1、热处理知识介绍热处理知识介绍球化退火热处理 友联金属品保课教育训练课程大纲课程大纲l一、热处理介绍l二、退火热处理l三、球化退火热处理l四、球化退火工艺l五、影响球化组织的几大因素l六、影响钢材氧化、脱碳的几大因素一、热处理介绍一、热处理介绍l热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 热处理在早期的应用热处理在早期的应用l公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟（ji三声），其显
2、微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。 马氏体组织马氏体组织热处理在早期的应用热处理在早期的应用l随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和水的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。 热处理的概念热处理的概念l热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 热处理工
3、艺图热处理工艺图热处理分类热处理分类热处理分类热处理分类l正火、退火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 l另还可分为调质、渗碳、渗氮、碳氮共渗、感应、高频等等，这里不作一一介绍。热处理分类热处理分类正火正火l正火是将钢材或钢件加热到A3（或Acm）以上适当温度，保温适当时间后再空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。热处理分类热处理分类退火退火l将金属或合金加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火热处理分类热处理分类淬火淬火l把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度冷却，以得到亚稳状态的马
4、氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。热处理分类热处理分类回火回火l钢的回火是将淬火钢加热至A1以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。l消除钢淬火时产生的亚稳定组织。二、退火热处理二、退火热处理l退火热处理是将金属或合金加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。l退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 退火热处理目的退火热处理目的l降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。l细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织
5、准备。l消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 退火热处理分类退火热处理分类l退火可分为： 完全退火、不完全退火、扩散退火、球化 退火、去应力退火、再结晶退火、软化退火。完全退火完全退火l是将亚共析碳钢加热到Ac3+（2060C），保温一定时间， 随炉缓慢冷却到600C 以下，然后出炉在空气中冷却。这种退火主要用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件，锻件及 热扎型材，目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑性，为随后的切削加工和淬火做好准备不完全退火不完全退火l将钢件加热至Ac1和Ac3(或Acm)之间，经保温并缓慢冷却，以获得接近平衡的组织，这种热处理工艺称为不完全退火。主要用于共析
6、钢和过共析钢，类似球化退火。扩散退火扩散退火l扩散退火也叫均匀化退火，实用范围：合金钢铸锭和铸件，扩散退火就是将金属铸锭、铸件或锻坯，在略低于固液线的温度下长期加热，消除或减少化学成分偏析及显微组织的不均匀性，以达到均匀化的热处理工艺。球化退火球化退火l将金属或合金加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却，使钢中的碳化物球状化，或获得“球状珠光体”的退火工艺称为球化退火。l目的：球化渗碳体，硬度下降，改善切削加工性能及冷加工性能，并为淬火做好准备。去应力退火（低温退火）去应力退火（低温退火）l将工件缓慢加热到500650C，保温一定的时间，然后随炉缓慢冷却到200C 再出炉空冷。l用于消
7、除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机加工件中 的残余应力，这些残余应力在以后机加工或使用中潜在地会产生变形或开裂。再结晶退火、软化退火再结晶退火、软化退火l再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。 l软化退火类似于去应力退火（低温退火）。三、球化退火三、球化退火球化退火分类球化退火分类l球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上2030，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温
8、后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温后随炉冷至500左右出炉空冷。和普通球化退火相比，等温球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。 球化退火应用球化退火应用l球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。 球化退火应用球化退火应用l而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，
9、冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。四、球化退火工艺四、球化退火工艺l在第三节中我们讲到了球化退火最常用的两种工艺是普通球化退火3和等温球化退火2。即:公司公司10181018球化退火工艺球化退火工艺313132公司公司50BV3050BV30球化退火工艺球化退火工艺公司公司6A6A球化退火工艺球化退火工艺五、影响球化组织的几大因素五、影响球化组织的几大因素l我们先通过一组案例图片来了解一下影响球化组织的因素有哪些？线材原始组织（低碳）线材原始组织（低碳）线材原始组织（高碳）线材原始组织（高碳）球化组织（正常）球化组织（正
10、常）球化退火欠热组织球化退火欠热组织细球状珠光体细球状珠光体中等球状珠光体中等球状珠光体粗球状珠光体（保温时间长）粗球状珠光体（保温时间长）过热球化组织过热球化组织过热球化组织过热球化组织细片状和点、球状珠光体（欠热细片状和点、球状珠光体（欠热+ +冷速快）冷速快）影响球化组织的因素影响球化组织的因素l由上述案例得知，影响球化组织的因素主要为以下三点： A、温度（欠热、过热） B、保温时间 C、冷却速度六、影响钢材氧化、脱碳的几大因素六、影响钢材氧化、脱碳的几大因素l加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。l钢在加热时，表层的
11、碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低 。氧化、脱碳氧化、脱碳l2FeO22FeO FeH2OFeOH2 Fe3CCO23Fe2CO Fe3C+O2 3Fe+CO2 Fe3C+H2O 3Fe+H2+CO2 FeOH2FeH2O FeOCOFeO2 具有氧化、脱碳作用的气体具有氧化、脱碳作用的气体 l由上诉反应公式知，除氧之外，二氧化碳和水蒸气的作用和氧一样，在高温下同样能使钢铁零件产生 氧化和脱碳。因此，在可控气氛热处理炉中应严格控制这两种气体的含量。 具有还原作用的气体具有还原作用的气体 l氢和一氧化碳是
12、属于这类气体。它们不仅能在高温加热保护钢铁零件不氧化、不脱碳，不有能使氧化铁还原成铁的作用 。lCH3OH CO+2H2中性气体中性气体 l氮气在高温加热时和钢铁不发生任何作用，即不氧化。不脱碳、也无还原和增碳作用，故为中性气体。 氧化案例氧化案例脱碳案例脱碳案例脱碳脱碳+ +粗晶案例粗晶案例脱碳脱碳+ +粗晶案例粗晶案例脱碳脱碳+ +粗晶案例粗晶案例影响钢材氧化、脱碳因素影响钢材氧化、脱碳因素l主要因素为：热处理炉中混有氧气、二氧化碳、水蒸气等气体。对策对策l所以要使线材在加热时少产生氧化、脱碳，l1.需降低炉内H2O、O2、CO2。l2.减少炉内产生氧化：2FeO22FeO FeH2OFe
13、OH2 FeCCO2Fe2CO 还原： FeOH2FeH2O FeOCOFeCO2对策对策 所以我们必须做到： 1.减少盘圆料自身带的FeO（盘圆料的酸洗可 以减少FeO）； 2.降低炉内的CO、H2在适当的比值和线材来减少O2、H2O脱碳性气体（加氮气降低炉内CO、H2的体积百分比），加瓦斯,丙烯可以分解成甲烷与炉内的H2O、O2反应成CO作为保护气氛。晶粒粗大现象晶粒粗大现象l针对我们伸线工程而言，一般状况下，晶粒粗大均判定为不良现象，生产中应尽量克服与避免，导致晶粒粗大的主要因素有：热处理时保温温度过高、保温时间过长等。晶粒粗大的不利之处晶粒粗大的不利之处l晶粒粗大的不利之处为： 1、降低了钢材的力学性能 2、冷镦和电镀时钢材表面会产生凹坑 626263
