1、LOGO熱處理簡介及成本分析熱處理簡介及成本分析2014-09-11LOGO一、熱處理基礎知識1二、熱處理分類2三、常見零部件熱處理方法3四、熱處理成本分析4目錄目錄Page 25LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 熱處理定義：熱處理定義：n 熱處理是將材料放在一定的介質內加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內部的組織結構,來控制其性能的一種綜合工藝過程。Page 3LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 熱處理目的：熱處理目的：n 為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材

2、料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。Page 4LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 熱處理名詞：熱處理名詞：n 金屬：具有不透明、金屬光澤良好的導熱和導電性并且其導電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質。金屬內部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。n 金相組織指金屬組織中化學成分、晶體結構和物理性能相同的組成，其中包括固溶體、金屬化合物及純物質。n 合金：由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質。合金內部

3、通常包含多種金相組織。Page 5典型金相組織圖LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 熱處理名詞：熱處理名詞：n 固溶體：是一個（或幾個）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。n 化合物：合金組元間發(fā)生化合作用，生成一種具有金屬性能的新的晶體固態(tài)結構。n 機械混合物：由兩種晶體結構而組成的合金組成物，雖然是兩面種晶體，卻是一種組成成分，具有獨立的機械性能。Page 6LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 熱處理名詞：常見金相組織熱處理名詞：常見金相組織n 鐵素體：碳在a-Fe（體心立方結構的

4、鐵）中的間隙固溶體。n 奧氏體：碳在g-Fe（面心立方結構的鐵）中的間隙固溶體。n 滲碳體：碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物（Fe3c）。n 珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物（F+Fe3c含碳0.8%）n 萊氏體：滲碳體和奧氏體組成的機械混合物（含碳4.3%）n 貝氏體：過冷奧氏體在一定溫度下的相變產(chǎn)物。n 馬氏體：碳在a-Fe中的過飽和固溶體。分為板條馬氏體和片狀馬氏體（針狀馬氏體）兩種。Page 7LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識Page 8LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 金屬熱處理的工藝金屬熱處理的工藝 n 熱處理工藝一般包括加熱加熱、保溫保溫、冷卻冷卻三個過程，

5、有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。n 加熱加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。n 金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。n 加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。加

6、熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。Page 9LOGO一、熱處理基礎知識一、熱處理基礎知識n 金屬熱處理的工藝金屬熱處理的工藝 n 另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。n 冷卻冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。

7、但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。Page 10LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和特殊熱處理三大類。根據(jù)加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。Page 11LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類Page 12熱處理方法熱處理整體熱處理表面熱處理特殊熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學熱處理火焰加熱 感應加熱滲碳氮化碳氮共滲其他形變真空其他LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學

8、性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、退火、正火、淬火和回火淬火和回火四種基本工藝。Page 13LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 退火退火是將工件加熱到適當溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后以適宜速度進行緩慢冷卻的熱處理工藝。n 退火目的退火目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)（完全奧氏體化、奧氏體轉化為珠光體、二次滲碳體轉化為球狀滲碳體等），改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件變形、開裂，軟化工件以便進行切削加工，細化晶粒，改善組織以提高工件的機械性能，或者為進一步淬火回火作組織

9、準備。Page 14LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類Page 15退火爐LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 常用的退火工藝退火工藝有：n 完全退火。用以細化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉變?yōu)閵W氏體的溫度以上3050，保溫一段時間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉變，即可使鋼的組織變細。n 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上2040，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土擞捕?。n 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻

10、含量較高的合金結構鋼的高硬度，以進行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當時間，奧氏體轉變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降低。Page 16LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 常用的退火工藝退火工藝有：n 再結晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50150，只有這樣才能消除加工硬化效應使金屬軟化。n 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950左右，保溫一定時間后適當冷卻，使?jié)B碳體分解形成團絮狀石墨。n 擴散退火。用

11、以使合金鑄件化學成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨于均勻分布后緩冷。n 去應力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內應力。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100200，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內應力。Page 17LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類Page 18碳鋼各種退火和正火工藝規(guī)范示意圖LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 正火正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，正火冷卻速度較大，得到的珠光體組織比較細。Page 19LOGO二、熱處理

12、分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 正火目的正火目的：n 1.改善鋼的切削加工性能：通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細片狀珠光體，使硬度提高至140190HB，可以改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。n 2.消除熱加工缺陷：中碳結構鋼鑄件、鍛、軋件以及焊接件在熱加工后易出現(xiàn)魏氏組織、粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達到細化晶粒、均勻組織、消除內應力的目的。n 3.消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物便于球化退火：過共析鋼在淬火之前要迸行球化退火，以便于機械加工并為淬火作好組織準備。但當過共析鋼中存在嚴重網(wǎng)狀碳化物時，將達不到良好的球化效果

13、。通過正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。n 4.提高普通結構零件的力學性能：些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達到一定的綜合力學性能，可以代替調質處理，作為零件的最終熱處理。Page 20LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類Page 21正火爐LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 淬火淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。n 淬火的目的淬火的目的是使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，但鋼件也變脆了。Page 22LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 根據(jù)冷卻方法，淬

14、火工藝淬火工藝分為單液淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火4類。n 單液淬火是將奧氏體化工件浸入某一種淬火介質種，一直冷卻到室溫的淬火操作方法。單液淬火介質有水、鹽水、堿水、油及專門配制的淬火劑等。一般情況下碳素鋼淬火，合金鋼淬油。n 雙介質淬火是將奧氏體化工件先浸入一種冷卻能力強的介質，在鋼件還未達到該淬火介質溫度之間即取出，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質中冷卻，如先水后油、先水后空氣等。Page 23LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 淬火工藝淬火工藝n 馬氏體分級淬火是將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低于鋼的馬氏體點的液態(tài)介質（鹽浴或堿?。┲?，保持

15、適當?shù)臅r間，待鋼件的內、外層都達到介質溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱分級淬火。n 貝氏體等溫淬火是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉變溫度區(qū)間（260400）等溫保持，使奧氏體轉變?yōu)樨愂象w的淬火工藝，有時也叫等溫淬火。一般保溫時間為3060min。Page 24LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。n 水是冷卻能力較強的淬火介質。適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。n 在水中加入適量的食鹽和堿，可以提高介質在高溫區(qū)的冷卻能力?？捎米魈间?/p>

16、及低合金結構鋼工件的淬火介質，使用溫度不應超過60，淬火后應及時清洗并進行防銹處理。n 油介質一般有機油、變壓器油和柴油等礦物油。機油一般采用10號、20號、30號機油，油的號越大，黏度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用溫度相應提高。Page 25LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理Page 26淬火LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火回火。n 回火的目的回火的目的主要是消除鋼件在淬火時所產(chǎn)生的應力（淬火馬氏體內部析出碳化物薄片

17、、加粗碳化物等），使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。Page 27LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 根據(jù)溫度的不同，回火工藝回火工藝分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。n 1低溫回火回火溫度為150250C。低溫回火可以部分消除淬火造成的內應力，降低鋼的脆性，提高韌性，同時保持較高的硬度。故廣泛應用于要求硬度高、耐磨性好的零件，如量具、刃具、冷變形模具及表面淬火件等。n 2中溫回火回火溫度為300450C。中溫回火可以消除大部分內應力，硬度有顯著的下降，但仍有一定的韌性和彈性。中溫回火主要應用于各類彈簧、高強度的軸、軸套及熱鍛模具等工件。n

18、2中溫回火回火溫度為300450C。中溫回火可以消除大部分內應力，硬度有顯著的下降，但仍有一定的韌性和彈性。中溫回火主要應用于各類彈簧、高強度的軸、軸套及熱鍛模具等工件。Page 28LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理Page 29井式回火電阻爐LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 整體熱處理整體熱處理n 為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調質調質。n 調質的目的調質的目的是能得到強度和韌性均較高的回火索氏體組織，使工件具有良好的綜合機械性能。常用于承受動載荷和沖擊載荷的中碳鋼機械零件以及低碳調質鋼、中碳調質鋼等高強度焊接結構的焊后熱處理

19、。Page 30LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 表面熱處理表面熱處理n 表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。n 表面熱處理包括表面淬火表面淬火和化學熱處理化學熱處理兩種。Page 31LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類n 表面熱處理表面熱處理n 表面淬火表面淬火原理與整體淬火基本相同，但是只對表面進行加熱。表面加熱主要方法有火焰加熱和感應加熱，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。n 化學熱處理化學熱處理與表面熱處理不同之處是前者改變了工件表層的化學成分。化學熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素，以改變鋼表層的化學成分和組織。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。Page 32LOGO二、熱處理分類二、熱處理分類Page 33滲碳爐低壓滲氮爐LOGO三、常見零部件熱處理方法三、常見零部件熱處理方法n 1、焊接加工通常都要進行退火出來，消除變形和應