件表面层获得较大残存压应力,&
提高工件疲劳强度。
如果在渗碳后再进行等温淬火将会增长表层残存压应力,使疲劳强度得到进一步提高。
有人对35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火残存应力进行过测试其
成果如表1
热解决工艺
残存应力值(kg/mm2)
渗碳后880-900度盐浴加热,260度等温40分钟
-65
渗碳后880-900度盐浴加热淬火,260度等温90分钟
-18
渗碳后880-900度盐浴加热,260度等温40分钟,260度回火90分钟
-38
表1.35SiMn2MoV钢渗碳等温淬火与渗碳低温回火后残存应力值
从表1测试成果可以看出等温淬火比普通淬火低温回火工艺具备更高表面残存压应力。
等温淬火后虽然进行低温回火,其表面残存压应力,也比淬火后低温回火高。
因而可以得出这样一种结论,即渗碳后等温淬火比普通渗碳淬火低温回火获得表面残存压应力更高,从表面层残存压应力对疲劳抗力有利影响观点来看,渗碳等温淬火工艺是提高渗碳件疲劳强度有效办法。
渗碳淬火工艺为什么能获得表层残存压应力?
渗碳等温淬火为什么能获得更大表层残存压应力?
其重要因素有两个:
一种因素是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体比容大,淬火后表层体积膨胀大,而心部低碳马氏体体积膨胀小,制约了表层自由膨胀,&
导致表层受压心部受拉应力状态。
而另一种更重要因素是高碳过冷奥氏体向马氏体转变开始转变温度(Ms),比心部含碳量低过冷奥氏体向马氏体转变开始温度(Ms)低。
这就是说在淬火过程中往往是心部一方面产生马氏体转变引起心部体积膨胀,并获得强化,而表面还末冷却到其相应马氏体开始转变点(Ms),故仍处在过冷奥氏体状态,&
具备良好塑性,不会对心部马氏体转变体积膨胀起严重压制作用。
随着淬火冷却温度不断下降使表层温度降到该处(Ms)点如下,表层产生马氏体转变,引起表层体积膨胀。
但心部此时早已转变为马氏体而强化,因此心部对表层体积膨胀将会起很大压制作用,使表层获得残存压应力。
而在渗碳后进行等温淬火时,当等温温度在渗碳层马氏体开始转变温度(Ms)以上,心部马氏体开始转变温度(&
Ms)点如下恰当温度等温淬火,比持续冷却淬火更能保证这种转变先后顺序特点(&
即保证表层马氏体转变仅仅产生于等温后冷却过程中)。
固然渗碳后等温淬火等温温度和等温时间对表层残存应力大小有很大影响。
有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40&
分钟后表面残存应力进行过测试,其成果如表2。
由表2可知在260℃行动等温比在320℃等温表面残存应力要高出一倍多
表2。
35SiMn2MoV钢不同等温温度表面残存应力
可见表面残存应力状态对渗碳等温淬火等温温度是很敏感。
不但等温温度对表面残存压应力状态有影响,并且等温时间也有一定影响。
有人对35SiMn2V钢在310℃等温2分钟,10分钟,90分钟残存应力进行过测试。
2分钟后残存压应力为-20kg/mm,10分钟后为-60kg/mm,60分钟后为-80kg/mm,60分钟后再延长等温时间残存应力变化不大。
从上面讨论表白,渗碳层与心部马氏体转变先后顺序对表层残存应力大小有重要影响。
渗碳后等温淬火对进一步提高零件疲劳寿命具备普遍意义。
此外能减少表层马氏体开始转变温度(Ms)点表面化学热解决如渗碳、氮化、氰化等都为导致表层残存压应力提供了条件,如高碳钢氮化--淬火工艺,由于表层,&
氮含量提高而减少了表层马氏体开始转变点(Ms),淬火后获得了较高表层残存压应力使疲劳寿命得到提高。
又如氰化工艺往往比渗碳具备更高疲劳强度和使用寿命,也是因氮含量增长可获得比渗碳更高表面残存压应力之故。
此外,&
从获得表层残存压应力合理分布观点来看,单一表面强化工艺不容易获得抱负表层残存压应力分布,而复合表面强化工艺则可以有效改进表层残存应力分布。
如渗碳淬火残存应力普通在表面压应力较低,最大压应力则出当前离表面一定深度处,并且残存压力层较厚。
氮化后表面残存压应力很高,但残存压应力层很溥,往里急剧下降。
如果采用渗碳--&
氮化复合强化工艺,则可获得更合理应力分布状态。
因而表面复合强化工艺,如渗碳--氮化,渗碳--&
高频淬火等,都是值得注重方向。
依照上述讨论可得出如下结论;
1、热解决过程中产生应力是不可避免,并且往往是有害&
但咱们可以控制热解决工艺尽量使应力分布合理,就可将其有害限度减少到最低限度,甚至变有害为有利。
2、当热应力占主导地位时应力分布为心部受拉表面受压,当组织应力占主导地时应力分布为心部受压表面受拉。
3、在高淬透性钢件中易形成纵裂,在非淬透性工件中往往形成弧裂,在大型非淬透工件中容易形成横断和纵劈。
4、渗碳使表层马氏体开始转变温度(Ms)点下降,可导至淬火时马氏体转变顺序颠倒,心部一方面发生马氏体转变而后才波及到表面,可获得表层残存压应力而提高抗疲劳强度。
5、渗碳后进行等温淬火可保证心部马氏体转变充分进行后来,表层组织转变才进行。
使工件获得比直接淬火更大表层残存压应力,可进一步提高渗碳件疲劳强度。
6、复合表面强化工艺可使表层残存压应力分布更合理,可明显提高工件疲劳强度。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 正火 基础 工艺 过程