常见材料热处理方法

常见材料热处理方法
部份材料热处理方法
一、45 钢调质:
1. 正常情况下加热温度在 810,840?之间:
只要充分奥氏体化，加热温度越低越好。

2. 冷却中应注意的问题:
热处理生产中最重要的一环就是冷却，很多热处理缺陷都产生在冷却中。

如:开裂、硬度不足、变形超差、局部有软点等等。

?出炉时不要慌忙，有时为怕不能淬硬而手忙脚乱。

只要不低于Ar3，是不会析出铁素体而影响表面硬度的。

?水温在冷却中相当重要，要严格控制水温不要超过 30?，若超过 30?，析出铁素体将是不可避免的，任你此后将工件冷透，硬度很难高于 300HB。

因此要严格控制水温不要超过 30?。

?工件入水后要不停的在水中移动，以快速破裂蒸汽膜而提高 500?以上的冷却速度，从而避免析出铁素体或珠光体，进而影响工件最终硬度。

?为避免复杂工件开裂，温度低于 300?以下可以出水空冷一会再水冷，当工件温度不超过 150?出水回火。

3. 严格按 45 钢的回火温度回火:
一般取中偏下的回火温度，按 HRC=62-T×T/9000 进行计算，并结合每台炉子自身温差及淬火情况进行适当调整。

4. 其它注意事项:
?对于小件，特别是 30mm 以下的工件，要注意淬裂的问题。

45 钢仍然可能开裂，在硬度要求不太高时，可以选择油淬。

?除严格按规定的温度回火外，应根据实际淬火情况调整回火参数。

?对于批量较大且要求硬度较高的小件，要特别注意在水中的搅动问题，以增加冷却能力。

否则，返工不可避免。

?选择合适的电炉，确保加热时间不可过长，长时间加热并不利于提高工件硬度。

二、合金结构钢调质:
1. 合金结构钢调质:
可以参照上面的要求。

应注意的是:由于加入合金元素，C 曲线不同程度右移，甚至改变了形状;提高了珠光体的稳定性，提高了钢的淬透性和淬硬性，淬裂倾向增加。

因此，对相同含碳量来说，各临界点有所升高，加热温度要略高一些，保温时间要适当延长，便于合金碳化物的分解;淬火冷却时要适当缩短水冷时间，增加空冷时间，从而避免开裂。

由于钢中添加了合金元素，提高了钢的抗回火稳定性能，相同含碳量合金钢的回火温度比碳钢高。

2. 回火硬度计算公式:
回火硬度计算公式是经过大量试验数据，进行回归计算的结果，使用中不能无限扩展，比如:40Cr 的公式HRC=75-3T/40，不能理解为淬火后不回火的硬度为
75HRC。

在淬火时要保证工件淬火质量，回火时间充分。

常用材料淬火加热温度及回火硬度计算公式
材料加热温度? 硬度计算公式材料加热温度? 硬度计算公式 45 820,840 HRC=62-T*T /9000 60Si2Mn 850,880 HRC=68-T*T /11250
35 850,870 65Mn 790,820 HRC=74-3T/40
40Cr 830,850 HRC=75-3T/40 T8 780,810 HRC=78-T/80
35CrMo 840,860 同 40Cr T10 780,810 42CrMo 820,840 T12 770,800
HRC=72.5-T/16
GCr15 830,850 HB=733-2T/3 5CrMnMo 830,860 HRC=69-3T/50
9SiCr 860,880 20CrMnMo 860,890
注:正常加热淬火按公式计算回火温度，并根据各炉况进行适当调整。

三、铝
合金GK-AiSi10Mg固溶+人工时效:
1. 化学成份及力学性能:
Si:9.0,11.0%， Fe:,0.6%， Cu:,0.1%， Mn:,0.6%， Mg:0.15,0.40%
Ni:,0.05%， Zn:,0.01%，Ti:,0.2%，余量 Al。

力学性能:σb?240MPa，σs?190MPa，δ5?1.5%，HB?80。

热处理状态:固溶处理+人工时效。

GK-AiSi10Mg是公司八十年代成套引进德国的索道技术，该材料与国内的ZL-104 基本接近(ZL-104 的Si要少 1%)，是Ai—Si—Mg合金中强度最高的材料。

2. 热处理原理:
GK-AiSi10Mg铸造铝合金属于Ai—Si—Mg合金，是在Ai—Si二元合金中加入Mg，形成强化相Mg2Si，能显著提高合金的时效强化能力，改善合金的力学性能。

因此，Ai—Si—Mg合金在航空工业、军事工业、机械工业等领域应用十分广泛。

?在Ai—Si—Mg三元系中，Mg2Si为稳定化合物，与铝构成伪二元系，使Ai—Si—Mg 系分成“α+Mg2Si+Si” 及“α+ Mg2Si+Mg5Al8” 两个三元共晶系，三元共晶温度分别为558?和 448?。

其平衡组织为α+共晶体(α+ Si )+Mg2Si相。

在实际结晶条件下，合金中可出现α+Mg2Si+Si三元共晶体及与杂质铁等构成多元复杂共晶体，还存在杂质相α(Fe3SiAl12)、β(Fe2Si2Al9)及Al8FeMg3Si6。

由于Mg2Si在沉淀过程中，具有明显的时效硬化作用。

因此，GK-AiSi10Mg在固溶+人工时效状态下使用。

?GK-AiSi10Mg在固溶加热过程中，将发生Mg2Si相的溶解，在固溶温度下处于(α+ Si) 两相区。

为防止低熔点共晶体在加热时溶化(即过烧)，固溶温度应低于三元共晶(α+Mg2Si+Si)温度，一般为 535?5?。

固溶热处理后的组织为过饱和的α固溶体，此时，强度较低，塑性较好。

?在时效过程中，过饱和α固溶体的沉淀顺序为α?G?P区(过饱和固溶体分解开始时是溶质元素扩散、偏聚，形成无数溶质元素富集的亚显微区域)?β,相?β相(Mg2Si)。

150?以下沉淀产物以G?P区为主;150,225?为G?P区+β,相，此时强化效应最大;250?以上形成平衡相Mg2Si。

人工时效温度越高，为达到相同性能所需的时间越短。

时效后由于强化相Mg2Si的沉淀形成，强度、硬度提高，塑性降低。

3. 操作注意要点:
?严格检查回火桶及热电偶的位置，加热温度需严格控制，低几度加热不足，高几度过热甚至过烧。

因此，特别要注意检查热电偶的位置，稍有变化将可能导致产品报废。

固溶处理和时效处理都必须启动循环风扇，使炉内温度均匀。

?固溶处理时尽可能缩短转移时间，按标准要求转移时间不得大于 6 秒，因此要注意转移时间，特别是要注意试样的转移时间。

?因过饱和固溶体有一个稳定陈化的效应，一般在固溶处理后要及时时效，否则，达不到热处理的目的。

?严格装炉规定，防止装炉不当而发生变形。

固溶处理后发现变形可以适当加压进行校正，一旦时效后发现变形只有重新固溶处理。

四、模具热处理:
1.退火:
模具加工前都需要进行退火处理，以降低硬度和减少锻造应力，并为最终热处理作组织准备。

因此，模具的退火相当重要，特别是对热处理工序尤为重要。

退火
必须严格按规定的工艺规范执行，否则达不到退火的目的，也为最终热处理埋下隐患。

退火原理:将钢加热到 Ac3(亚共析钢)Ac1(过共析钢)以上某一温度，使钢奥氏体化或部份奥氏体化，然后缓慢降温至 Ar1 附近等温分解，使奥氏体中的渗碳体球化，而得到球状珠光体。

模具的退火工艺见表。

模具退火操作要点: ?严格按表中加热温度和等温温度选择加热参数。

等温温度越高，最终硬度越低。

?大件的升温速度应控制在 100?/h 以下，对于合金钢模具应在 650?左右等温。

?各段降温速度不要超过 80?/h。

?碳素工具钢 550?以下出炉空冷，合金钢 500?以下出炉空冷。

禁止风冷或水冷。

2. 模具的淬火及回火:?严格按规定温度加热保温。

小件尽可能到温装炉，大件或装炉量较大时，应适当等温。

?合理选择冷却介质，该水淬油冷的一定要水淬油冷。

?充分冷却，一般情况下都要冷却到马氏体转变点以下 100?左右。

常用模具钢退火、淬火规范
钢号临界点(?) 工艺规范(?)
Ac1 Ac3或 Acm Ar1 加热温度等温温度 HB 淬火温度 T8A 730 700 740,760 650,680 ?187 790,810 T10A 730 800 700 750,770 680,700 ?197 780,800 T12A 730 820 700 750,770 680,700 ?207 770,790 9Mn2V 736 765 652 760,780
670,690 ?229 9SiCr 770 870 730 780,810 700,720 197,241 860,880 GCr15 745 900 700 790,810 710,720 207,255 830,850 5CrMnMo 710 760 650 850,870 670,690 197,241 830,860 5CrNiMo 710 770 680 850,870 670,690 197,244 830,860 3Cr2W8 820 1100 790 850,860 720,740 Cr12MoV 810 855 760 850,870 720,750 207,255
3. 5CrMnMo 淬火要点:
?中型 5CrMnMo 模具热处理注意要点:
1)650?保温按 0.6min/mm 计算保温时间，830?保温按 0.8,1.0min/mm 计算保温时间，工作面向上。

淬火前预冷到 760?时油冷，并严格控制出油温度在 200?以上，淬火后应放入 200?以上的炉内均热，热透后再升温回火。

2)淬火结束后应立即高温回火，在 200?以上出油缓冷，有助于减少热应力。

?大型 5CrMnMo 模具热处理注意要点:
1)大型模具在 350,500?、600,800?时工件表面和心部存在最大温差，差值在300,
400?，因此 450?、650?保温对减少热应力有好处，所有保温时间按上面要求
计算。

2)理论上加热温度应取上限，以保证偏析区也能得到正常组织，450?并保持一定时间，以进一步减少模具的蓝脆温度范围(250,350?)的温差，450?以下升温速度 30,70?/h，450,650?升温速度 80,120?/h，650?以后可自由升温。

油冷时间12--15s/mm。

3)回火入炉温度在 200?，且在 400?保温一定时间，升温速度
30,100?/h;回火温度保温时间每 100mm 不少于 4 小时。

五、铸钢件、薄壁件
铸钢件、薄壁件等的淬火或调质是生产中经常遇到的工件。

其热处理质量的高低，将严重影响车间、公司的产品质量水平，特别是特种设备的质量水平;也同时直接影响职工的收入。

因此，它们的淬火质量极其重要。

1. 铸钢件热处理:
?铸件质量: 受废钢质量的影响、炉料的正常波动、冶炼技术、公司产品生产
特点的限制，铸钢质量本身在一定波动。

其波动对热处理质量的影响主要体现在以下两个方面: ?成份的波动:成份波动将直接影响热处理淬火工艺参数的选择。

如:加热温度、冷却介质、回火温度及回火时间等等。

有时我们按正常工艺淬火(把规
定的热处理工艺真正做到位的时候)却出现裂纹或硬度偏高等，就是成份波动的影响。

?铸造缺陷:铸件有铸造缺陷是不可避免的，也是当今科学技术水平解决不了的世界难题。

经常看见铸件大面积补焊，这还不包括内部未能发现的缺陷。

如:气孔、夹碴、夹砂、疏松等这些缺陷或多或少要影响热处理质量，有时成为工件开裂的诱因之一。

铸件存在的上述质量隐患，不能规避热处理工序本身未做到位而出现质量问题，并不能成为规避责任的挡箭牌。

?铸件淬火: 基于上述原因，铸件淬火要注意以下几个方面的问题:
?严格控制加热温度:热处理加热温度随材料变化而变化，在加热时一定要知道材质是什么，然后选择正确的加热温度。

必要时可以降低加热温度采用亚温淬火，亚温淬火后的回火温度低于正常淬火后的回火温度。

?正确选择冷却介质:由于铸件形状和尺寸特殊，淬火时选择淬火介质要保守一些，能用油淬时尽可能采用油淬。

?合理确定冷却参数:基于上述原因，淬火时先预冷到Ar3附近(一般在 780?左右)，再浸入淬火介质冷却;或预冷后水中冷却一定时间(具体怎样冷却见第二部份介绍)后，再入油冷却;或采用水—空间隙冷却方法，注意在水中的冷却时间要短，空冷时间要长。

一般情况下，采用两次冷却就行了，出水后在空气中继续冷却 1 个小时以上，确保工件温度降到 200?左右回火。

?充分回火:通常情况下，工件不可避免含有一定量的合金元素，有经验的操作者会适当提高回火温度回火，并确保回火时间充分。

?铸件退火: 由于生产进度的关系，有时铸件退火要转热处理车间退火。

必须要清楚铸件退火的目的，才能做好铸件的退火。

铸件退火的目的:
?消除铸造应力:铸件在铸造后的冷却过程中，存在较大的冷却应力(热应力和
组织转变应力)。

有时，此类应力是非常大的，其破坏力是相当惊人的。

如铸造后有时发现工件有裂纹，就是铸造应力的破坏结果。

?调整组织，为后续热处理作组织准备:部份铸件的最终热处理状态是正火或调质或淬火。

由于铸造后有较明显的魏氏组织，此种组织在热处理中易出现淬火开裂，因此必须通过退火
予以消除，减少热处理开裂的风险。

?减轻成份偏析:由于结晶的不同时性，不可避免要出现成份偏析现象。

通过退火来减轻成份偏析，减少工件局部出现有硬点的现象，降低刀具磨损、提高机加工效率。

?退火温度的选择:为达到上述目的，铸件的退火一般选择完全退火，且加热温度比同牌号的锻件、轧材略高些，以保证退火质量。

冷却方式同其它完全退火。

?铸件正火+回火: 此类零件主要指托轮、内齿圈等工件，绝大多数托轮都是采用正火+回火的热处理工艺。

其热处理工艺要点如下:
?根据材质，合理选择加热温度，一般应选择下限温度加热。

单件重量在 1 吨以上，或总装炉量在 5 吨以上要适当等温，以减少加热应力，防止加热裂纹。

?正火出炉空冷时要注意环境温度对冷却速度的影响，特别是大型工件，综合
应力更大。

高温季节，为提高冷却速度，可以用风冷或将工件置于上风口处;冬季，特别是气温很低的时候，要采取措施，降低工件的冷却速度，如:置于避风口处，或加防风罩。

?对于 1 吨以上或直径超过 1 米的工件，工件降温到 300,400?时入炉回火。

当背对直射光线，减重孔看不见红色时即可入炉回火。

回火温度应根据硬度要求选择。

2. 薄壁件、小件淬火:
?同所有热处理加热一样，根据材质合理选择加热温度。

有时为了拼炉多种材
质同炉热处理，此时应兼顾所有材料选择温度，必要时可以选择下限加热温度。

?为减少氧化脱碳和变形，尽可能到温装炉，且注意工件摆放位置。

?根据材料选择冷却介质，对易开裂的工件，选用油冷淬火;对 45 钢要求硬度较高(如大于 250HB)要注意一次冷却到位，且根据工件形状及入水位置，适当在水中前后或左右或上下移动，以提高冷却速度，提高工件淬火硬度。