1、精密鑄造熱處理理論教材第1頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二一.熱處理常用術語簡介1.什么叫熱處理？熱處理是:把金屬毛坯或成品另件,通過加熱、保溫、冷卻,而改變毛坯或成品零件的金相結構,以達到設計和使用要求的各種物理和力學性能要求的一種工藝方法。熱處理:不改變金屬毛坯或成品零件的化學成分和幾何形狀,只是改變金屬內部組織來改善金屬的性能,從而提高材料的使用價值,并滿足各種使用要求。第2頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二2.臨界點:金屬加熱和冷卻時發生相轉變的溫度叫臨界點或叫臨界溫度。如:Ac1,Ac3,Acm等。這些臨界溫度不是一個常數,隨化學成分變化

2、而變動3.再結晶:金屬由于冷加工變形,使晶格發生歪扭,晶粒破碎,產生加工硬化,當加熱到適當溫度并保溫后,金屬內將進行重新成核和晶核長大,獲得沒有內應力和加工硬化組織,這種在固態金屬內沒有相變的結晶過程,也就是使加工硬化的金屬不經過相變進行軟化的過程,就叫作再結晶。4.重結晶:具有多型性相變的金屬,當溫度改變超過其臨界轉變溫度時,發生一種點陣結構變成另外一種點陣結構的過程,在這種相變中,金屬發生重新成核和晶核長大的過程叫重結晶。第3頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二5.退 火:退火是把金屬加熱到臨界點或再結晶溫度以上并保溫一段時間,然后以小于靜止空氣中的冷卻速度進行緩冷的一

3、種熱處理工藝。目 的:1)降低硬度,提高塑性,以利于機械加工。 2)減少殘余應力。 3)使成分均勻化。 4)細化晶粒,提高材料性能。根據退火的目的和金屬的成分和性能要求有以下幾種退火工藝:(1)完全退火 ( 2)不完全退火 (3)球化退火 (4)再結晶退火 ( 5)等溫退火 (6)光亮退火 (7)擴散退火 和(8)相變以下的低溫退火等。一般退火要加熱到Ac3以下2030,保溫一定時間,隨爐緩慢冷卻第4頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二6.正 火:正火是把金屬材料加熱到Ac3或Acm以上3050,保溫一定時間,使金屬轉變為均勻的奧氏體,然后在空氣中自然冷卻得到珠光體組織的熱

4、處理工藝。目 的:1)細化組織,改善鑄態組織均勻性,消除過共析鋼滲碳體網狀組織。 2)提高力學性能。正火冷卻速度以退火大,得到的珠光體組織比退火小。正火僅適用于碳素鋼和低合金鋼。通過再結晶可以得到細小珠光體和索氏體。第5頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二7.淬 火:淬火是把金屬加熱到臨界溫度Ac3以上2030,保溫一定時間,快速冷卻(水、油、鹽) ,以大于臨界冷卻速度快速冷卻的熱處理工藝。目 的:提高硬度,獲得馬氏體為主的不平衡組織。改善某些物理、化學性能,保證回火后滿足所要求的力學性能。適用于碳鋼、低合金鋼和高合金鋼鑄件。第6頁，共31頁，2022年，5月20日，8點4

5、8分，星期二8.回 火:是將已淬火的金屬重新加熱到Ac1以下溫度,保溫一定時間,然后冷卻的熱處理工藝。是淬火的后繼工序。目 的:消除淬火的內應力,改善淬火鋼的韌性和塑性,穩定組織,獲得所需要的綜合力學性能。回火后鋼的組織為回火馬氏體和托氏體等馬氏體分解產物。回火分低溫、中溫和高溫回火三種。適用于碳鋼、低合金鋼和某些高合金鋼,淬火后一定要回火！第7頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二9.調質處理:調質處理是利用淬火和高溫(中溫)回火雙重處理。目 的:使金屬獲得較高強度和韌性配合良好的綜合力學性能的熱處理工藝。有時調質也是為進一步熱處理作準備。10.均勻化處理:把金屬材料加熱到

6、Ac3以上 120200,保溫一定時間,后空冷。目 的:消除組織偏析,使組織均勻化,改善冷、熱加工性能。適用高碳鋼和中、高合金鋼鑄件。第8頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二11.固溶處理:將金屬加熱到適當溫度并經過充分保溫,使其某些組成物溶解到金屬基體中去,形成均勻的固溶體,把金屬加熱到Ac3以上更高溫度(10501100),然后迅速冷卻,使溶入的組成物保存在固溶體中,這種熱處理工藝叫固溶處理。目 的:是改善金屬的塑性和韌性,溶解碳化物或其它奧氏體析出相,獲得單相組織,提高抗蝕性能。本工藝適用于奧氏體不銹鋼、奧氏體高錳鋼、沉淀硬化鋼。第9頁，共31頁，2022年，5月20

7、日，8點48分，星期二15.碳鋼件的退火工藝 碳 含 量 質量分數(%) 退火溫度 保 溫 冷 卻 方 式 布 氏 硬 度 HBS鑄件厚度 mm 時間h 0.100.20 0.200.30 0.300.40 0.400.50 0.500.60 910880 880850 850820 820800 80078030 1 爐冷至 620后出爐11514313315614318715621718723030每增厚30mm增加1h 隨著含碳量增加,退火溫度降低,隨厚度增加,保溫時間增長,硬度增加。第10頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二16.碳鋼件的正火處理工藝 含 碳 量質量

8、分數(%) 正火溫度 回 火(1) 布氐硬度 HBS 溫度冷卻方式 0.100.20 0.200.30 930900 900870 126149 139169 0.300.40 870840550650 空 冷 149187 0.400.50 840820 163216 0.500.60 820800 187228 隨著含碳量增加,正火溫度降低(1)一般不回火,硬度有所增加。第11頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二17.碳鋼鑄件的淬火、回火溫度含碳量只有0.35%以上的碳鋼才能淬火處理,而且隨回火溫度增加,硬度有所降低。 含碳量(%) 淬火溫度 回火溫度回火后硬度 HBS

9、 0.350.45 850830 水淬 300400 400450 510550 540580 580640 364444 321415 241286 228269 192228 0.450.55 830810 水淬 550630 450 550 650 220240 269 248 228第12頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二18.低合金鋼熔模鑄件的熱處理對于低合金鋼熔模鑄件來說,熱處理的目的是消除內應力和細化組織,改善鑄件的綜合性能外,更主要的是發揮合金元素的作用,提高淬透性能,使鑄件獲得更好的力學性能,因此低合金鋼熔模鑄件主要是淬火加回火或正火加回火。1)熱處理溫

10、度及保溫時間:提高熱處理溫度Ac3 (50100),保溫時間以透燒為原則。2)回火后的冷卻速度:合金元素Mn、Si、Cr及單獨使用Mo,都會促使鋼出現回火脆性,當Mo配合其它元素使用時可以抑制和減輕回火脆性,大多數中、低碳鋼熔模鑄件在回火時則需要快冷。第13頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二19.低合金鋼常用熱處理規范 合金牌號 熱 處 理 溫度 冷卻方式硬度HBS ZG20CrMo 正 火 回 火 800820 600650 空 冷 135 ZG20CrMOV 正 火 回 火 920940 690710 空 冷 140 ZG20Cr3MoVB 退 火 正 火 回 火 1

11、040 9801000 700 空 冷 210240 ZG35CrMo 正 火 回 火 900 550600 空 冷 淬 火 回 火 850 600 水 冷 ZG40Cr 正 火 回 火 830860 520680 空 冷212 正 火 回 火 800900 400450 空 冷217第14頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二20.熔模鑄造件熱處理原則 熔模鑄造件金屬鑄態是熱殼澆注下凝固結晶,鑄態晶粒一般比較粗大,而且內部存在較大的應力,熱處理的溫度和保溫時間長短也需要根據鑄件的復雜程度、壁厚等因素決定。熔模鑄造所用金屬材料,絕大部分為合金鋼和特種合金,合金中各種元素對熱處

12、理工藝都有不同影響。 所以在確定熱處理工藝時,要根據客戶要求而選用最佳熱處理方案,以求得最好的經濟效果。第15頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二鑄件質量檢驗員應知應會第16頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二21.鑄件質量檢驗211熔模鑄件質量標準鑄件質量檢驗是鑄件生產過程不可缺少的重要環節,其目的是保證鑄件質量符合交貨驗收技術條件。鑄件質量檢驗的主要依據是:鑄件圖、熔模鑄件質量標準或由供需雙方簽訂的鑄件交貨驗收合同或協議。目前國際上尚無統一熔模鑄件國際標準。不同國家有不同標準,很少國家有國家標準。絕大多數是行業標準或企業標準。第17頁，共31頁，20

13、22年，5月20日，8點48分，星期二212.熔模鑄件質量檢驗項目 檢 驗 內 容 檢 驗 項 目 檢 驗 方 法外觀質量鑄件尺寸、幾何形狀和鑄件重量鑄件尺寸公差和形位公差量具、測具常規檢撿和劃線檢撿、電感測量光學測量、工業CT表面粗糙度(含澆冒口余根表面粗糙度與標準樣塊比對輪廓儀測量、光切顯微鏡干涉顯微鏡檢測表面和近表面缺陷外觀目視檢驗滲透檢驗肉眼觀察、熒光探傷、著色探傷、磁粉探第18頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二213熔模鑄件質量檢驗項目 檢 驗 內 容 檢 驗 項 目 檢 驗 方 法內在質量化學成分化學成分化學分析、光譜分析原子吸收光譜力學性能抗拉強度、屈服強度

14、、伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性、硬度、疲勞強度、蠕變室溫拉伸試驗硬度試驗 沖擊試驗疲勞試險 高溫拉伸試驗宏觀缺陷低倍金相檢驗射線探傷肉眼式放大鏡檢查X射線探傷 工業CT微觀缺陷晶粒度顯微疏松脫碳層和增碳層合金貧化層非金屬夾雜物鑒定光學顯微鏡(含定量金相)電子顯微鏡物理和化學性能其它特殊要求耐壓密封性抗氧化性抗腐蝕性磁性密封抗氧化晶間腐蝕鹽霧磁性等試驗第19頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二214普通碳鋼和低合金鋼熔模鑄件分類和檢驗項目鑄 件 類 別 定 義 檢 驗 項 目 1承受重載荷,工作條件復雜,用于關鍵部位,一但鑄件損壞將危及整機安全運行。力學性能、化學成分、尺寸公

15、差、表面粗糙度、表面缺陷、其它特殊要求。 2承受中等載荷,用于重要部位,鑄件損壞將影響部件正常工作,造成事故。力學性能、化學成分、尺寸公差、表面粗糙度、表面缺陷。 3承受輕載荷,用于一般部位力學性能(一般只包括硬度) 、尺寸公差、表面粗糙度、表面缺陷。第20頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二22熔模鑄件幾何尺寸和重量檢測221熔模鑄件尺寸(線性尺寸)公差國家標準GBT64141986鑄件尺寸公差將鑄件的尺寸公差分為16個等級,表示為CT1CT16。熔模鑄件:鑄鋼、鑄鐵、高溫合金等熔模鑄件尺寸公差等級為CT57級,有色合金熔模鑄件為CT46級。222熔模鑄件形位公差熔模鑄件

16、形位公差尚無統一國際標準和國家標準,現在只有行業或企業標準可供參考。第21頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二223熔模鑄件尺寸檢測的方式和方法序 檢 測 方 式 適 用 范 圍1 檢 測 全 部 尺 寸試生產首件;大量生產隨機抽樣件;單件或小批生產鑄件2檢測控制尺寸(通常為精度要求高的尺寸,易超差尺寸能代表鑄件變形程度的尺寸)大批量生產時控制性檢測,采用這種檢測方法的前題是鑄件生產工藝穩定,設備運行正常3劃線檢測試生產鑄件;形狀復雜或重要鑄件;需要加工的鑄件;流水線生產的鑄件定期隨機抽樣檢測4用專用工、夾具、量具檢測鑄件全部主要尺寸大批量生產的重要鑄件或度雜鑄件5分析性檢

17、測對有爭儀尺寸仲裁,提出爭儀原因和解決措施第22頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二224鑄件尺寸的檢測方法2241常規檢測指用常觀的量具、儀器(如卡尺、高度尺、平臺等)對鑄件尺寸進行測量。這種方法比較簡便,靈活性強,應用最普遍。2242電感測量儀測量當需要多尺寸綜合測量時,用電感測量有更高的精度和效率。2243三坐標測量儀測量三坐標測量儀是一種用微型計算機控制的測量物體尺寸的設備,優點是測量精度高,速度快,自動顯示,可以打印測量結果。2244超聲波測量用超聲波測量主要測量厚度,不必破壞鑄件結構,可以測量鑄件任何一個部位的壁厚。2245X射線斷層掃描(工業CT)是斷層掃描技

18、術和計算機圖象處理相結合的產物,主要測量復雜薄壁鑄件上任仟截面的形狀和尺寸,在計算機屏幕上顯示出來,不但能檢側鑄件上的幾何形狀和尺寸,同時能檢查出鑄件內部某些宏觀缺陷(如縮孔) 。第23頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二225熔模鑄件的重量偏差 公差值(%)公稱重量Kg 熔模鑄件重量公差等級1234567891011120.4056810120.401.004568101.004.00345684.0010.02345610.020.0234520.030.023430.040.02350.02第24頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二226熔模鑄件重

19、量偏差評定國標GBT113511989鑄件重量公差規定,鑄件重量公差等級分16級,但這個標準不適合熔模鑄造。因為:一)熔模鑄件尺寸精度及加工余量都小于普通鑄造(有的甚至沒有余量),GBT113511989鑄件重量公差規定不適合熔模鑄件。二)熔模鑄件大部分都在5Kg以下,很大部分都在1Kg以內,有的輕至10幾g,重量偏差都很嚴格。所以,熔模鑄件重量偏差都由供需雙方協商制訂。第25頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二23.熔模鑄件化學成分檢驗 化學成分經常作為鑄件驗收重要技術條件之一,即使不作為必須的驗收條件,為保證鑄件質量,在生產過程中也要對化學成分進行檢查和控制。 化學成分

20、檢驗分爐前和爐后兩種,一般熔模鑄件合金熔煉只是重熔,爐前化學成分化驗非常重要, 熔模鑄造通常用光電(直讀)光譜分析法,國內常用的光譜儀有德國斯派克SPECTRO、意大利納克HACO等國際先進的分析設備,保證化學成分的準確。第26頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二24.熔模鑄件力學性能檢驗241力學性能檢驗的項目、內容和方法試驗項目 檢驗內容 檢驗方法 特點和應用 室溫拉伸 試 驗抗拉強度、伸長率、斷面收縮率、以及屈服強度GBT2281987HB51431980室溫工作條件的鑄件高溫拉伸試 驗抗拉強度、非比例伸長應力、屈服點、伸長率、斷面收縮率GBT43381995室溫1100下工作的鑄件 硬 度 布氏硬度 HBS(HBW)GBT2311984HB51681981試驗結果重復性好,但硬度要HBW450第27頁，共31頁，2022年，5月20日，8點48分，星期二試驗項目 檢驗內容 檢驗方法 特點和應用 硬度維氏硬度HVGBT43401984壓頭是金剛石,可測各種金屬硬度顯微硬度GBT43421991探測表面硬度變化及不均勻的個別區域或細小超薄部分沖擊試驗 室溫GBT2291994室溫下工作 低溫GBT229199415192工作的鑄件 高溫GBT577519863501000