热处理讲课
更新时间:2024-05-27 09:35:01 阅读量:1 综合文库 文档下载
热处理工程师讲课
2.3钢的化学热处理(thermo-chemical treatment)---将钢(工件)置于适当的活性介质中加热、保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理。(P128---)
基本过程、强化途径 P128
一.钢的渗碳 (carburizing, carburization)---为提高工件表层的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度,将工件在渗碳介质中加热、保温,使碳原子渗入的化学热处理工艺。P129
1.固体渗碳 (pack carburizing, solid carburizing, box carburizing, powder carburizing)将工件放在填充粒状渗碳剂的密封箱中进行的渗碳。
2.膏剂渗碳 (paste carburizing)----工件表面以膏状渗碳剂涂覆进行的渗碳。 3.盐浴渗碳;液体渗碳 (salt bath carburizing)----工件在含有渗碳剂的熔盐中进行的渗碳。
4.气体渗碳 (gas carburizing)----工件在含碳气体中进行的渗碳。
滴注式渗碳(drip feed carburizing)----将苯、醇、酮、煤油等液体渗碳剂直接滴入炉内裂解进行的气体渗碳。碳当量、碳氧比 P131
氮基气氛渗碳------氮基气氛 (nitrogen-base atmosphere ) 一般指含氮在90%以上的混合气体、精净化放热式气氛、氨燃烧净化气氛、空气液化分馏氮气,用碳分子筛常温空气分离制氮和薄膜空分制氮的气氛都属此类。当前,后两种气氛使用较多。氮基气氛,即使是高纯氮也含微量氧,直接使用不能使工件获得无氧化加热效果,一般需添加少量甲醇。氮基气氛可用作工件无氧化加热保护气氛,也可用作渗碳载气。
吸热式气氛渗碳------吸热式气氛( endothermic atmosphere) 将气体燃料和空气以一定比例混合,在一定的温度于催化剂作用下通过吸热反应裂解生成的气氛。可燃,易爆,具有还原性。一般用作工件的无脱碳加热介质或渗碳时的载气。
5.离子渗碳(plasma carburizing, ion carburizing, glow discharge carburizing) 在低于1×105 Pa(通常是10~10-1Pa)渗碳气氛中,利用工件(阴件)和阳极之间产生的辉光放电进行的渗碳。
真空渗碳( partial pressure carburizing, vacuum carburizing, low pressure carburizing)在低于1×105 Pa(通常是10~10-1Pa)的条件下于渗碳气氛中进行的渗碳。
6渗碳名词解释
渗碳层( carburized case, carburized zone ) 渗碳工件含碳量高于原材料的表层。
碳含量的分布 (carbon profile ) 在沿渗碳工件与表面垂直方向上碳在渗层中的分布。
渗碳层深度( carburized case depth, carburized depth) 由渗碳工件表面向内至碳含量为规定值处(一般为0.4%C)的垂直距离。
渗碳淬火有效硬化层深度 (carburizing and hardening effective case depth ) 由渗碳淬火后的工件表面测定到规定硬度(550HV)处的垂直距离,以CHD表示。测定硬度时所用的试验力为9.807N。
碳活度 (carbon activity) 与渗碳有关的碳活度通常是指碳在奥氏体中的活度。它与奥氏体中碳的浓度成正比,比值称为活度系数。这个活度系数又是温度、奥氏体中溶入的合金元素品种及各自的浓度以及碳的浓度的函数。其物理意义时碳在奥氏体中的有效浓度。
碳可用率 (carbon availability) 在气氛碳势从1%降至0.9%时,1立方米(标准状态下)气体可传递到工件表面的碳量(以g/m3表示)。
碳传递系数( carbon mass transfer coefficient, carbon transfer coefficient, carbon transter value) 单位时间(s)内气氛传递到工件表面单位面积的碳量(碳通量)与气氛碳势和工件表面含碳量(碳钢)之间的差值之比。工艺学P418(β) 7.渗碳工艺:温度、时间、碳势 工艺学P428 8.碳势控制:工艺学410、415
9.渗碳后热处理-------工件渗碳后进行合理的热处理(见表)来获得高的力学性能和应用性能。相应的渗碳层显微组织为细粒状弥散均匀分布碳化物+隐针状马氏体,心部显微组织不出现块状铁素体。工艺学P436
表 渗碳后的热处理方式
热处理方式 淬火回火方式 适用情况 20MnVB、1)冷至(760~850)℃直接淬火+(160~200)℃低温回 20CrMnTi、火2~3h 25MnTiBRe 等本质细晶粒钢 2)预冷后在(120~160)℃热油中分级停留一段时间,空冷+(180~200)℃低温回火2~3h 渗碳后随炉冷或出炉预冷直接淬火方式 形状复杂,厚薄相差大的小零件适用 3)直接淬火后进行(-60~ -80)℃,1~2h冷处理+20Cr2Ni4、20CrNiMo、(180~200)℃低温回火2~3h 12SiMn2WV 大截面重负荷零件减少残留奥氏体 4)直接淬火后在>500℃温度多次回火,使残留奥氏体中析出特殊细小碳化物发生二次硬化,使在(350~370)℃工作时硬度达58HRC 5)冷至(780~810)℃直接淬火+(160~200)℃低温回火2~3h +(-60~ -80)℃冷处理1~2h+(160~180)℃低温回火2~3h 1)重新加热至(770~830)℃后淬火+(160~200)℃低温回火2~3h 高速大负荷高温下工作零件(>350℃高速齿轮),15Cr3NiWMo2V,1030℃渗碳淬火在530℃回火三次 大截面、重负荷高合金渗碳件, 如18Cr2Ni4W、20CrNiMoA等 不宜直接淬火零件或渗碳后需机加工零件 渗碳后空冷或缓冷坑中冷至300℃空冷+重新一次淬火+低温回火方式 12CrNi3、20CrNiMo、2)空冷后+(640~660)℃×(2~3)h回火2~3次(空冷)18Cr2Ni4WA渗层中残留奥氏体减+(780~820)℃加热淬火+(180~200)℃回火2~3h 少,析出合金碳化物的大截面高负荷工件 3)空冷后+650℃高温回火+790℃加热淬火+(-120)℃要求极精密高合金钢,高速柴油机冷处理+低温回火160℃+时效120℃ 喷油器壳体,18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4 4)渗碳后+感应加热淬火+低温回火 5)渗碳后空冷+一次淬火加热后在心部Ms点以下和渗表面受高接触应力、磨损及抗弯、抗扭,但对心部要求不高的工件 18Cr2Ni4WA马氏体分级淬火 层Ms点以上等温分级淬火+低温回火 1)第一次加热至心部Ac3以上,碳钢(880~920)℃、合金10、20、15Cr、20Cr钢,表面高硬钢(860~900)℃淬火细化心部组织;第二次加热至渗层度心部有高冲击韧度的零件;高强度Ac1以上(760~780)℃淬火+(160~200)℃低温回火1.5~2h 高合金渗碳钢12CrNi3、12Cr2Ni4、20CrNi4、18Cr2Ni4WA等 2)渗碳后+(850~870)℃淬火+(640~670)℃高温回火大截面、高负荷高合金渗碳钢 +(780~830)℃二次淬火+(160~180)℃低温回火1.5~2h 18Cr2Ni4WA、20CrNiMo等 3)渗碳后直接淬火+(350~450)℃回火+快速加热至较使工件耐磨性、韧度和接触疲劳强低淬火温度淬油+(170~230)℃低温回火 度提高 渗碳空冷+二次淬火+低温回火方式 10.渗碳缺陷 P137
怎样进行气体渗碳操作?操作注意事项是什么?(问答5.8) 滴注式渗碳气氛为何出现失控?如何防止?(500问374)
二.钢的渗氮(氮化 nitriding, nitrogen case hardening)--- 在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。P139
1.液体渗氮(盐浴渗氮 liquid nitriding ) 在含渗氮剂的熔盐中进行的渗氮。
2.气体渗氮 (gas nitriding) 在可提供活性氮原子的气体中进行的渗氮。 可控渗氮 抗蚀渗氮
一段渗氮(single stage nitriding) 在一定温度和一定氮势下进行的渗氮。 多段渗氮(multiple stage nitriding) 在两个或两个以上的温度和多种氮势条件下分别进行渗氮。
3.离子渗氮(plasma nitriding, ion nitriding, glow discharge nitriding) 在
5 -1-3
低于1×10Pa(通常是10~10Pa)的渗氮气氛中,利用工件(阴极)和阳极之间产生的辉光放电进行的渗氮。
4.渗氮名词解释
退氮( denitriding) 为使渗氮件表层去处过多的氮而进行的工艺过程。 氮化物 (nitride) 氮与金属元素形成的化合物。碳钢渗氮时常见的氮化物有??-Fe4N,?-Fe(2-3)N,?-Fe2N等。
氨分解率 (ammonia dissociation rate) 气体渗氮时,通入炉中的氨分解为氢和活性氮原子的程度,一般以百分比值来表示。在一定渗氮温度下,氨分解率取决于供氨量。供氨愈多,分解率愈低,工件表面氮含量愈高。供氨量固定时,温度愈高,分解率愈高。氨分解率是渗氮的重要工艺参数。
氮势 (nitrogen potential) 表征渗氮气氛在一定温度下向工件提供活性氮原子能力的参数,通常通过调整氨分解率进行监控,氨流量愈大,氨分解率愈低,气氛氮势愈高。工艺学P471
渗氮层深度 (nitrided case depth) 渗氮层包括化合物层(白亮层)和扩散层,其深度从工件表面测至与基体组织有明显分界处或规定的界限硬度值处的垂直距离,以DN表示。
5.渗氮工艺:温度、时间、氮势(氨分解率) 工艺学489 6.一些常见的渗氮件缺陷及对策 P144 简述见表
表 一些常见的渗氮件缺陷及对策 缺陷类型 产 生 原 因 对 策 工件表面 氧化色 冷却时供氨不足,管内出现负压,渗氮罐漏气,压力不正常,出炉温度过高。 干燥剂失效,氨中含水量过高,管道中存在积水。 氯化铵(或四氯化碳)加入量过多,挥发太快 温度过高;分段渗氮时第一段温度太高;氨分解率过高或中断供氨;炉子的炉盖等处密封不良而漏气;渗氮罐使用过久;工件表面油污未清除。 适当增加氨流量,保证罐内正压,保证罐内压力正常。工件炉冷至200oC以下出炉。 除不锈钢和耐热钢外,尽量不加氯化铵,加入的氯化铵应与硅砂混合,以降低挥发速度。 校验仪表,调整炉温;降低第一段温度;调整并稳定氨分解率;保证渗氮罐密封性能;新渗氮罐应经过预渗,长久使用的渗氮罐(包括夹具)均应进行退氮处理,以保证分解率正常;渗氮前严格进行除油、除锈处理。 表面腐蚀 渗氮层硬度低 工件表面油污或氧化皮未清洗(理)干渗氮件表面清洗去污,清除零件表面氧化皮;合理装炉;净;材料组织不均匀;装炉量太多或工件有亮点、软点、改进炉子设计,降低罐内温差,强化炉气循环;吊挂不当;炉温、炉气不均匀;离子渗氮硬度(或渗层)离子渗氮时,不允许零件屏蔽物上有非铁物质。(零件狭缝、小孔)屏蔽不当;零件上有不均匀 屏蔽狭缝小孔。 锡、铜、锌、水玻璃等溅射到零件表面。 渗氮层脆性大 渗氮层网状或针状、脉状氮化物 渗氮时工件表面脱碳,或者渗氮前(如38CrMoAlA)的调质处理时发生脱碳;氮势过高 提高渗氮罐密封性,降低氨中含水量,提高预先热处理质量;提高氨分解率,降低氮势;离子渗氮的可在冷却时,采用氢轰击退氮。 渗氮温度过高,氮势过高,氨含水量大,控制温度和氮势以及氨含水量;零件不允许原始组织粗大;表面脱碳层未加工掉;渗有尖角,减少工件非平滑过渡;增加预先热处氮件表面粗糙,存在尖角、棱边;调质后理后的加工余量,调质后应该是回火索氏体组的游离铁素体(体积分数)大于5%。 织。 温度(尤其是两段渗氮的第二段)偏低;保温时间短;氮势(氨分解率)不稳定;工件未进行调质预处理;新换渗氮罐或渗氮罐(或夹具)使用太久;装炉不当,气流循环不畅;离子渗氮真空度低。 适当提高温度。校正仪表及热电偶;酌情延长时间;调整氮势(氨分解率);渗氮之前工件进行调质处理,以获得均匀致密的回火索氏体组织;新渗氮罐应预渗,长久使用的渗氮罐(或夹具)应进行退氮处理;合理装炉,调整工件之间的间隙;检查炉气漏气、供气情况。 渗氮前预备热处理中,安排合理的去应力工序,对于尺寸精度要求比较高的零件要安排二次去应力处理。第一次去应力预留1mm加工余量,第二次去应力预留0.15mm~0.3mm加工余量,也可视具体工件,经试验和生产经验而定。去应力温度应高于渗氮温度而略低于调质处理的回火温度,保温时间一般以大于8小时为宜。去应力处理后不允许进行校直(若校直必须重新进行去应力处理。细长件去应力后最好使之处于垂直状态。对于细长的轴类零件可加工“工艺孔”。 对单边开键槽的轴类零件,可在键槽对称的位置上开一个同样形状与尺寸的键槽,称为“工艺槽”。 选用合理的渗氮层深度,注意渗氮处理的升渗层太浅 渗氮件畸变 超差 1)机加工产生的应力较大,在渗氮加热时应力松弛;零件细长或形状复杂 2}渗氮层体积膨胀,渗层中含氮量高,渗氮层厚 3)工件自重的影响或装炉方式不当 4)气相氮势的影响 温操作,采用升温至略低于渗氮温度,保温适当时间后再缓升温至渗氮温度,使工件温度趋于均匀后再通氨气。必要时改进渗氮炉结构,使气氛均匀。 必须合理装炉,装炉力求均匀;杆件吊挂平稳且与轴线平行,必要时设计专用夹具或吊具。 在渗氮温度和时间相同的情况下,气相氮势愈高,渗氮件畸变愈大,所以建议采用可控渗氮方法。
三.碳氮共渗、氮碳共渗
(一)碳氮共渗 (carbonitriding) 在奥氏体状态下同时将碳、氮渗入工件表层,并以渗碳为主的化学热处理工艺。P144
1.液体碳氮共渗(cyaniding,liquid cyaniding) 在一定温度下以含氰化物的熔盐为介质进行的碳氮共渗。
2.气体碳氮共渗 (gas carbonitriding, dry cyaniding) 在含碳、氮的气体介质中进行的碳氮共渗。 常用的气体碳氮共渗介质 类 别 液体有机化合物+NH3 介质组分(φ%) 1)煤油+NH3(约占25~40) 2)甲醇+丙酮+NH3(约占25~30) 1)丙酮+甲醇+尿素[(NH)2CO] 2)三乙醇胺+甲醇 3)三乙醇胺[(C2H4OH)3N] 4)甲醇+甲酰胺(HCONH2) 5)苯胺(C6H5NH2) 吸热式气氛(露点0℃~ -5℃)+富化气(甲烷5%~10%或丙烷1%~3%或城市煤气10%)+氨气(1.5%~5%) 说 明 1)煤油+NH3应用最广泛 2)换气次数一般以2.5~5次为好 (大炉罐取小值,小炉罐取大值) 1)三乙醇胺在(200~300)℃形成沥青状物堵塞滴管,故在入炉处要加水冷却,但加甲醇可以防止堵塞 2)也可以用注射泵喷射入炉 3)为增加尿素流动性,可加热至(70~100)℃ 1) 吸热式气氛的露点,根据碳势要求调整 2) 煤气应去水脱硫 3) 换气次数6~10次左右 (大炉罐取小值,小炉罐取大值) 含氮有机化合物 气体渗碳剂+氨气 3.离子碳氮共渗 (glow discharge carbonitriding, plasma carbonitriding, ion carbonitriding) 在低于1×105 Pa(通常是10~10-1Pa)的含碳、氮气体中,利用工件(阴极)和阳极之间的辉光放电进行的碳氮共渗。
4. 碳氮共渗常见缺陷及防止 P149
碳氮共渗常见缺陷有哪些?如何防止?(问答5.27)
(二)氮碳共渗(软氮化 nitrocarburizing) 工件表层同时渗入氮和碳,并以渗氮为主的化学热处理工艺。在气体介质中进行的称气体氮碳共渗,在盐浴中进行的称液体氮碳共渗。P150 [液体氮碳共渗、固体氮碳共渗、气体(多种气氛)氮碳共渗、离子氮碳共渗]。
铁素体氮碳共渗:工艺学P513(500-600℃)
QT400-18A QT400-18AL QT400-15A QT500-7A QT600-3A QT700-2A >30~60 390 >60~200 >60~200 >60~200 >60~200 >60~200 >60~200 370 370 370 420 550 650 >30~60 390 >30~60 390 >30~60 450 >30~60 600 >30~60 700 250 240 250 240 250 240 300 290 360 340 400 380 18 12 18 12 15 12 7 5 3 1 2 1 14 12 12 10 130~180 130~180 130~180 铁素体 铁素体 铁素体 170~240 铁素体+珠光体 180~270 珠光体+铁素体 220~320 珠光体 *字母“A”表示该牌号在附铸试块上测定力学性能
表 球墨铸铁件硬度及硬度牌号 硬度牌号 QT-H330 QT-H300 QT-H265 QT-H230 QT-H200 QT-H330 QT-H155 QT-H150 HB 280~360 245~335 225~305 190~270 170~230 160~210 130~180 130~180 主要金相组织 贝氏体或回火马氏体 珠光体或回火组织 珠光体 珠光体+铁素体 铁素体+珠光体 铁素体 铁素体 铁素体 Rm(MPa) 900 800 700 600 500 450 400 400 Rp0.2(MPa) 不小于 600 480 420 370 320 310 250 250 2 2 2 3 7 10 15 15 A(%) 表 几种球墨铸铁的化学成分 C 珠光体球墨铸铁 铁素体球墨铸铁 贝氏体球墨铸铁 3.6~3.9 3.6~3.9 3.6~3.9 Si 2.0~2.5 2.5~3.1 2.7~3.1 化 学 成 分 (ωt%) Mn 0.5~0.6 0.3~0.5 0.2~0.5 P ≤0.10 0.05~0.07 ≤0.07 S ≤0.03 ≤0.03 ≤0.03 Mg 0.03~0.06 0.03~0.06 0.03~0.06 RE 0.02~0.05 0.02~0.05 0.02~0.05 (二)球墨铸铁的热处理 P188 1.高温石墨化退火
当球墨铸铁铸态组织中自由渗碳体≥1%时,为改善切削加工性能,提高塑性和韧性,须进行高温石墨化退火。高温石墨化退火加热温度为Ac1上限(+30~50)℃,一般为(900~960)℃。如果自由渗碳体≥5%,有碳化物形成元素存在时,应选择较高的温度(950~960℃)。当铸件中存在较多量的复合磷共晶时,则加热温度需提高至(1000~1020)℃。高温石墨化后的冷却根据所要求的基体组织而定,工艺曲线见图6。保温后直接空冷可获得珠光体基体(曲线3),保温后随炉缓冷(曲线2)或在(720~760)℃等温(曲线1)可获得铁素体基体。
温度(℃) 900-960 1-4 1 2 <400℃/h 720-760 空冷 3 空冷 温度(℃) 600 720-760 2-8 680-700 炉冷 600 1 空冷 3 2 空冷 空冷 时间(h) 时间(h) 图6 高温石墨化退火工艺曲线 图7 低温石墨化退火工艺曲线
2.低温石墨化退火
当球墨铸铁铸态组织中自由渗碳体<3%时,为了使共析渗碳体石墨化与粒状化,改善韧性可进行低温石墨化退火。退火温度一般为(720~760)℃,保温时间一般按每25mm厚度保温1小时来计算,工艺曲线见图7。而后空冷(曲线1)或在(680~700)℃等温后空冷(曲线3),也可在炉冷至600℃后空冷(曲线2)。 3.高温完全奥氏体化正火
球墨铸铁高温完全奥氏体化正火温度一般为(900~940)℃,使基体全部转变为奥氏体并均匀化,冷却后获得珠光体基体和少量牛眼状铁素体,从而改善切削性能,提高强度、硬度和耐磨性,或去除自由渗碳体。工艺曲线见图8。当铸态组织中有过量的自由渗碳体或复合磷共晶时,可提高正火温度,采用阶段正火工艺,工艺曲线见图9。
球墨铸铁铸件正火后必须进行回火处理以改善韧性和消除内应力。回火工艺为(550~650)℃保温2~4h。
4.中温部分奥氏体化正火
球墨铸铁中温部分奥氏体化正火是将铸件在共析转变温度内(Ac1+30~50)℃加热,基体中部分组织转变为奥氏体,剩下的铁素体正火后呈碎块状或条块状分散分布,使铸件具有较高的综合力学性能。中温部分奥氏体化正火工艺曲线见图10。当铸态组织中有过量的自由渗碳体或成分偏析较严重时采用阶段部分奥氏体化正火工艺,工艺曲线见图11。
球墨铸铁铸件部分奥氏体化正火后也必须进行回火处理以改善韧性和消除内应力。回火工艺为500℃~600℃保温2 h~4h。
900-940 温度(℃) 温度(℃) 1-3 920-980 1-3 炉冷860-880 1-2 空冷或 风冷或 雾冷 时间(h) 空冷或 风冷或 雾冷 时间(h)
图8 高温完全奥氏体化正火工艺曲线
图9 高温完全奥氏体化阶段正火工艺曲线
950-980 温度(℃) 温度(℃) 800-860 1-2 风冷或 雾冷 时间(h)
1-3 炉冷 800-860 1 -2 空冷 风冷或 雾冷 时间(h) 图10 中温部分奥氏体化正火工艺曲线
图11 中温部分奥氏体化阶段正火工艺曲线 5.淬火与回火
球墨铸铁淬火可以获得更高的耐磨性及良好的综合力学性能。淬火温度一般为860℃~900℃,保温1 h ~4h,油淬。如果铸件中存在过量的自由渗碳体时,可先进行高温石墨化处理,然后降至淬火温度保温后淬火。
球墨铸铁淬火后应及时回火。低温回火后具有高的硬度和耐磨性,回火温度为140℃~250℃;高温回火可获得较高的综合力学性能,回火温度为500℃~600℃;回火的保温时间一般按每25mm保温1h再加1h来计算,而后空冷。
球墨铸铁采用等温淬火,用于制造高强韧性能的零件,如齿轮、凸轮轴等。以QT700-2为例,经880℃加热保温后,在约260℃硝盐浴中等温冷却45min后空冷,获得以下贝氏体为主的组织,硬度在43HRC~50HRC范围。 6. 表面淬火 7. 氮碳共渗
四)可锻铸铁热处理
可锻铸铁是白口铸铁的铸坯通过热处理后形成的,不同的热处理方法可得到不同种类的可锻铸铁。
1.黑心可锻铸铁热处理
黑心可锻铸铁是白口铸坯经石墨化退火后形成的,其基体组织为铁素体+团絮状石墨,黑心可锻铸铁热处理时在300℃~350℃保温3h~5 h进行孕育处理,然后升温至900℃~950℃第一阶段石墨化处理,再冷却至720℃~760℃第二阶段石墨化处理,石墨化处理结束后缓慢冷却至650℃后空冷。工艺曲线见图12。
2.珠光体可锻铸铁热处理
珠光体可锻铸铁的热处理可采用三种不同热处理工艺:自由渗碳体石墨化后正火加回火、自由渗碳体石墨化后淬火加回火和自由渗碳体石墨化后珠光体
球化退火,工艺曲线见图13、图14和图15。
900-950 温度(℃) 1-4 100℃/h 720-760 2-8 温度(℃) 炉冷 650 空冷 910-960 840-880 1 强制 风冷 720-680 2 空冷 时间(h) 时间(h) 300-350 3-5 图12 黑心可锻铸铁热处理工艺曲线 图13 自由渗碳体石墨化后正火加回火工艺曲线 910-960 温度(℃) 840-880 水淬或 1 油淬 650 2 空冷 时间(h) 温度(℃) 940-960 风冷 670-700 600-650 20-30 空冷 时间(h) 图14 自由渗碳体石墨化后 淬火加回火工艺曲线 图15 自由渗碳体石墨化后 珠光体球化退火工艺曲线 3.白心可锻铸铁热处理
白心可锻铸铁是白口铸铁在氧化介质中经长时间的加热、退火,使铸坯脱碳后形成的,白心可锻铸铁热处理也称为脱碳退火。常用的氧化性介质及脱碳反应和加热温度见表。
表 生产白心可锻铸铁的脱碳剂及脱碳反应和加热温度 脱 碳 剂 脱 碳 反 应 加 热 温 度 CO+FeO=CO2+Fe 8-15mm铁矿石或氧化铁屑+大粒砂与铸件加热至950~1000℃保温CO+Fe3O4=CO2+3 FeO 一起装箱密封,填加量约为铸件重量的10%~20% 后炉冷至650~550℃出炉 CO2+C=2CO φ(CO2)≈4% φ(CO)≈11% φ(H2)≈8% φ(H2O)≈5.5% 其余为N2的气体、通入O2或H2O调节 CO2+C=2CO H2O+C= H2+CO 2CO +O2=2CO2 CO +H2O =CO2+H2 加热至1050℃保温后炉冷至550℃出炉 五)其他 蠕墨铸铁、耐热铸铁、耐磨铸铁、耐蚀铸铁
与钢相比,在制订铸铁热处理工艺时或操作中有什么特点?(问答6.2) 2.6 有色金属热处理 一.铝及铝合金的热处理
(一)铸造铝合金的热处理P195退火、固溶+时效
(二) 变形铝合金的热处理P196退火(均匀化、再结晶、去应力)、固溶+时效、回归处理
表1 铝及铝合金牌号系列表 组 别 纯铝 以铜为主要合金元素的铝合金 以锰为主要合金元素的铝合金 以硅为主要合金元素的铝合金 以镁为主要合金元素的铝合金 以镁和硅为主要合金元素,并以Mg2Si相为强化相的铝合金 以锌为主要合金元素的铝合金 以其他合金元素为主要合金元素的铝合金 备用合金组 牌号系列 1××× 2××× 3××× 4××× 5××× 6××× 7××× 8××× 9×××
1.去应力退火。目的是消除因切削、冷变形、焊接等原因造成的残留应力,提高组织及性能稳定性,降低应力腐蚀倾向。去应力退火温度低于再结晶开始温度,保温后缓慢冷却。去应力退火主要用于防锈铝合金和工业纯铝。表2列出几种防锈铝合金的去应力退火工艺制度。
表2 几种防锈铝去应力退火工艺制度 新牌号 5A02 5A03 5A04 旧牌号 LF2 LF3 LF21 退火温度(℃) 150~180 270~300 250~280 保温时间(min) 厚度<6mm 60~120 60~120 60~150 厚度>6mm 60~150 2.再结晶退火。目的是细化晶粒,充分消除残留应力,降低硬度,提高塑性便于变形加工。退火加热温度高于再结晶开始温度,保温后缓慢冷却。表3列出变形铝合金退火工艺制度。
表 3 变形铝合金再结晶退火工艺制度*
新牌号 5A04 5A02 5A03 5A05 5A06 2A11 2A12 2A16 6A02 旧牌号 工业纯铝 LF21 LF2 LF3 LF5 LF6 LY11 LY12 LY16 LD2 退火温度 (℃) 350~400 350~420*** 350~400 350~400 310~335 310~335 350~370 350~370 350~370 350~370 40~60 60~90 炉冷 热透为止 30 空冷或炉冷 保温时间(min) 厚度 <6mm 厚度 >6mm** 冷却方法
2A50 2B50 2A14 7A04 LD5 LD6 LD10 LC4 350~400 350~400 350~370 370~390 * 表中所列是在空气循环炉中加热的制度。盐浴加热、保温时间可按表中数据缩短1/3,静止空气炉则应增加1/2。
**工件厚度>10mm时,在硝盐槽内加热,工件每增加1mm应增加2min,在空气循环炉中则应增加
3min。
***5A04在硝盐槽中加热时,加热温度为(450~500)℃。
3.变形铝合金的固溶和时效处理
变形铝合金经过固溶处理后,过饱和固溶体在常温下放置为自然时效,或高于室温的温度下保温为人工时效,将发生脱溶沉淀形成各种过渡相或平衡的次生相。
(1)变形铝合金固溶处理加热温度。变形铝合金固溶处理加热温度见表。温度的确定首先是要使强化相最大限度地溶入固溶体,同时防止过烧或熔化见表4。
表5列出几种变形铝合金在空气炉中固溶加热的保温时间。
变形铝合金固溶处理的冷却必须有足够的速度以防止析出粗大的过剩相,并尽可能减少畸变和开裂的危险,一般情况下多采用10℃~30℃的水进行冷却,形状复杂的可采用30℃~50℃的水,特殊情况下水温可提高到80℃。在冷却过程中应严格控制工件从加热炉转移至冷却槽的时间。一般规定铝合金厚度小于4mm时淬火转移时间不得超过30s。对厚度大的或成批工件同时淬火时,转移时间可增长,对硬铝、锻铝可增长20s ~30s;对超硬铝可增长25s。也可用有机聚合物水溶液作冷却剂。
表 4 变形铝合金固溶处理加热温度及熔化开始温度 新牌号 旧牌号 2A01 2A02 2A06 2A10 2A11 2A12 2A16 2A17 6A02 2A50 2A70 2A80 2A90 2A14 7A03 LY1 LY2 LY6 LY10 LY11 LY12 LY16 LY17 LD2 LD5 LD7 LD8 LD9 LD10 LC3 强化相(括号中为少量的) CuAl2,Mg2Si Al2CuMg(CuAl2,Al12Mn2Cu) Al2CuMg(CuAl2,Al12Mn2Cu) CuAl2(Mg2Si ) CuAl2,Mg2Si(Al2CuMg) CuAl2,Al2CuMg(Mg2Si) CuAl2,Al12Mn2Cu(TiAl3) CuAl2,Al12Mn2Cu(TiAl3,Al2CuMg) Mg2Si,Al2CuMg Mg2Si,Al2CuMg,Al2CuMg Si Al2CuMg,Al9FeNi Al2CuMg,Mg2Si,Al9FeNi Al2CuMg,Mg2Si,Al9FeNi,AlCu3Ni CuAl2,Mg2Si,Al2CuMg MgZn2(Al2Mg2Zn3,Al2CuMg) 加热温度(℃) 熔化开始温度(℃) 495~505 495~506 503~507 515~520 500~510 495~503 528~545 520~530 515~530 503~525 525~595 525~540 510~525 495~506 460~470 535 510~515 518 540 514~517 506~507 593 540 595 >525 -- -- -- 509 >500 7A04 LC4 MgZn2(Al2Mg2Zn3,Al2CuMg,Mg2Si) 棒材、线材直径,型材锻件厚度(mm) <3.0 3.1~5.0 5.1~10.0 10.1~12.0 465~485 >500 表5 几种变形铝合金在空气炉中固溶加热保温时间 制品种类 保温时间(min) 30 45 60 制品长度 小于13m 75 90 105 150 180 210 60 75 100 120~150 180~210 制品长度 大于13m 45 60 75 90 100 135 150 180 210 铝合金棒材、型材 12.1~30.0 30.1~40.0 40.1~60.0 60.1~100.0 >100.0 2A08线材 所有尺寸 <30 31~50 51~100 101~150 铝合金锻件 (2)时效处理温度和时间。不同的变形铝合金经固溶处理后,常用的时效制度见表6.
表6 常用变形铝合金时效制度
牌号 新 2A02 2A06 2A11 2A12 2A16 2A17 7A04 7A09 7A14 旧 LY2 LY6 LY11 LY12 LY16 LY17 LC4 LC9 LC10 制品种类 管、棒、型、锻件 板材 板材 板材 板材 板材 管、棒、型 板材 板材 管、棒、型 锻件 板材 板材 线材 板材 6A50 LD5 管、棒、型 锻件 2B50 2A70 LD6 LD7 管、棒、型 锻件 管、棒、型 锻件 时效温度 (℃) 165~170 室温 125~135 室温 室温 160~170 160~170 室温 125~135 138~143 135~140 125~135 125~135 150~160 室温 150~155 153~160 150~155 153~160 185~190 185~190 时效时间 (h) 16 ≥96 10 ≥96 ≥96 14 16 ≥96 16 16 16 16 16 8 ≥96 3 6~12 3 6~12 8 10~11 2A80 7A90 2A14 LD8 LD9 LD10 管、棒、型 锻件 管、棒、型 板材 板材 管、棒、型 170~175 160~180 165~170 室温 155~165 150~155 8 8~12 8 ≥96 12 8 4. 回归处理 (200-250℃ 2-3min水冷) 使合金软化
二.铜及铜合金的热处理P199 (一)黄铜-----以锌为主要合金元素(含锌量3%~4.3%)的铜合金称为黄铜。另外添加适量的镍、锡、铅等元素则称为镍黄铜、锡黄铜、铅黄铜等。 退火 均匀化退火 再结晶退火 低温退火 软化退火
(二)青铜-----以锡、铝、铍、硅、锰、铬、锆为主要合金元素的铜合金称为青铜。分别为锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜、铬青铜等
(三)白铜-----含镍量不超过50%的铜镍合金称为白铜,添加有锰、锌元素的则称为锰白铜或锌白铜。
热处理有变形黄铜的再结晶退火及去应力退火(防季裂退火)、铸造黄铜的均匀化退火、铜合金的固溶+时效处理。 铍青铜的固溶+时效处理
三.钛合金的热处理
钛合金按加入元素的不同可分为α型,β型,α+β型三种,分别以TA,TB和TC表示,其中α+β型和β型钛合金可施行热处理强化处理
1)除应力退火:用于消除冷加工,冷成型或焊接过程中造成的内应力。退火加热结束后可在空气中冷却。
2)完全退火、等温退火及双重退火
完全退火目的是使钛合金组织均匀,具有适当的韧性和最大的伸长率,对耐热合金可使其在高温下具有尺寸和组织的稳定性。大部分α和α+β型钛合金在完全退火状态下使用。
等温退火适用于β相稳定化元素含量较高的α+β型钛合金。需先将工件加热到比相变点低30℃~80℃保温,再炉冷到300℃~400℃保温一段时间后空冷。
双重退火可改善α+β型钛合金的塑性,断裂韧性。第一次加热温度高于或接近再结晶终了温度,使再结晶充分进行,晶粒并不明显长大。第二次再加热到稍低温度使β相充分分解、聚集,保证工件在长期工作过程中组织稳定。 3)固溶、时效处理
4)形变热处理
钛合金可进行高温形变热处理(形变温度在再结晶温度以上)和低温形变热处理(形变温度在再结晶温度以下)。这两种形变热处理可以分别进行,也可组合进行。
形变热处理不但能显著提高钛合金的室温强度和塑性,也可提高合金的疲劳强度和热强性及抗蚀性。 四.镁合金的热处理
镁合金中合金元素主要有锰、铝、锌、锆及稀土元素等,按生产工艺镁合金可分为变形镁合金(代号MB)及铸造镁合金(代号ZM)两大类。镁合金可
进行退火,固溶处理,直接人工时效及固溶+人工时效等
镁合金的退火可分为消除内应力退火和完全再结晶退火两种。变形镁合金退火工艺见表。
表 变形镁合金退火规范
完全退火 合金牌号 MB1 MB2 MB3 MB8 MB15 温度(℃) 时间*(h) 340~400 350~400 - 280~320 380~400 3~5 3~5 - 2~3 6~8 板 材 温度(℃) 250 150 250~280 - - 时间(h) 1 1 0.5 - - 消除内应力退火 挤压件和锻件 温度(℃) 260 260 - - 260 时间(h) 0.25 0.25 - - 0.25 * 当要求较高的Rm和Rp0.2时,可以在260℃~290℃进行退火,当要求较高的塑性时则需要在320℃~350℃进行退火;
表中所列保温时间应以工件发生完全结晶为限,时间可适当缩短。
镁合金的固溶处理及时效
不同牌号的镁合金常用镁合金热处理规范见表171。
表171 常用镁合金处理规范
合金 类别 合金系 合金 牌号 固溶处理 时效(或退火) 热处理加热温度 保温时间 加热温度 保温时间 加热温度类型 冷却介质 (℃) (h) (℃) (h) (℃) 1 Mg-Al-Zn 高强度铸造镁合金 Mg-Zn-Zr ZM5 2 ZM1 ZM2 ZM8 ZM3 耐热ZM4 铸造Mg-RE-Zn-Zr 镁合金 ZM6 Mg-Y Mg-Mn 高强Mg-Mn-Ce 度变形镁Mg-Al-Zn 合金 ZMg MB1 MB8 MB2 MB3 MB5 MB6 Z ZS Z ZS S S ZS S M Z ZS 415±5 415±5 415±5 415±5 - - - 480(H2中) - - 570±5 570±5 14~24 14~24 6~12 6~12 - - - 24 - - 4~6 4~6 8~12 (4~8) - - - - - - - 空气 空气 空气 空气 - - - 空气 - - 压缩空气 压缩空气 压缩空气 - - - - - - - 175±5 200±5 175±5 200±5 175±5 195±5 325±5 150 250±5 325±5 - 200 205 310 340~400 280~320 280~350 250~280 320~380 320~350 16 8 16 8 28~32 16 5~8 24 10 5~8 - 12~16 12~16 (8~12) 16 3~5 2~3 3~5 0.5 4~8 4~6 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 - 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 ZS 570±5 (或T61)* S M M M M M M - - - - - - - Z MN7 Mg-Zn-Zr MB15 M ZS Z ZS ZS ZS M 380±5 - 415±5 - 515 490~500 530~540 - - - - - - 2 - - - - - - - - 水 水 水 - - - 200±10 175±5 150 175 200 175 150 - 1 10 2 24 16 6 16 - 空气 空气 空气 空气 空气 空气 空气 耐热MA11 变形Mg-Nd-Zi** 镁合MA12 金 锂镁合金 Mg-Li * T61为美国热处理状态符号,在热水中冷却加人工时效处理。 ** 此二合金牌号为前苏联牌号。
1-169 常用镁合金状态符号 热处理类型 退火* 固溶处理 人工时效 固溶+人工时效 固溶热水冷却后 人工时效 状态符号 中国 美国 M T2 Z S ZS - T4 T1 T6 T61 主 要 特 点 达到完全再结晶的退火 只进行固溶处理,不进行人工时效 在铸造或加工变形后,直接进行人工时效,而不进行固溶处理 工件先进行固溶后,再进行人工时效 工件在人工时效加热后在热水中冷却, 再进行人工时效
2.7 工模具热处理
一.高速钢(刀具)热处理P207
机用丝锥切削时主要承受挤压应力、摩擦力和扭矩。常见的失效形式为崩刃、磨损和折断,要求具有耐磨性、韧性和一定的硬度,但对红硬性的要求不高。常用高速钢材料制造,分整体高速钢丝锥和接柄丝锥。
机用丝锥刃部材料:W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co5。柄部材料:整体丝锥柄部与刃部同种材料;接柄丝锥柄部为45钢或40Cr。
刃部硬度要求为:M3~M8,(62~65)HRC;>M8,(63~66)HRC。 柄部硬度要求为:≤M12,(30~52)HRC; >M12,(30~45)HRC。 机用丝锥的热处理工艺流程:
预热-加热-冷却-清洗-回火-清洗-柄部处理-清洗-回火-清洗-检查-喷砂-外观检查。
机用丝锥工艺说明:
1)丝锥淬火加热温度一般低于正常淬火加热温度(1180-1225℃),M3~M8规格采用低温淬火工艺,以提高韧性。大规格丝锥采用下限加热系数,小规格采用上限加热系数。
2)>M60规格丝锥采用二段分级淬火(580℃~620℃及400℃~450℃),分级时间与淬火加热时间相同。
3)>M80规格丝锥除二段分级淬火冷却外还需等温淬火,等温温度(240~280)℃,等温时间(60~90)min。
4)≤M12丝锥淬火后先退柄后回火,>M12的淬火后先回火再柄部处理。 5)≤M22整体高速钢丝锥采用整体淬火再退柄,使柄部硬度达到技术要求。>M22的丝锥先淬刃部,后淬柄部。
6)M14~M20的接柄丝锥柄部加热后淬(150~180)℃硝盐;≥M22的接柄丝锥柄部加热后淬水入硝(150℃~180℃硝盐浴),并采用快速回火工艺。
热处理 退火(低温淬火调质、等温处理)工艺学P149
淬火:工艺学P151(加热温度 加热时间 淬火冷却 介质) 回火:工艺学P166(温度 时间 回火次数。常规回火 快速回火) 冷处理:工艺学P169
化学及表面处理:工艺学170 二.工具热处理
标准硬度块热处理-----9SiCr钢洛氏二级标准硬度块的材料与技术要求 9SiCr钢原材料必须经过锻造和球化退火,原材料碳化物不均匀度≤1级,珠光体球化级别3级。在不同的硬度等级中达到均匀一致的硬度,整块中硬度差别在1HRC以内。
热处理工艺
规格φ60×12mm,内孔φ10mm的硬度块热处理工艺曲线见图1。为消除磨削应力和加工硬化作用需进行去应力处理(140℃-150℃2-3h)。然后合格的硬度块送计量局进行鉴定。
860~870 620~65650~670 (25~35)HRC 0
520~540 (40~45)HRC 油冷7min 14min 40~45HRC 160~180 (60~65)HRC 透
回火3h 时间(h)0 冷处理 3 ~ 4h -60 ~ -70 图 1 硬度块热处理工艺曲线
分类 材料 性能要求
工具钢的改锻:工艺学P118
予先热处理:工艺学P120(退火 球化退火 碳化物超细化处理)
最终热处理:工艺学P129 淬火(温度 时间 冷却方法 冷却介质) 回火(温度 保温时间 回火次数) 稳定化处理 工艺学P139
化学热处理与表面强化 工艺学P143
讨论 原始组织对淬火工艺性能的影响 工艺学P124
温度(℃)
三.模具热处理
(一)冷作模热处理
冲模的凹凸模均用Cr12Mo1V1钢制造。技术要求:凹凸模硬度58HRC~60HRC。凹模渗氮层深度(0.05~0.07)mm、硬度>1000HV,无白亮层。灭弧片材料10钢,厚度1.5mm。模具使用寿命冲冷轧钢板刃磨一次7万件。
模具加工流程:
凸模:坯料机加工-淬火、回火-磨削成型。淬火回火工艺如图2所示。 凹模:坯料机加工-淬火、回火-线切割成型-低温回火-刀口研磨-渗氮。淬火回火工艺如图3所示。低温回火200℃,保温3h。渗氮温度510℃,保温6h。
1020 温
800 度
℃
400 400 20 30
s/mm s/mm 200 260 90 60 5120 室温
时间(min)
图2 Cr12Mo1V1钢灭弧片冲模凸模热处理工艺 1020 温
800 度
℃ 510
30 400 20 s/mm s/mm 200 线切割后回火 90 260 60 5180 室温
时间(min)
图3 Cr12Mo1V1钢灭弧片冲模凹模热处理工艺
Cr12Mo1V1钢热处理常规有: 一次硬化法。即较低的淬火温度(980℃~1040℃)和低温回火(180℃~230℃)。由于加热温度低,晶粒细小,强韧性好且残留奥氏体少。通常可获得高硬度及较高韧性,但抗压强度低。二次硬化法。即较高的淬火温度(1060℃~1100℃)和多次高温回火(510℃~540℃)。由于加热温度高,可以改善红硬性,提高淬透性,并获得二次硬化效果。通常可获得较高的硬度及抗压强度,但韧性差,适用于工作温度比较高(400℃~500℃)的模具,或淬后需表面渗氮处理的模具。
近期有采用中温淬火(淬火温度介于两者之间)及中温回火(400℃)的工艺可获得最好的强韧性,处理的冷镦模断裂抗力增高,寿命增加。本例的凸模处理工艺就属此方法。
分类 材料 性能要求 工艺学P266
常规热处理 淬火温度 保温时间 冷却介质 回火温度 保温时间 回火次数 化学热处理
讨论 高速钢碳化物偏析的控制 工艺学P270(锻造)
高速钢改锻后的完全退火 工艺学P273(防止萘断口)
(二)热作模热处理
1)摩托车发动机汽缸盖铝合金压铸模用4Cr5MoSiV1钢制造。
技术要求:硬度(42~44)HRC、渗氮深度(0.05~0.07)mm、表面硬度>850HV、无白亮层。
模具加工流程:坯料机加工-去应力-精加工-淬火、回火-精加工、修正-抛光-试模-抛光-渗氮。
采用真空炉淬火、回火工艺如图4所示。去应力温度550℃,保温3h后炉冷。渗氮温度540℃,保温5h。模具使用寿命5万次。
1020
850
气660 660 40 80 590 冷 s/mm s/mm
120 120 120 9025
室温 时间(min)
图4 4Cr5MoSiV1钢铝合金压铸模热处理工艺
4Cr5MoSiV1钢主要用作铝合金压铸模、热锻模以及塑料模等
2)4Cr5MoSiV1常规热处理工艺
淬火加热温度一般为(1020 ~ 1050)℃,要求韧性较好的模具取下限加热温度,要求热硬性为主的模具取上限加热温度。
淬火加热保温时间:一般盐浴炉加热系数 (0.3 ~ 1)min/mm 空气炉加热系数 (1.5 ~ 2.4)min/mm 真空炉加热系数 (2 ~ 3)min/mm
淬火冷却:小型薄壁件空冷,形状简单件及大件油冷,复杂件分级冷却,分级温度(500℃~560)℃或(350~500)℃,甚至(180~ 220)℃。真空炉加热一般高压[(5 ~ 6)×105Pa],高流率氮气气淬。
回火一般(530~580)℃,保温时间取1h/25mm(至少每次不小于4h)。500℃回火时会出现二次硬化峰,硬度最高,但韧性最差,应避开在此温度回火。530℃回火仍保持马氏体针的组织形态,直至630℃回火才基本消除。 3)提高4Cr5MoSiV1钢模具使用寿命的几个主要环节 工艺学P250 4Cr5MoSiV1钢对钢中的杂质及夹杂物有较高要求(表)。要求有高的纯净度及等向性,并需要改善亚稳共晶碳化物形态,消除或改轻链带或网状碳化物的分布。
温度(℃) 表 国外H13钢杂质及夹杂物标准
类 别 杂质元素 ωS% ωP % A硫化物 B氧化铝 C硅酸盐 D球状氧化物 1.0 1.5 1.0 2.0 优质钢 <0.005 ≤0.025 细系 粗系 0.5 1.0 1.0 1.0 0.5 1.5 0.5 1.5 特优钢 <0.003 ≤0.015 细系 粗系 0.5 1.0 0.5 1.0 夹杂物 4Cr5MoSiV1钢制造不同用途、不同尺寸及模具复杂程度的不同,选取不同硬度值(见表7-78、表7-79)。
表 4Cr5MoSiV1钢按用途选择硬度值 类别 硬度 HRC 铝合金压铸模 42 ~ 48 挤压模 44 ~ 50 热锻模 44 ~ 52 表 4Cr5MoSiV1钢按尺寸及复杂程度选择硬度值(HRC) 类型 小型 中型 大型 复杂模 46 ~ 48 42 ~ 44 40 ~ 42 简单模 48 ~ 52 44 ~ 46 42 ~ 44
在4Cr5MoSiV1钢模具的热处理过程中,必须针对模具的服役条件,正确选择淬火加热温度,避免二次碳化物网的出现。冷却中模具心部应避免出现大量的上贝氏体组织,防止因高温回火出现贝氏体脆性。一般模具试模后可进行渗氮或氮碳共渗处理,以提高抗熔损现象,但应严格控制白亮层厚度和脉状氮化物的形态分布,并根据工况确定合理的扩散层深度。 模具从第一次渗氮或氮碳共渗后投入使用至报废,中间还可进行1~2次的渗氮或氮碳共渗处理(可结合模具去应力处理进行)。
分类 材料 性能要求 工艺学P236
常规热处理 淬火温度 保温时间 冷却介质 回火温度 保温时间 回火次数 化学热处理
讨论 提高4Cr5MoSiV1钢模具使用寿命的几个主要环节 工艺学P250 如何发挥3Cr2W8V钢的潜力 工艺学P260
(三)塑料模热处理
5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)是一种易切削塑料模具钢,切削加工性好,抛光性好,可以预硬化状态交货。适宜于制造各类型的塑料精密注塑模、压塑模和橡胶模等。
技术要求:基体硬度(40~42)HRC、型面光亮。
模具加工流程:坯料粗加工-淬火、回火-机加工成型-抛光。热处理工艺见
图5。采用减少变形的分级淬火法,淬火硬度(60~63)HRC;回火后硬度为(40~45)HRC。
温度 ℃ 880 620 400 60室温 30 s/mm 260 5240 500 180 时间(min)
图5 5CrNiMnMoVSCa钢塑料模热处理工艺 分类 材料 性能要求 常规热处理 淬火温度 保温时间 冷却介质; 回火温度 保温时间 回火次数
讨论 何为予硬化塑料模具钢?P233
2.8 表面处理 P237 工艺学P566 一.特点、分类 二.发蓝、发黑 三.磷化 四.热喷涂 五.电镀
六.激光束、离子束及电子束 高能束 七.气相沉积 PVD CVD 八.喷丸、滚压
2.9 典型零件热处理P264 一.轴类零件
性能要求、材料(中碳碳素结构钢、合金调质钢、合金渗碳钢等)、工序流程、热处理、讨论
[实例]外圆磨床砂轮架主轴材料为38CrMoAlA,调质要求硬度(250~280)HB;渗氮层表面硬度≥900HV、渗氮层深度(0.4)~0.55)mm。
制造工艺流程:锻造-退火-粗车-调质-车削,截取金相样品-精车-去应力-粗磨-渗氮-精磨-超精磨、研磨至尺寸。
热处理工艺: 退火:(840~870)℃保温5h,炉冷至550℃出炉空冷。 调质:(930~950)℃保温3h,淬油冷透;高温回火(620~650)℃保温5h后-空冷。
去应力:装炉温度≤350℃,升温速度≤50℃/h,(620~650)℃保温(10~12)h,炉冷至350℃出炉-空冷,冷却速度≤30℃/h。完工后检验弯曲,径向跳动≤1.5mm。
渗氮:(500~510)℃保温25h(氨分解率18%~25%),(510~520)℃保 温25h( 氨分解率40%~50%),退氮2h( 氨分解率≥80%),炉冷至≤150℃
承钢当回火温度≤170℃时,残留奥氏体含量一般≤8%~15%;回火温度达到200℃时,残留奥氏体含量一般≤6%~8%;回火温度达到225℃时,残留奥氏体量一般≤5%。
b)回火(时效)时间。一般低温回火为(2~3)h。要求降低残留奥氏体含量时,回火时间可延长至(4~8)h,中温回火为(1.5~2.5)h,高温回火为(1~2)h。
时效:高精度轴承零件进行时效(稳定化处理),一般为(4~8)h,更高要求的需(8~12)h。铍青铜需防止过时效现象,必须严格控制时效时间,以零件硬度≥34HRC~38HRC的时效时间为宜。
(8)防锈。热处理工序结束后,必须马上进行防锈处理,常用SD-2型防锈剂或5%~10%NaNO2+0.5%~1%Na2CO3(PH值控制在10左右)水溶液。
3)轴承零件常见淬、回火缺陷及补救办法见表。
表 轴承零件因淬、回火时处置不当而造成的缺陷及补救办法
缺陷名称 产生原因 补救办法 1、 选用合适的冷却介质 2、 加强冷却装置冷却能力 3、 减少单位时间内进入冷却装置的零件数量 缩短淬火转移时间 1、 重新配置冷却介质 2、 使冷却介质温度≤35℃ 3、 除油 1、增加预热工序 2、规范加料方式 3、重新配置或更换冷却介质 4、适当提高冷却介质温度 表面组织合格,心部有托氏1、 冷却介质冷却能力不足 体或整体因有托氏体、索氏2、 冷却装置冷却能力不足 体而硬度不足 心部组织合格,表面有托氏体或硬度偏低 淬火转移时间偏长 1、 冷却介质配置不当 表面软点 2、 冷却介质温度太高 (硬度低2HRC~3HRC) 3、 水剂冷却介质表面有油 1、 未预热 2、 加料不规范 3、 冷却介质变质或温度太低 变形超差 开裂 1、加热温度偏高或加热时间偏长 2、淬火油中水分超过0.25% (采取针对性措施) 3、返工时未经中间退火 4、未及时回火 1、 炉子漏气 2、 保护气氛中途断气 3、 工件表面有锈蚀或清洗不干净 1、 回火时间不够 2、 回火炉炉温均匀性不合格 贫脱碳超差 (采取针对性措施) 回火稳定性不合格 1、 延长保温时间,补充回火 2、 强化对流,改善回火炉炉温均匀性 GCr15钢轴承零件如何进行淬火和回火处理?为提高轴承的尺寸稳定性应进行什么热处理?(500问267、268)
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