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机械制造基础第二单元 钢的热处理

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第二单元 钢的热处理 任务一 钢的正火和退火 【任务描述】 掌握正火和退火的热处理工艺及其应用。 【学*目标】 1.熟知钢在加热和冷却时的组织转变规律。 2.掌握钢的退火和正火工艺特点。 【相关知识】 退火和正火经常作为钢的预先热处理工 序,安排在铸造、锻造和焊接之后或粗 加工之前,以消除前一工序所造成的某 些组织缺陷及内应力,为随后的切削加 工及热处理做好组织上的准备。 研究钢在加热和冷却时的相变规律是以FeFe3C相图为基础。 通常把实际加热温度标为Ac1、Ac3、Accm, 冷却时标为Ar1、Ar3、Arcm,如图2.1所示。 图2.1 钢加热和冷却时各临界点的实际位置 2.1.1 钢在加热时的组织转变 钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏 体的转变,加热到Ac3和Accm点以上时,便 全部转变为奥氏体。 热处理加热最主要的目的就是为了得到奥氏 体,因此这种加热转变过程称为钢的奥氏体 化。 在工程实际中,常从加热温度、保温时 间和加热速度几方面来控制奥氏体晶粒 的大小。 在加热温度相同时,加热速度愈快,保 温时间愈短,奥氏体晶粒愈小。 因而利用快速加热、短时保温来获得细 小的奥氏体晶粒。 2.1.2 钢在冷却时的组织转变 冷却过程是热处理的关键工序,其冷却 转变温度决定了冷却后的组织和性能。 实际生产中采用的冷却方式主要有连续 冷却(如炉冷、空冷、水冷等)和等温 冷却(如等温淬火)。 所谓等温冷却是指将奥氏体化的钢件迅 速冷至Ar1以下某一温度并保温,使其在 该温度下发生组织转变,然后再冷却到 室温,如图2.2中a所示。 连续冷却则是指将奥氏体化的钢件连续 冷却至室温,并在连续冷却过程中发生 组织转变,如图2.2中b所示。 图2.2 两种冷却方式示意图 1.过冷奥氏体的等温冷却转变 在不同的过冷度下,反映过冷奥氏体转 变产物与时间关系的曲线称为过冷奥氏 体等温转变的动力学曲线。 由于曲线的形状像字母C,故又称为C曲 线。 图2.3所示为共析碳钢过冷奥氏体等温转 变曲线。 图2.3 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线 共析碳钢过冷奥氏体在Ar1线以下不同的温 度会发生三种不同的转变,即珠光体转变、 贝氏体转变和马氏体转变。 2.过冷奥氏体连续冷却时组织转变规律 过冷奥氏体的连续冷却转变在实际生产 中,过冷奥氏体大多是在连续冷却中转 变的。 如钢退火时的炉冷,正火时的空冷,淬 火时的水冷等。 因此,研究过冷奥氏体连续冷却时的组 织转变规律有重要的意义。 图2.4所示是通过实验方法测定的共析碳 钢的连续冷却c曲线。 图2.4 共析碳钢连续冷却转变曲线 2.1.3 钢的退火 退火是将钢材(或钢件)加热到适当温 度,保温一定时间,随后缓慢冷却以获 得接**衡状态组织的热处理工艺。 2.1.4 钢的正火 将钢材或钢件加热到Ac3(或Accm)以上30℃~ 50℃,保温适当的时间后,在静止的空气中冷 却的热处理工艺,称为正火。 【应用训练】 车床主轴热处理工艺 在机床、汽车制造业中,轴类零件是用量 很大且相当重要的结构件之一。 轴类零件常承受着交变应力的作用,故要 求轴有较高的综合力学性能;承受摩擦的 部位还要求有足够的硬度和耐磨性。 零件大多经切削加工而制成,为兼顾切 削加工性能和使用性能要求,必须制定 出合理的冷、热加工工艺。 图2.5所示为车床主轴,材料为45号钢。 热处理技术条件为: 1.整体调质后硬度为HBS220~250。 2.内锥孔和外锥面处硬度为HRC45~50。 3.花键部分的硬度为HRC48~53。 图2.5 车床主轴 生产中车床主轴的工艺过程如下:备料 —锻造—正火—粗加工—调质—半精加 工—局部淬火(内锥孔、外锥面)、回 火—粗磨(外圆、内锥孔、外锥面)— 滚铣花键—花键淬火、回火—精磨。 1.正火 2.调质 调质工艺如下: (1)淬火加热 (2)淬火冷却 (3)回火工艺 3.内锥孔、外锥面及花键部分经淬火 和回火是为了获得所需的硬度 任务二 钢的淬火和回火 【任务描述】 掌握淬火和回火的热处理工艺及其应用。 【学*目标】 淬火工艺内涵,淬火加热温度与加热时间 的确定,冷却介质的选择及其应用范围, 不同淬火方法的工艺过程与应用场合,钢 的淬硬性与淬透性的区分理解。 回火工艺内涵,低温回火、中温回火与 高温回火后的组织、性能及应用,回火 脆性的影响。 【相关知识】 机械零件使用状态下的性能,一般由淬 火和回火获得,所以淬火和回火称为最 终热处理。 重要的机械零件通常都要经过淬火和回 火热处理,以提高零件的性能,充分发 挥钢的潜力。 2.2.1 钢的淬火 将钢件加热到Ac1(或Ac3)以上30℃~50℃,保 温一定的时间,然后以大于临界冷却速度冷却以 获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺,称为淬 火。 其主要目的是为了获得马氏体,提高钢的硬度和 耐磨性,是强化钢材最重要的工艺方法。 淬火质量取决于淬火三要素,即加热温度、保温 时间和冷却速度。 1.淬火加热温度 2.淬火冷却介质及冷却方法 3.钢的淬硬性与淬透性 2.2.2 钢的回火 工件淬火后通常获得马氏体加残余奥氏体 组织,这种组织不稳定,存在很大的内应 力,因此必须回火。 回火不仅能消除应力,稳定工件尺寸,而 且能获得良好的性能组合。 1.低温回火(150℃~250℃) 2.中温回火(350℃~500℃) 3.高温回火(500℃~650℃) 【应用训练】 圆拉刀的热处理工艺 拉刀是拉削加工所用的多齿刀具,外形较为复 杂且精度要求较高,材料为W18Cr4V,热处理 后刃部硬度为HRC63~66,柄部硬度为HRC40 ~55。 允许热处理变形弯曲小于或等于0.40mm,拉刀 外部形状特征,如图2.6所示。 图2.6 拉刀 圆拉刀的预备热处理可在一般性的任何炉 型中进行。 唯有淬火加热、分级淬火和回火必须谨慎 选择



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