《金屬熱處理缺陷分析及案例》完整版.ppt

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金屬熱處理缺陷 分析及案例,兵裝集團2010年大規(guī)模專業(yè)培訓,授課內(nèi)容：,第一部分： 常見熱處理缺陷的特征、產(chǎn)生原因、危害性和預防措施。 第二部分： 熱處理質(zhì)量全面控制體系。 第三部分： 典型熱處理缺陷案例分析。 第四部分： 總結(jié)復習,第一部分 熱處理缺陷特征、原因及防止措施,第一章、熱處理缺陷概述：,（一）、含義： 指在熱處理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的使零件失去使用價值或不符合技術(shù)條件要求的各種不足，以及使熱處理以后的后序工序工藝性能變壞或降低使用性能的熱處理隱患。,（二）、分類：,1、按缺陷的性質(zhì)分類： 有裂紋、變形、殘余應力、組織不合格、性能不合格、脆性及其他（如表1－1所示）。,2、按照危害程度分類：,（1）、第一類熱處理缺陷：最危險缺陷如裂紋，其中最主要是淬火裂紋，其次加熱裂紋、延遲裂紋、冷處理裂紋、回火裂紋、時效裂紋、磨削裂紋和電鍍裂紋等。,（2）、第二類熱處理缺陷：,熱處理中最常見的缺陷是變形，其中淬火變形占多數(shù)。產(chǎn)生原因是：相變和熱應力。 (3)、第三類熱處理缺陷： 發(fā)生頻率和嚴重性較低，如殘余應力、組織不合格、性能不合格、脆性及其它缺陷。,3、熱處理缺陷產(chǎn)生原因：,概括為：熱處理前、熱處理中和熱處理后。 熱處理前：設(shè)計不良、原材料或毛坯缺陷。 熱處理中：工藝不當、操作不當、設(shè)備和環(huán)境條件不合適。 熱處理后：磨削裂紋、磨削燒傷、磨削淬火、電火花加工裂紋、電鍍或酸洗脆性；應力集中過大裂紋、溫度過高裂紋或變形等。,(二)、熱處理缺陷分析方法：,1、熱處理缺陷的影響：直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、使用性能和安全，所以準確分析和判斷十分重要。 2、分析方法：斷口分析(裂源位置、擴展方向、斷裂性質(zhì)和方式)、化學分析(材料成分、沉積物、氧化物)、金相分析(晶粒、組織、晶界)、力學性能試驗(硬度、拉伸、沖出、疲勞斷裂韌度)、驗證試驗(原工藝和改進工藝對比)、綜合分析(得出缺陷產(chǎn)生的幾種主要原因，提出改進措施)。,第二章、熱處理裂紋：,(一)、產(chǎn)生原因：內(nèi)應力作用下發(fā)生，最終斷裂。條件是內(nèi)應力＞脆斷強度。 (二)、斷裂類別： 1、裂紋按擴展程度：（失穩(wěn)）可發(fā)展裂紋、阻斷裂紋（不斷裂）。 2、斷裂：脆性斷裂和韌性斷裂。多數(shù)為脆性斷裂（斷口灰亮色）,（三）、加熱不當形成的裂紋：,升溫速度過快（多出現(xiàn)于灰鑄鐵、合金鑄鐵、高錳鋼、高合金鋼鑄件）、表面增碳或脫碳[合金鋼、低碳馬氏體鋼20SiMn2MoV，高錳鋼(Mn13)]、過熱或過燒（高速鋼、不銹鋼）、氫致裂紋（條件：足夠氫、對氫敏感的金相組織和三向應力。措施：脫氫、低溫回火、自然時效、低氫淬火）,（四）、淬火裂紋：,1、淬火目的：強化鋼件，獲得M。 2、類別：縱向裂紋、橫向裂紋、網(wǎng)狀裂紋和剝離裂紋，最常見的是縱向裂紋（軸向裂紋）且常出現(xiàn)于完全淬透的工件上。 3、縱向裂紋的原因： 碳量增加、材質(zhì)（夾雜物、碳化物）、尺寸、形狀（管件內(nèi)壁）和淬火加熱溫度高。,4、淬火裂紋原因：,A、冶金因素： （1）材料質(zhì)量：冶金缺陷擴展成淬火裂紋。 （2）、化學成分：①、碳量超高，傾向越大。②、合金元素：雙向作用。 （3）、原始組織：粗大組織或魏氏組織傾向大。球狀組織傾向小。,B、零件尺寸和結(jié)構(gòu)：,（1）、截面尺寸過大或過小不易淬裂。 （2）、截面突變處：淬裂傾向大。,C、工藝因素：,（1）、加熱：加熱溫度升高，淬裂傾向大；保溫時間長，傾向大；加熱爐（選用真空或電爐）。 （2）、冷卻：Ms點以上冷卻時不易淬裂，在Ms點以下時易淬裂（但若緩慢冷卻，也不易淬裂）。 防止淬裂措施：M等溫淬火、分級淬火、水-油淬火、水－空氣雙液淬火。,5、預防淬火裂紋的方法,A、正確設(shè)計產(chǎn)品。 （1）、技術(shù)性和經(jīng)濟性。 （2）、結(jié)構(gòu)設(shè)計： ①、截面尺寸均勻； ②、圓角過渡； ③、形狀：球形冷卻快于板料。 （3）、熱處理條件,B、合理安排工藝路線,（1）、形狀復雜精度高的零件，粗精加工之間的淬火前應安排去應力退火。 （2）、大截面零件（直徑或厚度＞50）的高碳鋼：淬火前正火。小截面高碳鋼件淬火前應球化退火。 （3）、淬火前應消除亞共析鋼的魏氏組織。 （4）、高鉻鋼、軸承鋼和高速鋼：避免偏析，嚴重時應降低淬火溫度。,C、加熱參數(shù)合理：,（1）、介質(zhì)：真空、保護氣氛、電阻、鹽浴、火焰爐淬裂傾向逐漸增大。 （2）、加熱速度：對碳素鋼、低合金鋼和中合金鋼可較快速度加熱；對高碳高合金鋼要合適；對大、復雜的高錳鋼、不銹鋼、高速鋼和高碳合金鋼采用限制加熱速度或預熱法。,（3）、淬火加熱溫度：一般合金鋼為Ac1或Ac3+(30-50) ℃，亞共析鋼為Ac3+(30-50) ℃，過共析鋼為Ac1+(30-50) ℃。（亞溫或高溫） 加熱時間按：t=a*d（加熱系數(shù)＊有效厚度）計算 （4）、保溫時間：經(jīng)驗公式為 t=α＊K＊D（有效厚度） 對于高合金鋼等加熱保溫時間要延長。,D、淬火方法合適： 應選擇增加熱應力、減少相變應力的淬火方式。 （1）、預冷淬火（降溫淬火或延遲淬火）。 （2）、多介質(zhì)淬火： ①、雙介質(zhì)淬火：先強冷后弱冷，如水－油、水－空、鹽水－油、油－空氣、堿－空氣。 ②、三介質(zhì)淬火：適用于形狀復雜、變形要求嚴格的零件如碳素鋼零件。,（3）、分級淬火：快冷至Ms點上保溫后空冷。如截面大、易變形開裂的高碳、高速鋼等，應采用2次或3次的逐級分級淬火。 （4）、馬氏體等溫淬火：冷卻至Ms點下50－100度等溫保持。一般用油淬。 （5）、薄殼淬火：即表層淬火。 （6）、間斷淬火：水－空－水－空－水冷至室溫。此外還有淺冷淬火和局部淬火。,E、淬火介質(zhì)合適：,水：簡單碳鋼件或低淬透性零件。 鹽水：冷速比水快，但開裂傾向小于水。 堿水：與油相似，用于淬透性較差的碳鋼件，變形小、開裂小。 油：有普通、快速、等溫油。 聚合物溶液：有聚乙烯醇（PVA）和聚二醇（PAG）。,F、其它措施： 及時回火。局部包扎。 （六）、其它熱處理裂紋： 回火裂紋：多出現(xiàn)于高速鋼或高合金工具鋼。 冷處理裂紋：高速鋼刀具、工模具冷至－80度以下的淬火處理時易出現(xiàn)裂紋。 時效裂紋：高溫合金多。 磨削裂紋：出現(xiàn)于淬硬工具鋼或經(jīng)滲碳、碳氮共滲并淬火的零件。 電鍍裂紋：由于內(nèi)應力引起應力腐蝕裂紋。,第三章 熱處理變形,一、產(chǎn)生原因：熱處理應力引起。 二、對質(zhì)量影響最大：淬火變形。 三、類別：尺寸變化和形狀畸變。 四、影響因素： 1、成分(Mn、Cr、Si、Ni、Mo、B等降低Ms點，減小淬火變形)。 工業(yè)上應用：微變形鋼（含較多的Si、W、V等合金元素）。,2、組織和應力狀態(tài)：,（1）、粒狀組織變形小，片狀較大，條狀變形最大。組織愈均勻，變形越小。 （2）、應力集中越嚴重，則變形傾向越大。 （3）、形狀愈不對稱，或冷卻的不均勻性愈大，淬火后變形也愈明顯。 （4）、工藝參數(shù)：不均勻加熱，加熱溫度（組織應力小、熱應力大），冷卻速度（越快→內(nèi)應力越大→變形越大）。,（5）、時效與冷處理：,冷處理目的：保持精度和尺寸穩(wěn)定。 冷處理使體積膨脹； 低溫回火和時效一方面使體積縮小，另一方面引起形狀畸變。,3、化學熱處理：,（1）、高溫處理如滲碳，工件變形較大； （2）、低溫處理如滲氮,工件變形較小。,五、熱處理變形的矯正：,（一）、機械矯正法：冷壓校正、熱壓校正、加壓回火校正、錘擊校正。 （二）、熱處理校正： 1、在Ac1溫度以下加熱急冷：對脹大變形的工件進行收縮處理； 2、淬火脹大法：對收縮變形的工件進行脹大處理。,第四章 殘余應力,一、概述： 由于溫度差和相變引起的工件內(nèi)部殘余應力。 形成原因：溫度差、體積變化 種類：熱應力和組織應力,二、熱處理內(nèi)應力：,（一）、熱應力： 1、加熱：表層為壓應力、心部為拉應力。 2、冷卻：表層為拉應力，心部為壓應力。 3、殘余熱應力：表層為壓應力、心部為拉應力。,（二）、組織應力（相變應力）：,表層為拉應力，心部為壓應力。 （三）、殘余應力分布及影響因素： 取決于成分、淬透性、工件形狀、尺寸和熱處理工藝等。,規(guī) 律：,1、尺寸及形狀：尺寸增大，向熱應力轉(zhuǎn)化；形狀復雜或尺寸突變時在尺寸突變部位殘余應力增大。 2、淬透時：冷卻越快，熱應力越大； 3、未淬透時：由組織應力和熱應力綜合作用。,（四）、表面淬火件的殘余應力： 表層為壓應力，心部為拉應力。 （五）、化學熱處理引起的殘余應力： 經(jīng)滲碳、碳氮共滲的零件，表層產(chǎn)生很大的壓應力、心部產(chǎn)生很大的拉應力。,三、殘余應力對力學性能的影響：,1、殘余拉應力導致硬度降低，壓應力則提高硬度值。 2、殘余應力增大，磨損增大。 3、疲勞失效： （1）、失效過程：裂紋萌生→裂紋擴展。 （2）、殘余壓應力提高工件的疲勞強度。 4、殘余拉應力增大了應力腐蝕開裂的敏感性。,四、殘余應力的調(diào)整與消除：,有熱處理法（部分或全部，但引起組織變化）和機械作用法（部分消除）。 1、去應力退火： 對鑄件、鍛件、焊接件和機加件退火。 加熱至Ac1以下50－200℃，保溫后空冷或爐冷至200－300 ℃后再空冷。 2、回火：回火對應力的消除與回火溫度的高低有關(guān)系，溫度超高→應力消除越徹底，但硬度降低也越厲害。,第五章 組織不合格,一、氧化與脫碳： 1、氧化： 使表面粗糙度增加、精度降低，使鋼件強度降低。往往也是淬火軟點和淬火開裂的根源。 2、脫碳： 即表面碳量降低。導致鋼淬火硬度、耐磨性及疲勞強度降低，對高速鋼舍去降低熱硬性。,3、防止和減輕氧化脫碳的措施：,主要采用保護氣氛爐或真空爐、鹽浴爐加熱，或采用感應加熱、激光加熱等。,二、過熱與過燒：,（一）、區(qū)別: 過熱：溫度高導致晶粒粗大，性能降低。 過燒：溫度高導致晶界氧化并部分熔化。 （二）、過熱： 特點是晶粒粗大、淬火馬氏體粗大、有魏氏組織、網(wǎng)狀碳化物、石墨化共晶組織等。預防措施如表5－9所示。,（三）、過燒：,過燒使零件性能嚴重惡化，易產(chǎn)生熱處理裂紋，因而過燒是不允許的熱處理缺陷。,三、低、中碳鋼預備熱處理球化體級別不合格：,補救措施： 1、等溫球化退火； 2、緩冷球化退火； 3、再結(jié)晶球化退火。,四、感應加熱淬火組織缺陷：,1、常見缺陷:過熱和加熱不足。 2、措施： 合理選擇電流頻率、優(yōu)選比功率和加熱時間、調(diào)整感應器與工件的間隙。,五、滲碳組織缺陷：,主要形式： （1）表層碳化物過多、大塊或網(wǎng)狀分布； （2）殘留A過多； （3）馬氏體粗大； （4）內(nèi)氧化； （5）黑色組織。,六、滲氮組織缺陷：,主要表現(xiàn)： 1、滲前原始F過多、回火S組織粗大； 2、化合物層疏松； 3、針狀組織； 4、網(wǎng)狀和脈狀氮化物；,第六章 力學性能不合格,原因：選材不當、固有缺陷、熱處理工藝參數(shù)不合理、加熱及冷卻方式不當、熱處理工藝執(zhí)行不嚴等。 一、硬度缺陷： 1、表現(xiàn)：硬度不足、軟點、高頻感應加熱淬火和滲碳工件的硬化層不足。 2、原因：淬火加熱不足、冷卻速度不夠、表面脫碳、淬透性不夠、殘留A過多、回火不足等。,二、拉伸性能和疲勞強度不合格：,三、耐腐蝕性能不足： 1、常用材料：馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、F－A不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。 2、耐蝕性降低原因：貧鉻理論（即回火溫度不當，使碳化鉻Cr23C6沿晶界析出）,3、奧氏體不銹鋼的熱處理：,（1）、固溶處理：使含鉻的碳化物充分溶入A中，快冷抑制碳化物析出，形成單一A，保證良好的耐蝕性。 （2）、穩(wěn)定化退火處理：850－930的退火，使A中成分均勻，消除晶界貧鉻區(qū)，使鋼中C固定于TiC或NbC中。 （3）、低溫退火去機加應力：300－350度、,4、熱處理對晶間腐蝕和點蝕影響：,（1）、A型不銹鋼在400－850度、F型不銹鋼從高于900度冷卻時易析出碳化鉻，導致晶界腐蝕。 （2）、A型不銹鋼在800度X2小時的敏化處理后易點蝕。,5、熱處理對應力腐蝕開裂的影響：,（1）金屬應力腐蝕開裂的原因是：冶金、力學和環(huán)境三方面影響。 （2）、拉應力是應力腐蝕開裂的必要條件。 （3）、對A型不銹鋼進行650度敏化處理，其應力腐蝕開裂傾向大。,6、高溫合金熱處理性能：,（1）、工作溫度高的合金如鎳基、鐵基和鈷基高溫合金（少用）。 （2）、強化手段：固溶強化、第二相強化、晶界強化、綜合強化等。 （3）、高溫合金的熱處理手段：固溶處理和時效。常采用中溫固溶處理。 7、非鐵金屬（有色金屬）常用的熱處理：均勻化退火、再結(jié)晶退火、去應力退火、固溶處理和時效處理。,第七章 脆性,一、概述： 金屬材料斷裂形式：塑性斷裂和脆性斷裂。 特點：斷裂前發(fā)生明顯塑性變形為塑斷；斷裂前不發(fā)生或少量塑性變形的為脆斷。 二、脆性斷裂原因：熱處理不當、顯微組織不良等。 三、與熱處理有關(guān)的脆性斷裂：回火脆性、低溫脆性、氫致脆性、σ脆性和電鍍脆性。,二、回火脆性：,回火發(fā)生兩種脆性： 1、第一類回火脆性：淬火馬氏體在200－400度區(qū)間的回火脆性，在碳鋼和合金鋼中都會出現(xiàn)，也叫低溫回火脆性（不可逆回火脆性、回火馬氏體脆性）。 2、第二類回火脆性：在某些合金鋼中，在高于600度回火，在450－550度間緩冷；或直接在450－550間回火發(fā)生的脆性，可采取重新加熱至600度以上，隨后快冷予以消除。此即為第二類回火脆性（可逆回火脆性、高溫回火脆性或回火脆性）。,3、第一類回火脆性的抑制和防止：,（1）、合理選材：低雜質(zhì)含量鋼種。 （2）、熱處理，如形變熱處理、亞臨界淬火、循環(huán)熱處理等，細化晶粒。,4、第二類回火脆性的抑制和防止：,（1）、提高鋼水純凈度，盡是減少鋼中P、Sb、Sn、As等雜質(zhì)元素含量； （2）、鋼中添加Mo或W，延緩P等雜質(zhì)元素向晶界聚集。 （3）、高溫回火后快冷。 （4）、兩相區(qū)淬火。 （5）、細化奧氏體晶粒。 （6）、采用高溫形變熱處理。 （7）、選用含鉬的滲氮鋼。,5、低溫脆性：,（1）、低溫脆性斷裂形式：穿晶脆斷和沿晶的晶間脆斷。 （2）、穿晶表現(xiàn)：解理斷裂。 （3）、晶間脆斷：通常發(fā)生在應力腐蝕或回火脆性下。,6、氫脆性：,（1）、含義：金屬中由于含氫或在含氫的環(huán)境中工作，其塑性和韌度下降的現(xiàn)象。 （2）、氫脆原因：氫的存在、三向應力和對氫敏感的金相組織如σ相。,第 二 部 分 熱處理缺陷預防與 全面質(zhì)量控制,一、概念：,熱處理全面質(zhì)量控制：對熱處理零件在整個熱處理過程中，對一切影響熱處理的因素實施全面控制。 實行熱處理全面質(zhì)量控制，要改變最終檢驗的觀念和制度，應實行預防為主、預防與檢驗相結(jié)合的質(zhì)量保證模式，把質(zhì)量保證的重點轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)過程質(zhì)量控制上，把熱處理缺陷消滅在質(zhì)量形成過程中，避免造成更大浪費，以籃球提高熱處理質(zhì)量，確保產(chǎn)品使用安全可靠和壽命。,二、全面質(zhì)量控制的各環(huán)節(jié)：,（一）、基礎(chǔ)條件控制：環(huán)境條件、設(shè)備與儀表控制、人員素質(zhì)控制、質(zhì)量管理體系等。 熱處理質(zhì)量保證體系內(nèi)容： （1）要明確與熱處理工藝有關(guān)的各部門、各單位的職責分工； （2）要有保證實現(xiàn)熱處理質(zhì)量目標的各類標準（如技術(shù)標準、管理制度、質(zhì)量責任制、崗位責任制及經(jīng)濟責任制等）； （3）要有完善質(zhì)量記錄和信息反饋系統(tǒng)，建立熱處理質(zhì)量檔案； （4）、要有對體系的素質(zhì)和效能的評價，通過對活動評價，檢查各個環(huán)節(jié)的預期效果，監(jiān)督檢查質(zhì)量保證體系本身效率。 （5）要有一個保證熱處理質(zhì)量體系的業(yè)務流程。 （6）、建立必要的會議制度，開展有關(guān)培訓、宣傳和咨詢活動。 （7）、要有熱處理質(zhì)量保證體系圖。,（二）熱處理前質(zhì)量控制：,包括設(shè)計質(zhì)量控制、原材料和工藝材料控制、熱處理前道工序控制等。,（三）、熱處理中質(zhì)量控制：,關(guān)鍵是控制加熱質(zhì)量和冷卻質(zhì)量。通過正確制定工藝、合理選擇設(shè)備、準確操作及嚴格檢驗進行控制，并對進入熱處理車間的待處理件的核查等。,（四）、熱處理后質(zhì)量控制：,主要是熱處理后的質(zhì)量控制、完善質(zhì)量服務工作和重視技安環(huán)保工作等。,第 三 部 分 典型熱處理缺陷分析,案例分析,例1.根據(jù)以下內(nèi)容分析裂紋原因，并提出改進措施。 某產(chǎn)品用棒材，材料為 PCrNi3MoVE，在過程熱處理（淬火加高溫回火）后發(fā)現(xiàn)裂紋。理化試驗結(jié)果為：棒材的化學成分無異常；基體硬度符合資料要求?；w非金屬夾雜物級別A1，B1，C1，D1；裂紋兩側(cè)有氧化皮覆蓋，且裂紋附近基體上有點狀氧化物。裂紋兩側(cè)有明顯的脫碳層，基體金相組織為回火索氏體 。 （1）、結(jié)果與分析： 上述試驗結(jié)果表明棒材的用料和材質(zhì)無異常。 從圖1可以看出裂紋沿縱向擴展，由于裂紋兩側(cè)有明顯的氧化物和脫碳層，且裂紋的尾部不尖銳，說明裂紋部位經(jīng)歷過很高的溫度，結(jié)合該棒材所經(jīng)歷的加工流程分析，認為該裂紋在熱處理之前已形成，在隨后的淬火、回火過程中有一定的擴展。也就是說棒材表面的縱向裂紋是由原材料的鍛造缺陷引起的。 （2）、預防措施： ①、在熱處理之前可以通過無損檢測篩選具有冶金缺陷的原材料。 ②、鋼材改鍛時嚴格按鍛造工藝執(zhí)行，避免產(chǎn)生折疊等鍛造缺陷。,例2、根據(jù)以下內(nèi)容分析滲碳件裂紋原因，并提出改進措施。 某滲碳件外徑800mm ,壁厚25mm ,寬220mm ,材料為18Cr2Ni4A 鋼。生產(chǎn)工藝:鍛造—機加工—滲碳—空冷—淬火—低溫回火—粗磨。在粗磨兩側(cè)平面后,兩側(cè)出現(xiàn)裂紋,見圖1。滲碳溫度930℃,保溫時間約20h ;二次淬火溫度約820℃。要求滲碳層深度3.5-5.0mm。 該材料成分分析見下表： 表 化學成分w ( %) C Si Mn P S Cr Ni Mo V 0.22 0.28 0.35 0.02 0.025 1.48 3.5 0.019 0.011 金相檢查，非金屬夾雜物級別:A1、B1、C1、D1，且分布與裂紋走向不一致。測定其滲碳深度約為4.2mm，淬火組織為正常的馬氏體組織；裂紋深度2mm左右,裂紋兩側(cè)明顯脫碳。,（1）、結(jié)果與分析： ①、化學成分符合18Cr2Ni4A 鋼規(guī)定；基體非金屬夾雜物無異常；滲碳層深度、淬火組織均符合要求。 ②、由于滲碳溫度（930℃）偏高，且保溫時間長，導致表層碳濃度偏高，使得碳化物呈大塊狀、半網(wǎng)狀分布。從而使得表層奧氏體中合金元素的含量降低，在滲碳空冷過程中隨著溫度下降，表層奧氏體率先轉(zhuǎn)變成一層托氏體加碳化物的硬殼，脆性較大；隨著溫度的繼續(xù)下降，當達到次表層的MS點時，次表層開始發(fā)生馬氏體相變，體積增加，由于表層束縛，因此次表層受壓應力作用，而表層受拉應力作用，表層在此過程中極易產(chǎn)生微觀裂紋，從而導致零件開裂。 ③、金相分析發(fā)現(xiàn)裂紋深度在滲碳層范圍之內(nèi)，裂紋開口端較小，尾端尖細，呈穿晶擴展，具有應力裂紋的特點。裂紋頭部和中段有脫碳、局部可見氧化物，而尾部有明顯的脫碳。表明裂紋為較高應力作用下開裂，并經(jīng)歷高溫，導致裂紋兩側(cè)產(chǎn)生脫碳及氧化物。 ④、綜上所述，并結(jié)合零件的工藝過程，認為主要是由于零件在滲碳過程中表層形成了較多粗大的半網(wǎng)狀碳化物，脆性較大，空冷過程中在組織應力的作用下產(chǎn)生裂紋，在隨后的二次淬火中導致裂紋兩側(cè)產(chǎn)生脫碳及氧化物。 （2）、改進措施：滲碳溫度910±10℃,保溫時間約20h，隨爐緩冷至650℃以下空冷，然后再進行二次淬火。,第四部分 總結(jié)與復習,一、基本知識點： 1、熱處理缺陷直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、使用性能和安全。 2、熱處理缺陷中最危險的是：裂紋。有：淬火裂紋、延遲裂紋、冷處理裂紋、回火裂紋、時效裂紋、磨削裂紋和電鍍裂紋。其中生產(chǎn)中最常見的裂紋是縱向裂紋。 3、熱處理缺陷中最常見的是：熱處理變形，它有尺寸變化和形狀畸變。 4、淬火獲得馬氏體組織，以保證硬度和耐磨性。淬火后應進行回火，以消除殘余應力，如W6Mo5Cr4V2應進行一次回火。,5、亞共析鋼淬火加熱溫度：AC3＋（30－50）度；過共析鋼淬火：AC1＋（30－50）度 。 6、高速鋼應采用調(diào)質(zhì)處理即淬火+高溫回火。 7、回火工藝若控制不當則會產(chǎn)生回火裂紋。 8、熱處理過熱組織可通過多次正火或退火消除，嚴重過熱組織則應采用高溫形變和退火聯(lián)合作用才能消除。 9、滲氮零件基體組織為回火索氏體。其原始組織中若有大塊F或表面嚴重脫碳，則易出現(xiàn)針狀組織。,10、有色金屬最有效的強化手段是固溶處理和固溶處理＋時效處理。 11、疲勞破壞有疲勞源區(qū)、裂紋疲勞擴展和瞬時斷裂三個階段。 12、高速鋼的過熱組織為：共晶萊氏體，也有可能晶界會熔化。 13、應力腐蝕開裂的必要條件之一是：存在拉應力。 14、65Mn鋼第二類回火脆性溫度區(qū)間為250－380。鉬能有效抑制第二類回火脆性。,15、熱處理時發(fā)生的組織變化中，體積比容變化最大的是馬氏體。 16、防止淬裂的工藝措施有：等溫淬火、分級淬火、水－油淬火和水－空氣雙液淬火。 17、高溫合金熱處理產(chǎn)生的特殊熱處理缺陷有：晶間氧化、表面成分變化、腐蝕點、晶粒粗大及混合晶粒等。 18、感應加熱淬火缺陷有：表層硬度低、硬化層深度不合格、變形大、殘留應力大、尖角過熱及軟點與軟帶。 19、彈簧鋼的組織狀態(tài)一般為：T＋M 20、氫脆條件：氫的存在、三向應力和對氫敏感的組織。,21、斷裂有脆性斷裂和韌性斷裂。絕大多數(shù)熱處理裂紋屬脆性斷裂。 22、高碳鋼淬火前應進行球化退火。 23、時效變形的主要影響因素有：化學成分、回火溫度和時效溫度。 24、熱處理應力有熱應力和組織應力。 25、化學熱處理表層產(chǎn)生壓應力，心部產(chǎn)生拉應力。,26、感應加熱淬火的組織缺陷主要是過熱和加熱不足。 27、不銹鋼有M、F、A、F－A和沉淀硬化不銹鋼。 28、熱處理質(zhì)量保證體系是處理全面質(zhì)量管理水平的重要標志。 29、由于晶界貧鉻，導致晶間腐蝕。 30、第二類回火脆性溫度區(qū)間是：450－550度。 31、引起金屬塑性變形的應力是切應力。,32、熱處理脆性有：回火脆性、低溫脆性、氫脆性和σ脆性。 33、真空熱處理缺陷：表面合金元素貧化、表面晶粒長大、淬火硬度不足、粘連、表面不光亮。 34、退火和正火產(chǎn)生的主要缺陷有：過熱、過燒、氧化和脫碳。,二、基本概念：,1、雙介質(zhì)淬火： 2、第一類回火脆性： 3、第二類回火脆性： 4、分級淬火： 5、過熱、過燒：,1、 雙介質(zhì)淬火：將加熱好的工件先淬入冷卻能力較強的介質(zhì)，待工件溫度降至奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）“鼻溫”以下溫度時，再淬入冷卻能力較弱的介質(zhì)中繼續(xù)冷卻，以獲得馬氏體組織。 2、第一類回火脆性：通常發(fā)生在淬火馬氏體于200~400℃回火溫度區(qū)間，這類回火脆性在碳鋼或合金鋼中均會出現(xiàn)，它與回火后的冷速無關(guān)，即使回火后快冷或重新加熱至該溫度范圍內(nèi)回火，都無法避免，這類回火脆性稱為是第一類回火脆性。 3、在某些合金結(jié)構(gòu)鋼中，發(fā)生以下兩種脆化：①高于600℃溫度加熱回火，在450~550℃溫度區(qū)間緩慢冷卻；②直接在450~550℃溫度區(qū)間加熱回火。這種脆性可以采用重新加熱至600℃以上溫度，隨后快速冷卻的方法予以消除，這種脆性稱為第二類回火脆性。 4、分級淬火：將工件從淬火溫度直接快速冷卻到Ms點以上某一溫度，經(jīng)適當時間保溫，使工件表面與心部的溫度均勻后，再取出空冷，使工件在緩慢冷卻下進行馬氏體轉(zhuǎn)變的淬火方法。 5、金屬或合金在熱處理加熱時，由于溫度過高或保溫時間過長，晶粒長得很大，導致性能顯著降低的現(xiàn)象，稱為過熱；加熱溫度接近其固相線附近時，晶界氧化和開始部分熔化的現(xiàn)象，稱為過燒。,三、基本措施：,1、消除滲碳、滲氮件氫脆的措施。 2、鹽水淬火有什么優(yōu)點？ 3、淬火裂紋的防止措施。 4、如何防止第二類回火脆性？ 5、滲碳組織的缺陷是什么？ 6、熱處理變形的影響因素有哪些？ 7、熱處理質(zhì)量保證體系的內(nèi)容。 8、內(nèi)氧化的實質(zhì)是什么？ 9、M顯微裂紋敏感度的影響因素。,1. 滲碳、碳氮共滲零件消除氫脆的措施：1） 脫氫處理 2）低溫回火 3）自然失效 4）盡量在含氫量低的氣氛中進行淬火加熱。 2. 鹽水作為淬火介質(zhì)的優(yōu)點：1）鹽水在650~550℃之間，具有最大的冷卻能力，約相當普通水的10倍；而在低溫區(qū)則與水的冷速相當，淬火開裂傾向較自來水小。2）溫度要求沒有水那么嚴格，因而無需控制。3）蒸汽泡引起的軟點沒有水那么嚴重。 主要缺點：腐蝕性大。 3. 預防淬火裂紋的方法有：1）、正確進行產(chǎn)品設(shè)計； 2）合理安排工藝路線 ；3）確定合理的加熱參數(shù) ；4）選定合適的淬火方法 ；5）淬火介質(zhì)的選擇； 6）及時回火和局部包扎。 4、抑制和防止第二類回火脆性的措施：1）提高鋼水純凈度，盡量減少鋼中P、Sb、Sn、As等有害雜質(zhì)元素的含量； 2）鋼中添加Mo或W，以延緩P等雜質(zhì)元素向晶界的偏聚 ；3）高溫回火后快速冷卻；4）采用兩相區(qū)淬火；5）細化奧氏體晶粒 ；6）采用高溫形變熱處理。 5、滲碳組織缺陷主要有：1）表層碳化物過多，呈大塊狀或網(wǎng)狀分布 2）殘留奧氏體過多 3）馬氏體粗大 4）內(nèi)氧化 5）黑色組織 。,6、熱處理變形影響因素有：1）化學成分 2）原始組織和應力狀態(tài) 3）工件幾何形狀 4）工藝參數(shù) 5）時效與冷處理。 7、熱處理質(zhì)量保證體系內(nèi)容： 1）要明確與熱處理工藝有關(guān)的各部門、各單位的職責分工。 2）要有保證實現(xiàn)熱處理質(zhì)量目標的各類標準。 3）要有對體系的素質(zhì)和效能的評價，通過對活動評價，檢查各個環(huán)節(jié)的預期效果，監(jiān)督檢查質(zhì)量保證體系本身效率。 4）要有完善質(zhì)量記錄和信息反饋系統(tǒng)。 5）要有一個保證熱處理質(zhì)量保證體系業(yè)務流程。 6）要有熱處理質(zhì)量保證體系圖。 8、內(nèi)氧化的實質(zhì)是：在高溫下，吸附在零件表面的氧可沿奧氏體晶粒邊界擴散，并和氧有較大親和力的元素（如Ti、Si、Mn、Al、Cr）發(fā)生氧化反應，形成金屬氧化物，造成氧化物附近基體中的合金元素的質(zhì)量分數(shù)降低，淬透性變差（1分），淬火組織中出現(xiàn)非馬氏體組織。 9、M顯微裂紋敏感度影響因素：1）馬氏體的形態(tài) 2）淬火介質(zhì)的溫度 3）化學成分 4）奧氏體的晶粒大小，顯微裂紋敏感度隨奧氏體晶粒度的增大而升高。,1、根據(jù)以下內(nèi)容分析裂紋原因，并提出改進措施。 規(guī)格為φ5mm的圓柱銷在裝配過程中發(fā)現(xiàn)裂紋，材料為45鋼。生產(chǎn)工藝：下料→熱處理→去黑皮→車倒角→磨外圓→平總卡→表面鍍鋅處理，其中熱處理工藝： ①預熱井式爐20~60分鐘，300℃；②淬火鹽爐（840±10）℃，保溫時間2~5分鐘，介質(zhì)：鹽水；③回火井式爐（480~520）℃，保溫時間30~60分鐘。 該零件的化學成分無異常，基體硬度符合資料規(guī)定。金相檢查：基體非金屬夾雜級別為A1，B1，C1，D1。裂紋微觀呈鋸齒狀分布，深2.4mm。經(jīng)浸蝕圓柱銷表面及裂紋兩側(cè)均無脫碳現(xiàn)象，基體金相組織為回火索氏體。 ㈠ 結(jié)果與分析：圓柱銷用料牌號為45鋼，基體非金屬夾雜物無異常?；w硬度符合規(guī)定。 三件圓柱銷表面裂紋均沿軸向分布，且已貫穿圓柱銷軸向表面。裂紋形態(tài)呈喇叭形，似鋸齒狀分布，走向剛直，尾端尖細，具有典型應力裂紋特征。裂紋頭部兩側(cè)有鋅層滲入，表明該裂紋在鍍鋅前已存在。圓柱銷表面及裂紋兩側(cè)均無脫碳現(xiàn)象，金相顯微組織為回火索氏體。結(jié)合該零件的生產(chǎn)工藝分析，認為圓柱銷表面裂紋屬于熱處理過程中產(chǎn)生的淬火裂紋。 ㈡改進措施：由于45鋼的淬透性比較低，在淬火過程中經(jīng)常會遇到淬油硬度不足，淬水容易開裂的傾向，尤其是當含碳量偏上限上時，淬火開裂的概率很高，有時批量開裂報廢。為了避免該類質(zhì)量問題，可以采取以下措施： 一般將45鋼原材料的含碳量控制在0.45%以下 盡可能采用冷卻能力較緩和而又能達到淬火目的的冷卻介質(zhì)，如PAG類高分子聚合物水溶性淬火劑。,2、根據(jù)以下內(nèi)容分析摩托車后輪軸的斷裂原因，并提出改進措施。 摩托車后輪軸的材料為20CrMo，其技術(shù)要求：表面硬度53~63HRC，心部硬度26~43HRC；滲層深度0.3~0.5mm。生產(chǎn)工藝流程：下料→鍛造→正火→機加→表面碳氮共滲→直接淬火油冷→回火→拋丸→磨加工→成品入庫。該零件在裝配后試車過程中在花鍵部位發(fā)生斷裂。斷口齊平，為典型的脆性斷口。斷口SEM形貌特征：表層為沿晶或沿晶+解理；心部為解理+韌窩。 后輪化鍵齒部表面硬度為62~63HRC，心部硬度為34~35HRC。金相檢查測得鋼中非金屬夾雜物級別為A1，B1，C1，De4，表明其冶金質(zhì)量欠佳。齒部表面碳氮共滲層深0.7mm，最表面有25~30μm的碳氮化合物層，呈大片連續(xù)殼狀及半網(wǎng)狀分布，并存在眾多黑色疏松孔洞及微裂紋，此表層為粗大針狀馬氏體+較多殘留奧氏體，其馬氏體級別為6級，心部為板條馬氏體+鐵素體+少量貝氏體。 ㈠ 結(jié)果與分析： 1） 摩托車后輪軸是起傳輸動力作用的，輸出的化鍵處受沖擊載荷較大，有時因路面顛簸，會附加承受瞬間沖擊載荷。該零件表層碳氮化合物較厚，容易發(fā)生碎裂、崩齒，成為脆性斷裂源。 2）軸表層共滲組織為粗大針狀馬氏體，脆性大，容易產(chǎn)生顯微裂紋，使表面共滲層脆性增加，且晶界上存在斷續(xù)網(wǎng)狀微裂紋，也使其強度降低，導致后輪軸呈沿晶斷裂。 3）后輪軸表層碳氮共滲層遠超出了資料規(guī)定的上限，并出現(xiàn)了殼狀、半網(wǎng)狀碳氮化合物及粗大針狀馬氏體，說明共滲層中的碳、氮含量較高，與其碳氮共滲處理工藝不當有關(guān)。 結(jié)論：后輪軸碳氮共滲工藝不當造成共滲層過深，表面出現(xiàn)殼狀脆性化合物，并有眾多疏松孔洞內(nèi)氧化和粗大針狀馬氏體等缺陷組織，增加了共滲層脆性。這是導致后輪軸早期脆斷的主要原因。 ㈡改進措施： 適當減少碳氮共滲通氨量，并縮短共滲時間，嚴格控制爐內(nèi)碳勢。,