生产制造四把火思维导图

U330350208

2023-03-30

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生产制造

四把火

专业知识

生产制造四把火介绍

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思维导图大纲

淬火

定义：钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，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。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

目的：提高材料的强度、硬度和耐磨性，与回火配合后可赋予工件最终的使用性能。

温度

亚共析钢

AC3+30-50℃

原因：T过高晶粒粗大；T过低欠热，有自由F硬度不足。

共析、过共析钢

AC1+30-50℃

原因： (1)T过高，碳化物溶解，M片％↑易于变形和开裂 (2)选择TA＝Ac1＋（30～50℃）温度加热保留部分未熔碳化物，以提高钢的硬度与耐磨性，同时由于降低了A中的C含量，使基体的C％↓，使M条％↑，b↑，δ ↑ 、αk ↑。

合金钢

奥氏体化温度可以适当升高。

因为大多数合金元素都能阻碍A 晶粒的长大，使A化温度升高。

组织

亚共析：M

共析、过共析：M+K+A'

理想冷却温度

（1）在Ac1～650℃之间慢冷，以↓热应力（2）在650℃～Ms之间快冷，以避开“鼻尖 ”防发生非M相变（3）在Ms以下慢冷，以↓组织应力。

常用淬火介质

自来水（30℃以下）

冷却特性：在650-550 ℃冷却能力大、在Ms附近点冷速极快，淬硬能力较强。

应用：自来水主要用于形状简单，截面较小的碳钢零件淬火，且组织应力较大。

优点：经济、便宜、易于实现自动化。

盐水（10％～15％NaCl（或NaOH, Na2CO3 ）水溶液、30℃）

冷却特性：在600～650℃时冷速很快（易于防止非M组织形成）在200℃时仍然很快，有飞溅现象

油——20#机油，40～80℃

冷却特性：600～550℃及200℃时冷却速度低于水

缺点：１）淬硬能力低；２）易于老化。

油适用于合金钢淬火（因合金钢的C曲线靠右，Vk较小）

盐浴和碱浴

盐浴和碱浴（由溶融的NaNO3+KNO3，KOH+NaOH，KCl+NaCl+BaCl2等组成）主要用作等温淬火、分级淬火的冷却介质。

常用淬火方式

单液淬火

指在一种淬火介质中冷却到底的工艺。

优点：单液淬火法操作简单，易实现机械化，应用较广。

缺点：水淬变形开裂倾向大，油淬冷却能力低，大件淬不硬。

双液淬火

将奥氏体化后的工件先在一种冷却能力较强的介质中冷却，避免珠光体转变，当工件冷至300℃左右时，再在另一种冷却能力较弱的介质中冷却发生马氏体转变

目的：在650℃～Ms之间快冷：使V＞Vk 在Ms以下慢冷以↓组织应力

碳钢：先水淬后油冷；合金钢：先油后空气

优点：淬火应力小，减少了变形和开裂的可能性。

缺点：在水中停留的时间不易控制，对操作技术要求较高

分级淬火

先将奥氏体化后的工件淬入温度稍高于Ms点的盐浴（或碱浴）中，保温适当的时间，待工件内外都达到介质温度，在奥氏体转变前取出空冷完成马氏体转变。分级淬火是在空冷中发生M相变的，内应力小。

等温淬火

指在B温度区域等温，发生下 B转变。内应力↓↓，变形小。

局部淬火

冷处理

用干冰（固态CO2）和酒精混合获得-70~- 80℃的低温，也可使用液化乙烯（-130℃）或液氮（-192℃）等介质。

淬火工艺性能

淬透性：淬火时形成马氏体的能力。指钢在同一热处理条件下所测得的淬透层深度的能力。淬透层深度（δ）

影响淬透性因素

碳含量共析钢淬透性最好。

合金元素除钴以外，大多数合金元素溶入奥氏体后均使C曲线向右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性。

提高加热温度或延长保温时间一方面可使更多的合金元素溶入奥氏体；同时使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少了形核率，二者都能稳定过冷奥氏体，使C曲线向右移，提高钢的淬透性。

钢中未溶第二相未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，由于能促进奥氏体转变产物的形核，减少过冷奥氏体的稳定性，使淬透性降低

淬硬性：理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢的淬硬性。钢的淬硬性主要取决于马氏体中的碳含量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好

退火

退火的概念

将（组织偏离平衡状态的）钢加热到适当温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却（一般为炉冷至550℃后空冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。

退火种类及应用

完全退火

应用：亚共析钢的铸锻及热轧件

温度：AC3+30-50℃

组织：F+P

目的：细化组织；降低硬度；消除内应力

优缺点：工艺简单但周期长、效率低

完全退火应用举例： 1.冷轧后的15钢板，为HB↓采用完全退火工艺； 2. ZG35铸造齿轮为消除组织应力采用完全退火工艺； 3.锻造过热的60钢坯为了细化晶粒，消除锻造应力也可采用完全退火工艺，一般采用正火。

球化退火

应用：共析及过共析碳钢或合金钢

温度：AC1+30-50℃

组织：P球（细小均匀的碳化物分布在连续的铁素体基体上）

目的：碳化物（Fe3CⅡ、P中的Fe3C）球状化，细化晶粒，HB↓利于切削加工

注意：球化退火前组织必须是细片状的P 。

等温退火

应用：亚共析钢、共析、过共析钢。

温度：AC3+30-50℃ 或 AC1+30-50℃

组织：F+P 或 P球

目的：细化组织；降低硬度；消除内应力

优点： 1）由于珠光体转变在恒温下完成，易于控制，并能获得均匀的预期组织； 2）对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，由于等温处理前后可较快冷却，常可大大缩短退火周期。

扩散退火（均匀化退火）

应用：合金钢铸件和铸锭。

温度：略低于固相线温度亚共析钢：T＝Ac3 + （150℃～300℃) 过共析钢：T＝Accm+（150℃～300℃)

组织：F+P 或 P球

目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化

后续处理：保温10～20小时退火后晶粒较粗大，一般还须进行完全退火或正火处理

去应力退火（低温退火）

温度：低于Ac1

目的：去应力退火消除铸、锻、焊及机加工后工件的残余应力，以稳定尺寸，减少变形；再结晶退火消除冷变形加工产生的加工硬化现象。

正火

定义：将钢加热到Ac3（对于亚共析钢）或Accm （对于过共析钢）点以上30~50℃，保温一定时间，完全奥氏体化后在自由流动的空气中冷却从而得到珠光体类组织的的热处理工艺。

温度

亚共析钢：T＝Ac3+（30℃～50℃）

组织：F+P

过共析钢：T＝Accm+（30℃～50℃）

组织：细片状P

应用

作为预先热处理：可消除中碳结构钢铸、锻、焊等热加工产生的组织缺陷（如晶粒粗大、魏氏组织、带状组织（不能完全消除）等），细化晶粒，均匀化组织，消除内应力，为后序热处理作组织准备；对过共析钢正火可消除或抑制网状二次渗碳体量的形成，为球化退火作组织准备。如： T12钢退火组织中的Fe3CⅡ网（连续网），球化退火前必须先进行正火以消除Fe3CⅡ网，得到片层状P然后再进行球化退火。

改善切削加工性。一般来说，钢的硬度为170~230 HB，组织中无大块铁素体时，切削加工性较好。对于低、中碳结构，正火可得到合适的硬度，改善切削加工性。

作为最终热处理。正火可以细化晶粒，均匀化组织，减少亚共析钢中的铁素体含量，从而增加珠光体含量；而由于冷却较快，正火组织中珠光体片层较细，提高了钢的强度和硬度。因此，对于机械性能要求不高的普通结构钢零件，可以用正火作为最终热处理。