模具材料与热处理.ppt

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模具钢及其热处理马鹏飞江苏大学机电培训学院2010年7月2日
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第一节 概述
第二节 退火与正火
第三节 钢的淬火
第四节 钢的回火
第五节 钢的表面淬火与化学热处理
第一章 钢的热处理
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第一节 概述
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：是将金属在固态下加热、保温和冷却，使其
内部的组织结构发生变化，以获得所需性能的工艺方法。
：热处理是机械制造工艺中一个不可缺
少的组成部分。它是充分发挥金属材料潜力，改善零件加
工工艺性能，提高材料的使用性能，延长零件使用寿命的
有效手段。
：
包括加热、保温、冷却三个
阶段，右图为热处理工艺曲
线。
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热处理
普通热处理
表面热处理
特殊热处理
退火
正火
淬火
回火
表面淬火
化学热处理
火焰加热
感应加热(高、中、低频)
渗碳
氮化
碳氧共渗
其他
形变
真空
其他
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第二节 退火和正火
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退火和正火主要是消除前一道工序(如铸造、锻造、轧制、焊接等)所带来的各种组织和
性能上的缺陷，并为后一道工序(如切削加工、热处理)做组织准备，故也称为预备热处理。
一、退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，随后缓慢冷却（一般采用随炉冷却的
方法）至室温，以获得接近于平衡状态组织的热处理工艺方法。
（一）退火的目的
，提高钢的塑性和韧性，以利于切削加工和冷变形加工。
，均匀组织和成分，改善钢的性能，为以后的热处理做组织准备。
，防止变形和开裂。
（二）常用的退火方法
按照钢的成分和处理目的的不同，常用的退火方法可分为：完全退火、球化退火和去应
力退火等。
：是将工件加热至完全奥氏体化，随后缓慢冷却，获得接近于平衡状态组织
的退火工艺。主要用于共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接件等。亚共析钢完全退火后
的组织为铁素体加珠光体。过共析钢在缓慢冷却时，钢中会析出网状渗碳体，使钢的力学
性能和切削加工性能变坏，故不宜采用完全退火。
：使钢中碳化物球化而进行的退火称为球化退火。球化退火组织是呈球状小
颗粒的碳化物(或渗碳体)均匀地分布在铁素体基体中。可以降低硬度，改善工件的切削加
工性，减少淬火时变形和开裂的倾向，淬火回火后能获得细针马氏体加粒状渗碳体，提高
工件力学性能。因此，工具钢、轴承钢等锻轧后必须进行球化退火。
球化退火的加热温度只略高于Ac1以上20℃～30℃，例如T8～T13钢为750℃～770℃，
保温足够时间后缓慢冷却至500℃以下出炉空冷。
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：为了消除工件因塑性变形加工、焊接、铸造等工艺造成的残余应力而进行
的退火称为去应力退火。去应力退火的工艺是：将钢加热到略低于A1的温度（一般为500～
600℃），经保温后缓慢冷却即可。在去应力退火中。钢的组织不发生变化，只是消除内应力。
：均匀化退火也叫扩散退火。目的是为了消除晶内的偏析，使成分均匀。
均匀化退火的实质是使合金元素的原子充分扩散，所以均匀化退火的工艺特点足温度高、时间
长。如高合金铸件的退火温度可达1100～1250℃ ，而保温时间可达10～15h。
二、正火：是将钢加热到Ac3或Accm以上，进行完全奥氏体化后，然后在空气中冷却，以
获得接近于平衡状态组织的热处理工艺方法。从实质上讲，正火是退火的一个特例。两者只是
转变的过冷度不同，正火的冷却速度快。
正火只适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适用于高合金钢。
正火的目的：
，消除热加工中造成的缺陷，使组织正常化。
，可以提高硬度，改善切削加工性能。
，代替调质处理，为高频淬火做组织准备，以减少调质淬火时造成的变形，并且大大降低成本。
，可消除网状渗碳体，便于球化退火。
，可作为最终热处理。
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三、退火与正火的选择
：一般认为，硬度在170～230HB范围内的钢材，其切削
加工性最好。作为预备热处理，低碳钢正火优于退火，而高碳钢正火后硬度过高，
必须采用退火。
：对于亚析钢制的零件，正火处理比退火具有较好的力学
性能。如果零件性能要求不高，可用正火作为最终热处理。
：正火比退火的生产周期短，成本低，操作方便，应优先采用
正火。
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第三节 钢的淬火
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一、淬火的概念及目的
，保持一定时间，然后以适当
的冷却速度冷却至室温的热处理工艺方法。
：主要是获得马氏体组织，为回火做组织准备；获得高硬度
和耐磨性以及提高弹性和韧性，以达到强化材料的目的；使之具有某些特殊的
物理和化学性能，如永磁性、耐蚀性和耐热性等。
二、淬火加热温度的选择
淬火加热温度选择应以得到成分均匀和晶粒细小的奥氏体；碳和其他合金
元素充分溶解以保证较高的硬度和耐磨性；尽可能地降低氧化和脱碳以及淬火
后变形和开裂的倾向；以获得高的力学性能等为原则。
：Ac3＋（30～50℃），为了得到细小的奥氏体，以便在淬火后
得到细小的马氏体组织。
、过共析钢：Ac1＋（30～50℃），为了淬火后能形成在细小马氏
体基体上均匀分布着细小渗碳体的组织。这种组织不仅耐磨性好，而且脆性也
小。
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淬火介质
常用的淬火冷却介质有水、盐类水溶液以及油、熔盐、空气等。
对于临界冷却速度较大的碳钢，必须采用冷却能力较强的水及盐类水
溶液等介质作为淬火介质；而对于临界冷却速度较小的合金钢，一般采用
油作为冷却介质，以获得最佳的淬火效果。
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四、钢的淬透性及淬硬性

：是指钢在规定条件下淬火，所能获得淬透层深度的能力。它
反映了钢在淬火时过冷奥氏体转变成马氏体的难易程度。
。临界淬透直径是指钢在某一种
介质中淬火，从表面到心部全部能淬透的最大直径，用D0表示。
，钢的淬透性越好。如合金钢的淬透性比碳钢好。
，其主要表现在两个方面：
① 淬透性好的钢，淬火后截面上的组织均匀一·致，综合力学性能好。
② 淬透性好的钢，冷却时可以采用冷却能力较弱的介质淬火，以减少
工件的变形和开裂，保证淬火质量。

钢的淬硬性是指钢在理想条件下进行淬火，能达到最大硬度的能力。钢
的淬硬性主要取决于含碳量，钢的含碳量越大．其淬硬性越高。
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