45钢的正火工艺过程

将钢加热到一定的温度,经一段时间的保温,然后以某种速度冷却下来,通过这样的工艺过程能使钢的性能发生改变。

1、碳钢的普通热处理工艺方法

1)钢的退火

钢的退火通常就是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上,保温一段时间,然后缓慢地随炉冷却。此时,奥氏体在高温区发生分解,从而得到比较接近平衡状态的组织。一般中碳钢(如40、45钢)经退火后消除了残余应力,组织稳定,硬度较低(HB180～220)有利于下一步进行切削加工。

2)钢的正火

钢的正火通常就是把钢加热到临界温度Ac3或Accm线以上,保温一段时间,然后进行空冷。由于冷却速度稍快,与退火组织相比,组织中的珠光体量相对较多,且片层较细密,故性能有所改善,细化了晶粒,改善了组织,消除了残余应力。对低碳钢来说,正火后提高硬度可改善切削加工性,提高零件表面光洁度;对于高碳钢,则正火可消除网状渗碳体,为下一步球化退火及淬火作好组织准备。

3)钢的淬火

钢的淬火通常就是把钢加热到临界温度Ac1或Ac3线以上,保温一段时间,然后放入各种不同的冷却介质中快速冷却(V冷＞V临),以获得具有高硬度、高耐磨性的马氏体组织。

4)钢的回火

钢的回火通常就是把淬火钢重新加热至Ac1线以下的一定温度,经过适当时间的保温后,冷却到室温的一种热处理工艺。由于钢经淬火后得到的马氏体组织硬而脆,并且工件内部存在很大的内应力,如果直接进行磨削加工则往往会出现龟裂,一些精密的零件在使用过程中将会引起尺寸变化从而失去精度,甚至开裂。因此,淬火钢必须进行回火处理。不同的回火工艺可以使钢获得各种不同的性能。2、碳钢普通热处理工艺

1)加热温度

碳钢普通热处理的加热温度,原则上按加热到临界温度Ac1或Ac3线以上30～50℃选定。但生产中,应根据工件实际情况作适当调整。热处理加热温度不能过高,否则会使工件的晶粒粗大、氧化、脱碳、变形、开裂等倾向增加。但加热温度过低,也达不到要求。

表2-1碳钢普通热处理的加热温度

方法加热温度(℃) 应用范围

退火 Ac3+(20~60) 亚共析钢完全退火

Ac1+(20~40) 过共析钢球化退火

正火 Ac3+(50~100) 亚共析钢

Accm+(30~50) 过共析钢

淬火 Ac3+(30~70) 亚共析钢

Ac1+(30~70) 过共析钢

回火低温回火 150~250 刃具、模具、量具、高硬度零件

中温回火 350~500 弹簧、中等硬度零件

高温回火 500~650 齿轮、轴、连杆等综合机械性能零件

表2-2 常用碳钢的临界点

钢号临界点(℃)

Ac1 Ac3 Accm

20钢 735 855 ——

45钢 724 780 ——

T8钢 730 ————

T12钢 730 —— 820

2)加热时间

热处理的加热时间(包括升温与保温时间)与钢的成分、原始组织、工件的尺寸与形状、使用的加热设备与装炉方式及热处理方法等许多因素有关。因此,要确切计算加热时间就是比较复杂的。在实验室中,热处理加热时间(包括加热、保温时间)通常按工件有效厚度,用下列经验公式计算加热时间:

T =αD

式中:T——加热时间(min);

α——加热系数(min/mm);

D——工件有效厚度(mm)。

当碳钢工件D≤50 mm,在800~960℃箱式电阻炉中加热时,α=1~1、2(min/mm)。回火的保温时间要保证工件热透并使组织充分转变。实验时组织转变时间可取0、5h。

3)冷却方法

(1)退火冷却方式:钢退火时,一般采用随炉冷却到600～550℃以下再出炉空冷。

(2)正火冷却方式:钢正火时,一般采用在空气中冷却。

(3)淬火冷却方式:钢淬火时,钢在过冷奥氏体最不稳定的范围内(650～550℃)的冷却速度应大于临界冷却速度,从而保证工件不转变为珠光体型组织;而在Ms点附近的冷却速度应尽可能低,从而降低淬火内应力,减少工件变形与开裂。因此,淬火时,除了要选用合适的淬火冷却介质外,还应改进淬火方法。对形状简单的工件,常采用简易的单液淬火法,如碳钢用水或盐水液作冷却介质,合金钢常用油作冷却介质。

(4)回火冷却方式:碳钢回火时,一般采用在空气中冷却。

一.退火的种类

1. 完全退火与等温退火

完全退火又称重结晶退火,一般简称为退火,这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢与合金钢的铸,锻件及热轧型材,有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理,或作为某些工件的预先热处理。

2. 球化退火

球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备。

3. 去应力退火

去应力退火又称低温退火(或高温回火),这种退火主要用来消除铸件,锻件,焊接件,热轧件,冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除,将会引起钢件在一定时间以后,或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。

二.淬火时,最常用的冷却介质就是盐水,水与油。盐水淬火的工件,容易得到高的硬度与光洁的表面,不容易产生淬不硬的软点,但却易使工件变形严重,甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。

三.钢回火的目的

1. 降低脆性,消除或减少内应力,钢件淬火后存在很大内应力与脆性,如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。

2. 获得工件所要求的机械性能,工件经淬火后硬度高而脆性大,为了满足各种工件的不同性能的要求,可以通过适当回火的配合来调整硬度,减小脆性,得到所需要的韧性,塑性。

3. 稳定工件尺寸

4. 对于退火难以软化的某些合金钢,在淬火(或正火)后常采用高温回火,使钢中碳化物适当聚集,将硬度降低,以利切削加工。

加热缺陷及控制

一、过热现象

我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大,使零件的机械性能下降。

1、一般过热:加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低,脆性转变温度升高,增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因就是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2、断口遗传:有过热组织的钢材,重新加热淬火后,虽能使奥氏体晶粒细化,但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多,一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面,而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出,受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

3、粗大组织的遗传:有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规的淬火温度,甚至再低一些,其奥氏体晶粒仍然就是粗大的,这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性,可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象