熱處理原理與工藝 自總結

2021-11-01 17:56:52 字數 5180 閱讀 6427

1影響對流換熱係數的因素

(1) 流體運動的情況:自然對流和強迫對流

(2) 流體的性質:熱導率、熱容、密度、粘度

(3) 工件的形狀及在爐內的位置

2影響熱導率的因素

(1) 碳元素、合金元素含量越多,熱導率越小

(2) 物相:奧氏體<淬火馬氏體<回火馬氏體<珠光體

(3) 溫度:對於純鐵、碳鋼,溫度越高,熱導率越小

3隨爐加熱、到溫入爐、高溫入爐、高溫入爐到溫出爐、預熱加熱

(1) 隨爐加熱:工件裝入爐中後,隨著爐子公升溫而加熱,直至所需加熱溫度。

(2) 到溫入爐:先把爐子溫度公升高到工件要求的加熱溫度,再把工件放入爐內加熱。

(3) 高溫入爐:先把爐子溫度公升高到高於工件要求的加熱溫度,再把工件放入爐內直至達到所需溫度

(4) 預熱加熱:工件先在已公升溫至較低溫度的爐子中加熱,到溫後再轉移至預定工件加熱溫度的爐中加熱至工件所要求的溫度。

4鐵加熱時的氧化反應

小於570℃加熱時,氧化產物為四氧化三鐵;

大於570℃加熱時,氧化產物為氧化亞鐵。

5內氧化:氧沿晶界或其他通道向內擴散,與晶界附近的si、mo等元素結合成氧化物的現象。(原因:sio2、moo的分解壓小於feo的分解壓,故si、mo先被氧化。)

6脫碳:鋼在加熱時,鋼中的碳與氣氛作用,使鋼表面失去一部分碳,含碳量降低的現象。

碳勢:表徵爐氣對鋼表層增碳或脫碳的能力。純鐵在一定溫度下於加熱爐氣中加熱時達到既不增碳也不脫碳並與爐氣保持平衡時表面的含碳量。

7爐氣碳勢測量方法(爐氣中co、h2、h2o、co2、ch4、o2有定量關係,co、h2含量是恆定的,知道其餘4中氣體任一種含量即可知所有氣體含量,從而可以得到碳勢。)

(1) 實際碳勢曲線:直接測定不同溫度時爐氣成分及與之平衡的鋼的含碳量。

(2) 紅外線co2分析儀:測定爐氣中co2含量(co2含量越高,碳勢越低)

(3) **儀:測定爐氣中h20的含量(h2o含量越高,碳勢越低)

(4) 氧探頭:測定爐氣中氧含量(氧分壓)(電勢越高,碳勢越高)

8脫碳過程:①脫碳反應②碳由內部向表面擴散

鋼在不同爐氣碳勢中脫碳後的組織分析

半脫碳層:脫碳層組織自表面至中心,由鐵素體加珠光體組織過渡到珠光體,再至原始含碳量的緩冷組織,這種脫碳層為半脫碳層。

全脫碳層:脫碳層組織自表面至中心,由單一鐵素體區到鐵素體加珠光體逐漸過渡到相當於鋼原始含碳量緩冷組織,這種脫碳層為全脫碳層。

9退火:將組織偏離平衡態的金屬材料加熱到適當溫度,保持一段時間,隨後緩慢冷卻達到接近平衡組織的熱處理工藝。

正火:將鋼加熱到臨界點ac3或accm以上適當溫度,保溫適當時間後,在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。

淬火:。

回火:將鋼加熱到臨界點ac1以下某一溫度保溫一段時間使淬火組織轉變為穩定的回火組織,隨後以適當方式冷卻至室溫的熱處理工藝。

10退火工藝

擴散退火:將金屬鑄錠、鑄件或鍛坯,在略低於固相線的溫度下長期加熱,消除或減少化學成分偏析及顯微組織的不均勻性,以達到均勻化目的的熱處理工藝。

完全退火:將鋼件或鋼材加熱到ac3點以上,使之完全奧氏體化,然後緩慢冷卻,獲得接近於平衡組織的熱處理工藝。

不完全退火:將鋼件加熱到ac1和ac3或ac1和accm之間,經保溫並緩慢冷卻,獲得接近於平衡組織的熱處理工藝。

球化退火:將鋼加熱到ac3或accm以下,ac1附近,保溫一段時間,使鋼中碳化物球化或獲得球狀珠光體的退火工藝。

①低於ac1的球化退火②一次球化退火(先正火消除網狀滲碳體)③往復球化退火

軟化退火:

再結晶退火:經過冷變形後的金屬加熱到再結晶溫度以上,保持適當時間,使形變晶粒重新轉變為均勻的等軸晶粒,以消除形變強化和殘餘應力的熱處理工藝。

去應力退火:消除殘餘應力而不引起組織變化的退火工藝。

11影響碳化物球化的因素

(1)化學成分(c擴散越快,球化速度越快)

c含量越高,球化效果越好

合金元素:無碳化物形成元素球化速度快,有碳化物形成元素球化速度慢。

(2)原始組織

組織越細小,球化是速度越快(擴散距離短)

(3)退火溫度與保溫時間

t, t越大,越易形成片狀珠光體,不易球化

(4)冷卻速度

冷速快,不利於球化

(5)形變數

形變數越大,球化效果好

12雙重正火:第一次正火在高於臨界點ac3以上150~200℃加熱,以擴散方法消除粗大組織,使成分均勻;第二次正火在普通條件下進行。

13擴散退火與高溫正火差別

14退火、正火後的組織和效能差別

15退火、正火選擇原則

(1)<0.20% 高溫正火得到良好的切削效能

(2)0.20%~0.25% 正火消除鍛造缺陷提高切削加工效能

(3)0.25%~0.5% 正火:0.25%~0.35%正火切削效能最佳;0.35%~0.5%正火效率高,成本低

(4)0.5%~0.75% 完全退火:合適硬度,適於切削加工

(5)0.75%~0.1% 彈簧鋼:完全退火;刃具鋼:球化退火

(6)>0.1% 工具鋼:球化退火預處理

(7)合金鋼:高溫回火降低硬度,改善切削效能

16退火、正火缺陷

(1) 過燒:溫度過高引起的晶界氧化、熔化。

(2) 黑脆:退火溫度過高、保溫時間過長、冷卻緩慢引起的滲碳體石墨化。重新奧氏體化消除。

(3) 粗大魏氏組織(針狀先共析相與片狀珠光體混合物,脆):溫度過高導致奧氏體粗大,而後形成的魏氏組織。完全退火、雙重正火消除。

(4) 反常組織(先共析鐵素體周圍有粗大滲碳體或先共析滲碳體周圍有粗大鐵素體):在ar1附近冷速過慢或長期保溫。重新退火消除。

(5) 網狀組織:加熱溫度過高,冷速過慢。重新正火消除。

(6) 球化不均勻:球化退火前沒有消除網狀滲碳體,導致其聚集。正火+一次球化退火消除。

(7) 硬度過高:加熱溫度過高,冷速過快。重新退火消除。

17鋼在淬火介質冷卻3個階段

(1)蒸氣膜階段:冷卻速度緩慢

(2)沸騰階段:冷卻速度快

(3)對流階段:冷卻速度逐漸降低

18淬火烈度:表徵淬火介質的冷卻能力。

淬火介質特性溫度:蒸氣膜開始破裂的溫度。

19淬透性:淬火時獲得馬氏體的難易程度。

可硬性:淬成馬氏體可能得到的硬度。

影響淬透性的因素

(1) 化學成分:對於過共析鋼,在accm以下加熱,含碳量小於1%,含碳量越高,淬透性越低;含碳量大於1%時,含碳量越高,淬透性越好。在accm或ac3以上加熱,含碳量越高,淬透性越好。

除ti、zr、co外,所有合金元素提高淬透性。

(2) 奧氏體晶粒度:奧氏體晶粒尺寸越大,過冷奧氏體穩定性提高,淬透性越好。

(3) 奧氏體化溫度:奧氏體化溫度越高,晶粒長大,碳化物溶解,過冷奧氏體穩定性越高,淬透性越好。

(4) 第二相的存在和分布:瀰散均勻分布的第二相提高過冷奧氏體穩定性,淬透性好。

影響淬火應力的因素

(1) 含碳量:含碳量增加,熱應力減弱,組織應力增強,表面壓應力減小,拉應力位置越靠近表面。

(2) 合金元素:熱應力、組織應力均增加。

(3) 工件尺寸的影響:完全淬透時,隨工件直徑增大,淬火應力由組織應力型轉變為熱應力型。未完全淬透時,淬火應力為熱應力型,工件直徑越大,淬硬層越薄,熱應力特徵越明顯。

(4) 淬火介質和冷卻方式的影響。過冷奧氏體不穩定區冷卻速度快,馬氏體轉變區冷卻速度慢,為熱應力型,反之為組織應力型。

20二次硬化:由於鋼中含有較多碳化物形成元素,在500~650℃回火時形成合金碳化物導致硬度不降低反而公升高的現象稱為二次硬化。

21亞溫淬火:亞共析鋼在ac1~ac3之間的溫度加熱淬火稱為亞溫淬火。

等溫淬火:

(1) 預冷等溫淬火:工件加熱奧氏體化後,先在溫度較低的鹽浴中冷卻,然後轉入等溫淬火浴槽中進行下貝氏體轉變,再取出空冷。

(2) 預淬等溫淬火:工件加熱奧氏體化後,先淬入溫度低於ms點熱浴獲得大於10%馬氏體,然後轉入等溫淬火槽中進行下貝氏體轉變,再取出空冷。

(3) 分級等溫淬火:工件加熱奧氏體化後,現在中溫區進行一次(或兩次)分級冷卻,然後轉入等溫淬火槽中進行下貝氏體轉變,再取出空冷。

22回火脆性:在某些溫度區間回火時隨回火溫度公升高,鋼韌性反而下降的現象。

第一類回火脆性:淬火鋼在250~350℃回火時出現的脆性。

第二類回火脆性:淬火鋼在500~650℃回火後緩冷時出現的脆性。

23淬火缺陷

(1) 淬火變形、開裂:淬火不均勻引起的扭曲變形,淬火前後組織變化引起的體積變化,熱應力、組織應力引起的形狀變化,內應力大於斷裂強度引起的縱向裂縫和橫向裂縫。

(2) 氧化、脫碳、表面腐蝕及過燒

(3) 硬度不足:淬火溫度過低、保溫時間不足,工具鋼淬火溫度過高引起的淬後殘餘奧氏體過多,表面脫碳等。

(4) 硬度不均勻:淬火前原始組織不均勻、滲碳件表面碳濃度不均勻等。

(5) 組織缺陷:粗大馬氏體、游離鐵素體等。

回火缺陷

(1) 硬度過低、過高、不均勻:回火溫度過低、過高、爐溫不均勻。

(2) 回火變形:回火應力鬆弛導致變形。多次校直多次加熱,壓具回火消除

(3) 回火脆性:第一類回火脆性,重新加熱淬火,另選溫度回火消除。第二類回火脆性,重新加熱回火,然後加速回火後冷卻速度消除。

24表面淬火:被處理工件在表面有限深度範圍內加熱至相變點以上,然後迅速冷卻,在工件表面一定深度範圍內達到淬火目的的熱處理工藝。

25鋼在非平衡加熱時的相變特點

(1) 在一定的加熱速度範圍內,臨界點隨著加熱速度的增加而提高。

(2) 奧氏體成分不均勻性隨著加熱速度的增加而增大。

(3) 提高加熱速度可顯著細化奧氏體晶粒。

(4) 快速加熱對過冷奧氏體轉變及馬氏體的回火有明顯影響。

26感應加熱表面淬火:利用感應電流通過工件產生的熱效應,使工件表面區域性加熱,隨後快速冷卻,獲得馬氏體組織的工藝。

火焰加熱表面淬火:用一種火焰在乙個工件表面若干尺寸範圍內加熱,使其奧氏體化並淬火的工藝。

27電流透入深度:表面渦流強度降至表面初始渦流強度的1/e處的深度。

冷態電流透入深度:20℃時的電流透入深度。

熱態電流透入深度:800℃時的電流透入深度。

28透入式加熱:當零件加熱時,電流透入深度大於淬硬層深度。

傳導式加熱:當零件加熱時,電流透入深度小於淬硬層深度。

29自回火:當淬火後未完全冷卻,利用在工件內殘留的熱量進行回火。

30化學熱處理:金屬製件放在一定的化學介質中,使其表面與化學介質相互作用,吸收其中某些化學元素的原子並通過加熱,使該原子自表面向內部擴散的過程。

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