為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。下面就讓小編帶你來了解一下熱處理工藝。
1、熱處理簡介熱處理及其特點
熱處理是指金屬材料在固态下,通過加熱、保溫和冷卻的手段,以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。
工藝特點:
金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,與其他加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分,而是通過改變工件内部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的内在質量,而這一般不是肉眼所能看到的。
2、熱處理工藝分類熱處理工藝分類
金屬熱處理工藝大體上可分為:整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。
根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區分為若幹不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。
3、鋼鐵熱處理工藝鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料,鋼鐵顯微組織複雜,可以通過熱處理予以控制,所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要内容。另外,鋁、銅、鎂、钛等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能,以獲得不同的使用性能。
鋼鐵熱處理工藝制定依據——鐵碳相圖
鐵碳相圖中幾個重要的點、線和溫度
C,共晶點,溫度1148℃,含碳量0.43%,
E,溫度1148℃,含碳量2.11%,碳在γ-Fe中的最大溶解度
K,溫度727℃,含碳量6.69%,Fe3C的成分
P,溫度727℃,含碳量0.0218%,碳在α-Fe中的最大溶解度
S,溫度727℃,含碳量0.77%,共析點
GS(A3)奧氏體轉變為鐵素體的開始線
ES(Acm)碳在奧氏體中的溶解度線
PSK(A1)AS→Fp Fe3C 共析轉變線
PQ碳在鐵素體中的溶解度線
鋼鐵微觀組織結構及性能
組織和力學性能:
奧氏體:低硬度、低屈服強度,高塑性
鐵素體:低強度、低硬度、高塑性和韌性
滲碳體:高硬、高強、高耐磨,低塑性和韌性
珠光體:性能取決于組織形态
萊氏體::高硬、高強、高耐磨
退火
退火工藝可分為:完全退火、擴散退火、等溫退火、球化退火、去應力退火及再結晶退火等。
操作方法:
将鋼件加熱到Ac3 30~50℃或Ac1 30~50℃或Ac1以下的溫度(可以查閱有關資料)後,一般随爐溫緩慢冷卻。
目的
應用要點:
正火
操作方法:
将鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50℃,保溫後以稍大于退火的冷卻速度冷卻,一般為空冷。
目的
應用要點:
正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預先熱處理工序。對于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結構鋼及低合金鋼件,也可作為最後熱處理。對于一般中、高合金鋼,空冷可導緻完全或局部淬火,因此不能作為最後熱處理工序。
淬火
操作方法:
将鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上,保溫一段時間,然後在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。
目的:
淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織,有時對某些高合金鋼(如不鏽鋼、耐磨鋼)淬火時,則是為了得到單一均勻的奧氏體組織,以提高耐磨性和耐蝕性。應用要點
操作方法
将淬火後的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度,經保溫後,于空氣或油、熱水、水中冷卻。
目的
應用要點
操作方法:
淬火後高溫回火稱調質,即将鋼件加熱到比淬火時高10~20度的溫度,保溫後進行淬火,然後在400~720度的溫度下進行回火。
目的:
應用要點:
操作方法
将鋼件加熱到80~200度,保溫5~20小時或更長時間,然後随爐取出在空氣中冷卻。
目的:
應用要點:
操作方法:
将合金加熱到高溫(980~1250℃)單相區恒溫保持,是過剩相充分溶解到固溶體中厚快速冷卻。
目的:
應用要點:
固溶溫度應根據合金使用溫度進行調整,使用環境溫度越高則固溶溫度也應更高;對于過飽和度低的合金通常選擇較快的冷卻速度,對于飽和度高的合金通常為空氣中冷卻。
5、深冷處理深冷處理操作方法:
将淬火後的鋼件,在低溫介質(如幹冰、液氮)中冷卻到-40~-80℃或更低,溫度均勻一緻後取出均溫到室溫。
目的:
應用要點:
表面熱處理是隻加熱工件表層,以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了隻加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件内部,使用的熱源須具有高的能量密度,即在單位面積的工件上給予較大的熱能,使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理,常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。
火焰加熱表面淬火
操作方法:
用氧-乙炔混合氣體燃燒的火焰,噴射到鋼件表面上,快速加熱,當達到淬火溫度後立即噴水冷卻。
目的:
提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度,心部仍保持韌性狀态。
應用要點:
感應加熱表面淬火:
操作方法
将鋼件放入感應器中,使鋼件表層産生感應電流,在極短的時間内加熱到淬火溫度,然後噴水冷卻。
目的:
提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度,心部保持韌性狀态。
應用要點:
化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學熱處理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱,保溫較長時間,從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。
滲碳
操作方法
将鋼件放入滲碳介質中,加熱至900~950度并保溫,使鋼件便面獲得一定濃度和深度的滲碳層。
目的
提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度,心部仍然保持韌性狀态。
應用要點
操作方法
利用在500~600度時氨氣分解出來的活性氮原子,使鋼件表面被氮飽和,形成氮化層。
目的
提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。
應用要點
多用于含有鋁、鉻、钼等合金元素的中碳合金結構鋼,以及碳鋼和鑄鐵,一般氮化層深度為0.025~0.8mm。
碳氮共滲
操作方法:
向鋼件表面同時滲碳和滲氮。
目的:
提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。
應用要點:
來源:材易通;編輯:魯班七号
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