1、热处理相关知识培训,2016-07-22,目录,4、 CQI-9体系介绍,3、先进中频热处理设备与工艺,1、热处理基础知识,2、感应热处理相关常识,改善无止境，每天进步一点点,热处理在工业生产中的地位,生产寿命高、重量轻、体积小、功能强及高度可靠的产品乃是制造业不断追求的目标。热处理(含表面改性，下同)是通过改变材料的组织结构从而大幅度改变材料性能的工艺环节，是提高产品的内在质量、保证整机使用性能和可靠性的关键，在制造业中有十分重要的作用。凡是拥有著名品牌产品的制造业企业都高度重视热处理技术的研发，通过大量的投入、持续研究、不断改进和长期积累，形成独到的热处理技术并严加保密。他人可从市场购得名
2、牌产品，制造出材料成分与几何要素完全一致的仿制品，但寿命和可靠性往往难望其项背。国际工业界公认：热处理技术是决定制造业水平及其市场竞争力的核心要素。,一、热处理基础知识,1.1：什么是热处理1.1：钢的分类及性能1.3：热处理基本工艺1.4：金相分析基础知识1.5：常见热处理缺陷,1.1、什么是热处理？,金属材料性能的改善有两种方式 1）冶炼过程中的合金化：20Cr 20CrMnTi 2）材料后续的热处理成分、组织、性能的关系微观组织决定宏观性能！,零件,热处理 就是将金属在固态下以一定的方式进行加热、保温，然后采取合适的方式冷却，通过加热速度、保温温度、保温时间和冷却速度四个基本要素的有机配
3、合，使金属或合金内部组织结构发生转变，从而获得一定性能的工艺方法。 加热温度、保温时间和冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素,1.1、什么是热处理？,热处理的作用 改善钢材使用性能和工艺性能，通过恰当的热处理可以充分挖掘材料的潜力，从而减少零件的重量，提高产品质量，延长产品使用寿命。 一辆汽车上需要热处理的件，占整个汽车重量的15%左右 。如：万向节，轮毂，球头，球壳，拨叉，曲轴，摇臂轴，摇臂，离合片，活塞杆等等。,1.1、什么是热处理？,钢的分类1、按化学成分分：碳素钢、合金钢把含有铁、碳两主要元素及少量硅、锰、硫、磷等杂质的钢称为碳素钢，根据钢中含碳量不同又可分为、低碳钢、中碳钢、高碳
4、钢在碳钢中加一定量的合金元素就构成合金钢。通常加入合金元素有（镍、铬、钼、钒、钛、铝等）2、按钢的质量级别分类：普通钢、优质钢、高级优质钢、特殊质量钢普通钢：钢中硫、磷的含量均不大于0.045%，优质钢中硫、磷含量均不大于0.035%。高级优质钢中硫、磷含量均不大于0.025%。特殊质量钢中硫、磷含量均不大于0.015%。3、按钢的用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢结构钢含碳量小于0.60%的低、中碳碳素结构钢和合金结构钢。结构钢具有足够强度和塑性，良好的冲击韧性，焊接性能好，同时也易于进行切削加工。工具钢经过热处理后可获得高的硬度、高的耐磨性。工具钢多于制作刀具、量具和模具，耐磨性强，寿命
5、高。特殊性能钢指加入较多的合金元素而具的特殊物理和化学性能的钢的总称。,1.2：钢的分类及性能,热处理四把火退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢随炉冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺，或作为预先热处理。目的：均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒、调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火淬火做好组织准备。正火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却的热处理工艺，正火可作为预备热处理，比调质加工成本低，为机械加工提供适宜的硬度，得到的组织为珠光体类组织。目的：细化晶粒，降低硬度，消除内应力，有利用切屑加工。,1.3：热处理基本
6、工艺,热处理四把火淬火：将钢加热到临界点AC3或AC1以上某一温度，保温一定时间，然后以较快的冷却速度淬火,得到马氏体为主的组织的热处理工艺称为淬火。目的：显著提高钢的强度和硬度。回火：将淬火后的工件加热到低于相变临界点温度，保温一定时间后再冷却到室温的热处理工艺。为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度和韧性配合的性能，需配以不同温度的回火。,1.3：热处理基本工艺,调质和渗碳调质：淬火加高温回火（500600），获得回火索氏体的一种工艺。钢的预备热处理一般为正火和调质，调质件抵抗冲击能力强，同种钢淬硬层相同时原始组织调质态比正火态冲击韧性高。化学热处理：将工件置放于活性介质中加热和保
7、温，使介质中活性原子渗入工件表层，以改变其表面层的化学成分、组织结构和性能的热处理工艺。（渗碳、氮化、碳氮共渗等）钢的渗碳即保证了表面的硬度和强度又保证了心部的韧性。,1.3：热处理基本工艺,一般热处理常见工艺安排1、落料锻造正火 机加工 渗碳淬火+低温回火磨削2、落料锻造正火（调质） 机加工 感应淬火+低温回火 磨削3、落料锻造 球化退火机加工 淬火+中温回火/低温回火 磨削,1.3：热处理基本工艺,1.4：金相分析基础知识,1.4.1奥氏体的冷却,1.4：金相分析基础知识,1.4：金相分析基础知识,1.4：金相分析基础知识,1.4.2 钢的组织转变1.共析钢的组织转变含碳量0.77%的共析
8、钢冷却过程中的组织转变如图所示。,1.4：金相分析基础知识,2.亚共析钢的组织转变亚共析钢冷却过程中的组织转变如图所示。,1.4：金相分析基础知识,金相基本组织1.铁素体：它是一个单相固溶体，即碳在铁中的固溶体，其最大含碳量很低，约为0.02%。硬度很低,一般为HB80120之间，其韧性比较好。,1.4：金相分析基础知识,2.珠光体:它是一个又相结构的组织,由铁素体和渗碳体所构成,是由高温奥氏体冷却到723共析反应后所得到的产物.它的含碳量为0.8%.珠光体硬度值与它的形态有关,呈片状形式的硬度高为190230.粒状珠光体硬度低为HB160190.机械性能片状珠光体强度比粒状高,但韧性则粒状珠
9、光体比片状好.,1.4：金相分析基础知识,3.马氏体：过冷奥氏体急速冷却时的产物。两种形态（板条状、针状）板条状马氏体特征，马氏体很细，而且同方向生长成为平行排列的细条，由于板条状马氏体只是在含碳不高的钢中形成，所以也称为低碳马氏体。针状马氏体，含碳高的淬火马氏体组织，具针状特征。,1.4：金相分析基础知识,1.5 常见热处理缺陷,钢材的组织缺陷1.魏氏组织:钢材加热温度高，得到粗大奥氏体晶粒，冷却后易得到魏氏组织。钢件出现魏氏组织后，机械性能明显下降，尤其是是冲击值下降很多。通过正火可消除。2.过烧组织：当钢材加热温度过高以及在高温下停留时间过长，就会在界处发生氧化而破坏金属基体。这种缺陷是
10、不允许的，也是无法补救。3.带状组织：珠光体与铁素体呈带状分层排列，一般是由于钢材轧制变形。横向强度、韧性差。通过退火可消除。4.钢材表面脱碳：钢材在氧化气氛中加热轧制或锻造，会使表面碳烧掉而脱碳。5.钢中的非金属加杂物：夹杂来源分二类，外来，在熔炼或浇注进入钢中，另一类是内在的，熔炼过程及浇铸时所产生的化学反应而产生的。夹杂物存在于钢的组织中，破坏了基体的连续性，疲劳强度降低，容易出现开裂。,淬火缺陷1.淬火硬度偏低：冷却速度不够或加热不足，冷速不够组织出现网状屈氏体，加热不足组织出现大量铁素体。2.表面硬度偏低：表面组织为屈氏体或铁素体，而零件里层却没有，为表面脱碳或贫碳引起。3.淬火组织
11、粗大：加热温度偏高，促使奥氏体晶粒粗大，在淬火后形成粗大马氏体，这是过热组织，易造成裂纹。4.表面局部退火：由于喷水圈堵塞，没有及时将工件冷却，造成退火，宏观表面颜色发蓝。5.碳化物成块状或网状：碳浓度高造成.使产品脆性增加,容易出现断裂.6.渗碳层不均匀：表面氧化皮未清理干净,装炉不合理,零件离的太近,炉温不均匀等产生。7.脱碳：气体渗碳时炉体漏气。8.渗碳产品表面硬度偏低：冷却慢，造成组织转变不充分，表面残余奥氏体过多产生。9、裂纹：一般由淬火内应力造成的，内应力又分为热应力和组织应力。,1.5 常见热处理缺陷,端面裂纹,退火处,淬透,1.5 常见热处理缺陷,组织粗大,二、感应热处理相关常
12、识,2.1：感应淬火原理2.2：感应淬火特点2.3：常用材料2.4：常见质量问题2.5：感应加热方法,2.1：感应淬火原理,感应加热表面淬火是在一个感应线圈中通以一定频率的交流电（有高频，中频，工频三种），使感应圈周围产生频率相同的交变磁场，置于磁场之中的工件就会产生与感应线圈频率相同，方向相反的感应电流，这个电流叫涡流。交流的电流形成电动势，产生电能转化为热能，加热工件。由于集肤效应，涡流主要集中在工件的表层。 由涡流所产生的热能使工件表层被迅速加热到淬火温度，心部组织无影响，随即向工件喷水，将工件表层淬硬。,2.2：感应淬火特点,优点：淬火质量好，表层组织细、硬度高（比常规淬火高2-3HR
13、C）、脆性小、生产效率高，便于自动化。缺点：设备较贵，形状复杂的感应器不易制造，不适于单件生产等。,感应加热淬火一般都用于中碳钢或中碳合金钢（如：45、40Cr等），钢件在表面淬火前应进行调质或正火处理，以保证心部性能。,2.3：表面淬火常用材料,2.4：常见质量问题,2.5感应加热方法,三、先进中频热处理设备与工艺,3.1：中频设备介绍3.2：感应淬火及回火工艺介绍,3.1：中频设备介绍,意大利SAET中频感应淬火及应力消除设备萨伊成立于1966年，致力于提供先进的热处理机床和电源，公司和集团总部位于意大利，领先于世界感应加热领域。萨伊（上海）和萨伊（嘉善）于2008在中国成立，面向中国市场
14、提供感应热处理机床和商业热处理服务。,3.1：中频设备介绍,日本DKK中频感应淬火设备 日本电气兴业株式会社自1952年开发感应设备以来，在世界感应加热设备领域享有盛誉，但其在中国无售后服务点，设备故障响应不够及时。,日本DKK通过式感应回火炉 结合了感应回火与传统炉子回火的双重优点，对产品进行3-4分钟连续加热，既保证了加热均一性，又提高了生产效率。,3.1：中频设备介绍,电控柜,水路系统,变压器,机械部分,机床总貌,气路部分,3.2：感应淬火及回火工艺,3.2.1 一发式感应淬火（整体淬火）,3.2.2 扫描淬火（连续加热）,一发式感应淬火是将需要硬化的表面同时加热淬火，当设备的功率足够时
15、，也就是说工件的淬火面积小于等于设备的同时加热淬火的最大面积，可选用整体淬火法。此方法效率高，对于长轴产品可很好的控制变形，但是对电源的功率要求较高。,当设备的功率不足以将工件需淬火表面积同时加热时，即工件的淬火面积大于设备的同时加热淬火的最大面积时选用扫描淬火。由于扫描淬火时感应器与工件会产生相对运动，因此感应器移动速度和工件旋转速度对工艺影响很大。,3.2：感应淬火及回火工艺,3.2.3 感应回火（应力消除站）,3.2.4 炉中回火,感应回火是指用感应器进行回火加热的回火方法，回火时加热层应比淬火层深，以降低过渡层的拉应力，感应回火一般10-20秒，效率高可连线生产。,炉子回火的工艺一般为
16、150-200摄氏度，时间1-2小时，回火过程一般伴随着马氏体中碳原子的偏聚、马氏体的分解、残余奥氏体转变等，因此回火时间越长，回火越充分。,3.2：感应淬火及回火工艺,3.2.5 感应回火炉回火,感应回火炉回火是使工件匀速通过隧道式回火炉腔的感应回火，回火炉由感应线圈组成，回火时间大约为180-250秒，与感应回火相比回火更充分。,四、CQI-9体系介绍,4.1：热处理特殊过程审核CQI-9简介4.2：CQI-9系统评审要求,热处理系统评估程序CQI-9 是AIAG（美国汽车工业行动集团）于2006年开发的，是AIAG发布的一个关于热处理体系的定位和规定的共识。热处理系统审核（CQI-9）是
17、客户和产品标准的补充，用来衡量供应商是否有能力满足审核要求。 证明有能力始终提供能够满足客户和应用要求的产品， 通过有效的应用该审核系统提高客户满意度，包括系统的持续改进。,4.1：热处理特殊过程审核CQI-9介绍,CQI-9特殊过程：热处理系统评审由AIAG热处理工作小组起草经技术委员会批准发布时间：第一版-2006年3月第二版-2007年8月第三版-2011年10月,4.1：热处理特殊过程审核CQI-9介绍,常见热处理工艺和过程表 过程表A：渗碳/碳氮共渗/碳修复/中性淬火（淬火和回火）/奥氏体等温淬火/马氏体等温淬火/回火/沉淀硬化-时效过程表B：气体渗氮和碳氮共渗（气体或盐浴）过程表C
18、：铝的热处理过程表D：感应热处理过程表E：退火/正火/去应力退火过程表F：真空渗碳过程表G：烧结硬化过程表H：离子渗氮,4.1：热处理特殊过程审核CQI-9介绍,热处理为什么是特殊过程？,热处理不同于尺寸不合格，如果一个螺栓太长，不能装配；一个螺栓太短，也不能装配；一个零件漏冲孔，也不能装配；一个零件孔太小，也不能装配；一个螺栓漏热处理或者热处理不当， 装配时不一定能发现； 不能在其预期寿命内实现其功能； 导致早期疲劳失效； 反复热处理其疲劳寿命会缩短。,4.1：热处理特殊过程审核CQI-9介绍,CQI-9的过程表、作业审核、结合1-3部分的评审要素规定了测试仪器设备以及频次：过程和测试设备高
19、温测量仪器过程监控频次在制品和成品测试频次淬火和淬火油的测试频次同时，过程表为检查工艺控制参数和零件指定了工艺参数和测试频率的公差。,如何建立有效的热处理过程控制？,4.1：热处理特殊过程审核CQI-9介绍,4.2 ：CQI-9系统审核要求,I、管理职责和质量计划现场要有全职的有资质的热处理人员，5年以上工作经验；热处理过程要实施APQP；PFMEA及时最新并反映当前过程；控制计划及时更新并反映当前状况；有热处理相关和参考的规范；所有过程都有书面工艺规范；设备开始使用，重新部署或大修后要有能力研究，包括产能分析和是否能满足客户的性能要求；随着时间的推移，热处理人员要进行数据收集和分析并对数据作
20、出反应，防止产品缺陷的发生；管理人员需要每24小时检查一次热处理监控系统并记录，努力发现失控情况或警报情况；最少每年用AIAG 进行每年一次内部审核；要有适当的程序授权返工并有记录，零件返工通知OEM客户；质量部要评审和处理客户和内部的关注；,4.2 ：CQI-9系统审核要求,I、管理职责和质量计划13.在HTSA范围内确定的每一热处理工艺都应规定一个持续改进过程，该过程应包括质量和产量的持续改进；14.质量经理负责批准授权适当人员对隔离产品进行处置；15.热处理人员要有包括全部热处理工艺的操作说明书，说明书包括可能出现的紧急情况(如停电)，设备启动，设备关闭，产品隔离，产品检验以及通用操作程
21、序等所有步骤；16.应为员工提供所有的热处理操作培训，表示员工培训的证据必须保留并审核培训的成效；17.要有一个责任人来确保所有主要的管理和监督功能都是由有资格的人来执行；18.要有预防性维护计划以及使用维护资料来形成预防性维护计划；19.热处理人员要列出一份关键备件清单，并保证这些备件能最低限度地减小生产中断；20.对不同钢厂生产的材料要预防一起热处理，以免妨碍达到规定的金相性能。,4.2 ：CQI-9系统审核要求,II、生产车间和物料处理职责1.工厂能保证输入接收系统的数据与顾客货运单据上的信息相符合；2.产品需明确标识和隔离，严格划分热前和热后区域；3.过程需具备产品批次的可溯性；4.要
22、有足够的程序防止不合格品流入生产系统；5.要对热处理过程中的卡料和滞料环节进行风险识别，减少混料风险；6.容器或料箱中不能有异物，防止混料；7.规定装炉量，并记录和控制；8.操作工要接受设备紧急状况下(如停电)，材料的搬运，遏制措施和产品隔离方面的培训；,4.2 ：CQI-9系统审核要求,II、生产车间和物料处理职责9.搬运，储藏和包装中能保证不损害产品的质量，需评审热处理炉装卸系统、加工和搬运过程的产品损坏的风险；10.工厂的清洁、现场管理、环境和工作条件有益质量改进；11.零件表面无影响热处理的有害物质；12.对淬火系统(温度/液面高度/搅拌/淬火液浓度/冷却曲线)进行监测、记录和控制；1
23、3.可溶性油或其他防锈物质受监控；14.过程控制参数(温度/碳势/气体流量等)按照过程表中规定的频率监控；15.过程中和终检(硬度/硬化层深度/金相组织等)按照过程表中规定的频率监控；16.定期验证产品检测设备(布洛维硬度计/显微硬度计).,4.2 ：CQI-9系统审核要求,III、设备1.热处理炉、发生器和淬火系统有合适的过程控制及设备，如，温度、碳势，气体流量(甲醇和丙烷以及氮气保护等)、淬火监控系统包括搅拌、温度控制和淬火油分析等；2.加工设备需要校验或验证，包括热电偶，红外测温仪，各种仪表，流量计和温度准确性(SAT)的校验；3.热电偶和保护管按照过程表规定检修或更换；4.每年或大修后
24、进行温度均匀性(TUS)测定，参照AMS2750 (Aerospace Material Specification)；5.控制炉温的热电偶的检测值和设定值之间的差异需符合过程表中的要求，SAT允许的最大误差范围是+/-5；6.要有热处理过程和设备报警装置的清单，至少每季度一次、或者修理后对报警装置进行验证并有书面记录；7.炉内气氛连续监控，自动控制并记录；,4.2 ：CQI-9系统审核要求,III、设备8.当气氛的备用验证方法(定碳片/三气分析仪/露点分析仪)和主要控制方法(氧探头/碳势/露点读数)不符或超出范围时，需重新设定碳势和原方法的一致；9.炉子的所有氨气管线需配备快速切断装置或一个
25、三阀自动防故障排气系统；10.紧固件和小的金属件等在热处理不需通氨气的其他零件前，热处理炉要进行至少3小时的氧化燃烧；11.所有气氛热处理炉都要有各种气体的流量范围或流量表；12.对螺纹紧固件，网带炉的淬火炉末端都装有玻璃观察窗口和红外线高温测试仪；13.奥氏体化盐浴炉中盐的成分需监控；14.对淬火介质进行定期分析；,4.2 ：CQI-9系统审核要求,III、设备15.控制零件的定位；16.控制零件的功率和能量；17.有线圈管理系统，有备用线圈，控制淬火压力；18.淬火系统必须自动控制，不允许手工淬火；19.每一批零件感应热处理要进行首件检验；20.要有关于感应器及淬火液喷孔维护的程序文件；2
26、1.应该有程序规定清除淬火系统的气泡。,4.2 ：CQI-9系统审核要求,IV、作业审核(针对指定零件) 组织每一次热处理系统评审至少应当完成一项热处理零件的作业审核，该零件最好为安全件和关键件。1.合同评审、APQP、PFMEA、控制计划等由有能力有资质的人来完成；2.工厂具有来自顾客的零件规范；3.车间的流转单满足了客户的追溯要求；4.在整个热处理过程中保持材料的标识 (零件号，批次号，热处理炉号，合同号等) ；5.有进货检验的书面记录；6.识别装料和堆放要求；7.采用正确的工艺参数或规范；8.明确产品的检验要求，如测试方法，测试频次和数量和样本的选择。,4.2 ：CQI-9系统审核要求,IV、作业审核(针对指定零件)9.相关过程步骤已经签字确认并受控；10.APQP中的检验过程和步骤已经明确；11.返工等额外的操作步骤已经得到授权或客户的同意；12.管理规范明确是否允许返工；13.零件或料箱没有异物或者杂质；14.零件包装要求已明确；15.零件的包装是否能最大限度地减少混料；16.零件被正确地标识,问题1：热处理为什么被称为特殊过程？问题2：感应回火炉的优点？,Thank You !,
