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金属热处理基础知识 |
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| 金属热处理是将金属工件放在必定的介质中加热到适合的温度，并在此温度中坚持必定时刻后，又以不同速度冷却的一种工艺。 1．金属安排 金属：具有不透明、金属光泽杰出的导热和导电性并且其导电才干随温度的增高而减小，赋有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规则性摆放的固体（即晶体）。 合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、功能相同的组成部分。 固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍坚持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分空隙固溶体和置换固溶体两种。 固溶强化：因为溶质原子进入溶剂晶格的空隙或结点，使晶格发作畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 化合物：合金组元间发作化合效果，生成一种具有金属功能的新的晶体固态结构。 机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，尽管是双面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械功能。 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的空隙固溶体。 奥氏体：碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的空隙固溶体。 渗碳体：碳和铁构成的安稳化合物（Fe3c）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%） 莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%） 金属热处理是机械制作中的重要工艺之一，与其它加工工艺比较，热处理一般不改动工件的形状和全体的化学成分，而是通过改动工件内部的显微安排，或改动工件表面的化学成分，赋予或改进工件的运用功能。其特色是改进工件的内涵质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需求的力学功能、物理功能和化学功能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不行少的。钢铁是机械工业中运用最广的材料，钢铁显微安排杂乱，能够通过热处理予以操控，所以钢铁的热处理是金属热处理的首要内容。别的，铝、铜、镁、钛等及其合金也都能够通过热处理改动其力学、物理和化学功能，以取得不同的运用功能。 在从石器时代开展到铜器时代和铁器时代的进程中，热处理的效果逐步为人们所知道。早在公元前770～前222年，我国人在出产实践中就已发现，铜铁的功能会因温度和加压变形的影响而 改动。白口铸铁的柔化处理就是制作耕具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁武器逐步被选用，为了进步钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速开展。我国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微安排中都有马氏体存在，阐明是通过淬火的。 跟着淬火技能的开展，人们逐步发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这阐明我国在古代就留意到不同水质的冷却才干了，一起也留意了油和尿的冷却才干。我国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，阐明已运用了渗碳工艺。但其时作为个人“手工”的隐秘，不愿别传，因而开展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展现了钢铁在显微镜下的六种不同的金相安排，证明了钢在加热和冷却时，内部会发作安排改动，钢中高温时的相在急冷时改动为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德建立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早拟定的铁碳相图，为现代热处理工艺开端奠定了理论基础。与此一起，人们还研讨了在金属热处理的加热进程中对金属的维护办法，以防止加热进程中金属的氧化和脱碳等。 1850～1880年，关于运用各种气体(比如、煤气、等)进行维护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克取得多种金属亮光热处理的专利。 二十世纪以来，金属物理的开展和其它新技能的移植运用，使金属热处理工艺得到更大开展。一个明显的开展是1901～1925年，在工业出产中运用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代呈现露点电位差计,使炉内气氛的碳势到达可控，今后又研讨出用二氧化碳红外仪、氧探头号进一步操控炉内气氛碳势的办法；60年代，热处理技能运用了等离子场的效果，开展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技能的运用，又使金属取得了新的表面热处理和化学热处理办法。 金属热处理的工艺 热处理工艺一般包含加热、保温、冷却三个进程，有时只需加热和冷却两个进程。这些进程彼此联接，不行接连。 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热办法许多，最早是选用木炭和煤作为热源，进而运用液体和气体燃料。电的运用使加热易于操控，且无环境污染。运用这些热源能够直接加热，也能够通过熔融的盐或金属，以致起浮粒子进行直接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发作氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量下降)，这关于热处理后零件的表面功能有很晦气的影响。因而金属一般应在可控气氛或维护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装办法进行维护加热。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，挑选和操控加热温度 ，是确保热处理质量的首要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的意图不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以取得高温安排。别的改动需求必定的时刻，因而当金属工件表面到达要求的加热温度时，还须在此温度坚持必定时刻，使表里温度共同，使显微安排改动彻底，这段时刻称为保温时刻。选用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时刻，而化学热处理的保温时刻往往较长。 冷却也是热处理工艺进程中不行短少的进程，冷却办法因工艺不同而不同，首要是操控冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就能够用正火相同的冷却速度进行淬硬。 金属热处理工艺大体可分为全体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。依据加热介质、加热温度和冷却办法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属选用不同的热处理工艺，可取得不同的安排，然后具有不同的功能。钢铁是工业上运用最广的金属，并且钢铁显微安排也最为杂乱，因而钢铁热处理工艺品种繁复。 全体热处理是对工件全体加热，然后以恰当的速度冷却，以改动其全体力学功能的金属热处理工艺。钢铁全体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种根本工艺。 退火是将工件加热到恰当温度，依据材料和工件尺度选用不同的保温时刻，然后进行缓慢冷却，意图是使金属内部安排到达或挨衡状况，取得杰出的工艺功能和运用功能，或许为进一步淬火作安排预备。正火是将工件加热到适合的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火类似，只是得到的安排更细，常用于改进材料的切削功能，也有时用于对一些要求不高的零件作为终究热处理。 淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但一起变脆。为了下降钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一恰当温度进行长时刻的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是全体热处理中的“四把火”，其间的淬火与回火关系密切，常常合作运用，缺一不行。 “四把火”跟着加热温度和冷却办法的不同，又演变出不同的热处理工艺 。为了取得必定的强度和耐性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火构成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的恰当温度下坚持较长时刻，以进步合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。 把压力加工形变与热处理有用而严密地结合起来进行，使工件取得很好的强度、耐性合作的办法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不只能使工件不氧化，不脱碳，坚持处理后工件表面亮光，进步工件的功能，还能够通入渗剂进行化学热处理。 表面热处理是只加热工件表层，以改动其表层力学功能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，运用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或部分能短时或瞬时到达高温。表面热处理的首要办法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧或氧等火焰、感应电流、激光和电子束等。 化学热处理是通过改动工件表层化学成分、安排和功能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改动了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时刻，然后使工件表层进入碳、氮、硼和铬等元素。进入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的首要办法有渗碳、渗氮、渗金属。 热处理是机械零件和工模具制作进程中的重要工序之一。大体来说，它能够确保和进步工件的各种功能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还能够改进毛坯的安排和应力状况，以利于进行各种冷、热加工。 例如白口铸铁通过长时刻退火处理能够取得可锻铸铁，进步塑性 ；齿轮选用正确的热处理工艺，运用寿数能够比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地进步；别的，价廉的碳钢通过进入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢功能，能够替代某些耐热钢、不锈钢；工模具则简直悉数需求通过热处理方可运用。 钢的分类 钢是以铁、碳为首要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。 钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼取得的合金，除铁、碳为其首要成格外，还含有少数的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有必定的机械功能，又有杰出的工艺功能，且报价低廉。因而，碳钢取得了广泛的运用。但跟着现代工业与科学技能的迅速开展，碳钢的功能已不能彻底满意需求，所以人们研发了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有意图地参加某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的功能有明显的进步，故运用日益广泛。 因为钢材品种繁复，为了便于出产、保管、选用与研讨，有必要对钢材加以分类。按钢材的用处、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类： 一． 按用处分类 按钢材的用处可分为结构钢、东西钢、特殊功能钢三大类。 结构钢：1.用作各种机器零件的钢。它包含渗碳钢、调质钢、绷簧钢及翻滚轴承钢。 2．用作工程结构的钢。它包含碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。 东西钢：用来制作各种东西的钢。依据东西用处不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。 特殊功能钢：是具有特殊物理化学功能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 二． 按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。 合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，依据钢中所含首要合金元素品种不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。 三． 按质量分类 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高档优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。 此外，还有按冶炼炉的品种，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不彻底），镇静钢（脱氧比较彻底）及半镇静钢。 钢厂在给钢的产品命名时，往往将用处、成分、质量这三种分类办法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素东西钢、高档优质碳素东西钢、合金结构钢、合金东西钢等。 金属材料的机械功能 金属材料的功能一般分为工艺功能和运用功能两类。所谓工艺功能是指机械零件在加工制作进程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的功能。金属材料工艺功能的好坏，决议了它在制作进程中加工成形的适应才干。因为加工条件不同，要求的工艺功能也就不同，如铸造功能、可焊性、可锻性、热处理功能、切削加工性等。所谓运用功能是指机械零件在运用条件下，金属材料表现出来的功能，它包含机械功能、物理功能、化学功能等。金属材料运用功能的好坏，决议了它的运用范围与运用寿数。 在机械制作业中，一般机械零件都是在常温、常压和非激烈腐蚀性介质中运用的，且在运用进程中各机械零件都将接受不同载荷的效果。金属材料在载荷效果下反抗损坏的功能，称为机械功能（或称为力学功能）。 金属材料的机械功能是零件的规划和选材时的首要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、紧缩、改变、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械功能也将不同。常用的机械功能包含：强度、塑性、硬度、冲击耐性、屡次冲击抗力和疲惫极限等。下面将别离评论各种机械功能。 1． 强度 强度是指金属材料在静荷效果下反抗损坏（过量塑性变形或开裂）的功能。因为载荷的效果办法有拉伸、紧缩、曲折、剪切等方式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有必定的联络，运用中一般较多以抗拉强度作为最根本的强度指针。 2． 塑性 塑性是指金属材料在载荷效果下，发作塑性变形（永久变形）而不损坏的才干。 3． 硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指针。现在出产中测定硬度办法最常用的是压入硬度法，它是用必定几许形状的压头在必定载荷下压入被测验的金属材料表面，依据被压入程度来测定其硬度值。 常用的办法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等办法。 4． 疲惫 前面所评论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷效果下的机械功能指针。实践上，许多机器零件都是在循环载荷下作业的，在这种条件下零件会发作疲惫。 5． 冲击耐性 以很大速度效果于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷效果下反抗损坏的才干叫做冲击耐性。 退火---淬火---回火 一．退火的品种 1． 彻底退火和等温退火 彻底退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火首要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的终究热处理，或作为某些工件的预先热处理。 2． 球化退火 球化退火首要用于过共析的碳钢及合金东西钢（如制作刃具，量具，模具所用的钢种）。其首要意图在于下降硬度，改进切削加工性，并为今后淬火作好预备。 3． 去应力退火 去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火首要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的剩余应力。假如这些应力不予消除，将会引起钢件在必定时刻今后，或在随后的切削加工进程中发作变形或裂纹。 二．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，简单得到高的硬度和亮光的表面，不简单发作淬不硬的软点，但却易使工件变形严峻，乃至发作开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的安稳性比较大的一些合金钢或小尺度的碳钢工件的淬火。 三．钢回火的意图 1． 下降脆性，消除或削减内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发作变形乃至开裂。 2． 取得工件所要求的机械功能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满意各种工件的不同功能的要求，能够通过恰当回火的合作来调整硬度，减小脆性，得到所需求的耐性，塑性。 3． 安稳工件尺度 4． 关于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常选用高温回火，使钢中碳化物恰当集合，将硬度下降，以利切削加工。 炉型的挑选 炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决议 1．关于不能成批定型出产的，工件巨细不相等的，品种较多的，要求工艺上具有通用性、 多用性的，可选用箱式炉。 2．加热长轴类及长的丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。 3．小批量的渗碳零件，可选用井式气体渗碳炉。 4．关于大批量的轿车、拖拉机齿轮等零件的出产可选接连式渗碳出产线或箱式多用炉。 5．对冲压件板材坯料的加热大批量出产时，最好选用翻滚炉，辊底炉。 6．对成批的定型零件，出产上可选用推杆式或传送带式电阻炉（推杆炉或铸带炉） 7．小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。 8．钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的反转管炉。 9．有色金属锭坯在大批量出产时可用推杆式炉，而对有色金属小零件及材料可用空气循环加热炉。 加热缺点及操控 一、过热现象 咱们知道热处理进程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械功能下降。 1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时刻过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强耐性下降，脆性改动温度升高，添加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温外表失控或混料（常为不明白工艺发作的）。过热安排可经退火、正火或屡次高温回火后，在正常情况下从头奥氏化使晶粒细化。 2.断口遗传：有过热安排的钢材，从头加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍呈现粗大颗粒状断口。发作断口遗传的理论争议较多，一般以为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口分出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界开裂。 3.粗大安排的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体安排的钢件从头奥氏化时，以慢速加热到惯例的淬火温度，乃至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为安排遗传性。要消除粗大安排的遗传性，可选用中间退火或屡次高温回火处理。 二、过烧现象 加热温度过高，不只引起奥氏体晶粒粗大，并且晶界部分呈现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后功能严峻恶化，淬火时构成龟裂。过烧安排无法康复，只能作废。因而在作业中要防止过烧的发作。 三、脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发作反响，下降了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲惫强度及耐磨性下降，并且表面构成剩余拉应力易构成表面网状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发作反响生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺度精度和表面亮光度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易呈现淬火软点。 为了防止氧化和削减脱碳的办法有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、选用盐浴炉加热、选用维护气氛加热（如净化后的慵懒气体、操控炉内碳势）、火焰焚烧炉（使炉气呈复原性） 四、氢脆现象 高强度钢在富氛中加热时呈现塑性和耐性下降的现象称为氢脆。呈现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，选用真空、低氛或慵懒气氛加热可防止氢脆。 几种常见热处理概念 1． 正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的恰当温度坚持必定时刻后在空气中冷却，得到珠光体类安排的热处理工艺。 2． 退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时刻后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3． 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温坚持，使过剩相充沛溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4． 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温坚持时，其功能随时刻而改动的现象。 5． 固溶处理：使合金中各种相充沛溶解，强化固溶体并进步耐性及抗蚀功能，消除应力与软化，以便持续加工成型 6． 时效处理：在强化相分出的温度加热并保温，使强化相沉积分出，得以硬化，进步强度 7． 淬火：将钢奥氏体化后以恰当的冷却速度冷却，使工件在横截面内悉数或必定的范围内发作马氏体等不安稳安排结构改动的热处理工艺 8． 回火：将通过淬火的工件加热到临界点AC1以下的恰当温度坚持必定时刻，随后用符合要求的办法冷却，以取得所需求的安排和功能的热处理工艺 9． 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层一起进入碳和氮的进程。习气上碳氮共渗又称为化，现在以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）运用较为广泛。中温气体碳氮共渗的首要意图是进步钢的硬度，耐磨性和疲惫强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其首要意图是进步钢的耐磨性和抗咬合性。 10． 调质处理quenching and tempering：一般习气将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛运用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下作业的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体安排，它的机械功能均比相同硬度的正火索氏体安排为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火安稳性和工件截面尺度有关，一般在HB200—350之间。 11． 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺 回火的品种及运用 依据工件功能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种： （一）低温回火（150－250度） 低温回火所得安排为回火马氏体。其意图是在坚持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，下降其淬火内应力和脆性，防止运用时崩裂或过早损坏。它首要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，翻滚轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58－64。 （二）中温回火（350－500度） 中温回火所得安排为回火屈氏体。其意图是取得高的屈从强度，弹性极限和较高的耐性。因而，它首要用于各种绷簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－50。 （三）高温回火（500－650度） 高温回火所得安排为回火索氏体。习气大将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其意图是取得强度，硬度和塑性，耐性都较好的归纳机械功能。因而，广泛用于轿车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200－330。气氛与金属的化学反响 一． 气氛与钢铁的化学反响 1. 氧化 2Fe＋O2→2FeO Fe＋H2O→FeO＋H2 FeC＋CO2→Fe＋2CO 2. 复原 FeO＋H2→Fe＋H2O FeO＋CO→Fe＋O2 3. 渗碳 2CO→［C］＋CO2 Fe＋［C］→FeC CH4→［C］＋2H2 4.渗氮 2NH3→2［N］＋3H2 Fe＋［N］→FeN 二． 各种气氛对金属的效果 氮气：在≥1000度时会与Cr,CO,Al.Ti反响 ：可使铜，镍，铁，钨复原。当中的水含量到达百分之0.2—0.3时，会使钢脱碳 水：≥800度时，使铁、钢氧化脱碳，与铜不反响 ：其复原性与类似，可使钢渗碳 三． 各类气氛对电阻组件的影响 镍铬丝，铁铬铝：含硫气氛对电阻丝有害 钢的氮化及碳氮共渗 钢的氮化（气体氮化） 概念：氮化是向钢的表面层进入氮原子的进程，其意图是进步表面硬度和耐磨性，以及进步疲惫强度和抗腐蚀性。 它是运用气在加热时分化出活性氮原子，被钢吸收后在其表面构成氮化层，一起向心部分散。 氮化一般运用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精细齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。 氮化工件工艺道路：铸造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。 因为氮化层薄，并且较脆，因而要求有较高强度的心部安排，所以要先进行调质热处理，取得回火索氏体，进步心部机械功能和氮化层质量。 钢在氮化后，不再需求进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。 氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火比较，变形小得多 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层一起进入碳和氮的进程，习气上碳氮共渗又称作化。现在以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）运用较是广。中温气体碳氮共渗的首要意图是进步钢的硬度，耐磨性和疲惫强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其首要意图是进步钢的耐磨性和抗咬合性。 铍青铜的热处理 铍青铜是一种用处极广的沉积硬化型合金。经固溶及时效处理后，强度可达1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其热处理特色是：固溶处理后具有杰出的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，一起硬度、强度也得到进步。 （1） 铍青铜的固溶处理 一般固溶处理的加热温度在780-820℃之间，对用作弹性组件的材料，选用760-780℃，首要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严厉操控在±5℃。保温时刻一般可按1小时/25mm核算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会构成氧化膜。尽管对时效强化后的力学功能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的运用寿数。为防止氧化应在真空炉或分化、慵懒气体、复原性气氛（如、等）中加热，然后取得亮光的热处理效果。此外，还要留意尽量缩短搬运时刻（此淬水时），否则会影响时效后的机械功能。薄形材料不得超越3秒,一般零件不超越5秒。淬火介质一般选用水（无加热的要求），当然形状杂乱的零件为了防止变形也可选用油。 （2） 铍青铜的时效处理 铍青铜的时效温度与Be的含量有关，含Be小于2.1%的合金均宜进行时效处理。关于Be大于1.7%的合金，最佳时效温度为300-330℃，保温时刻1-3小时（依据零件形状及厚度）。Be低于0.5%的高导电性电极合金，因为溶点升高，最佳时效温度为450-480℃，保温时刻1-3小时。近年来还开展出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，然后在低温下长时刻保温时效，这样做的长处是功能进步但变形量减小。为了进步铍青铜时效后的尺度精度，可选用夹具夹持进行时效，有时还可选用两段分隔时效处理。 （3） 铍青铜的去应力处理 铍青铜去应力退火温度为150-200℃，保温时刻1-1.5小时，可用于消除因金属切削加工、校直处理、冷成形等发作的剩余应力，安稳零件在长期运用时的形状及尺度精度。 热处理应力及其影响 热处理剩余力是指工件经热处理后终究残存下来的应力,对工件的形状,&127;尺度和功能都有极为重要的影响。当它超越材料的屈从强度时,&127;便引起工件的变形,超越材料的强度极限时就会使工件开裂,这是它有害的一面,应当削减和消除。但在必定条件下操控应力使之合理散布,就能够进步零件的机械功能和运用寿数,变有害为有利。分析钢在热处理进程中应力的散布和改动规则,使之合理散布对进步产品质量有着深远的实践意义。例如关于表层剩余压应力的合理散布对零件运用寿数的影响问题现已引起了人们的广泛注重。 一、钢的热处理应力 工件在加热和冷却进程中,因为表层和心部的冷却速度和时刻的不共同,构成温差，就会导致体积胀大和缩短不均而发作应力,即热应力。在热应力的效果下,因为表层开端温度低于心部,缩短也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，因为心部终究冷却体积缩短不能自在进行而使表层受压心部受拉。即在热应力的效果下终究使工件表层受压而心部受拉。这种现象遭到冷却速度,材料成分和热处理工艺等要素的影响。当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却进程中在热应力效果下发作的不均匀塑性变形愈大,终究构成的剩余应力就愈大。另一方面钢在热处理进程中因为安排的改动即奥氏体向马氏体改动时,因比容的增大会随同工件体积的胀大,&127;工件各部位先后相变，构成体积长大不共同而发作安排应力。安排应力改动的终究成果是表层受拉应力,心部受压应力,刚好与热应力相反。安排应力的巨细与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状，材料的化学成分等要素有关。 实践证明,任何工件在热处理进程中,&127;只需有相变,热应力和安排应力都会发作。&127;只不过热应力在安排改动曾经就现已发作了，而安排应力则是在安排改动进程中发作的,在整个冷却进程中,热应力与安排应力归纳效果的成果,&127;就是工件中实践存在的应力。这两种应力归纳效果的成果是十分杂乱的,受着许多要素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。就其开展进程来说只需两品种型,即热应力和安排应力,效果方向相反时二者抵消,效果方向相一起二者彼此迭加。不管是彼此抵消仍是彼此迭加,两个应力应有一个占主导要素,热应力占主导地位时的效果成果是工件心部受拉,表面受压。&127;安排应力占主导地位时的效果成果是工件心部受压表面受拉。 二、热处理应力对淬火裂纹的影响 存在于淬火件不同部位上能引起应力会集的要素(包含冶金缺点在内),对淬火裂纹的发作都有促进效果,但只需在拉应力场内(&127;尤其是在最大拉应力下)才会表现出来,&127;若在压应力场内并无促裂效果。 淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决议剩余应力的重要要素,也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至决议性影响的要素。为了到达淬火的意图，一般有必要加速零件在高温段内的冷却速度,并使之超越钢的临界淬火冷却速度才干得到马氏体安排。就剩余应力而论,这样做因为能添加抵消安排应力效果的热应力值,故能削减工件表面上的拉应力而到达按捺纵裂的意图。其效果将随高温冷却速度的加速而增大。并且,在能淬透的情况下,截面尺度越大的工件,尽管实践冷却速度更缓,开裂的危险性却反而愈大。这一切都是因为这类钢的热应力随尺度的增大实践冷却速度减慢,热应力减小,&127;安排应力随尺度的增大而添加,终究构成以安排应力为主的拉应力效果在工件表面的效果特色构成的。并与冷却愈慢应力愈小的传统观念截然不同。对这类钢件而言,在正常条件下淬火的高淬透性钢件中只能构成纵裂。防止淬裂的牢靠原则是设法尽量减小截面表里马氏体改动的不等时性。只是施行马氏体改动区内的缓冷却不足以防备纵裂的构成。一般情况下只能发作在非淬透性件中的弧裂,虽以全体快速冷却为必要的构成条件，但是它的真实构成原因,却不在快速冷却(包含马氏体改动区内)自身,而是淬火件部分方位(由几许结构决议),在高温临界温度区内的冷却速度明显减缓,因而没有淬硬所构成的&127;。发作在大型非淬透性件中的横断和纵劈,是由以热应力为首要成份的剩余拉应力效果在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心处,首要构成裂纹并由内往外扩展而构成的。为了防止这类裂纹发作，往往运用水--油双液淬火工艺。在此工艺中施行高温段内的快速冷却,意图只是在于确保外层金属得到马氏体安排,&127;而从内应力的视点来看,这时快冷有害无益。其次,冷却后期缓冷的意图,首要不是为了下降马氏体相变的胀大速度和安排应力值,而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的缩短速度,然后到达减小应力值和终究按捺淬裂的意图。 三、剩余压应力对工件的影响 渗碳表面强化作为进步工件的疲惫强度的办法运用得很广泛的原因。一方面是因为它能有用的添加工件表面的强度和硬度，进步工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有用的改进工件的应力散布,在工件表面层取得较大的剩余压应力,&127;进步工件的疲惫强度。假如在渗碳后再进行等温淬火将会添加表层剩余压应力,使疲惫强度得到进一步的进步。有人对35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火的剩余应力进行过测验其 热处理工艺 剩余应力值（kg/mm2)渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟-65 渗碳后880-900度盐浴加热淬火，260度等温90分钟-18 渗碳后880-900度盐浴加热，260度等温40分钟，260度回火90分钟-38 从表1的测验成果能够看出等温淬火比一般的淬火低温回火工艺具有更高的表面剩余压应力。等温淬火后即便进行低温回火,其表面剩余压应力，也比淬火后低温回火高。因而能够得出这样一个定论,即渗碳后等温淬火比一般的渗碳淬火低温回火取得的表面剩余压应力更高,从表面层剩余压应力对疲惫抗力的有利影响的观念来看，渗碳等温淬火工艺是进步渗碳件疲惫强度的有用办法。渗碳淬火工艺为什么能取得表层剩余压应力?渗碳等温淬火为什么能取得更大的表层剩余压应力?其首要原因有两个：一个原因是表层高碳马氏体比容比心部低碳马氏体的比容大,淬火后表层体积胀大大,而心部低碳马氏体体积胀巨细,限制了表层的自在胀大,&127;构成表层受压心部受拉的应力状况。而另一个更重要的原因是高碳过冷奥氏体向马氏体改动的开端改动温度（Ms）,比心部含碳量低的过冷奥氏体向马氏体改动的开端温度（Ms）低。这就是说在淬火进程中往往是心部首要发作马氏体改动引起心部体积胀大,并取得强化,而表面还末冷却到其对应的马氏体开端改动点（Ms）,故仍处于过冷奥氏体状况,&127;具有杰出的塑性,不会对心部马氏体改动的体积胀大起严峻的限制效果。跟着淬火冷却温度的不断下降使表层温度降到该处的（Ms）点以下,表层发作马氏体改动,引起表层体积的胀大。但心部此刻早已改动为马氏体而强化,所以心部对表层的体积胀大将会起很大的限制效果,使表层取得剩余压应力。&127;而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层的马氏体开端改动温度（Ms）以上,心部的马氏体开端改动温度（&127;Ms）点以下的恰当温度等温淬火,比接连冷却淬火更能确保这种改动的先后次序的特色(&127;即确保表层马氏体改动只是发作于等温后的冷却进程中)。&127;当然渗碳后等温淬火的等温温度和等温时刻对表层剩余应力的巨细有很大的影响。有人对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃和320℃等温40&127;分钟后的表面剩余应力进行过测验,其成果如表2。 由表2可知在260℃举动等温比在320℃等温的表面剩余应力要高出一倍多 可见表面剩余应力状况对渗碳等温淬火的等温温度是很灵敏的。不只等温温度对表面剩余压应力状况有影响,并且等温时刻也有必定的影响。有人对35SiMn2V钢在310℃等温2分钟,10分钟,90分钟的剩余应力进行过测验。2分钟后剩余压应力为-20kg/mm,10分钟后为-60kg/mm,60分钟后为-80kg/mm,60分钟后再延伸等温时刻剩余应力改动不大。 从上面的评论标明,渗碳层与心部马氏体改动的先后次序对表层剩余应力的巨细有重要影响。渗碳后的等温淬火对进一步进步零件的疲惫寿数具有普遍意义。此外能下降表层马氏体开端改动温度（Ms）点的表面化学热处理如渗碳、氮化、化等都为构成表层剩余压应力供给了条件,如高碳钢的氮化--淬火工艺,因为表层,&127;氮含量的进步而下降了表层马氏体开端改动点（Ms）,淬火后取得了较高的表层剩余压应力使疲惫寿数得到进步。又如化工艺往往比渗碳具有更高的疲惫强度和运用寿数,也是因氮含量的添加可取得比渗碳更高的表面剩余压应力之故。此外,&127;从取得表层剩余压应力的合理散布的观念来看,单一的表面强化工艺不简单取得抱负的表层剩余压应力散布,而复合的表面强化工艺则能够有用的改进表层剩余应力的散布。如渗碳淬火的剩余应力一般在表面压应力较低,最大压应力则呈现在离表面必定深度处,并且剩余压力层较厚。氮化后的表面剩余压应力很高,但剩余压应力层很溥,往里急剧下降。假如选用渗碳--&127;氮化复合强化工艺,则可取得更合理的应力散布状况。&127;因而表面复合强化工艺,如渗碳--氮化,渗碳--&127;高频淬火等,都是值得注重的方向。 依据上述评论可得出以下定论; 1、热处理进程中发作的应力是不行防止的,并且往往是有害的&127;。但咱们能够操控热处理工艺尽量使应力散布合理,就可将其有害程度下降到最低极限,乃至变有害为有利。 2、当热应力占主导地位时应力散布为心部受拉表面受压,当安排应力占主导地时应力散布为心部受压表面受拉。 3、在高淬透性钢件中易构成纵裂,在非淬透性工件中往往构成弧裂,在大型非淬透工件中简单构成横断和纵劈。 4、渗碳使表层马氏体开端改动温度（Ms）点下降,可导至淬火时马氏体改动次序倒置,心部首要发作马氏体改动然后才涉及到表面,可取得表层剩余压应力而进步抗疲惫强度。 5、渗碳后进行等温淬火可确保心部马氏体改动充沛进行今后,表层安排改动才进行。&127;使工件取得比直接淬火更大的表层剩余压应力,可进一步进步渗碳件的疲惫强度。 6、复合表面强化工艺可使表层剩余压应力散布更合理,可明显进步工件的疲惫强度。 |
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