45钢和40Cr钢调质的热处理工艺.doc

45钢和40Cr钢调质的热处理工艺调质是淬火加高温回火的双重热处理其目的是使工件具有良好的综合机械性能调质钢有碳素调质钢和合金调质钢二大类不管是碳钢还是合金钢其含碳量控制比较严格如果含碳量过高调质后工件的强度虽高但韧性不够如含碳量过低韧性提高而强度不足为使调质件得到好的综合性能一般含碳量控制在030050调质淬火时要求工件整个截面淬透使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织通过高温回火得到以均匀回火索氏体为主的显微组织小型工厂不可能每炉搞金相分析一般只作硬度测试这就是说淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度回火后硬度按图要求来检查工件调质处理的操作必须严格按工艺文件执行我们只是对操作过程中如何实施工艺提些看法145钢的调质45钢是中碳结构钢冷热加工性能都不错机械性能较好且价格低来源广所以应用广泛它的最大弱点是淬透性低截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用45钢淬火温度在A33050在实际操作中一般是取上限的偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快表面氧化减少且能提高工效为使工件的奥氏体均匀化就需要足够的保温时间如果实际装炉量大就需适当延长保温时间不然可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象但保温时间过长也会也出现晶粒粗大氧化脱碳严重的弊病影响淬火质量我们认为如装炉量大于工艺文件的规定加热保温时间需延长15因为45钢淬透性低故应采用冷却速度大的10盐水溶液工件入水后应该淬透但不是冷透如果工件在盐水中冷透就有可能使工件开裂这是因为当工件冷却到180左右时奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致因此当淬火工件快冷到该温度区域就应采取缓冷的方法由于出水温度难以掌握须凭经验操作当水中的工件抖动停止即可出水空冷如能油冷更好另外工件入水宜动不宜静应按照工件的几何形状作规则运动静止的冷却介质加上静止的工件导致硬度不均匀应力不均匀而使工件变形大甚至开裂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钢淬火后的高温回火加热温度通常为560600硬度要求为HRC2234因为调质的目的是得到综合机械性能所以硬度范围比较宽但图纸有硬度要求的就要按图纸要求调整回火温度以保证硬度如有些轴类零件要求强度高硬度要求就高而有些齿轮带键槽的轴类零件因调质后还要进行铣插加工硬度要求就低些关于回火保温时间视硬度要求和工件大小而定我们认为回火后的硬度取决于回火温度与回火时间关系不大但必须回透一般工件回火保温时间总在一小时以上240Cr钢的调质处理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钢有第二类回火脆性40Cr工件调质的淬回火各种参数工艺卡片都有规定我们在实际操作中体会是一40Cr工件淬火后应采用油冷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但是小型企业在供油紧张的情况下对形状不复杂的工件可以在水中淬火并未发现开裂只是操作者要凭经验严格掌握入水出水的温度二40Cr工件调质后硬度仍然偏高第二次回火温度就要增加2050不然硬度降低困难三40Cr工件高温回火后形状复杂的在油中冷却简单的在水中冷却目的是避免第二类回火脆性的影响回火快冷后的工件必要时再施以消除应力处理影响调质工件的质量操作工的水平是个重要因素同时还有设备材料和调质前加工等多方面的原因我们认为一工件从加热炉转移到冷却槽速度缓慢工件入水的温度已降到低于Ar3临界点产生部分分解工件得到不完全淬火组织达不到硬度要求所以小零件冷却液要讲究速度大工件予冷要掌握时间二工件装炉量要合理以12层为宜工件相互重叠造成加热不均匀导致硬度不匀三工件入水排列应保持一定距离过密使工件近处蒸气膜破裂受阻造成工件接近面硬度偏低四开炉淬火不能一口气淬完应视炉温下降程度中途闭炉重新升温以便前后工件淬后硬度一致五要注意冷却液的温度10盐水的温度如高于60不能使用冷却液不能有油污泥浆等杂质不然会出现硬度不足或不均匀现象六未经加工毛坯调质硬度不会均匀如要得到好的调质质量毛坯应粗车棒料要锻打七严把质量关淬火后硬度偏低13个单位可以调整回火温度来达到硬度要求但淬火后工件硬度过低有的甚至只有HRC2535必须重新淬火绝不能只施以中温或低温回火以达到图纸要求完事不然失去了调质的意义并有可能产生严重的后果45钢调质45钢调质是我们绝大多数人都要作的最常见的一种热处理这里所指的是非自动化生产线生产要求较高硬度250HB以上现将在实践中处理的一些常见问题归纳如下请各位批评指正1正常情况下加热温度在830850之间由于一些同事对整个淬火机理未吃透有时怕返工而盲目提高加热温度到860870但基本上不解决问题其实只要充分奥氏体化加热温度越低越好好处在此不讨论当然由于离水池较远而在出炉前适当提高保温温度以弥补距离导致的降温不在此列2冷却中就注意的问题热处理生产中最重要的一环就是冷却很多热处理缺陷都产生在冷却中如开裂硬度不足变形超差局部有软点等等出炉时不要慌忙有时为怕不能淬硬而手忙脚乱只要不低于Ar3是不会析出铁素体而影响表面硬度的水温在冷却中相当重要要严格控制水温不要超过30若超过30析出铁素体将是不可避免的任你此后将工件冷透硬度很难高于250HB因此要严格控制水温不要超过30工件入水后要不停的在水中移动以破裂蒸汽膜而提高500以上的冷却速度从而避免析出铁素体或珠光体进而影响工件最终硬度为避免复杂工件开裂温度低于300以下可以出水空冷一会再水冷当工件温度不超过150出水回火3严格按45钢的回火温度回火一般取中偏下的回火温度按HRc62TT9000进行计算并结合每台炉子自身温差进行适当调整通过采取上述措施基本解决了45钢高硬度调质返工的问题补充一点对于形状较复杂的零件可以缩短保温时间甚至于到温不保温或者510分钟即可出路淬火出炉温度可在840850但淬火时尽量在780820左右45钢淬火后的硬度最高可达HRC55但一般使用时都要经过回火处理根据回火温度的不同大概在HRC3045之间使用采用高频感应加热表面淬火后的硬度会更高一些渗碳45以上不错渗碳或者喷丸处理后硬度会提高淬火高温回火渗碳渗氮强度HRC可达60调质件的工作条件及应用范围调质即淬火和高温回火的综合热处理工艺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总之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栓齿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在强度方面调质件应具有较高的抗拉强度b和疲劳强度1使零件在工作中不致因外加载荷作用而产生过量塑性变形或断裂而失效在韧性方面应具有较高的冲击韧度具有一定的塑性和较小的脆性破坏倾向零件在塑性变形过程中有较高的应力重新分布能力以防止因冲击震动或应力集中而引起砧坏对于某些工作条件的调质件还要具有较高的耐磨性耐蚀性这就需要再进行化学热处理或表面热处理根据零件工作条件和为保证零件的性能要求如确定选用调质处理时首先要考虑调质件用钢的问题通常下列几点必须予以注意1在力学性能方面钢材经调质处理后性能应能达到零件要求的性能指标根据大多数调质件对力学性能要求来看其性能指标在如下范围内b600一1200MPas320800MPasb50601380620MPa10一2040一50布氏硬度170320HB2在工艺性能方面除应具有良好的锻造性和切削加工性以外最重要的是淬透性因为钢的性能决定于钢的组织而钢的组织又与其淬透性有直接关系实践证明完全淬透适当回火后钢具有最好的综合力学性能当零件完全淬透时不论碳钢或合金钢要回火到相同的硬度其抗拉强度屈服强度和疲劳强度也基本相同若钢的淬透性过小淬火时不能淬透组织中除马氏体外只有托氏体时高温回火后以得到回火索氏体组织钢的性能下降尚不甚显著但当含有珠光体铁素体时钢的性能就急剧下降疲劳强度和冲击韧度最为敏感屈服强度下降也比较大所以对于调质钢来讲加入合金元素主要是为了提高钢件的淬透性零件对淬透深度的要求是不一致的应视零件具体要求而定例如承受扭转弯曲的零件从受力条件分析表面处应力最大向里逐渐减小在这种情况下就不要求完全淬透盲目追求淬透性就会造成优质钢材浪费和成本的提高调质钢应具有较高的回火稳定性以便零件可以在较高的温度下回火充分消除应力提高钢的韧性和塑性而不失去规定的硬度和强度调质处理应用甚广因此上面的原则只能是个参考还需根据具体情况作具体分析常用钢的调质处理参考表常用钢的调质处理规范上传的图像一共析钢亚共析钢过共析钢1共析钢碳溶解在铁的晶格中形成固溶体碳溶解到铁中的固溶体叫铁素体溶解到铁中的固溶体叫奥氏体铁素体与奥氏体都具有良好的塑性当铁碳合金中的碳不能全部溶入铁素体或奥氏体中时剩余出来的碳将与铁形成化合物碳化铁Fe3C这种化合物的晶体组织叫渗碳体它的硬度极高塑性几乎为零从反映钢的组织结构与钢的含碳量和钢的温度之间关系的铁碳平衡状态图上可见当碳的含量正好等于077时即相当于合金中渗碳体碳化铁约占12铁素体约占88时该合金的相变是在恒温下实现的即在这种特定比例下的渗碳体和铁素体在发生相变时如果消失两者同时消失加热时如果出现则两者又同时出现在这一点上这种组织与纯金属的相变类似基于这个原因人们就把这种由特定比例构成的两相组织当作一种组织来看待并且命名为珠光体这种钢就叫做共析钢即含碳量正好是077的钢就叫做共析钢它的组织是珠光体2亚共析钢常用的结构钢含碳量大都在05以下由于含碳量低于077所以组织中的渗碳体量也少于12于是铁素体除去一部分要与渗碳体形成珠光体外还会有多余的出现所以这种钢的组织是铁素体珠光体碳含量越少钢组织中珠光体比例也越小钢的强度也越低但塑性越好这类钢统称为亚共析钢3过共析钢工具用钢的含碳量往往超过077这种钢组织中渗碳体的比例超过12所以除与铁素体形成珠光体外还有多余的渗碳体于是这类钢的组织是珠光体渗碳体这类钢统称为过共析钢二有关钢材机械性能的名词1屈服点s钢材或试样在拉伸时当应力超过弹性极限即使应力不再增加而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形称此现象为屈服而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点设Ps为屈服点s处的外力Fo为试样断面积则屈服点sPsFoMPaMPa称为兆帕等于N牛顿mm2MPa106PaPa帕斯卡Nm22屈服强度02有的金属材料的屈服点极不明显在测量上有困难因此为了衡量材料的屈服特性规定产生永久残余塑性变形等于一定值一般为原长度的02时的应力称为条件屈服强度或简称屈服强度023抗拉强度b材料在拉伸过程中从开始到发生断裂时所达到的最大应力值它表示钢材抵抗断裂的能力大小与抗拉强度相应的还有抗压强度抗弯强度等设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力Fo为试样截面面积则抗拉强度bPbFoMPa4伸长率s材料在拉断后其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率5屈强比sb钢材的屈服点屈服强度与抗拉强度的比值称为屈强比屈强比越大结构零件的可靠性越高一般碳素钢屈强比为06065低合金结构钢为065075合金结构钢为0840866硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力它是金属材料的重要性能指标之一一般硬度越高耐磨性越好常用的硬度指标有布氏硬度洛氏硬度和维氏硬度布氏硬度HB以一定的载荷一般3000kg把一定大小直径一般为10mm的淬硬钢球压入材料表面保持一段时间去载后负荷与其压痕面积之比值即为布氏硬度值HB单位为公斤力mm2Nmm2洛氏硬度HR当HB450或者试样过小时不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量它是用一个顶角120的金刚石圆锥体或直径为159318mm的钢球在一定载荷下压入被测材料表面由压痕的深度求出材料的硬度根据试验材料硬度的不同分三种不同的标度来表示HRA是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度用于硬度极高的材料如硬质合金等HRB是采用100kg载荷和直径158mm淬硬的钢球求得的硬度用于硬度较低的材料如退火钢铸铁等HRC是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度用于硬度很高的材料如淬火钢等维氏硬度HV以120kg以内的载荷和顶角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值即为维氏硬度值HV三有关钢的热处理的名词1钢的退火将钢加热到一定温度并保温一段时间然后使它慢慢冷却称为退火钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度经过保温后缓慢冷却的热处理方法退火的目的是为了消除组织缺陷改善组织使成分均匀化以及细化晶粒提高钢的力学性能减少残余应力同时可降低硬度提高塑性和韧性改善切削加工性能所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力又为后续工序作好准备故退火是属于半成品热处理又称预先热处理2钢的正火正火是将钢加热到临界温度以上使钢全部转变为均匀的奥氏体然后在空气中自然冷却的热处理方法它能消除过共析钢的网状渗碳体对于亚共析钢正火可细化晶格提高综合力学性能对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的3钢的淬火淬火是将钢加热到临界温度以上保温一段时间然后很快放入淬火剂中使其温度骤然降低以大于临界冷却速度的速度急速冷却而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法淬火能增加钢的强度和硬度但要减少其塑性淬火中常用的淬火剂有水油碱水和盐类溶液等4钢的回火将已经淬火的钢重新加热到一定温度再用一定方法冷却称为回火其目的是消除淬火产生的内应力降低硬度和脆性以取得预期的力学性能回火分高温回火中温回火和低温回火三类回火多与淬火正火配合使用调质处理淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理高温回火是指在500650之间进行回火调质可以使钢的性能材质得到很大程度的调整其强度塑性和韧性都较好具有良好的综合机械性能时效处理为了消除精密量具或模具零件在长期使用中尺寸形状发生变化常在低温回火后低温回火温度150250精加工前把工件重新加热到100150保持520小时这种为稳定精密制件质量的处理称为时效对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理以消除残余应力稳定钢材组织和尺寸尤为重要5钢的表面热处理表面淬火是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却这样就可以把表面层被淬在马氏体组织而心部没有发生相变这就实现了表面淬硬而心部不变的目的适用于中碳钢化学热处理是指将化学元素的原子借助高温时原子扩散的能力把它渗入到工件的表面层去来改变工件表面层的化学成分和结构从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺按照渗入元素的种类不同化学热处理可分为渗碳渗氮氰化和渗金属法等四种渗碳渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层再经过淬火和低温回火使工件的表面层具有高硬度和耐磨性而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性渗氮又称氮化是指向钢的表面层渗入氮原子的过程其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度抗腐蚀性等目前生产中多采用气体渗氮法氰化又称碳氮共渗是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程它使钢表面具有渗碳与渗氮的特性渗金属是指以金属原子渗入钢的表面层的过程它是使钢的表面层合金化以使工件表面具有某些合金钢特殊钢的特性如耐热耐磨抗氧化耐腐蚀等生产中常用的有渗铝渗铬渗硼渗硅等牌号45材料状态退火钢bMpa600sMpa35551640硬度HB197试样毛坯尺寸mm25热处理化学成分组成元素比例碳C042050铬Cr025锰Mn050080镍Ni025磷P0035硫S0035硅Si017037特性及应用未热处理时HB229热处理正火冲击功Aku39J强度较高塑性和韧性尚好用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件以及对心部强度要求不高的表面淬火零件如曲轴传动轴齿轮蜗杆键销等水淬时有形成裂纹的倾向形状复杂的零件应在热水或油中淬火焊接性差退火将钢加热到一定温度并保温一段时间然后使它慢慢冷却称为退火钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度经过保温后缓慢冷却的热处理方法退火的目的是为了消除组织缺陷改善组织使成分均匀化以及细化晶粒提高钢的力学性能减少残余应力同时可降低硬度提高塑性和韧性改善切削加工性能所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力又为后续工序作好准备故退火是属于半成品热处理又称预先热处理l正火正火是将钢加热到临界温度以上使钢全部转变为均匀的奥氏体然后在空气中自然冷却的热处理方法它能消除过共析钢的网状渗碳体对于亚共析钢正火可细化晶格提高综合力学性能对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的l淬火淬火是将钢加热到临界温度以上保温一段时间然后很快放入淬火剂中使其温度骤然降低以大于临界冷却速度的速度急速冷却而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法淬火能增加钢的强度和硬度但要减少其塑性淬火中常用的淬火剂有水油碱水和盐类溶液等l回火将已经淬火的钢重新加热到一定温度再用一定方法冷却称为回火其目的是消除淬火产生的内应力降低硬度和脆性以取得预期的力学性能回火分高温回火中温回火和低温回火三类回火多与淬火正火配合使用调质处理淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理高温回火是指在500650之间进行回火调质可以使钢的性能材质得到很大程度的调整其强度塑性和韧性都较好具有良好的综合机械性能时效处理为了消除精密量具或模具零件在长期使用中尺寸形状发生变化常在低温回火后低温回火温度150250精加工前把工件重新加热到100150保持520小时这种为稳定精密制件质量的处理称为时效对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理以消除残余应力稳定钢材组织和尺寸尤为重要