鋼熱處理
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-19
鋼熱處理的實例教程
隨著現代制造技術的發展，高速鋼刀具在切削加工中被廣泛使用，本文簡明扼要地介紹了正方形和矩形高速鋼車刀條的熱處理工藝，希望對給位金粉有幫助：
1．正方形高速鋼車刀條的熱處理工藝：
某正方形高速鋼車刀條的熱處理技術要求：淬火晶粒度為8.5～10級，硬度≥64HRC（對于高性能高速鋼，硬度≥66HRC）。
其熱處理工藝如下：
（1）預熱：中溫鹽溶爐，預熱溫度為850~870℃，預熱時間為加熱時間的兩倍。
（2）加熱：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al鋼制車刀的淬火溫度分別為1280~1300℃、1230~1240℃、1235~1245℃、1175~1185℃、1195~1205℃。其裝爐量與加熱時間見表1。
（3）冷卻：在配方（質量分數）為48%CaCl2＋31%BaCl2＋21%N aCl的鹽?。ㄒ韵戮喎Q為中性鹽溶）中冷卻，冷卻時間同高溫加熱時間。分級溫度為480~560℃。
（4）回火：550~560℃×Ih×3次，回火鹽溶介質是質量分數為100%的NaNO3（以下同）。
表1 正方形高速鋼車刀條的裝爐量與加熱時間
2．矩形高速鋼車刀條的熱處理工藝
某矩形高速鋼車刀的熱處理技術要求：淬火晶粒度為9~10級，硬度≥64HRC（對于高性能高速鋼，硬度≥66HRC）。
其熱處理工藝如下：
（1）預熱：中溫鹽浴爐，預熱溫度為850~870℃，預熱時間為加熱時間的兩倍。
展開 (2)預備熱處理
1)退火。熱擠壓模具中、小機鍛模的退火工藝主要在于正確地選擇退火溫度，保持充分的保溫時間，并以合適的冷卻速度冷卻。另外，為了確保良好的耐磨性，在淬火后需保留一定數量的碳化物，由于碳化物的形狀對鋼的韌性有很大影響，因此還應注意退火后的碳化物形狀。一般希望獲得圓而細小的碳化物。
2)高溫調質。為了使鍛后毛坯的力學性能(特別是斷裂韌度)得到改善，常常采用鍛后調質的方法進行毛坯的預處理。此種熱處理方法是將鍛后的模具毛坯加熱到高溫淬火，再經高溫回火。
經此處理，可使碳化物均勻分布，且形狀圓而細小，不僅改善了鋼的性能，而且還縮短了預處理周期。調質處理的淬火加熱溫度可根據不同的鋼種而定，如3Cr3Mo3 W2V鋼為120090，同常規淬火溫度相近。高溫回火溫度一般在700一750℃之間。
3)鍛后正火。對于鍛后出現明顯沿晶鏈狀碳化物的模坯，須正火予以消除后再進行球化退火。因為這種鏈狀碳化物直接退火是難以消除的。
4)淬、回火對于常用熱擠壓模具鋼及中、小機鍛模用鋼，選擇淬火溫度時，主要考慮的是奧氏體晶粒尺寸的大小和沖擊韌度的高低，其次還要考慮模具的工作條件、結構形狀、失效形式對性能的要求。
對于悴火保溫時間的選擇，主要考慮要能完成組織轉變，使碳及合金元素充分固溶，以保證獲得高的回火抗力及熱硬性。淬火保溫時間系數一般鹽浴爐取0.5一1 min/mm，尺寸愈小系數愈大。
熱擠壓模具鋼及中、小機鍛模用鋼屬于高合金鋼，淬透性較好，淬火冷卻可采用油冷，也可采用空冷。對要求變形小的模具還可采用等溫淬火或分級淬火。
回火工藝的正確與否，對模具的失效形式有很重要的作用。
展開 鋼的熱處理就是通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結構以獲得工件所要求性能的一種熱加工技術。鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉變規律為制定正確的熱處理工藝提了理論依據，為使鋼獲得限定的性能要求，其熱處理工藝參數的確定必須使具體工件滿足鋼的組織轉變規律性。
根據加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火和化學熱處理）及形變熱處理等。
退火
退火指金屬材料加熱至臨界點Ac1以上或以下溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退火，去應力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。
應用要點：1.適用于合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應狀態不合格的原材料；2.一般在毛坯狀態進行退火
（一）完全退火
完全退火是將鋼件或鋼材加熱至Ac3以上20～30℃，經完全奧氏體化后進行緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。它主要用于亞共析鋼（wc＝0.3～0.6％），其目的是細化晶粒、均勻組織、消除內應力、降低硬度和改善鋼的切削加工性。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態緩冷退火時，有網狀二次滲碳體析出，使鋼的強度、塑性和沖擊韌性顯著降低。完全退火需要的時間很長，尤其是過冷奧氏體比較穩定的合金鋼更是如此。如果將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低于Ar1溫度等溫，使奧氏體轉變為珠光體，再空冷至室溫，則可大大縮短退火時間，這種退火方法叫做等溫退火。
展開 鋼的表面化學熱處理將金屬工件放入含有某種活性原子的化學介質中，通過加熱使介質中的原子擴散滲入工件一定深度的表層，改變其化學成分和組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學熱處理。和表面淬火不同，化學熱處理后的工件表面不僅有組織的變化，而且也有化學成分的變化。可以說，鋼的化學熱處理即是改變鋼的表層化學成分和性能的一種熱處理工藝。
化
學熱處理后的鋼件表面可以獲得比表面淬火所具有的更高的硬度、耐磨性和疲勞強度；
心部在具有良好的塑性和韌性的同時，還可獲得較高的強度。
通過適當的化學熱處理還可使鋼件表層具有減摩、耐腐蝕等特殊性能。
滲層的組織類型有固溶體、化合物。
（一）化學熱處理種類
化學熱處理種類很多，根據滲入元素的不同，可分為滲碳、滲氮（氮化）、碳、氮共滲、多元共滲、滲硼、滲金屬（如鋁）等等。
化學熱處理方法：
氣體法：應用最廣
液體法：熔融液體，熱浸鋅
固體法：粉末、膏劑，滲硼
等離子法：低真空中輝光放電產生的離子轟擊表面
化學熱處理三個基本過程：
①介質的分解：形成活性原子；
②表面吸收和溶解：形成固溶體或化合物；
③原子擴散：形成一定的擴散層。
（二）鋼的滲碳
將低碳鋼件放入滲碳介質中，在900～950℃加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼件表面并獲得高碳滲層的工藝方法叫做滲碳。齒輪、凸輪、活塞、軸類等許多重要的機器零件經過滲碳及隨后的淬火并低溫回火后，可以獲
得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韌性。因此，滲碳可使同一材料制作的機器零件兼有高碳鋼
和低碳鋼的性能。從而使這些零件既能承受磨損和較高的表面接觸應力，同時又能承受彎曲應力及沖擊負荷的作用。
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2.制造選材與嚴控
選優質合金鋼，經熱處理獲良好性能。加工時，高精度設備保證齒輪、軸、箱體等關鍵尺寸與形位公差，如齒形誤差±0.005mm內，軸圓度誤差不超0.01mm，箱體孔徑公差±0.01mm內。
3.裝配清潔與精準
裝配前徹底清潔零件。精確控制裝配間隙，如行星輪與軸孔間隙0.005-0.015mm，嚙合間隙0.1-0.2mm。
軸承鋼產品經過特定熱處理工藝，硬度達到較高范圍，耐磨性更佳，有助于延長軸承在常規工況下的使用壽命。
運行平穩性承諾： 所有米思米經濟型軸承均通過軸承振動檢測，其振動等級符合國標Z1級或以上標準（軸承振動等級分為Z0至Z4，等級越高表示振動噪音越低）。堅持對每一套軸承進行全數（100%）振動噪音測試，區別于抽樣檢測，更能有效篩除不良品，確保交付產品的運行平穩性和低噪音水平一致性。
熱作模具鋼的最終熱處理一般采用淬火加高溫回火，使基體獲得回火屈氏體或回火索氏體組織，以保證鋼材具有較高的韌度。
★ （a-4）PCR模具鋼（0Cr16Ni4Cu3Nb）
PCR鋼是一種馬氏體沉淀硬化不銹鋼，因碳含量低，耐腐蝕性和焊接性都優于馬氏體型不銹鋼，而接近奧氏體不銹鋼。PCR鋼熱處理工藝簡單，經1050°C固溶處理后空冷可獲得單一的板條馬氏體組織，硬度為32~35HRC，具有良好的可加工性。
近年來，熱成形鋼在汽車白車身中的應用逐年增加，為進一步改善該鋼的強塑性，微合金化處理被廣泛應用于熱成形鋼中。
Nb元素對熱成形鋼的組織性能調控作用顯著，可以有效細化原始奧氏體晶粒，形成的納米第二相會釘扎位錯，同時提高材料的強度與塑性。
LIANGJ等研究了Nb微合金化對商用38MnB5鋼組織性能的影響，發現添加Nb后，尺寸為20~50 nm的(Nb,Ti)c均勻分布在基體上
圖9 更改后的上墊板零件
6 有限元分析計算
將更改后的零件進行有限元分析計算，材料依然選擇45鋼，熱處理硬度為42～47HRC，應力、應變模擬計算結果分別如圖10、圖11所示。
Lee等[5]研究了熱處理過程的力學性能變化，并使用ABAQUS軟件對HSLA鋼的熱處理過程進行了有限元仿真。Silva等[6]設計試驗測量了AISI 4140 C鋼的環形零件，研究了熱處理工藝對畸變的影響，并使用DEFORM-HT模塊的計算結果驗證了試驗結果。Lee等[7]對低碳鋼的淬火畸變做了大量研究，基于ABAQUS開發了相關UMAT和UMATHT子程序。
加氫反應器材料為加釩鋼時，熱處理溫度為 705 ℃±14 ℃[4]。材料為鉻鉬鋼時，熱處理溫度為 690 ℃±14 ℃。保溫過程中的溫差不能超過 28 ℃[4]?？梢?，加氫反應器在局部熱處理中對溫度均勻性的要求較高。溫度過高或過低都不利于獲得最佳的母材、焊縫的抗回火脆化性能和理想的綜合力學性能。
鈦合金的熱處理強化的基本原理，既與鋁合金相似，屬于淬火時效強化類型，又與鋼的熱處理相似，也有馬氏體相變。
TC4-DT 合金的力學性能主要由冶煉過程、鍛造過程和熱處理過程決定。通過不同的鍛造和熱處理工藝可以獲得不同顯微組織的TC4-DT 合金，以獲得最優的強度、塑性、斷裂韌性，以滿足不同的使用要求。
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鋼的熱處理工藝就是通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結構以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。
