4機器零件用鋼的熱處理,河北工業(yè)大學教授武建bgdwjj,合金元素在鋼中的作用,（1）合金元素的主要存在方式：F或碳化物固溶于鐵素體（奧氏體）；溶入滲碳體、形成合金滲碳體；(Fe,Cr)3C形成新的碳化物(Fe,Cr)7C3,(Fe,Cr)23C6夾雜物：活潑元素與O，N，S等形成化合物，如AlN,TiO2,MnS單質：Cu，Pb較純的金屬相,非碳化物形成元素主要存在于固溶體中，如Si,Al,Cu,Ni,Co只要含碳量足夠，強碳化物形成元素，主要以自己特殊的碳化物形式出現，如V,Zr,Nb,Ta其他碳化物形成元素介于二者之間，主要溶入滲碳體，部分溶入固溶體。當含量較高時（除Mn外）也會形成自己的碳化物,（2）影響相圖,改變相圖及臨界點，S，E左移，4Cr13鋼，3Cr2W8V鋼都屬于過共析鋼擴大奧氏體區(qū)：C、N、Co、Ni、Mn、Cu縮小奧氏體區(qū)：Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al,（3）對基本相的影響,影響各相的存在范圍（溫度，成分），相的穩(wěn)定性固溶強化增加碳化物數量提高碳化物的穩(wěn)定性，合金滲碳體和特殊碳化物的穩(wěn)定性均優(yōu)于普通滲碳體,（4）對熱處理的影響,合金元素可以影響碳擴散、碳化物和奧氏體的穩(wěn)定性，從而影響奧氏體形成、碳化物溶解和奧氏體成分均勻化碳化物形成元素W,Mo,Cr,V,Ti等降低奧氏體形成速度，Co，Ni提高速度阻礙奧氏體晶粒長大（Mn,P,B除外），尤其是強碳化物形成元素；,溶入奧氏體的合金元素提高淬透性（Co除外）；降低Ms，Mf(Co、Al除外),A碳化物形成元素含量較高時，還影響C曲線的形狀（2個C）多種元素同時加入影響更大溶入奧氏體的合金元素提高回火穩(wěn)定性，尤其是強碳化物形成元素。,機器零件用鋼主要包括四類滲碳鋼調質鋼彈簧鋼軸承鋼此外，可以采用低合金高強度鋼、易切削鋼、非調質鋼等。,4.1滲碳鋼,(1)工作條件及性能要求滲碳鋼主要用于制造表面承受強烈摩擦和磨損，同時承受交變載荷，特別是沖擊載荷的機器零件，如汽車、拖拉機中的變速齒輪，內燃機上的凸輪軸、活塞銷等。這類零件都要求表面具有高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度，心部要有較高的強度和足夠的韌性。,(2)滲碳鋼的成分特點,1)低碳在0.100.25%之間，以保證心部有足夠的塑性和韌性。2)加入提高淬透性的合金元素，常加入Cr（2.0%）、Ni（4.5%）、Mn（2.0%）及微量的B（0.005%）等，以提高熱處理后心部的強度和韌性。3)加入阻礙奧氏體晶粒長大的輔加元素：Ti（0.10%）、V（2.0%）、W（1.20%）、Mo（0.60%）等形成碳化物，抑制晶粒長大，提高滲碳層硬度,(3)熱處理特點,鍛造后正火滲碳后進行:一次(二次)淬火，或直接淬火，對重要零件,為減少A，可進行冷處理；最后進行:低溫回火,(4)常用滲碳鋼及用途,4.2調質鋼,(1)工作條件和性能要求調質鋼一般指經過調質處理后使用的碳素結構鋼和合金結構鋼。大多數調質鋼屬于中碳鋼。調質鋼具有高的強度和良好的塑性與韌性，常用于制造一些要求具有良好綜合力學性能的重要零件，如汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如軸類件、齒輪、連桿、螺栓等。調質鋼是結構鋼中用量較大的鋼種。,(2)成分特點,1)中碳含碳量介于0.27-0.50%之間。碳量過低時不易淬硬，過高則韌性偏低。2)主加合金元素有Cr（2%）、Ni（4.5%）、Mn（2%）、Si（2%）、B（60用途：木工工具、板銼、刨刀等形狀簡單、低負荷工具,低合金鋼,1成分:9CrSi、9Mn2V、CrWMn等鋼。Cr、Mn、Si提高淬透性；W、Cr細化晶粒。2熱處理：球化退火淬火+低溫回火3組織及性能：M合金粒狀碳化物A硬度為HRC604.用途：絲錐、板牙、鉆頭等形狀較復雜工具,高速鋼,1成分特點：C=0.71.65，M總102合金元素作用：Cr：提高淬透性(固溶態(tài))、Cr7C3加熱到980時全部溶入A中。W、Mo、V：提高紅硬性（固溶態(tài)）、W2C、V2C、VC等1100開始溶解。,高速鋼的熱處理特點,鑄態(tài)組織中碳化物很多，需要反復鍛造；預先熱處理：退火、調質高速鋼淬火時需高溫加熱，提高紅硬性；高速鋼回火時，需要多次回火可進行多種化學熱處理。如OCSNB共滲后，性能優(yōu)異（表2.7.5),高速鋼的預先熱處理（207）,預先熱處理一般為球化退火，可以采用普通球化、等溫球化和循環(huán)球化工藝循環(huán)球化一方面可以縮短加熱時間，提高效率，節(jié)約能源；而且可以細化組織（奧氏體和碳化物），提高淬火后高速鋼的強度、硬度和韌性；可以消除過熱組織，并減小熱處理變形,W18Cr4V鋼TTT曲線,W18Cr4V高速鋼熱處理工藝路線,高速鋼的工藝路線：,鍛造球化退火）（打碎碳化物）（球狀P利機加工）預熱（兩次）淬火（減小熱應力）（1280分級淬火）防止變形與開裂提高硬度和韌性回火550570三次（提高強度、硬度和塑性）,高速鋼在常規(guī)二次硬化溫度回火以前，增加一次320380C低溫回火，可以提高強度和韌性。因為在320380C回火時，一方面析出一些、M3C碳化物，使MC、M2C型碳化物在二次硬化溫度更加均勻、充分析出外，另外部分殘余奧氏體生成下貝氏體回火前進行深冷處理如何？,7.2量具熱處理,量具主要要求高硬度（56HRC）和高耐磨性；高的組織和尺寸穩(wěn)定性。量具沒有專用鋼，復雜形狀的量具應采用淬火變形較小的鋼，如CrWMn；要求耐蝕性較高的可以采用4Cr13不銹鋼熱處理工藝與一般高碳鋼相似，為了保持高的組織和尺寸穩(wěn)定性，可以進行深冷處理和穩(wěn)定化處理（低溫長時間加熱長時間低溫回火）。,7.3.1冷作模具熱處理,冷作模具工作溫度不超過200-300,主要損壞形式是磨損，也常出現斷裂和變形等。含碳量多在1.0%以上，有時高達2.0%以上，一方面與合金元素形成碳化物，另一方面獲得高碳馬氏體，以保證鋼的高硬度和高耐磨性。加入Cr、Mo、W、V等合金元素,形成難熔碳化物，提高耐磨性，Cr還顯著提高鋼的淬透性。,熱處理特點,冷作模具鋼的預先熱處理是球化退火，最終熱處理一般是淬火、低溫回火。對于二次硬化的高碳高鉻鋼（如Cr12型鋼），有時需高溫回火，以產生二次硬化，適用于在400-450溫度下受強烈磨損的模具。,7.3.2熱作模具熱處理,工作時型腔表面溫度可達600以上。在工作中,熱作模具承受較大的沖擊載荷和塑變摩擦，強烈的冷熱循環(huán)所引起的不均勻熱應力以及高溫氧化，使模具常出現龜裂、塌陷、磨損等失效現象。熱作模具鋼要求高的熱硬性和高溫耐磨性，高的抗氧化能力、高的熱強性和足夠的韌性。由于熱作模具的體積比較大，還要求有較高的淬透性和導熱性。,熱作模具成分特點,1)中碳含碳量一般為0.3-0.6%，在保證鋼具有高硬度（35-52HRC）、高強度的同時還有高韌性、高的熱疲勞抗力。2)加入較多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等元素，Cr是提高淬透性的主要元素，同時和Ni提高回火穩(wěn)定性。Ni還增加鋼的韌性，并可與Cr、Mo一起提高鋼的耐熱疲勞性能。3)加入產生二次硬化的Mo、W、V等元素，Mo還能防止第二類回火脆性，提高高溫強度和回火穩(wěn)定性。,熱處理特點,熱作模具鋼的預先熱處理一般是完全退火或球化退火。最終熱處理根據其用途有所不同?；鼗饻囟雀鶕＞叩墓ぷ鳁l件及性能要求而定，熱鍛模一般為淬火后模面中溫回火、模尾高溫回火；壓鑄模是淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度下多次回火，以保證熱硬性。,5CrMnMo復合滲,B-N復合滲，降低了滲層的脆性，提高了強度、塑性和韌性（222）然后900淬火，回火，與常規(guī)處理相比，壽命提高46倍。,壓鑄模熱處理,3Cr2W8V采用高溫調質，然后較低溫度加熱、等溫淬火，可以提高壓鑄模壽命23倍。然后，再經過氣體氮碳共滲，耐磨性是淬火回火狀態(tài)的6.46倍。（226）,8表面處理,表面處理方法很多，如發(fā)藍磷化熱噴涂電鍍熱浸鍍高能粒子處理氣相沉積噴丸和滾壓,8.1鋼鐵氧化,在一定介質中處理，使金屬表面生成致密的氧化物覆蓋層。包括蒸氣發(fā)藍、堿性發(fā)藍和酸性氧化等。堿性發(fā)藍:在NaOH、NaNO2溶液中,一段時間后金屬表面形成0.51.5m厚的藍色氧化膜。常用蒸氣發(fā)藍：加熱時，通水蒸汽。酸性氧化：酸性介質中形成氧化膜。,堿性發(fā)藍工藝,流程：準備、去油、酸洗、發(fā)藍、皂化、浸油、檢驗堿洗去油；酸洗除銹發(fā)藍：堿液中煮3060min.然后熱水洗皂化：將氧化鐵膜內的Fe轉化為硬脂酸鐵（不吸水），呈鈍化狀態(tài)，提高抗腐蝕能力。浸油：皂化后的工件在105115熱油中浸泡1-3min.蒸發(fā)去水，形成油膜，使工件增加光澤、美觀，提高耐蝕能力。,8.2鋼鐵磷化處理,把鋼鐵制品放入磷酸鹽為主的溶液中浸泡,在金屬表面即可形成一層磷酸鹽薄膜,這種過程叫做磷化處理。磷化膜難溶、致密、厚度約為150微米,用于大氣腐蝕防護。可以提高對涂料的附著力，而且這種膜潤滑性好,絕緣性也好,能耐3001200伏高壓,缺點是膜的強度低,脆,硬度小。磷化基本不影響基體的性能，但是對于高強度鋼，磷化后進行去氫處理(130200,1-4h),8.3熱噴涂技術,將絲狀或粉狀材料放入噴槍中,借助高壓空氣或保護氣氛,將用火焰或電弧熔化了的金屬噴到被保護件上,形成均勻的覆蓋層。常以鋁、鋅、錫、鉛、不銹鋼、Ni-A1、Ni3Al等作為保護金屬噴料?？芍苽涮沾赏繉印Ｊ┕し奖?，適用于大型零件。涂層氣孔較多，結合力較小。,熱噴涂方法,火焰噴涂：絲、粉末，金屬、非金屬電弧噴涂：金屬線材。用于Zn,Al,不銹鋼等涂層，修復、防腐、強化等離子噴涂：金屬或陶瓷粉末爆炸噴涂：速度高超音速噴涂：速度高,8.4電鍍,待鍍金屬作陰極,接通電源,鍍液中金屬離子在陰極(金屬件)表面還原析出形成保護層。電鍍層優(yōu)點鍍層均勻、表面光潔、牢固。鍍層厚度可控制;消耗金屬少;無需加熱升溫。但相對來說，成本較高，主要用于小件。電鍍是廣泛應用的方法。可以制備各種金屬及某些合金鍍層，如鉻、鎳、金、銀、銅、錫、鉛、鋅、鈷、鎘、錫青銅、黃銅等。,熱浸鍍,用低熔點液態(tài)金屬浸漬金屬件,以在其表面形成一層覆蓋層的方法叫做熱浸(熱鍍、液鍍)。用于制備低熔點金屬鍍層，如A1、Zn、Sn、Pb等鍍層。效率高、但是能耗高、金屬浪費大。,化學鍍,化學鍍是通過置換反應或氧化-還原反應,將鹽溶液中的金屬離子析出在被保護的金屬件上,以施行保護作用。如化學鍍銅。優(yōu)點：不需要外電源、鍍層厚度均勻、致密性良好。缺點：結合力稍差，預處理要求嚴格。只能制備陰極型覆蓋層。,8.5高能粒子束,改變表面成分、組織，如激光淬火，表面熔敷離子注入，電子束，與激光類似,淬火,表面合金化,8.6氣相沉積,將含有沉積元素的氣體輸送到工件表面,在工件表面形成沉積層.耐磨、耐蝕、耐熱、潤滑等涂層按照