金屬組織控制技術(shù)科技小論文

1、 金屬組織控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展摘要：本書主要介紹三大類金屬熱處理工藝，及普通熱處理，表面熱處理和化學(xué)熱處理，以及它們的工藝特點(diǎn)和工藝原理，此外還介紹了幾種熱處理的新技術(shù)和新工藝。另外，對我國熱處理技術(shù)的的現(xiàn)狀及發(fā)展作了分析。關(guān)鍵詞：退火 正火淬火 回火 表面淬火 滲碳 滲氮 碳氮共滲引言眾所周知，材料的性能取決于組織狀態(tài)。為了使材料得到所希望的性能，我們必須在加工、制作等過程中控制材料的宏觀與微觀組織狀態(tài)，組織控制的最優(yōu)化目的，就是通過一定的方法和途徑，合理安排材料中合金元素的存在形式與分布，獲得所期望的組織結(jié)構(gòu)及其狀態(tài)，使材料的潛力得到充分的發(fā)揮 1。金屬組織控制技術(shù)就是通過熱處理的方法，改

2、變材料表面或內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，來控制其性能的一種綜合工藝過程。金屬組織控制原理揭示了金屬在加熱和冷卻過程中的組織結(jié)果轉(zhuǎn)變規(guī)律，為熱處理提供了理論依據(jù)，而金屬組織控制技術(shù)則是熱處理的具體操作過程2。正文本文重點(diǎn)介紹三大類金屬熱處理工藝，即普通熱處理，表面熱處理和化學(xué)熱處理，以及它們的工藝特點(diǎn)和工藝原理2。普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火退火 將組織偏離狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝成為退火。常見的退火工藝方法分為擴(kuò)散退火，完全退火，不完全退火，球化退火，再結(jié)晶退火。正火 正火是將鋼加熱到Ac3（或Ac cm）以上適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，使之

3、完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻得到珠光體組織的熱處理工藝。退火和正火是最近本的熱處理工序，大部分機(jī)器零件、模具的毛坯經(jīng)退火或正火后，不僅可以消除鑄件、鍛件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力及成分和組織的不均勻性，而且也能改善和調(diào)整鋼的力學(xué)性能和工藝性能。通常把退火和正火成為預(yù)備熱處理。淬火 把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1 或Ac3 保溫并隨之以大于臨界冷卻速度冷卻，以得到亞穩(wěn)狀態(tài)的馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火2.實(shí)現(xiàn)淬火的必要條件：1加熱溫度必須大于臨界點(diǎn)以上（亞共析鋼Ac3 ，過共析鋼Ac1）以獲得奧氏體組織。2冷卻速度必須大于臨界冷卻速度。3淬火得到的組織是馬氏體或下貝氏體，后者是淬火的本質(zhì)。回火 回火

4、是指將淬火鋼加熱至Ac1 以下的溫度，保溫一段時(shí)間再冷到室溫的工藝?；鼗鸶鶕?jù)加熱溫度的高低和回火目的的不同，可將回火分為低溫回火，中溫回火和高溫回火。目前我國在熱處理的基礎(chǔ)理論研究和某些熱處理新工藝、新技術(shù)研究方面，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距不大，但在熱處理生產(chǎn)工藝水平和熱處理設(shè)備方面卻存在著較大的差距，還沒有完全扭轉(zhuǎn)熱處理生產(chǎn)工藝和熱處理設(shè)備落后、工件氧化脫碳嚴(yán)重、產(chǎn)品質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低、能耗大、成本高、污染嚴(yán)重的局面。所以傳統(tǒng)熱處理是我國熱處理的主要方式。在可以達(dá)到設(shè)備要求及可持續(xù)發(fā)展的生產(chǎn)技術(shù)中，在傳統(tǒng)熱處理中，淬火是比較具有研究和可持續(xù)發(fā)展。為了達(dá)到更好的淬火效果，可以從兩方面著手，其一是尋

5、找一種比較理想的淬火介質(zhì)，其二是改進(jìn)淬火的冷卻方法。水淬和油淬，雙液淬火，分級(jí)淬火是比較常見的生產(chǎn)工藝。至于在如何經(jīng)濟(jì)合理的選擇和使用鋼材，以及正確的對剛件進(jìn)行熱處理，鋼的淬透性已成為選擇鋼種和生產(chǎn)商選擇熱處理工藝的主要依據(jù)之一。對于淬透性的的測試方法有U曲線法，臨界直徑法，端淬法。另外，在淬火應(yīng)力、變形及開裂也有很深入的研究。但是，傳統(tǒng)熱處理只能滿足傳統(tǒng)工件的要求，隨著科技的發(fā)展，工件的服役條件日益苛刻，對磨損和疲勞斷裂抗力要求不斷升級(jí)，這推動(dòng)了表面技術(shù)的發(fā)展。表面熱處理主要是指表面淬火。表面淬火是在工件表面有限深度范圍內(nèi)加熱到相變點(diǎn)以上，然后迅速冷卻，即在工件表面一定深度范圍內(nèi)得到馬氏體，

6、其心部仍保持著表面淬火前的組織狀態(tài)（調(diào)質(zhì)或正火），因此，表面淬火的目的就是使工件表面得到高硬度和耐磨性，而心部保持足夠的塑性和韌性。應(yīng)用 中碳鋼及球墨鑄鐵最適合表面淬火?？梢栽诒３中牟坑休^高的綜合性能，又能具有較高的硬度和耐磨性。高碳鋼表面淬火后，盡管表面硬度提高了，但心部的塑性和韌性較低，低碳鋼和高碳鋼強(qiáng)化效果不明顯。表面淬火的基本條件是提供高能量密度的熱源迅速使工件表面加熱達(dá)到相變點(diǎn)以上的溫度，顯然在普通加熱爐內(nèi)因能量太低，不能實(shí)現(xiàn)表面快速加熱。表面淬火方法有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火，以及激光加熱表面淬火和電子束加熱表面淬火。我國目前生產(chǎn)上應(yīng)用的比較廣泛且成熟

7、的是感應(yīng)加熱表面淬火，火焰加熱表面淬火。以及新興技術(shù)激光表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱：工件放到感應(yīng)器內(nèi)，感應(yīng)器一般是輸入中頻或高頻交流電 (300-300000Hz或更高)的空心銅管。產(chǎn)生交變磁場在工件中產(chǎn)生出同頻率的感應(yīng)電流，這種感應(yīng)電流在工件的分布是不均勻的，在表面強(qiáng)，而在內(nèi)部很弱，到心部接近于0，利用這個(gè)集膚效應(yīng)，可使工件表面迅速加熱，在幾秒鐘內(nèi)表面溫度上升到800-1000，而心部溫度升高很小。感應(yīng)加熱表面淬火是利用電磁感應(yīng)的原理，使零件在交變磁場中切割磁力線，在表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，又根據(jù)交流電集膚效應(yīng)，以渦流形式將零件表面快速加熱，而后急冷的淬火方法。火焰加熱表面淬火 火焰加熱是

8、一種用乙炔一氧火焰(最高溫度達(dá)3100)或煤氣一氧火焰(最高溫度達(dá)2000)將工件表面快速加熱，隨后噴液（水或有機(jī)冷卻液）冷卻的一種表面淬火方法。一般常用乙炔-氧火焰表面淬火。該技術(shù)設(shè)備要求低，操作簡單，但具有一定危險(xiǎn)性。激光加熱表面淬火 激光淬火技術(shù)及應(yīng)用激光淬火技術(shù)，是利用聚焦后的激光束快速加熱鋼鐵材料表面，使其發(fā)生相變，形成馬氏體淬硬層的過程。激光淬火的功率密度高，冷卻速度快，不需要水或油等冷卻介質(zhì)，是清潔、快速的淬火工藝。與感應(yīng)淬火、火焰淬火、滲碳淬火工藝相比，激光淬火淬硬層均勻，硬度高（一般比感應(yīng)淬火高1-3HRC），工件變形小，加熱層深度和加熱軌跡容易控制，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，不需要象

9、感應(yīng)淬火那樣根據(jù)不同的零件尺寸設(shè)計(jì)相應(yīng)的感應(yīng)線圈，對大型零件的加工也無須受到滲碳淬火等化學(xué)熱處理時(shí)爐膛尺寸的限制。尤其重要的是激光淬火前后工件的變形幾乎可以忽略，因此特別適合高精度要求的零件表面處理。激光淬硬層的深度依照零件成分、尺寸與形狀以及激光工藝參數(shù)的不同，一般在0.32.0mm范圍之間。對大型齒輪的齒面、大型軸類零件的軸頸進(jìn)行淬火，表面粗糙度基本不變，不需要后續(xù)機(jī)械加工就可以滿足實(shí)際工況的需求。表面技術(shù)的另一方面發(fā)展是化學(xué)熱處理，金屬的化學(xué)熱處理是將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其表層化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。與表面淬火相比，雖然存在周期長

10、的缺點(diǎn)，但它有一系列優(yōu)點(diǎn)。1. 不受工件外形的限制，都可以獲得較均勻的硬化層。2由于表面成分和組織同時(shí)發(fā)生變化，所以耐磨性和疲勞強(qiáng)度更高。3表面過熱現(xiàn)象可以在隨后的熱處理過程中給以消除?；瘜W(xué)熱處理的作用主要是強(qiáng)化表面和保護(hù)工件表面?？煞譃闈B碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲等。滲碳 滲碳是將低碳鋼置于具有足夠碳勢的介質(zhì)中加熱到奧氏體狀態(tài)保溫，使活性碳原子滲入工件，獲得高含碳量的滲層，隨后淬火并低溫回火的熱處理工藝。根據(jù)滲碳劑的不同，可分為氣體滲碳，液體滲碳、固體滲碳。它的目的是保持心部良好的韌性的同時(shí)，表層具有高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。滲氮 滲氮是在一定溫度下，使活性氮原子滲入到工件表面的一種化學(xué)

11、熱處理方法，通常也成為氮化。滲碳劑為氣體，工藝方法分兩種，一種是提高工件表面硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度為主的強(qiáng)化滲氮，另一種是以提高工件表面耐腐蝕性的防腐滲氮。碳氮共滲 在奧氏體狀態(tài)下，同時(shí)將碳氮兩種元素滲入工件表面層，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。他的目的是在保持工件內(nèi)部具有較高的韌性的條件下，得到高硬度、高強(qiáng)度的表面層，以提高工件的耐磨性和疲勞強(qiáng)度，延長工件使用壽命。氮碳共滲 工件表面同時(shí)滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學(xué)熱處理成為氮碳共滲，也叫軟氮化。其目的是為了提高鋼鐵工件表面硬度、耐磨性、抗疲勞性能、耐腐蝕性能及抗咬合性能等。在這個(gè)領(lǐng)域，稀土在化學(xué)熱處理中的應(yīng)用(即與稀土共滲)，能顯著提高滲

12、速，縮短處理周期，并可提高滲層的耐磨性和耐腐蝕性，這是我國的一大特色。此外，固溶化學(xué)熱處理也是一個(gè)值得注意的動(dòng)向，內(nèi)蒙農(nóng)機(jī)研究所黃建洪等人開發(fā)了含氮馬氏體化處理(N*M處理)工藝，這是第一個(gè)以獲得固溶N的含氮馬氏體為目的的滲氮工藝，已成功地應(yīng)用于剪毛機(jī)刀片生產(chǎn)4。金屬組織控制技術(shù)發(fā)展1 采用新的加熱源和新的加熱方式在表面加熱方面，感應(yīng)加熱具有加熱速度快、工件表面氧化脫碳少、變形小、節(jié)能、公害小、生產(chǎn)率高、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，是一種經(jīng)濟(jì)節(jié)能的表面加熱手段，主要用于工件的表面加熱淬火。高能率加熱具有加熱速度快、表面質(zhì)量好、變形小、能耗低、無污染等優(yōu)點(diǎn)，也是一種極為有效的表面加熱方式。2 采用新的淬火介質(zhì)和改進(jìn)淬火方法無機(jī)物水溶液淬火劑和有機(jī)聚合物淬火劑是新型淬火介質(zhì)的發(fā)展重點(diǎn)，特別是有機(jī)聚合物淬火劑的研究和應(yīng)用尤為引人注目，其優(yōu)點(diǎn)是無毒、無煙、無臭、無腐蝕、不燃燒、抗老化、使用安全可靠、且冷卻性能好、冷卻速度可調(diào)、適用范圍廣、工件淬硬均勻、可明顯減少淬火變形和開裂傾向。3發(fā)展化學(xué)熱處理這是一種附加成分的多參數(shù)熱處理。普通化學(xué)熱處理，如滲碳、碳氮共滲、碳氮硼共滲等，分別屬于附加單成分、雙成分和三成分的多參數(shù)熱處理。近年來，又發(fā)展了許多利用新技術(shù)的新型化學(xué)熱處理