材料学普通热处理工艺的选择特种热处理

20Cr的热处理工艺
4、表面化学热处理+普通热处理复合 • 气体渗碳 加热900~920℃，以0.15~0.2mm/h计保温时间 加热温度不超过
920℃，以避免晶粒长大渗碳后淬火与回火 一次淬火：加热860~890℃， 保温后水冷或油冷；二次淬火：加热780~820℃，保温后水冷或油冷 60~63HRC 心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度、硬度与耐磨 性 回火：加热170~190℃，保温2h，空冷 表：58~62HRC心：28~32HRC 渗碳+表面感应淬火+低温回火 渗碳：加热900~920℃，以0.15~0.2mm/h 计保温时间 加热温度不超过920℃，以避免晶粒长大 • 表面感应淬火：表面温芳840~860℃ 59~63HRC 表面温度不宜过高，以 防表面晶粒粗大 • 低温回火：加热170~190℃，保温2h，空冷 表面硬度58~62HRC 表面获 得回火马氏体组织 • 气体碳氮共渗 共渗温度840~860℃，出炉水冷或油冷 60~65HRC 心部保 持良好韧性的同时，表层获得高的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性 • 回火温度150~180℃，出炉空冷 表：58~62HRC心：28~32HRC • 固体渗硼 渗硼温度900℃，保温4h，油冷(渗硼剂： 85%SiC+10%B4C+5%KBF4)。渗层0.115~0.139mm 1689~1789HV0.1 表面形成高硬度的硼化物层而心部为淬火组织
35 42 31.5
请根据经验公式估算加热时间。
三、热处理工艺冷却方式选择 根据冷却曲线选择冷却方式
温度（ ） γ
AC3
温度（ ） γ
AC3
空冷 水冷
油冷 MS
45钢
水冷
油冷 空冷
MS
时间（t）
时间（t）
60Si2Mn
因此热处理工艺为：
材料
技术要求 淬火工艺
回火工艺
45钢
HB250-300 840℃×40min 水冷 高温回火580℃×40min 空冷
HRC57-61
HB250-300
HRC57-61
HRC55-60
60Si2Mn HRC42-48
HRC58-62
HRC42-48
五、热处理工艺所用设备 70年代热处理控制系统
箱式热处理炉
西南交通大学自制热处理控制系统
井式热处理炉
以上热处理工艺的应用举例（自行车）： 45钢淬火+低温回火工艺：用于各种轴类，如用于自行车中轴脚踏； 45钢淬火+高温回火工艺：用于各种机械结构件，如自行车中轴锁紧螺母； 60Si2Mn淬火+中温回火工艺：用于各种弹簧，如用于自行车坐下面的三根
热处理温度选择 –举例说明 现有材料及技术要求 请制定加热温度
材料
技术要求
45钢
HB250-300
重要的结构支承轴
45钢
HRC55-60
耐磨性好、强度高不
受冲击的轴
60Si2Mn 弹簧
HRC42-48
ຫໍສະໝຸດ Baidu
材料 45钢 60Si2Mn
Ac1 724 ℃ 755 ℃
Ac3 730 ℃ 810 ℃
Ar1 682 ℃ 700 ℃
Ar3 751 ℃ 770 ℃
材料 45钢 60Si2Mn
淬火加热温度
820-840 ℃ 840-860 ℃
回火加热温度 根据技术要求决定 根据技术要求决定
Ms 320 ℃ 305 ℃
热处理工艺的选择原则
二、热处理保温时间选择 • 根据加热计算的经验公式：
T KD
式中：T——为加热时间（min或s） ɑ——加热系数（min/mm或s/mm）空气
Ac3836℃线之上，细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光 体+少量铁素体组织
20Cr的热处理工艺
3、淬火+回火 • 淬火 加热860~880℃，保温，水冷或油冷 34~38HRC 淬火温度高，
淬透性低，变形较大，硬度低，耐磨性差 • 加热880℃，保温，200℃硝盐分级后油冷(200℃回火1h) 获得板条马
2、退火工艺 • 去应力退火 加热700~720℃，保温，空冷 ≤179HBS 消除残
余应力，消除加工硬化（粗加工后进行） • 完全退火 加热860~890℃，保温，炉冷 ≤179HBS 消除残余
应力，降低硬度 • 不完全退火 加热790℃，保温8h，690℃等温3h，出炉筒冷
获得粒状珠光体 • 正火 加热870~900℃，保温，空冷 ≤217HBS 加热温度在
电阻炉碳钢取0.9—1.1，合金钢取1.3—1.6 K——装炉条件修正系数，通常取1—1.5 D——工件有效厚度（mm）
根据样品尺寸及 加热环境制定保温时间
• 45钢1重要的轴：Φ25×200 • 45钢2耐磨轴： Φ30×150 • 60Si2Mn弹簧： Φ15×200 • 以上单位均为mm • 热处理炉：空气中电阻炉
氏体，变形小 • 加热880℃，保温，油冷。再加热820，200℃硝盐分级后油冷(200℃
回火1h) 获得板条马氏体，变形小 • 加热880℃，保温，油冷。再加热780℃，保温，400℃硝盐浴等温
5min后油冷(200℃回火1h) 获得板条马氏体，变形小。ób： 653.2MPa，δ5：26.9% • 加热920℃，保温，10%NaCl水冷(350℃回火1h) 37HRC • 获得回火屈氏体。ób：1200MPa，ós：1000Mpa，αk：64.1J/cm2， K1c：3335.7MPa • 回火 加热160~180℃，保温2h，空冷 32~36HRC 获得回火马氏体组 织 • 加热450~480℃，保温2h，空冷 ≤250HBS 获得回火屈氏体组织
弹簧。
热处理操作过程
工艺结束后： 试样出炉→试样搅拌冷却→去掉试样表面氧化皮→打试样淬火、回火后硬度
试样出炉
试样搅拌冷却
试样冷却后打磨氧 化脱碳层
20Cr的热处理工艺
• 热处理工艺 工艺参数 硬度要求 工艺特点 1、用途：塑胶模具钢、20Cr合金结构钢大多用于制造心部强
度要求较高，表面承受磨损、截面在30mm以下的或形状复 杂而负荷不大的渗碳零件(油淬)，制造用来冷作模具钢及五 金模具等。
45钢
HRC55-60 840℃×45min 水冷 低温回火160℃×60min 空冷
60Si2Mn HRC42-48 840℃×35min 油冷 中温回火460℃×40min 油冷
热处理工序过程中应达到的硬度值：
材料
45钢 45钢
技术要求 HB250-300 HRC55-60
淬火工艺后硬度 回火工艺后硬度
普通热处理工艺的选择与 特种热处理
热处理工艺选择的原则
热处理工艺参数选择 热处理工艺曲线：三个主要工艺参数，加热温度、保温时 间、冷却方式
℃
加热温度及保温时间
冷却
升温
时间
热处理工艺的选择原则
一、加热温度的确定
亚共析钢: Ac3+(20~40 ℃) 共析钢: Ac1+(20~40 ℃) 过共析钢: Accm+(20~40 ℃)