材料学-第六讲 普通热处理工艺的选择特种热处理

42CrMo
• 力学性能 • 抗拉强度 σb (MPa)：≥1080(110) • 屈服强度 σs (MPa)：≥930(95) • 伸长率 δ5 (％)：≥12 • 断面收缩率 ψ (％)：≥45 [1] • 冲击功 Akv (J)：≥63 • 冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥78(8) • 硬度 ：≤217HB • 试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm
淬火工艺 840℃×40min 水冷 840℃×45min 水冷 840℃×35min 油冷
回火工艺 高温回火580℃×40min 空冷 低温回火160℃×60min 空冷 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 HRC42-48
Ac3
730 ℃ 810 ℃ 淬火加热温度 820-840 ℃ 840-860 ℃
Ar1
682 ℃ 700 ℃
Ar3
751 ℃ 770 ℃
Ms
320 ℃ 305 ℃
回火加热温度 根据技术要求决定 根据技术要求决定
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 K D
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（ ） 温度（ ）
γ
γ
AC3
AC3
空冷 水冷 油冷
水冷 油冷 空冷
MS
时间（t）
MS
时间（t）
45钢
60Si2Mn
因此热处理工艺为： 材料
45钢 45钢 60Si2Mn
技术要求 HB250-300 HRC55-60 HRC42-48
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。 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 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
42CrMo
• 42CrMo • 其对应国际标准组织牌号:42CrMo4 • 对应日本牌号：SCM440 • 对应德国牌号：42CrMo4 • 近似对应美国牌号：4140 • 特性及适用范围： 强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有 高的蠕变强度和持久强度。用于制造要求较35CrMo钢强 度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵引用的大齿轮、 增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也 可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具，并且 可以用于折弯机的模具等。
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
42CrMo
• 要想使42CrMo4在零下20度冲击值达到25J， 应该用怎样的调质工艺 正火： 870℃±14℃，空冷至21℃； 淬火：强化温度为815℃-857℃，水冷或油 冷； 回火：650℃-677℃， 材料空冷至21℃。
60Si2Mn
• 60Si2Mn弹簧钢 美国标准：A29M：2005 国际标准：ISO 683-14：2004 欧洲标准：EN 10089：2002 • 60Si2Mn热处理方法: 有等温回火和分级淬火、亚温淬火及高温回火、形变 热处理的工艺方法。使用该方法能有效地提高60Si2Mn弹 簧钢的强韧性和使用寿命。 60Si2Mn属于弹簧钢,适宜制作汽车钢板弹簧。 60Si2Mn弹簧钢热处理有等温回火和分级淬火、亚温 淬火及高温回火、形变热处理的工艺方法。使用该方法能 有效地提高60Si2Mn弹簧钢的强韧性和使用寿命。
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
时间源自文库
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 ℃) 过共析钢: Accm+(20~40 ℃) 共析钢: Ac1+(20~40 ℃)
42CrMo
• 化学成份 • 碳 C ：0.38～0.45 ; 硅 Si：0.17～0.37 • 锰 Mn：0.50～0.80 ; 硫 S ：允许残余含量≤0.035 • 磷 P ：允许残余含量≤0.035 ; 铬 Cr：0.90～1.20 • 镍 Ni：允许残余含量≤0.030 ;铜 Cu：允许残余含量 ≤0.030 • 钼 Mo：0.15～0.25 • 42CrMo许用应力186～310/MPa，屈服点 930σs/MPa，42CrMo强度、淬透性高，韧性好，淬火时 变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。42CrMo用 于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件
42CrMo
• 42CrMo热处理 • 退火annealing 760±10℃退火，炉冷至400℃空冷。 HB220230 • 正火normalize No.4 860±10℃正火，出炉空冷。 调质quenching+tempering No.5 840±10℃淬水或油（视产品型状复杂程 度），630-680度回火。 调质quenching+tempering 840±10℃淬油，再470度回火处理。 HRC41-45 调质quenching+tempering 840±10℃淬油，再480度回火处理。 HRC35-45 调质quenching+tempering 850℃淬油，再510度回火处理。 HRC38-42 调质quenching+tempering 850℃淬油，再500度回火处理。 HRC40-43 调质quenching+tempering 850℃淬油，再510℃回火处理。 HRC36-42 调质quenching+tempering 850℃淬油，再560℃回火处理。 HRC32-36 调质quenching+tempering 860℃淬油，再390度回火处理。 HRC48-52
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
45钢 重要的结构支承轴 45钢
技术要求 HB250-300 HRC55-60
耐磨性好、强度高不 受冲击的轴
60Si2Mn 弹簧 材料 45钢 60Si2Mn
HRC42-48
Ac1
724 ℃ 755 ℃ 材料 45钢 60Si2Mn
35CrMo
• 力学性能 • 抗拉强度 σb (MPa)：≥985(100) • 屈服强度 σs (MPa)：≥835(85) • 伸长率 δ5 (％)：≥12 • 断面收缩率 ψ (％)：≥45 • 冲击功 Akv (J)：≥63 • 冲击韧性值 αkv (J/cm2)：≥78(8) • 硬度 ：≤229HB • 试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm 热处理规范及金相 组织 •
式中：T——为加热时间（min或s） ɑ——加热系数（min/mm或s/mm）空气 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
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 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
淬火工艺后硬度 HRC57-61 HRC57-61 HRC58-62
回火工艺后硬度 HB250-300 HRC55-60 HRC42-48
60Si2Mn
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 弹簧。
35CrMo
• 35CrMo合金结构钢,有很高的静力强度、冲击韧性及较高 的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下有高的蠕变强度与 持久强度，长期工作温度可达 500℃；冷变形时塑性中等， 焊接性差。 • 用途 用作在高负荷下工作的重要结构件，如车辆和发动机的 传动件；汽轮发电机的转子、主轴、重载荷的传动轴，大 断面零件 • 化学成份 碳 C ：0.32～0.40 ；硅 Si：0.17～0.37 ；锰 Mn： 0.40～0.70 硫 S ：允许残余含量≤0.035 ；磷 P ：允许残余含量 ≤0.035 铬 Cr：0.80～1.10 ；镍 Ni：允许残余含量≤0.030 铜 Cu：允许残余含量≤0.030 ；钼 Mo：0.15～0.25
35CrMo
• 热处理规范：淬火850℃,油冷;回火550℃,水冷、油冷。 • 热处理与力学性能: • 钢号: 35CrMo • 试样毛坯尺寸/mm: 25 • 热处理|淬火|加热温度/℃|第一次淬火: 850 • 热处理|淬火|加热温度/℃|第二次淬火: — • 热处理|淬火|冷却剂: 油 • 热处理|回火|加热温度/℃: 550 • 热处理|回火|冷却剂: 水、油 • 力学性能|抗拉强度σb/MPa|≥: 980 • 力学性能|屈服点σs/MPa|≥: 835 • 力学性能|伸长率δ5(％)|≥: 12[1] • 力学性能|面缩率ψ(％)|≥: 45 • 力学性能|冲击吸收功AKV/J|≥: 63 • 交货状态硬度HBS|≥: 229 • ●交货状态：以热处理（正火、退火或高温回火）或不热处理状 态交货，交货状态应在合同中注明。