热处理工艺学 _百度百科
收藏 查看&热处理工艺学本词条缺少信息栏，补充相关内容使词条更完整，还能快速升级，赶紧来吧！
热处理工艺在我国已有悠久的历史早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物在洛阳出土的战国时代的铁锛系由白口铁脱碳退火制成热处理工艺最早的史料记载见于汉书王褒传中金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度并在此温度中保持一定时间后又以不同速度冷却的一种工艺方法
在当今社会生产中金属材料的应用是十分广泛的 尤其是钢铁材料在工业农业交通运输建筑以及国防等各方面都离不开他随着现代化工农业以及科学技术的发展人们对金属材料的性能要求越来越高为满足这一点一般可以采取两种方法研制新材料和对金属材料进行热处理后者是最广泛最常用的方法热处理是一种综合工艺热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科在战国时代燕都遗址出土的大量兵器向人们展示了在当时钢件已经采用了淬火正火渗碳等工艺近代出土的秦兵俑佩带的长剑箭镞等都有力的证明当时已经出现铜合金的复合材料而且还掌握了精湛的表面保护处理方法从而保持数千年不锈中国明代科学家宋应星在天工开物一书中对热处理工艺已有记载大量事实证明中国曾是世界上发展和应用热处理技术最早的国家之一但是长期的封建统治阻碍了中国科学技术的进步在一段相当长的时间内中国热处理技术的发展处于停止状态有的技术甚至失传直至解放以后热处理技术在中国才重新迅速发展起来出现了许多新工艺新设备但和当代世界先进水平比较中国的热处理技术仍较落后金属热处理是机械制造中的重要工艺之一与其它加工工艺相比热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分而是通过改变工件内部的显微组织或改变工件表面的化学成分赋予或改善工件的使用性能其特点是改善工件的内在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要的力学性能物理性能和化学性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可少的钢铁是机械工业中应用最广的材料钢铁显微组织复杂可以通过热处理予以控制所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容另外铝铜镁钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学物理和化学性能以获得不同的使用性能
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中热处理的作用逐渐为人们所认识早在公元前770～前222年中国人在生产实践中就已发现铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺
公元前六世纪钢铁兵器逐渐被采用为了提高钢的硬度淬火工艺遂得到迅速发展中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟其显微组织中都有马氏体存在说明是经过淬火的
随着淬火技术的发展人们逐渐发现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说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了同时也注意了油和尿的冷却能力中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%以上说明已应用了渗碳工艺但当时作为个人手艺的秘密不肯外传因而发展很慢1863年英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织证明了钢在加热和冷却时内部会发生组织改变钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图为现代热处理工艺初步奠定了理论基础与此同时人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等
年对于应用各种气体如氢气煤气一氧化碳等进行保护加热曾有一系列专利年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利
二十世纪以来金属物理的发展和其它新技术的移植应用使得到更大发展一个显著的进展是年在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 30年代出现露点电位差计使炉内气氛的碳势达到可控以后又研究出用二氧化碳红外仪氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法60年代热处理技术运用了等离子场的作用发展了离子渗氮渗碳工艺激光电子束技术的应用又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法热处理工艺一般包括加热保温冷却三个过程有时只有加热和冷却两个过程这些过程互相衔接不可间断
加热是热处理的重要步骤之一金属热处理的加热方法很多最早是采用木炭和煤作为热源进而应用液体和气体燃料电的应用使加热易于控制且无环境污染利用这些热源可以直接加热也可以通过熔融的盐或金属以至浮动粒子进行间接加热
金属加热时工件暴露在空气中常常发生氧化脱碳即钢铁零件表面碳含量降低这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中熔融盐中和真空中加热也可用涂料或包装方法进行保护加热
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一选择和控制加热温度 是保证热处理质量的主要问题加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异但一般都是加热到相变温度以上以获得需要的组织另外转变需要一定的时间因此当金属工件表面达到要求的加热温度时还须在此温度保持一定时间使内外温度一致使显微组织转变完全这段时间称为保温时间采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间或保温时间很短而化学热处理的保温时间往往较长
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤冷却方法因工艺不同而不同主要是控制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可以用正火一样的冷却速度进行淬硬
金属热处理工艺大体可分为整体热处理表面热处理局部热处理和化学热处理等根据加热介质加热温度和冷却方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采用不同的热处理工艺可获得不同的组织从而具有不同的性能钢铁是工业上应用最广的金属而且钢铁显微组织也最为复杂因此钢铁热处理工艺种类繁多
整体热处理是对工件整体加热然后以适当的速度冷却以改变其整体力学性能的金属热处理工艺钢铁整体热处理大致有退火正火淬火和回火四种基本工艺
退火是将工件加热到适当温度根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间然后进行缓慢冷却目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态获得良好的工艺性能和使用性能或者为进一步淬火作组织准备正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却正火的效果同退火相似只是得到的组织更细常用于改善材料的切削性能也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理
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同时变脆为了降低钢件的脆性将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间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整体热处理中的四把火其中的淬火与回火关系密切常常配合使用缺一不可
四把火随着加热温度和冷却方式的不同又演变出不同的热处理工艺为了获得一定的强度和韧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形成过饱和固溶体后将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间以提高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效而紧密地结合起来进行使工件获得很好的强度韧性配合的方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仅能使工件不氧化不脱碳保持处理后工件表面光洁提高工件的性能还可以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变其表层力学性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使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局部能短时或瞬时达到高温表面热处理的主要方法有激光热处理火焰淬火和感应加热热处理常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰感应电流激光和电子束等
化学热处理是通过改变工件表层化学成分组织和性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变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间从而使工件表层渗入碳氮硼和铬等元素渗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主要方法有渗碳渗氮渗金属复合渗等
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一大体来说它可以保证和提高工件的各种性能 如耐磨耐腐蚀等还可以改善毛坯的组织和应力状态以利于进行各种冷热加工
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁提高塑性 齿轮采用正确的热处理工艺使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高另外价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能可以代替某些耐热钢不锈钢工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用钢是以铁碳为主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获得的合金除铁碳为其主要成分外还含有少量的锰硅硫磷等杂质碳钢具有一定的机械性能又有良好的工艺性能且价格低廉因此碳钢获得了广泛的应用但随着现代工业与科学技术的迅速发展碳钢的性能已不能完全满足需要于是人们研制了各种合金钢合金钢是在碳钢基础上有目的地加入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性能有显著的提高故应用日益广泛
由于钢材品种繁多为了便于生产保管选用与研究必须对钢材加以分类按钢材的用途化学成分质量的不同可将钢分为许多类
一 按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢工具钢特殊性能钢三大类
1.用作各种机器零件的钢它包括渗碳钢调质钢弹簧钢及滚动轴承钢
2用作工程结构的钢它包括碳素钢中的甲乙特类钢及普通低合金钢
2.工具钢用来制造各种工具的钢根据工具用途不同可分为刃具钢模具钢与量具钢
3.特殊性能钢是具有特殊物理化学性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%此外根据钢中所含主要合金元素种类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%优质钢磷硫含量含硫量≤0.030%
此外还有按冶炼炉的种类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完全镇静钢脱氧比较完全及半镇静钢
钢厂在给钢的产品命名时往往将用途成分质量这三种分类方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工具钢高级优质碳素工具钢合金结构钢合金工具钢等均≤0.040%高级优质钢含磷量≤0.035%金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中金属材料在所定的冷热加工条件下表现出来的性能金属材料工艺性能的好坏决定了它在制造过程中加工成形的适应能力由于加工条件不同要求的工艺性能也就不同如铸造性能可焊性可锻性热处理性能切削加工性等所谓使用性能是指机械零件在使用条件下金属材料表现出来的性能它包括机械性能物理性能化学性能等金属材料使用性能的好坏决定了它的使用范围与使用寿命
在机械制造业中一般机械零件都是在常温常压和非强烈腐蚀性介质中使用的且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能称为机械性能或称为力学性能金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据外加载荷性质不同例如拉伸压缩扭转冲击循环载荷等对金属材料要求的机械性能也将不同常用的机械性能包括强度塑性硬度韧性多次冲击抗力和疲劳极限等下面将分别讨论各种机械性能
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏过量塑性变形或断裂的性能由于载荷的作用方式有拉伸压缩弯曲剪切等形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一定的联系使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标
塑性是指金属材料在载荷作用下产生塑性变形永久变形而不破坏的能力
硬度是衡量金属材料软硬程度的指标目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面根据被压入程度来测定其硬度值
常用的方法有布氏硬度HB洛氏硬度HRAHRBHRC和维氏硬度HV等方法
前面所讨论的强度塑性硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标实际上许多机器零件都是在循环载荷下工作的在这种条件下零件会产生疲劳
5 冲击韧性
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性一退火的种类
1 完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火一般简称为退火这种退火主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要工件的最终热处理或作为某些工件的预先热处理
2 球化退火
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢如制造刃具量具模具所用的钢种其主要目的在于降低硬度改善切削加工性并为以后淬火作好准备
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主要用来消除铸件锻件焊接件热轧件冷拉件等的残余应力如果这些应力不予消除将会引起钢件在一定时间以后或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹
为了提高硬度采取的方法主要形式是通过加热保温速冷最常用的冷却介质是盐水水和油盐水淬火的工件容易得到高的硬度和光洁的表面不容易产生淬不硬的软点但却易使工件变形严重甚至发生开裂而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火
1 降低脆性消除或减少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生变形甚至开裂
2 获得工件所要求的机械性能工件经淬火后硬度高而脆性大为了满足各种工件的不同性能的要求可以通过适当回火的配合来调整硬度减小脆性得到所需要的韧性塑性
3 稳定工件尺寸
4 对于退火难以软化的某些合金钢在淬火或正火后常采用高温回火使钢中碳化物适当聚集将硬度降低以利切削加工炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定
1对于不能成批定型生产的工件大小不相等的种类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对于大批量的汽车拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉
5对冲压件板材坯料的加热大批量生产时最好选用滚动炉辊底炉
6对成批的定型零件生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回转管炉
9有色金属锭坯在大批量生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一过热现象
我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大使零件的机械性能下降
1.一般过热加热温度过高或在高温下保温时间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韧性降低脆性转变温度升高增加淬火时的变形开裂倾向而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料常为不懂工艺发生的过热组织可经退火正火或多次高温回火后在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化
2.断口遗传有过热组织的钢材重新加热淬火后虽能使奥氏体晶粒细化但有时仍出现粗大颗粒状断口产生断口遗传的理论争议较多一般认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界而冷却时这些夹杂物又会沿晶界析出受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂
3.粗大组织的遗传有粗大马氏体贝氏体魏氏体组织的钢件重新奥氏化时以慢速加热到常规的淬火温度甚至再低一些其奥氏体晶粒仍然是粗大的这种现象称为组织遗传性要消除粗大组织的遗传性可采用中间退火或多次高温回火处理
二过烧现象
加热温度过高不仅引起奥氏体晶粒粗大而且晶界局部出现氧化或熔化导致晶界弱化称为过烧钢过烧后性能严重恶化淬火时形成龟裂过烧组织无法恢复只能报废因此在工作中要避免过烧的发生
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生反应降低了表层碳浓度称为脱碳脱碳钢淬火后表面硬度疲劳强度及耐磨性降低而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹
加热时钢表层的铁及合金与元素或介质或气氛中的氧二氧化碳水蒸气等发生反应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寸精度和表面光亮度恶化具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点
为了防止氧化和减少脱碳的措施有工件表面涂料用不锈钢箔包装密封加热采用盐浴炉加热采用保护气氛加热如净化后的惰性气体控制炉内碳势火焰燃烧炉使炉气呈还原性
四氢脆现象
高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆出现氢脆的工件通过除氢处理如回火时效等也能消除氢脆采用真空低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆1 正火将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺
2 退火annealing将亚共析钢工件加热至Ac3以上3050度保温一段时间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保持使过剩相充分溶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保持时其性能随时间而变化的现象
5 固溶处理使合金中各种相充分溶解强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能消除应力与软化以便继续加工成型
6 时效处理在强化相析出的温度加热并保温使强化相沉淀析出得以硬化提高强度
7 淬火将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却使工件在横截面内全部或一定的范围内发解到固溶体中然后快生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺
8 回火将经过淬火的工件加热到临界点Ac1以下的适当温度保持一定时间随后用符合要求的方法冷却以获得所需要的组织和性能的热处理工艺
9 钢的氮化及碳氮共渗
(1).钢的氮化气体氮化
概念氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程其目的是提高表面硬度和耐磨性以及提高疲劳强度和抗腐蚀性
它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子被钢吸收后在其表面形成氮化层同时向心部扩散
氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行适用于各种高速传动精密齿轮机床主轴如镗杆磨床主轴高速柴油机曲轴阀门等
氮化工件工艺路线锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨
由于氮化层薄并且较脆因此要求有较高强度的心部组织所以要先进行调质热处理获得回火索氏体提高心部机械性能和氮化层质量
钢在氮化后不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性
氮化处理温度低变形很小它与渗碳感应表面淬火相比变形小得多
(2).钢的碳氮共渗碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程习惯上碳氮共渗又称作氰化目前以中温气体碳氮共渗和低温气体氮碳共渗即气体软氮化应用较是广中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度耐磨性和疲劳强度低温气体碳氮共渗以渗氮为主其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性
10.调质处理quenching and tempering一般习惯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应用于各种重要的结构零件特别是那些在交变负荷下工作的连杆螺栓齿轮及轴类等调质处理后得到回火索氏体组织它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关一般在HB200350之间
11 钎焊用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺根据工件性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℃
低温回火所得组织为回火马氏体其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下降低其淬火内应力和脆性以免使用时崩裂或过早损坏它主要用于各种高碳的切削刃具量具冷冲模具滚动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℃
中温回火所得组织为回火屈氏体其目的是获得高的屈服强度弹性极限和较高的韧性因此它主要用于各种弹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℃
高温回火所得组织为回火索氏体习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理其目的是获得强度硬度和塑性韧性都较好的综合机械性能因此广泛用于汽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HB200－330一气氛与钢铁的化学反应
2Fe+O2→2FeO
Fe+H2O→FeO+H2
FeC+CO2→Fe+2CO
FeO+H2→Fe+H2O FeO+CO→Fe+O2
2CO→[C]+CO2
CH4→[C]+2H2
Fe+[C]→FeC
2NH3→2[N]+3H2
Fe+[N]→FeN
二各种气氛对金属的作用
氮气在≥1000℃时会与Cr,CO,Al.Ti反应
氢气可使铜镍铁钨还原当氢气中的水含量达到百分之0.20.3时会使钢脱碳
水≥800℃时使铁钢氧化脱碳与铜不反应
一氧化碳其还原性与氢气相似可使钢渗碳
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铍青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金经固溶及时效处理后强度可达MPa(公斤其热处理特点是固溶处理后具有良好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同时硬度强度也得到提高
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采用760-780℃主要是防止晶粒粗大影响强度固溶处理炉温均匀度应严格控制在±5℃保温时间一般可按1小时/25mm计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形成氧化膜虽然对时效强化后的力学性能影响不大但会影响其冷加工时工模具的使用寿命为避免氧化应在真空炉或氨分解惰性气体还原性气氛如氢气一氧化碳等中加热从而获得光亮的热处理效果此外还要注意尽量缩短转移时间此淬水时否则会影响时效后的机械性能薄形材料不得超过3秒一般零件不超过5秒淬火介质一般采用水无加热的要求当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油
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对于Be大于1.7%的合金最佳时效温度为300-330℃保温时间1-3小时根据零件形状及厚度Be低于0.5%的高导电性电极合金由于熔点升高最佳时效温度为450-480℃保温时间1-3小时近年来还发展出了双级和多级时效即先在高温短时时效而后在低温下长时间保温时效这样做的优点是性能提高但变形量减小为了提高铍青铜时效后的尺寸精度可采用夹具夹持进行时效有时还可采用两段分开时效处理
3铍青铜的去应力处理
铍青铜去应力退火温度为150-200℃保温时间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产生的残余应力稳定零件在长期使用时的形状及尺寸精度热处理残余力是指工件经热处理后最终残存下来的应力对工件的形状尺寸和性能都有极为重要的影响当它超过材料的屈服强度时便引起工件的变形超过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减少和消除但在一定条件下控制应力使之合理分布就可以提高零件的机械性能和使用寿命变有害为有利分析钢在热处理过程中应力的分布和变化规律使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义例如关于表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视
一钢的热处理应力
工件在加热和冷却过程中由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致形成温差就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力即热应力在热应力的作用下由于表层开始温度低于心部收缩也大于心部而使心部受拉当冷却结束时由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉这种现象受到冷却速度材料成分和热处理工艺等因素的影响当冷却速度愈快含碳量和合金成分愈高冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大最后形成的残余应力就愈大另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时因比容的增大会伴随工件体积的膨胀工件各部位先后相变造成体积长大不一致而产生组织应力组织应力变化的最终结果是表层受拉应力心部受压应力恰好与热应力相反组织应力的大小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因素有关
实践证明任何工件在热处理过程中只要有相变热应力和组织应力都会发生只不过热应力在组织转变以前就已经产生了而组织应力则是在组织转变过程中产生的在整个冷却过程中热应力与组织应力综合作用的结果就是工件中实际存在的应力这两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响如成分形状热处理工艺等就其发展过程来说只有两种类型即热应力和组织应力作用方向相反时二者抵消作用方向相同时二者相互迭加不管是相互抵消还是相互迭加两个应力应有一个占主导因素热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉表面受压组织应力占主导地位时的作用结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集中的因素包括冶金缺陷在内对淬火裂纹的产生都有促进作用但只有在拉应力场内尤其是在最大拉应力下才会表现出来若在压应力场内并无促裂作用
淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至决定性影响的因素为了达到淬火的目的通常必须加速零件在高温段内的冷却速度并使之超过钢的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织就残余应力而论这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的其效果将随高温冷却速度的加快而增大而且在能淬透的情况下截面尺寸越大的工件虽然实际冷却速度更缓开裂的危险性却反而愈大这一切都是由于这类钢的热应力随尺寸的增大实际冷却速度减慢热应力减小组织应力随尺寸的增大而增加最后形成以组织应力为主的拉应力作用在工件表面的作用特点造成的并与冷却愈慢应力愈小的传统观念大相径庭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形成纵裂避免淬裂的可靠原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变的不等时性仅仅实行马氏体转变区内的缓冷却不足以预防纵裂的形成一般情况下只能产生在非淬透性件中的裂纹虽以整体快速冷却为必要的形成条件可是它的真正形成原因却不在快速冷却包括马氏体转变区内本身而是淬火件局部位置由几何结构决定在高温临界温度区内的冷却速度显著减缓因而没有淬硬所致产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈是由以热应力为主要成份的残余拉应力作用在淬火件中心而在淬火件末淬硬的截面中心处首先形成裂纹并由内往外扩展而造成的为了避免这类裂纹产生往往使用水--油双液淬火工艺在此工艺中实施高温段内的快速冷却目的仅仅在于确保外层金属得到马氏体组织,而从内应力的角度来看这时快冷有害无益其次冷却后期缓冷的目的主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度从而达到减小应力值和最终抑制淬裂的目的书 名 热处理工艺学
出版时间2009年01月
定价 80元金属热处理工艺学经审定为工科高等学校金属材料与热处理专业教材内容包括金属加热退火正火淬火回火表面淬火化学热处理及热处理工艺设计等有关金属热处理的工艺原理
金属热处理工艺学结合金属热处理及化学热处理近年来的成就着重在工艺原理上进行了阐述并对热处理及化学热处理的发展趋势在理论上进行了分析介绍了真空热处理可控气氛热处理形变热处理激光电子束表面淬火真空渗碳等离子化学热处理及复合热处理等新工艺最后阐述了热处理工艺与设计及其他加工工艺间的关系并结合实例介绍了热处理工艺设计的基该方法及最优化工艺设计的概念
金属热处理工艺学也可供从事金属材料及热处理研究和生产的广大科技人员参考绪论
1　金属热处理工艺学的发展过程
2　学习金属热处理工艺学的目的任务及要求
3　学习金属热处理工艺学的方法
参考文献　
第一章　金属的加热　
1.1　金属加热的物理过程及其影响因素
1.1.1　加热介质与工件表面的传热过程影响给热系数a的因素
1.1.2　工件内部的热传导过程
1.1.3　热处理加热时间的确定
1.1.4　影响热处理工件加热的因素
1.2　金属及合金在不同介质中加热时常见的物理化学现象及加热介质选择
1.2.1　金属在加热时的氧化反应及氧化过程
1.2.2　钢加热时的脱碳及脱碳过程
1.2.3　加热介质的选择　
第二章　退火和正火
2.1　退火正火的定义目的和分类
2.2　常用退火工艺方法　
2.2.1　扩散退火　
2.2.2　完全退火　
2.2.3　不完全退火　
2.2.4　球化退火
2.2.5　再结晶退火和消除应力退火　
2.3　钢的正火
2.4　退火正火后钢的组织和性能　
2.5　退火正火缺陷　
第三章　钢的淬火及回火
3.1　淬火的定义目的淬火的必要条件　
3.2　淬火介质
3.2.1　淬火介质的冷却作用
3.2.2　淬火介质冷却特性的测定
3.2.3　常用淬火介质及其冷却特性
3.3　钢的淬透性
3.3.1　淬透性的基本概念及其影响因素
3.3.2　淬透性的实验测定方法
3.3.3　淬透性的计算方法
3.3.4　淬透性在选择材料和制订热处理工艺时的应用
3.4　淬火应力变形及开裂
3.4.1　淬火时工件的内应力
3.4.2　淬火时工件的变形
3.4.3　淬火裂缝
3.5　确定淬火工艺规范的原则淬火工艺方法及其应用　
3.5.1　淬火加热方式及加热温度的确定原则
3.5.2　淬火加热时间的确定原则
3.5.3　淬火介质及冷却方式的选择与确定
3.5.4　淬火方法及其应用
3.5.5　淬火过程的计算机数值模拟及应用
3.6　钢的回火
3.6.1　碳钢的回火特性
3.6.2　回火工艺的制订
3.7　淬火新工艺的发展与应用
3.7.1　循环快速加热淬火
3.7.2　高温淬火
3.7.3　高碳钢低温快速短时加热淬火
3.7.4　亚共析钢的亚温淬火
3.7.5　等温淬火的发展
3.7.6　其他淬火方法
3.8　淬火回火缺陷及其预防补救
3.8.1　淬火缺陷及其预防补救
3.8.2　回火缺陷及其预防补救
第四章　钢的表面淬火
4.1　表面淬火的目的分类及应用
第五章 金属的化学热处理
第六章 热处理工艺设计
新手上路我有疑问投诉建议参考资料 查看