1、 學校代碼： 學 號： 本科科研訓練報告（學生姓名： 學 院： 系 別： 專 業： 班 級： 指導教師：二 九 年 十二月目 錄第一章 緒 論.11.1研究意義.11.2國內外研究狀況.11.3本文研究綜述.2鍛造余熱定義及分類.2 鍛造余熱熱處理時的內部組織變化.2鍛造余熱熱處理工藝.3 鍛造余熱退火.4鍛造余熱正火及回火.6 鍛造余熱退火.71.4 主要研究內容. .91.5 主要參考目錄.9第一章 緒論1.1研究意義 試驗證明，利用鍛造余熱淬火，加高溫回火，獲得的碳化物顆粒較小，其平均直徑0.3微米左右，而且高度彌散分布。這說明這種工藝能有效提高鍛件的淬透性，獲得理想的硬度。鍛造余熱處理

2、分為四種，分別是淬火、回火、正火、退火。鍛造余熱熱處理目的：降低材料費用、降低能耗、降低設備費用及占地面積、提高切削性、能夠保證高頻淬火質量、改善操作環境等等鍛造余熱淬火意義【5】：有效提高鍛件的淬透性，獲得理想的硬度。鍛造余熱回火意義【5】：實驗表明鍛造淬火件比普通淬火的回火溫度要高出150度時才開始有明顯的軟化，這證明鍛熱淬火件是處在理想的淬火狀態。另外就沖擊值而言，當回火時間保持在2小時以上時，鍛熱淬火件的沖擊值要比普通淬火件高1.5-2.倍。不論任何情況，鍛熱淬火件的硬度、沖擊值、抗拉強度都比普通淬火件高。鍛造余熱正火意義：利用鍛造余熱，經過一定的冷卻調整，能夠有效提高鍛件的切削性。鍛

3、造余熱退火意義：利用鍛造余熱進行等溫退火，可以有效的消除鍛件硬度的波動，確保良好的切削性，使金相組織變成珠光體晶粒均勻的分布在鐵素體基體組織。因此，鍛造余熱處理不僅避免了重復加熱，可以節省大量能源，提高生產效率。而且能過得出所期望的材料性能，因此，是一個十分重要的學術課題，具有重大的學術意義和應用價值。1.2國內外研究情況：國外研究狀況【6】：國外對于鍛造余熱處理已經研究多年，但在模鍛件生產上大量的使用大約是在60年代以后才開始的，現在這種工藝的應用已經很廣泛。如日本于1963年開始研究，1966年已大量地應用于生產中了，目前鍛造淬火法已成為生產調質鋼鍛件的主要方法，如在汽車的生產中，發動機連

4、桿、汽車搖臂、汽車半軸、十字軸、轉向節以及各種大小齒輪等都是生產的零件，從多年來產品出售的情況來看，沒有發現任何的問題，與此同時，在日本的有關雜志上與發表了不少對于鍛造淬火新工藝的實驗研究著作，有的還寫成了專門的書籍。在各種手冊中鍛造淬火法已有專門章節介紹。1970年日本鑄鍛造和熱處理工業通鑒中把鍛造淬火列為近年來鍛造技術的重要成就。其他國家也有應用，就報道，俄羅斯T-54拖拉機的連桿也采用了鍛造淬火的方法。國內研究狀況：國內有的單位在65年前已經開始對鍛造余熱淬火的研究，取得一定的成果，近年來有不少工廠開始研究和應用這項工藝，如上海柴油機廠的135型發動機連桿的鍛造淬火于1970年開始試驗，

5、71年已經投入生產，至今已有不短的時間，效果很好。1.3本文研究綜述鍛造余熱定義及分類：所謂鍛造余熱熱處理指的是利用鍛造余熱進行淬火、退火及正火等。但不能把鍛造余熱熱處理看成是一般的熱處理而應將其看成是形變熱處理的一種。關于這個問題目前還有些不同看法。一種意見認為如果鍛造形變所造成的強化效應能保留到熱處理之后，則可將其歸并入高溫形變熱處理的范疇 否則，如果鍛造形變強化效應已經通過回復與再結晶而消失，隨后立即進行的熱處理僅僅是利用了鍛造所留下的余熱，則不應再稱之為高溫形變熱處理，亦即不應再將其看成是形變熱處理。我們認為這一看法是片面性的，我們的意見是如果把形變的影響不僅僅局限于熱處理后是否保留形

6、變強化效果而是將其擴大到對形變后的相交以及相變所得產物及其性能的影響，則利用鍛造后的余熱立即進行余熱處理均可看成是形變熱處理。因為即或在鍛造形變之后進行充分的回復與再結品，但所得的組織仍與鍛造形變密切有關，如再結晶所得晶粒比較粗大，奧氏體晶界比較干凈等等，這些都必將影響隨后所發生的相交及相交所得的組織與性能。但由于這是介于鍛造與熱處理之間的一種工藝，這一工藝的采用不僅需要從事鍛造與熱處理的技術人員與工人之間的密切配合，而且還要對鍛造車間進行適當的改造【1】。1.3.2 鍛造余熱熱處理時的內部組織變化：鋼加熱時從低溫組織轉變為奧氏體的過程稱為加熱轉變。對鋼的加熱轉變已進行了廣泛的研究。結果表明，

7、鋼的加熱轉變與轉變開始時的組織密切有關，亦即與加熱前的原始組織、加熱速度、轉變溫度、鋼科成分等有關。下面分別討論具有不同原始組織的鋼的加熱轉變。平衡態鋼的加熱轉變平衡態指的是退火、正火以及淬火并充分回火。a基底已再結晶的狀態，此時碳以碳化物狀存在。碳化物可能呈片狀，如退火、正火后，也可能呈顆粒狀，如淬火并高溫回火后。a相可能呈片伏，如珠光體中的a相；或成等軸狀，如先共橋鐵索體或淬火并高溫回火后得到的在其上分布有顆粒狀碳化物的等軸鐵索體。一般鍛造加熱前都為平衡態。將平衡態的共析鋼加熱到Acl以上將轉變成奧氏體。轉變是通過形核與長大進行的【1】。一般認為奧氏體的核在鐵索體與滲碳體交界面上形成。但近

8、年的工作表明奧氏體的核更易在大角易界上形成，其中包括珠光體團界、珠光體與鐵索體交界面、鐵素體與鐵索體晶航交界面。如加熱速度較快，轉變被推遲到較高溫度，則奧氏體的核也可能在鐵素體易粒內嵌鑲塊邊界，即亞晶界上形成5奧氏體的核在鐵索體與滲碳體交界面上形成是因為這里易于滿足形核時對成分與能量的需要。因鐵索體含碳僅002，滲碳體含碳為669，而在略高于Acl時所形成的奧氏體的臺碳量為077，介于二者之間，遠高于鐵索體含碳量，故在鐵索體內難以形成奧氏體核，而在鐵索體與滲碳體交界面上就容易滿足對成分的要求，形成含碳077的奧氏體核。此外，鐵索體與滲碳體交界面的界面能可以提供形核所需的能量。易于在大角晶界形核

9、與上述討論并不矛盾，因為在大角晶界上也有滲碳體，奧氏體的核也總是在這些滲碳體旁邊形成。鍛造余熱熱處理工藝： 大部分重要機械零件均需通過熱鍛成形。為便于鍛造，加熱溫度均較高，一般遠高于鋼料淬火加熱溫度。故在鍛造加熱時，奧氏體晶粒將顯著長大。在熱鍛成形及成形后的停留過程中，將出于形變而發生的再結晶使粗化了的奧氏體重新變細。但通過形變再結晶所得奧氏體晶粒相對于正常淬火加熱時所得奧氏體仍粗得多。熱鍛成形后，通常均采用堆放空冷。由于冷卻速度慢，故冷至室溫時所得的是由較粗大奧氏體晶粒轉變而得的粗大的接近平衡狀態的組織。亞共析鋼將得到粗大塊狀鐵索體和層片狀珠光體，過共析鋼將得到網狀碳化物和層片狀珠體。這類組

10、織的性能極差，不能直接使用，即或重新加熱到正常奧氏體化溫度，對于亞共桿鋼也不能獲得成分均勻的細小的奧氏體晶粒；對于過共析鈉也不能消除已經存在的網狀碳化物。因此，在最終熱處理之前必須重新加熱到Ac3及Acm以上進行一次細化退火或正火以細化組織或消除網狀碳化物并改善可加工性。由此可見在熱鍛成形后需要二次重新加熱到臨界點以上，這將消耗大量能源與工時，如能通過控削鍛后冷卻，防止形成粗大的抉素體和珠光體以及桿出網狀碳化物，使直接獲得相當于緞后再次退火、再次正火甚至最終淬火所得的組織，則鍛造成形后的退火、正火甚至最終焠火等均可取消。這就可以大量節省能源與工時，堤高生產效率鍛后快冷獲得淬火組織以取代原來的退

11、火或正火以及最終淬火的工藝稱為鍛造親熱淬火，簡稱鍛熱淬火。鍛后立即淬入等溫槽中稱為鍛造親熱等溫淬火。鍛后緩冷以取代原來的重新退火稱為鍛適余熱退火。鍛后空冷以取代原來的重新正火稱為鍛造親熱正火。在這些鍛后余熱熱處理工藝中目前研究得最多、在生產上應用最廣的是中碳結構鋼的鍛造親熱淬火。 鍛熱淬火：鍛熱淬火指的是在熱鍛成形后立即淬入淬火介質中以獲得淬火組織的一種將假造與淬火結合在一起的工藝方法(圖2I)。可以把鍛熱淬火看成是高溫形變淬火，但又不能簡單地將二者等同起來。高溫形變淬火是形變熱處理中的一種；形變熱處理是指將形變與熱處理結合在一起的一種工藝操作，形變熱處理種類很多。其中的高溫形變熱處理 圖2d

12、 鍛造余熱淬火工藝指的是將鋼加熱至穩定奧氏體區保溫一段時間，在該溫度下形變，隨后立即淬火以獲得馬氏體組織的一種工藝。形變熱處理強調的是形變必須在相變之前或在相變時，相交時還必須保留形變強化效果。對于高溫形變淬火來說，因為形變是在奧氏體再結晶溫度以上的高溫下進行的，在形變的同時就有可能發生動態回復與再結晶，在形變后的高溫停留過程中準動態再結晶與靜態再結晶也將以極快速度進行為了在淬火時仍能保留形變強化效果，必須在形變后立即淬火。但對于鍛熱淬火來說，雖然姑鍛溫度都比較高，但終鍛溫度可能差別很大，有的較高，再結晶比較容易進行。有的就很低，再結晶速度已很慢。另外在鍛造成形后還需要切達和整形，必須在高溫停

13、留一段時間才能淬火，而不同鍛件所需的高溫停留時間也不盡相同，故在高溫停留過程中所發生的再結晶的程度也不同。因此，在淬火時有可能仍保留一定的形變強化效應，也可能形變強化效應已經消失殆盡。這二種不同情況仍均屬鍛熱淬火，但前者可被視為高溫形變淬火，而后者有人認為已不屬于形變熱處理范疇【3】 鍛熱淬火在生產上早巳應用。如古代在生產刀劍時大多是在最后一火鍛打成形后立即淬入淬火介質中促在當時對這種工藝的本質并不清楚。對其進行深入的研究還只是近20多年的事情。最初在采用這種工藝時，主要是為了簡化工藝和節約能源；但實踐表明，除此之外，采用繳熱淬火還可以進一步改善性能，因此引起了國內外熱處理工作者的極大興趣，尤

14、其是自七十年代能源危機以來，這一工藝更得到了大家的重視。山中久彥3在討論日本熱處理技術近期發展動向時將此工藝列在首位。目前這一工藝日益廣泛被用于生產。鍛熱淬火并高溫回火后的強度與硬度一般均高于普通調質但塑性與韌性梢低。由此可以看到鍍熱焠火的優越仕和生命力。余熱淬火除可提高性能外，還具有下設一系列優點。1節約能量采用鍛熱淬火可以省去原調質工藝印的鍛后正火以及調質淬火二道加熱，故能顯著節約能量以電加熱為例，如僅省略調質淬火加熱工序，則每噸鍛件可以節約400kwh電。有許多調質件在調質淬火前往往還需進行一次正火。如將省略正火加熱工序也考慮在內，則每噸鍛件可以節約850kwh電。一臺二噸錘一年按生產l

15、 700t鍛件計，每年可節約1445萬kWh電。另外采用鍛熱淬火工藝時，鍛坯的加熱一般均采用連續加熱爐。與鍛造車間通常采用的周期式爐相比，熱效率高燃料消耗低。如常州鑷造廠采用連續推桿爐代替周期式爐后，溉油消耗降低50。 2節約鋼材由于鍛熱淬火可以在保證足夠的塑性與韌性的前提下提高強度，故采用該工藝可以減輕零件重量。如美國福特汽車公司采用鍛熱淬火生產汽主板笑后，由原來的14片，77k8減至7片，52kg，節約鋼材32“M。又由于鍛熱淬火可以顯著提高鋼的淬適性，故原采用水淬的，可以改用油淬；原采用合金結構鋼的可以改用普通聯鋼。因此可以節省昂貴的合金元素，降低原材料成本。3節約基本投資采用鍛熱淬火可

16、以省去原工藝中的正火及調質工序，故可節省用于正火及調質淬火的加熱設備以及這些設備所占的車間面積，每節省一臺75kw箱式爐，即可節省15萬元：每節省一平方米車間面積，即可節省120一180元。正火及調質較鍛熱淬火所需增加的投資要多得多。另外，由于減少了設備，設備的維修費也將相應得到節省4節約工時，縮短生產周期由于簡化了工序、故可顯著節約工時并縮短生產周期如上海柴汕機廠采用很熱淬火生產柴油機連桿，以年產l 2萬件計，一年可節約9600工時。M。過去，一般嵌件從投料經段造、熱處田到入庫約需26天。采用鍛熱淬火即可減少到12天。由此可見*所節約的工時以及縮短的生產周期都是十分可觀的。5便于機械加工形變

17、熱處理是綜合運用形變強化與熱處理強化的一種強化工藝。其優點是能向時提高鋼的強度、朗性及韌性。或在保持塑性及韌性不降低的前提下顯著提高強度。其缺點是在提高強度與硬度的同時也將改變其形狀。由于鍛軋成形不能保證零件幾何精度，故在形變熱處理后必須進行機械加工。但強度與硬度的提高絕機械加工帶來困難。這就是許多類型的形變熱處理在生產上不易得到推廣的主要原因。用鍛造余熱淬火及隨歷的高溫回火來代替原來的調質工藝不存在這一影響。因為高溫回火后的強度與硬度并不高，不難進行機械加工，故鍛熱淬火是最易于推廣的一種形變熱處理工藝。由于鍛熱淬火具有上述一系列優點，故在生產上已得到廣泛應用。由表21可見，在我國已有大量零件

18、采用這一工藝生產。我們相信今后必將會有更多零件采用這一工藝。(二)鍛熱淬火后的力學姓能到目前為止，對鍛熱淬火后的力學性能已進行了大量的研究工作。從這些工作中可以看出，影響鍛熱淬火后的力學性能的主要原因很多，但一般來說，鍛熱淬火可以在保持塑性與韌性的前提下明顯提高強度與硬度。雖然不同鋼料、不同零件所得的結果不盡相同，但鍛熱淬火與普通淬火相比，強度與韌性的配合一般均以鍛熱淬火的為佳 鍛熱淬火不僅可以改善內部組織，而且鍛熱淬火零件的切削性能優于普通淬火的1.3.6 鍛造余熱退火【1】：滲碳鋼鍛成毛坯空冷至室溫后，通常均需進行次正火，使組織均勻化以改善切削加工性能及降低以后滲碳及滲碳后的熱處理過程中所

19、發生的變形。由于正火時的轉變是在連續冷卻的過程中在一個溫度范圍內進行的，因此所得組織不均勻。尤其是由于鍛壓截面尺寸不同以及由于冷卻條件不同而使轉變在不同的溫度范圍內發生時更增加了組織的不均勻性。組織的不均勻必將帶來硬度的不均勻而使切削加工性能變壞，加工后表面光潔皮下降，還將使滲碳以及滲碳后熱處理時的變形有所增加。為克服正火的這些缺點，目前一般均采用等溫退火來取代正火。即將已冷至室溫的鍛坯重新加熱到較滲碳溫度賂高的溫度，保溫一定時間后以40一50min的速度冷至650左右的溫度保溫一定時間待奧氏體全部轉變為鐵素體及偽珠光體后自爐中取出空冷至室溫。采用等溫退火可以獲得均勻的組織，硬度波動小，且可通

20、過凋正等溫溫度而很方便地調正退火后硬度，為隨后的切削加工提供條件，并減少滲碳及滲碳后的熱處理時的變形。不論是采取正火還是采取等溫退火均需將鍛坯重新加溫加熱到900它以上的高溫，這將消耗大量能量。如在利用鍛造余熱直接進行等溫退火則可節省這部分能量。常用的鍛造余熱等溫退火工藝有三種，工藝1。最簡單，終鍛后立即以40一50mh的冷速冷至入在t1保溫一段時間后空冷至室溫。t1視鋼種及所需硬度而異，一般均選在殊光體轉變曲線的鼻部以縮短等溫退火時間。如要求較低的硬度可選用較低的等溫溫度。為使鍛坯在進入等溫爐時各部分溫度均勻一致，可以采用b工藝，即在終鍛后先冷待至t2保溫一段時間待鍛坯各部分溫度均勻一致后再

21、以40一50血的冷遠快冷至t1保溫，t2應高于A3，一般采用900一950。 。實驗結果表明，由于加熱爐溫度波動而引起的終鍛溫度的差異對快冷到等溫溫度時還存在的溫差影響并不大。因在冷卻過程中溫差將逐漸減少。例如采用油爐或燃煤反射爐加熱時，終鍛時的最大溫差可達290左右，但冷至700時溫差巳降至50，故進入等濕爐時溫差已不大。由此可見，通常采用工藝。即可。采用上述兩種工藝時，鍛坯進入等溫爐時的奧氏體晶粒為再結晶所得晶粒，一般在4級左右，比較祖大。為細化奧氏體晶粒以達到細化等溫退火組織的目的因此目前采用在終鍛后先冷至低于A2的小持奧氏體全部轉變完后再重新加熱至t2保溫一段時間后以40一50min的

22、速度快冷至t2保溫,t3不宜過過低，t3愈低，被利用的余熱變少。一般以500度為宜。但也應指出，鍛造再結晶所得奧氏體晶粒的邊界并來被弱化，故晶拉極大不致引起性能變壞。再者，細化退火組織對再次加熱時所得奧氏體晶拉的大小影響也不大。故為節約能耗，也以采用工藝。為宜。采用鍛熱等溫退火的主要目的是節能。從退火后所得組織和性能看，均與一般等溫退火相同。如以正火所消耗的能量為100%，鍛造余熱正火及回火： 對于一些臺金元素含量較低的結構鋼鍛件來說，由于在鍛后的冷卻過程中，有可能沿粗大的奧氏體晶界析出粗大的鐵素體。因此在調質淬火前，必須先進行一次正火以消除已析出的鐵素缽，細化組織，然后再進行調質淬火。對于臺

23、金元素含量較高的結構鋼鍛件來說，由于在鍛后的冷卻過程中有可能形成粗大的非平衡組織，此時，不僅硬度偏高，不利于切削加工，且如直接進行碉質淬火，而加熱速度又較慢，有可能合并成相大顆粒狀輿氏體，而引起組織遺傳，得到粗大組織。為切斷組織遺傳，在最終淬火前，也必須先進行一次正火或退火，使得到平衡態組織，這樣才能保證在調質淬火時獲得令人滿意的細品被組織。考慮到一般結構鋼鍛件的終鍛溫度都在800一900度以上，與正火及完全退火加熱溫度相當。所不同的是前者是由鍛造加熱溫度冷卻下來得到的是經高溫形變及形變后的再結晶所形成的粗大的奧氏體；而后者則是由室溫加屈上來通過加熱轉變得到的比較紉小的奧氏體組織。如在前者粗大

24、奧氏體晶界上不存在能使晶界弱化的Mns等桿出物，則只要適當控制鍛后冷卻速度即可防止粗大鐵素體的析出及非平街組織的形成而獲得與再次正火或退火所得的相同的效果。為防止低合金結構鋼及碳結構鋼在鍍后冷卻過程中析出粗大鐵索體應采用較快的冷卻速度。而為防止含合金元素較高的結構鋼鍛件在鍛后冷卻過程中形成能引起組織遺傳的非平面組織，則因采用先快后僵的控制冷卻。由此可見，所謂鍛熱正火或退火即在終鍛后采用控制冷卻以獲得所需組織。為避免在奧氏體晶界有桿出物，對鍛熱熱處理來說并不困難。一是不要采用過高的鍛造加熱溫度，二是即或由于鍛造加熱溫度偏高，在加熱后開鍛前的冷待過程中有Mns等沿晶界析出，但鍛造以及做后的再結晶也可改變其分布，故通過再結晶所形成的奧氏體晶粒邊界上將不再存在Mns等析出物，為防止析出租大鐵索體的鍛熱正火比較簡單，即在終鍛后采用散放、吹風、噴霧等方法提高冷卻速度即可。為獲得接近平衡態的不會引起組織遺傳的組織則稍復雜一些，應采用特殊的冷卻路或遲火爐以控制段后冷卻速度。鍛造余熱強化正火鍛造余熱強化正火是在熱鍛成形后在空冷或在吹風冷卻條件下連續冷至室溫便在珠光體轉變區域轉變為珠光體組織的種工藝。鍛坯冷至室溫后，經機