熱處理工(高級)第五章課件

1、 第五章 金屬材料的常規(guī)檢驗與 熱處理缺陷分析 能夠運用金相檢驗判斷熱處理質(zhì)量，了解金屬材料的常規(guī)檢驗方法；掌握滲氮、碳氮共滲及氮碳共滲主要缺陷的原因分析及預(yù)防知識；學(xué)會非鐵金屬、特殊鋼熱處理缺陷分析及預(yù)防知識。第五章 金屬材料的常規(guī)檢驗與熱處理缺陷分析第一節(jié)金相檢驗的運用一、借助金相檢驗報告判斷材料及熱處理質(zhì)量的方法金相組織分析是識別金屬組成相或組織的分析。(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼這類材料正火或退火后為均勻分布的鐵素體和片狀滲碳體。由于該評定法中沒有規(guī)定相應(yīng)的合格標(biāo)準(zhǔn)，目前工廠的通行做法是帶狀組織13級、魏氏組織13級視為合格。(2)碳素工具鋼球化退火后的珠光體組織按GB/T129819

2、86第一級別圖評定，截面小于或等于60mm，T7T9鋼，應(yīng)為級合格；T10T13鋼24級合格。(3)合金工具鋼球化退火后的珠光體組織按GB/T12992000的級別圖評定，一般工具小于或等于5合格，螺紋工具則為級合格。1.正火、退火組織的標(biāo)準(zhǔn)及其識別(4)軸承鋼球化退火后的珠光體組織按GB/T182542002第六級別圖評定，24級合格。(5)高速鋼球化退火后一般為索氏體組織。(6)鑄鐵退火后其石墨的形狀、大小、長度和分布，應(yīng)符合JB/T62901992、GB/T94411988規(guī)定。(7)網(wǎng)狀組織鋼件截面小于或等于60mm，小于或等于2級合格；截面大于60100mm，小于或等于3級合格。(8

3、)魏氏組織13級可以使用，46級不能使用。識別退火后組織出現(xiàn)球化級別通常是在顯微鏡下進行，當(dāng)出現(xiàn)細(xì)片狀珠光體時，說明退火溫度低或加熱時間不夠，而當(dāng)球化級別超過6級，出現(xiàn)粗球、粗片珠光體時，則說明退火溫度過高。第一節(jié)金相檢驗的運用(1)高速工具鋼淬火后奧氏體晶粒度號按ZBJ 360031987的第二、六級別圖評定，在500倍光學(xué)顯微鏡下觀察晶粒度號，按產(chǎn)品品種分別為11.59.5號。識別高速鋼奧氏體晶粒度，其目的是檢查淬火質(zhì)量。(2)合金工具鋼淬火后馬氏體按ZBJ360031987級別圖評定，普通淬火后小于或等于3.5級為合格；高頻感應(yīng)加熱淬火后小于或等于4.0級為合格。(3)碳素工具鋼淬火后馬

4、氏體按ZBJ360031987級別圖評定，普通淬火后33.5級為合格；高頻感應(yīng)加熱淬火后小于或等于4.5級為合格。(4)中碳或中碳合金鋼淬火后馬氏體按ZBJ360031987級別圖評定，合格級別為15級。第一節(jié)金相檢驗的運用2.淬火組織的標(biāo)準(zhǔn)及其識別識別淬火后馬氏體級別，可在500倍光學(xué)顯微鏡下對照馬氏體級別圖進行評定，其級別越大則馬氏體越粗大，說明淬火溫度過高，就會出現(xiàn)過熱或過燒現(xiàn)象。一般情況下回火質(zhì)量是以回火后能否達(dá)到工藝文件上要求的技術(shù)條件，如回火硬度、回火馬氏體組織。(1)滲碳層檢查1)滲碳層深度：滲碳層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為%，碳濃度應(yīng)從表向里平衡過渡。2)滲碳層顯微組織：按JB 673

5、1977檢驗顯微組織，滲碳層的顯微組織應(yīng)主要是細(xì)針狀馬氏體，少量殘留奧氏體和數(shù)量不多分散的碳化物。第一節(jié)金相檢驗的運用4.表面層組織檢查3.回火組織檢查(2)滲氮層檢查1)滲氮層深度：滲氮層深度的計算，在金相顯微鏡下放大100或200倍，從試樣的表面，沿垂直方向測至與基體組織有明顯的分界處為止。2)滲氮層顯微組織：滲氮層組織不應(yīng)有網(wǎng)狀氮化物和魚骨狀氮化物，允許有少量脈狀組織；滲氮擴散層中，氮化物形狀以符合氮化物形態(tài)級別圖五級標(biāo)準(zhǔn)中的13級為合格(按GB113541989鋼鐵零件滲氮層深度和金相組織檢驗評定)；滲氮后不再進行磨削加工的零件應(yīng)檢驗化合物厚度，一般小于或等于0.03mm。(3)表面脫

6、碳層檢查經(jīng)退火、正火及調(diào)質(zhì)處理后的毛坯或工件表面脫碳層深度一般不應(yīng)超過加工余量的1/3；淬火表面脫碳層按GB2241987鋼的脫碳層深度測定法進行，表面脫碳層深度應(yīng)小于單面留磨量的1/3。第一節(jié)金相檢驗的運用(4)感應(yīng)加熱淬火淬硬層檢查硬化層金相組織的評級，是在放大400倍的顯微鏡下由零件表面至0.5mm處進行評定。第一節(jié)金相檢驗的運用表-顯微組織分級說明二、金屬材料的常規(guī)檢驗方法外觀檢驗以目測為主，用肉眼在日光燈或自然光線下進行，檢驗要全面、細(xì)微。(1)目檢工件表面缺陷1)一般性檢驗1.外觀檢驗 正火、退火件：一般目測檢驗外觀不允許有裂紋、燒傷和嚴(yán)重變形(變形量不得超出工藝文件的規(guī)定)。 淬

7、火、回火件：工件淬火前不允許有裂紋、折疊等缺陷；淬火后不允許有裂紋、碰傷、燒傷及腐蝕等表面缺陷。必要時按GB/T 2261991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法進行酸蝕試驗。 滲碳、碳氮共滲件：零件不得有裂紋、碰傷，表面不得有銹蝕；必要時按GB/T2261991鋼的低倍組織及缺陷酸蝕檢驗法進行酸蝕試驗。 滲氮、氮碳共滲件：外觀不得有碰傷、油污、剝落、斑點、燒傷、裂紋和銹蝕。工件的色澤應(yīng)均勻，鋼鐵零件滲氮表面應(yīng)為銀灰色或暗灰色，鈦及鈦合金零件應(yīng)為金黃色，不可出現(xiàn)嚴(yán)重的氧化色或其他非正常顏色。表面不允許有肉眼可見的疏松。疏松按GB 113541989標(biāo)準(zhǔn)，共分5級，一般零件13級為合格，重要零件12級

8、為合格。第一節(jié)金相檢驗的運用 感應(yīng)加熱淬火、回火件：工件處理前表面不應(yīng)有氧化皮、油污及毛刺等雜物。經(jīng)熱處理后的零件表面應(yīng)清理干凈，不得有裂紋、碰傷、銹跡及燒傷疤痕等缺陷。同爐回火的零件表面色澤應(yīng)基本均勻。重要或易碎裂的零件需用浸煤油噴砂或磙粉探傷等方法進行裂紋檢驗。2)裂紋檢驗：淬火后的工件有時會產(chǎn)生肉眼難以觀察到的裂紋，此時可采用下面的經(jīng)驗方法加以檢驗。 叩擊法：用錘子或鐵塊輕輕地叩擊工件，如工件發(fā)出清晰的金屬聲音，其聲音衰減緩慢且尾音悠長，則說明工件未產(chǎn)生裂紋。如工件發(fā)出重濁的聲音，則說明工件上存在裂紋。較薄或細(xì)長的小型工件，應(yīng)將其吊掛，然后再行敲擊，以便能進行準(zhǔn)確地判斷。操作者應(yīng)多在實踐

9、中多加演練，積累相當(dāng)經(jīng)驗后才能做出準(zhǔn)確的判斷。第一節(jié)金相檢驗的運用 滲透法：將經(jīng)淬火后的工件浸入煤油中進行仔細(xì)清洗，然后將工件取出并用干凈的棉紗擦拭工件的表面，待工件表面晾干后用白粉筆末涂在工件表面上，經(jīng)一段時間后如在白色部位上有油滲出，即在裂紋處有浸潤的條紋顯現(xiàn)出來，說明工件上有裂紋存在。(2)目檢工件經(jīng)噴砂、噴丸、拋光、氧化、清洗后的質(zhì)量噴砂、噴丸、拋光、清洗、氧化都屬于熱處理后的輔助工序，質(zhì)量檢驗往往不被重視，但這往往會造成產(chǎn)品外觀質(zhì)量的不合格。1)噴丸、噴砂：對于成品工件必須噴吹干凈，不允許有黑斑存在，噴后工件應(yīng)立即采取防銹措施或上油，以免因長時間放置而生銹。2)拋光：拋光時應(yīng)將要求拋

10、光的表面都拋到，不能有遺漏或局部表面拋光過度而影響工件的尺寸精度。3)清洗：清洗后的工件表面不應(yīng)有油污和雜物，各面均能被水浸潤，且呈中性(可用pH試紙檢驗)。第一節(jié)金相檢驗的運用4)氧化：氧化即發(fā)藍(lán)的外觀質(zhì)量檢驗主要包括氧化膜的色澤和均勻性、致密性、抗蝕性、耐磨性及表面清洗質(zhì)量等幾項。 氧化膜的色澤和均勻性：用肉眼觀察氧化膜，一般材料應(yīng)均勻、無斑點及漏白、表面呈藍(lán)色或黑色；鑄鐵、鑄鋼、含硅合金鋼及高合金鋼允許略帶棕色。 氧化膜的致密性：發(fā)藍(lán)層脫脂后，放入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的中性硫酸銅水溶液浸泡4060s，表面除棱角邊緣外，不準(zhǔn)有銅的痕跡。 氧化膜的抗蝕性：發(fā)藍(lán)層除油后，放入體積分?jǐn)?shù)為0.17%的硫

11、酸水溶液中浸泡2040s，表面顏色保持不變且無銹跡。第一節(jié)金相檢驗的運用 氧化膜的耐磨性：通常采用流砂沖擊法。具體方法是在發(fā)藍(lán)層除油后，以內(nèi)徑為10mm、長度為500mm之玻璃管，垂直懸掛于被測工件上方，工件的被檢驗面與玻璃管呈45角，距離為30mm，在玻璃管上方裝一漏斗，稱100g粒度為0.51mm棱角尖銳的石英砂。砂子由漏斗經(jīng)玻璃管自由落下，沖擊工件的表面，等砂子流完后，輕輕將工件表面擦凈，浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的中性硫酸銅水溶液中30s，然后取出用流水沖凈，肉眼觀察工件受流砂沖擊部位應(yīng)無銅跡出現(xiàn)。 清洗質(zhì)量：工件在發(fā)藍(lán)清洗后、皂化浸油之前，在其表面滴體積分?jǐn)?shù)為10%的酚酞酒精溶液12滴

12、，此時應(yīng)無粉紅色。如溶液呈粉紅色則說明清洗不干凈。第一節(jié)金相檢驗的運用(3)斷口宏觀分析用肉眼和放大鏡來觀察工件的斷口是檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的極為重要的手段之一，通過斷口檢驗可以發(fā)現(xiàn)鋼材冶煉缺陷和熱加工、熱處理等工藝存在的問題。1)斷口試樣的制?。涸嚇訑嗫趹?yīng)盡量保持原始形貌，最好拍攝實物相片，斷口要用防銹油保護，要絕對避免斷口發(fā)生碰撞、摩擦、污染、氧化、受潮、銹蝕等情況。2)斷口檢查：鋼中各種缺陷在斷口上的形態(tài)各不相同，現(xiàn)將幾種常見的缺陷斷口的鑒別方法簡述如下。 滲碳層深度：最常用的方法是將淬火態(tài)的鋼材用錘擊法一次打斷，并將斷口磨平，在體積分?jǐn)?shù)為3%的硝酸酒精溶液中的腐蝕30s左右，測定其被腐蝕的黑色

13、層深即滲碳層深度。第一節(jié)金相檢驗的運用 結(jié)晶狀斷口：結(jié)晶狀斷口平坦，呈亮灰色，具有強烈的金屬光澤和明顯的結(jié)晶顆粒，說明材料在斷裂前未發(fā)生顯著的塑性變形，屬脆性斷口，是典型的過熱組織。 石狀斷口：石狀斷口無金屬光澤，呈淺灰色，有明顯的棱角，類似于碎石狀，輕微時只有少數(shù)幾個，嚴(yán)重時可布滿整個斷口。它是一種粗晶沿晶間斷口，石狀斷口的出現(xiàn)表明鋼材已嚴(yán)重過熱，甚至已經(jīng)產(chǎn)生過燒。此時鋼的塑性及韌性已降低，特別是韌性降低尤其明顯，鋼材一旦出現(xiàn)石狀斷口就無法挽救。 白點斷口：由于鋼中氫與相變應(yīng)力的作用，在細(xì)晶料斷口的基底上，呈銀白色圓形或橢圓形斑點，其內(nèi)壁光亮，一般產(chǎn)生在合金鋼大型鍛件上。白點缺陷屬于破壞金屬

14、連續(xù)性的缺陷，具有白點缺陷的鋼材斷后伸長率很低，斷面收縮率和沖擊韌性降低更顯著，在熱處理時往往容易形成淬火裂紋，甚至引起開裂。白點缺陷在鋼中是不允許存在的，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)應(yīng)立即報廢。第一節(jié)金相檢驗的運用 萘狀斷口：斷口上有類似萘晶體的顆粒、有亮點的粗晶斷口。萘狀斷口在結(jié)構(gòu)鋼和高速鋼的斷口上均可見到，但它們的形成原因是不同的。結(jié)構(gòu)鋼萘狀斷口是由于鋼加熱時溫度過高或高溫保溫時間太長，導(dǎo)致晶粒長大而造成的，可通過熱處理的方法加以改善和消除；而高速鋼萘狀斷口常常是因為工件多次重復(fù)淬火，其間未經(jīng)退火而造成的，高速鋼出現(xiàn)萘狀斷口，將使其力學(xué)性能變壞，工件不能使用，而且不能用一般熱處理的方法消除。 疲勞斷口：其特

15、征是在裂紋周圍有很多停歇線分布，構(gòu)成貝殼狀條紋，這是交變載荷造成的。第一節(jié)金相檢驗的運用由于硬度是金屬材料力學(xué)性能的一項重要指標(biāo)，且檢驗手段方便易行，因此，常作為零件設(shè)計中選材及確定工藝過程的主要依據(jù)，同時也是鑒定熱處理工藝質(zhì)量的重要手段。1)所有熱處理零件均應(yīng)根據(jù)圖樣要求和工藝規(guī)定進行硬度檢驗，成批生產(chǎn)的零件應(yīng)按工藝規(guī)定的百分率進行抽檢。2)退火、正火、調(diào)質(zhì)件和非鐵金屬用布氏硬度檢驗；淬火件用洛氏硬度檢驗；滲氮或硬化層薄的零件用維氏硬度計負(fù)荷50N或顯微硬度計負(fù)荷1N檢驗。3)退火、正火和調(diào)質(zhì)件，如尺寸較大時可用手錘式布氏硬度計檢驗。第一節(jié)金相檢驗的運用2.硬度檢驗4)淬火件如用洛氏硬度計無

16、法檢驗時，也允許用肖氏硬度計或其他便攜式硬度計檢驗，但零件表面粗糙度應(yīng)盡量接近標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的粗糙度；用銼刀檢驗零件表面硬度時，必須注意銼檢位置應(yīng)不影響零件的最后精度。5)硬度檢驗位置應(yīng)根據(jù)工藝文件或檢驗人員確定，零件的淬火部位檢驗硬度應(yīng)不少于13處，各處不少于3點并取其平均值。6)檢驗硬度前，應(yīng)將零件表面清理干凈，去除氧化皮、脫碳層及毛刺等。7)工件表面粗糙度按硬度計試驗法有關(guān)規(guī)定。1)薄板類零件在檢驗平板上由塞尺檢驗零件的平面度，檢驗時工件和工具要清潔。第一節(jié)金相檢驗的運用3.變形檢驗2)一般軸類零件用頂尖或V形鐵支撐兩端，用百分表測其徑向圓跳動量，頂尖孔要同心、完整、無磕傷碰傷；細(xì)小的軸類零

17、件可在檢驗平板上用塞尺檢驗彎曲度，檢驗時工件及工具要清潔。3)孔類零件用游標(biāo)卡尺、內(nèi)徑百分表、塞規(guī)等檢驗其圓度，檢驗時工件表面要清潔，工具、儀器要按規(guī)定正確使用。4)特殊零件(如齒輪、凸輪等)的變形檢驗，應(yīng)用專用檢驗工具或借助有關(guān)單位儀器進行。5)成批量生產(chǎn)的零件，應(yīng)設(shè)計專用檢具檢驗零件的變形。1)重要零件應(yīng)根據(jù)圖樣技術(shù)要求和工藝規(guī)定進行金相檢驗。2)成批或大量生產(chǎn)的零件，在變更工藝后，第一次生產(chǎn)或試生產(chǎn)納入正規(guī)工藝時，或檢驗人員對產(chǎn)品質(zhì)量有懷疑時，可進行金相檢驗。第一節(jié)金相檢驗的運用4.金相檢驗3)金相檢驗按工藝規(guī)定可采用試樣檢驗和定期切剖零件檢驗兩種方式進行。重要零件或?qū)α慵牧嫌袘岩蓵r，

18、可按理化檢驗有關(guān)規(guī)定取樣及化驗。按圖樣技術(shù)要求或有關(guān)規(guī)定截取試樣，試樣應(yīng)與零件是同批材料、同工藝并同爐處理，在力學(xué)性能試驗機上檢驗強度、韌性、塑性和彈性等力學(xué)性能指標(biāo)。第一節(jié)金相檢驗的運用6.力學(xué)性能檢驗5.材料化學(xué)成分檢驗一、滲氮、碳氮共滲及氮碳共滲主要缺陷的原因分析及預(yù)防知識滲氮有一段式、二段式和三段式工藝方法，還有以獲得抗蝕性能為目的的滲氮。(1)表面外觀缺陷1)表面產(chǎn)生氧化色：應(yīng)根據(jù)其產(chǎn)生的原因分別采取相應(yīng)的預(yù)防和補救方法。 爐膛密封性差，滲氮過程中有空氣進入，或在滲氮后期的冷卻過程中產(chǎn)生負(fù)壓。預(yù)防方法是經(jīng)常用U形壓力計檢查爐氣壓力，保持爐膛密封不出現(xiàn)負(fù)壓，不使空氣進入爐膛。第二節(jié)熱處

19、理缺陷分析1.滲氮主要缺陷的原因分析及預(yù)防知識 滲氮后出爐溫度偏高，零件出爐時在大氣中不同程度地被氧化。預(yù)防方法是將滲氮件隨爐冷到150以下再出爐。 氮氣管網(wǎng)中的干燥劑吸潮嚴(yán)重，甚至積水。預(yù)防方法是裝爐前認(rèn)真清除管網(wǎng)內(nèi)積水，定期烘干干燥劑，保證氨氣管網(wǎng)干燥劑正常工作。2)表面出現(xiàn)金屬本色(亮點或塊)：通常是由于表面附著物滲不上氮而發(fā)亮。3)表面腐蝕：當(dāng)采用氯化銨(或四氯化碳)作催滲劑時，由于加入量過多、揮發(fā)太快，會使工件表面腐蝕。4)起泡剝落：薄板材料的帶狀組織和非金屬夾雜物分布不當(dāng)，造成滲氮層組織不均勻而引起表面的起泡剝落。5)尖角剝落：形狀復(fù)雜的工件，尖角、棱角等處由于滲入氮濃度高，引起脆

20、性大，而易造成尖角剝落。第二節(jié)熱處理缺陷分析(2)變形滲氮工件變形的原因主要有以下幾個方面。1)滲氮爐的有效加熱區(qū)內(nèi)溫度不均勻：爐內(nèi)的電熱元件布置不合理或斷相加熱，氨氣流量不穩(wěn)定，工件裝爐過密造成氣流不暢等都會導(dǎo)致工件加熱不均勻或氮勢不均勻。2)機械加工殘留應(yīng)力：由于滲氮前的機械加工產(chǎn)生的殘留應(yīng)力會導(dǎo)致滲氮工件的變形。3)工件結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理：工件滲氮面不對稱或局部滲氮造成相變應(yīng)力不均勻都會導(dǎo)致工件變形。4)裝載方式不合理：裝爐時應(yīng)避免工件的堆、壓和斜放，長桿件采用垂直吊掛，必要時應(yīng)設(shè)計專用工裝，正確卡、吊或夾持工件，以減少工件自重變形或工件堆擠所產(chǎn)生的變形。第二節(jié)熱處理缺陷分析5)滲氮工藝操作

21、不當(dāng)：由于滲氮層比容大，產(chǎn)生的相變應(yīng)力會帶來形狀變化。6)加熱或冷卻不當(dāng)：對于尺寸大、形狀復(fù)雜的工件，若加熱或冷卻速度過快，會使熱應(yīng)力增大而引起變形。(3)滲層組織缺陷1)滲氮層深度過淺 爐溫控制偏低，尤其是兩段滲氮的第二段溫度偏低。滲氮溫度越高，擴散速度越快，滲層越深。應(yīng)校正測溫儀表，按第二階段工藝規(guī)范進行一次滲氮。 滲氮時間不足。在正常溫度下滲層深度隨時間延續(xù)，其滲層總深度增加。應(yīng)通過抽檢試棒滲層深度控制保溫時間。第二節(jié)熱處理缺陷分析 裝爐不當(dāng)，工件之間相距太近；工件進爐前表面不潔或耐熱鋼滲氮罐體觸媒作用周期性的變化影響滲氮效果。預(yù)防措施是合理裝爐，保持氣流暢通；工件進爐前進行認(rèn)真清理；以

22、及對使用已久的滲氮罐進行定期退氮處理或使用低碳鋼搪瓷爐罐。2)滲氮層脆性較大并出現(xiàn)網(wǎng)狀、脈狀、針狀或魚骨狀氮化物：按GB/T 113541989鋼鐵工件滲層深度測定和金相檢驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滲氮層中氮化物級別按擴散層中氮化物的形態(tài)、數(shù)量和分布分為5級，一般工件13級合格，重要工件12級合格。 一般情況下氨分解率越低，向零件表面提供滲入氮原子的能力越強，但過低時容易產(chǎn)生脆性白亮層。所以應(yīng)按工藝規(guī)定流量通入氨氣，定時監(jiān)測并調(diào)整爐內(nèi)氣體的氨分解率。第二節(jié)熱處理缺陷分析 零件調(diào)質(zhì)處理出現(xiàn)塊狀鐵素體，或零件表面保持有脫碳層時，易引起滲氮層脆性脫落。因此應(yīng)嚴(yán)格控制調(diào)質(zhì)的淬火溫度，避免晶粒粗大；增加零件的加工余量

23、，去除零件表面的脫碳層。 零件表面粗糙使?jié)B氮層不均勻；零件結(jié)構(gòu)上存在尖角、銳邊等不合理結(jié)構(gòu)，都會增大脆性傾向。應(yīng)對方法是保證零件表面光潔度；在零件設(shè)計上把關(guān)，避免出現(xiàn)尖角、銳邊等不合理的結(jié)構(gòu)。 液氨蒸發(fā)成為氨氣，氨氣管網(wǎng)中無有效的干燥裝置，水分進入爐膛也會產(chǎn)生上述缺陷。保證氨氣供應(yīng)管網(wǎng)中的干燥裝置正常運行可有效防止這類缺陷。3)滲氮層不致密、抗蝕性差：造成滲氮層疏松的主要原因是氨分解率過高，表面氮濃度太低；另外工件表面有銹蝕、銹斑也會對滲氮效果產(chǎn)生影響。第二節(jié)熱處理缺陷分析4)滲氮后表面硬度偏低：出現(xiàn)這種缺陷一般可返工處理，其產(chǎn)生原因和補救方法如下。 選材不當(dāng)：一般滲氮后滲層硬度，低碳鋼約為3

24、00HV，中、高碳鋼約為500600HV，合金鋼可達(dá)10001200HV。應(yīng)根據(jù)零件的性能要求和工況正確選材。 氨分解率控制不當(dāng)：氨分解率偏低，氨氣流量偏大，會使?jié)B氮層硬度降低，所以應(yīng)將氨分解率控制在15%40%范圍內(nèi)；但若第一階段保溫時氨分解率偏高(30%)，會降低表面硬度，因此在第一階段保溫時氨分解率應(yīng)控制在18%25%。 零件進爐前表面不潔：零件表面有油污、銹斑等都會造成表面硬度偏低。應(yīng)在零件進爐前進行認(rèn)真清理。第二節(jié)熱處理缺陷分析 滲氮溫度過高：通常滲氮溫度超過550時，合金氮化物將發(fā)生聚集長大，使?jié)B層硬度下降。應(yīng)嚴(yán)格控制滲氮溫度在480550范圍內(nèi)。 滲氮罐久未退氮：對滲氮罐要定期(

25、10爐左右)進行退氮處理，新滲氮罐要進行預(yù)處理或采用低碳鋼搪瓷爐罐。對于最后兩種情況下產(chǎn)生的表面硬度偏低，可進行一次補充滲氮（510，10h，氨分解率20%30%）進行補救。5)滲氮層硬度不均勻：工件預(yù)先調(diào)質(zhì)硬度低、組織不均勻；工件表面未清理干凈、有油污或局部防滲鍍錫層發(fā)生淌錫；密封不嚴(yán)、爐蓋處漏氣或裝爐量太多影響氣氛循環(huán)不良，造成爐溫不均、溫差較大等都會使?jié)B氮層硬度不均勻或出現(xiàn)軟點。第二節(jié)熱處理缺陷分析碳氮共滲件在共滲后一般采用直接淬火，然后低溫回火，以獲得高硬度的耐磨表層。(1)產(chǎn)生粗大碳氮化合物表面碳氮含量過高，以及碳氮共滲溫度偏高，共滲層會產(chǎn)生密集的粗大條狀碳氮化合物；當(dāng)共滲層溫度較低

26、，爐膛內(nèi)氮勢過高，共滲層就會產(chǎn)生連續(xù)的碳氮化合物。(2)共滲層中出現(xiàn)黑色組織在未經(jīng)腐蝕或輕微腐蝕的碳氮共滲金相試樣中，有時可在離表層不同深度處看到一些分散的黑點、黑帶或黑網(wǎng)，它們統(tǒng)稱為黑色組織。黑色組織的預(yù)防和補救方法1)快裝爐，防止共滲初期的氧化。2)嚴(yán)格控制共滲初期的氨氣通入量。第二節(jié)熱處理缺陷分析2.碳氮共滲主要缺陷的原因分析及預(yù)防知識3)整個共滲過程中控制氨氣的通入量，使氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最好在0.5%以內(nèi)。4)共滲后適當(dāng)提高淬火溫度以及采用較強冷卻能力的淬火介質(zhì)，以抑制托氏體組織的出現(xiàn)。5)黑色組織較淺時，如深度小于0.002mm，可采取噴丸強化的方法使其減小而予以補救。氮碳共滲層的組織類

27、似于滲氮組織，一般由化合物層和擴散層所組成。(1)滲層太薄處理溫度過低或時間不足；氣氛配比不當(dāng)或含水量過高、過低。第二節(jié)熱處理缺陷分析3.氮碳共滲主要缺陷的原因分析及預(yù)防知識(2)滲層疏松共滲溫度過高或時間過長；氨分解偏低、滲劑加入量過多。(3)化合物層較脆氨分解率偏低、氨氣含水是過高。(4)表面硬度低生產(chǎn)實踐中，工件碳氮共滲后其表面硬度有時達(dá)不到工藝規(guī)定的要求，輕者可以返工，重者則造成報廢。(5)外觀質(zhì)量差工件氮碳件出爐后首先用肉眼檢查外觀質(zhì)量，鋼件經(jīng)共滲處理后表面通常呈銀灰(藍(lán)黑色)色或暗灰色(藍(lán)黑色)，不同材質(zhì)的工件，氮碳共滲后其表面顏色略有區(qū)別，鈦及鈦合金件表面應(yīng)呈金黃色。(6)表面花

28、斑處理前未清洗干凈，表面有銹斑、氧化皮或嚴(yán)重油污等；裝爐量太多，工件相互重疊或與爐壁接觸。第二節(jié)熱處理缺陷分析(7)零件變形超差共滲前未消除應(yīng)力；共滲溫度不均或溫度過高；工件吊掛不合理。(8)氮化層硬度厚度不均勻工件未清洗干凈；裝爐方式不當(dāng)，裝爐量過多，爐內(nèi)氣流不合理、氣壓調(diào)節(jié)不當(dāng)、進氣出氣口布置不合理或堵塞；氣氛、溫度不均勻；防滲層覆蓋不均勻或鍍錫層漫流。二、非鐵金屬、特殊鋼熱處理缺陷分析及預(yù)防知識目前廣泛使用的非鐵金屬合金有鋁、銅、鈦合金等，由于材料基體不同，合金化不同，其熱處理也各具特色，因此除一般熱處理缺陷外，還會產(chǎn)生一些特殊的熱處理缺陷。(1)鋁合金熱處理缺陷的分析及應(yīng)對方法第二節(jié)熱

29、處理缺陷分析1.非鐵金屬熱處理缺陷分析及預(yù)防知識1)過燒：過燒嚴(yán)重時，工件翹曲且表面可見結(jié)瘤和氣泡。 鑄造合金中形成低熔點共晶體的雜質(zhì)含量多，應(yīng)嚴(yán)格控制爐料；變形合金由于畸變量少，共晶體集中，應(yīng)降低加熱溫度。 鑄造合金加熱速度太快，低熔點共晶體尚沒擴散、消失而發(fā)生熔化?？刹捎秒S爐以200250/h速度緩慢加熱或采用分階段升溫的辦法。 爐溫控制儀表失靈。應(yīng)經(jīng)常檢查儀表，并裝報警裝置。 爐內(nèi)溫度分布不均勻，實際溫度超過工藝規(guī)范。應(yīng)定期檢查爐內(nèi)溫度分布情況，按工藝規(guī)范嚴(yán)格控制爐溫。另外，輕微起泡也可用打磨或其他機械加工方法消除。2)裂紋：經(jīng)熱處理后在零件上出現(xiàn)的可見裂紋，一般位于零件拐角處或壁厚不均

30、勻的地方。第二節(jié)熱處理缺陷分析 鑄件在淬火前已有顯微或隱蔽裂紋，只是在熱處理過程中擴展成為可見裂紋。應(yīng)改進鑄造工藝，消除鑄造裂紋。 工件外形復(fù)雜、壁厚不均引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。應(yīng)合理設(shè)計工件形狀，增大圓角半徑，鑄件增設(shè)加強肋，并在薄壁處用石棉包扎。 工件升溫和冷卻速度太快，由于熱應(yīng)力過大而導(dǎo)致開裂。應(yīng)緩慢均勻加熱，并用緩慢冷介質(zhì)淬火或采用等溫淬火。3)變形：鋁合金熱處理后產(chǎn)生畸變的缺陷，根據(jù)其特征可分為兩種類型，應(yīng)分別采取相應(yīng)的措施進行預(yù)防和補救。 熱處理后工件發(fā)生翹曲、扭曲或彎曲這種畸變一般是由于加熱和冷卻太快產(chǎn)生的熱應(yīng)力所引起；也可能因裝爐不當(dāng)，在高溫下或淬火冷卻時發(fā)生變形。消除的方法是

31、改變加熱或冷卻的方式，或采用合適的夾具，正確選擇工件的淬火方式。另外，工件淬火后應(yīng)立即進行矯正。第二節(jié)熱處理缺陷分析 工件熱處理后經(jīng)機械加工出現(xiàn)變形這是因為工件內(nèi)存在著殘余應(yīng)力，經(jīng)切削加工后，應(yīng)力重新分布，產(chǎn)生變形。應(yīng)采用緩冷淬火介質(zhì)，減少殘余應(yīng)力，或采用消除應(yīng)力退火防止變形。4)腐蝕：在鹽浴加熱的工件表面上，特別是在鑄件有疏松的部位有腐蝕斑痕；或在工件的螺紋、細(xì)槽和小孔內(nèi)有腐蝕斑痕。 在鹽槽中加熱時，槽液中的氯化物常引起鑄件表面，特別是疏松處的腐蝕；另外制件中細(xì)小的孔道、凹陷、隔層內(nèi)殘留的硝鹽液等也可成為腐蝕源。應(yīng)定期分析槽液成分，超標(biāo)者禁用；鑄件淬火后要在熱水中徹底清洗。 某些變形鋁合金淬

32、火時延遲時間過長，會造成晶間隔蝕后患，在零件使用過程中暴露出來。應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行淬火延遲時間規(guī)定，否則進行重復(fù)熱處理，并排除其他導(dǎo)致淬火冷卻速度過慢的因素。第二節(jié)熱處理缺陷分析5)起泡：淬火板材或退火板材上出現(xiàn)氣泡(表皮圓形或近似圓形的隆起)。 過燒。這類缺陷無法補救，按熱處理爐批次報廢。 包鋁薄板的包鋁層和心部金屬之間某些部位存在著容有空氣、油污和水氣的間隙，在退火或固溶處理時發(fā)展成為氣泡。應(yīng)要求原材料制造廠提高工藝質(zhì)量水平，在鑒定起泡不屬過燒性質(zhì)后，根據(jù)零件使用條件作出是否報廢的結(jié)論。 擠壓時擠壓筒內(nèi)壁所粘金屬附著在板材表面，或板材表面有潤滑油、污垢等臟物。應(yīng)及時清除擠壓筒內(nèi)壁粘附著的金屬，徹底

33、清洗板材表面油污。6)粗晶：退火板材和淬火板材晶粒粗大，沖壓成形時表面呈“橘皮”狀。第二節(jié)熱處理缺陷分析 退火或固溶處理前受到5%10%的臨界變形度變形，加熱時晶粒劇烈長大?？刹捎酶邷乜焖俣虝r加熱，在正規(guī)熱處理前增加一次去應(yīng)力退火，來解除那些促使晶粒長期長大的應(yīng)力；調(diào)整變形量(如毛坯預(yù)拉伸或多次成形等工藝)，使變形量在臨界變形量之外；或每次變形加工前，采用去應(yīng)力退火。 固溶處理和退火溫度過高，保溫時間過長。預(yù)防措施是嚴(yán)格按工藝規(guī)范控制加熱溫度和保溫時間。7)板材軟硬不均：這種缺陷的特征是硬鋁板材硬度不均勻，塑性很差，成形時易脆斷。8)表面變色：鋁合金熱處理后表面呈灰暗色；若是鋁鎂合金則表面呈灰

34、褐色。第二節(jié)熱處理缺陷分析 空氣爐中水氣太多，易產(chǎn)生高溫氧化。應(yīng)盡量少帶水分進爐，待水氣蒸發(fā)逸出爐外后再關(guān)閉爐門。 淬火介質(zhì)的堿性太重，應(yīng)更換淬火介質(zhì)。 為了得到光亮的表面，可在硝鹽中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%2.0%的重鉻酸鉀(K2Cr2O7)。鹽浴的堿度(換算成KNO3)不應(yīng)超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，氯化物量(換算成氯離子)不應(yīng)超過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%。但應(yīng)注意重鉻酸鉀有毒。還可采用在體積分?jǐn)?shù)為3%6%的硝酸水槽中清洗數(shù)分鐘，就能保證很好的發(fā)亮作用。 工件表面殘留有帶腐蝕性的油跡，在揮發(fā)后留下磨痕或腐蝕痕跡。若是鋁鎂合金表面變色，其原因應(yīng)是含鎂量較高被高溫氧化所致。9)力學(xué)性能不合格：現(xiàn)根據(jù)這類缺陷的

35、不同特征分述其產(chǎn)生原因及消除辦法。第二節(jié)熱處理缺陷分析 達(dá)不到技術(shù)條件規(guī)定的指標(biāo)：化學(xué)成分有偏差，應(yīng)及時調(diào)整化學(xué)成分，根據(jù)具體化學(xué)成分制定熱處理規(guī)范；違反熱處理工藝規(guī)范，通常是加熱溫度不夠或保溫時間太短，可按熱處理工藝規(guī)范提高加熱溫度、延長保溫時間。 淬火后強度和塑性不合格：固溶處理不當(dāng)，應(yīng)調(diào)整淬火溫度和保溫時間，使可溶相充分溶入固溶體中，縮短淬火轉(zhuǎn)移時間，重新淬火。 時效后強度和塑性不合格：時效處理不當(dāng)，或淬火后冷變形量過大使塑性降低，或清洗溫度過高停留時間過長，或淬火至?xí)r效間的時間不當(dāng)，應(yīng)調(diào)整時效溫度和保溫時間，硬度過低的工件可以補充時效。 退火后塑性偏低：退火溫度偏低，保溫時間不足或退火

36、后冷卻速度過快形成淬火，應(yīng)重新退火。第二節(jié)熱處理缺陷分析 鍛件和鑄件壁厚和壁薄部分性能相差太大：工件各部分厚薄相差懸殊，原始組織和透燒時間不同，影響固溶強化效果。應(yīng)延長加熱保溫時間，使之均勻加熱，強化相充分溶解。(2)銅合金熱處理缺陷的分析及應(yīng)對方法這里僅介紹銅合金可能產(chǎn)生的一些特殊熱處理缺陷，如黑斑點、黃銅脫鋅、紫銅氫脆、鈹青銅光亮淬火失色、粘連等。1)黑斑點：表面出現(xiàn)黑色的碳化物斑點。2)黃銅脫鋅：表面出現(xiàn)白灰(ZnO)，酸洗后呈麻面。3)純銅氫脆：工件在拉伸試驗時產(chǎn)生脆斷，金相檢驗時可見到晶界裂紋。4)鈹青銅光亮淬火失色：缺陷特征為表面氧化，有斑點，色彩不均，無光澤。第二節(jié)熱處理缺陷分析

37、5)粘連：純銅片料退火時粘連在一起。(3)鈦合金熱處理缺陷的分析及應(yīng)對方法鈦合金熱處理可能產(chǎn)生的特殊缺陷主要有滲氫和表面氧化色兩類。1)滲氫：缺陷特征為工件呈脆性，嚴(yán)重的其脆性類似玻璃一樣。2)氧化色：工件表面呈紫色或灰色。目前廣泛使用的特殊鋼主要指不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼。第二節(jié)熱處理缺陷分析2.特殊鋼熱處理缺陷分析及預(yù)防知識(1)晶間腐蝕對于不銹鋼和耐熱鋼的精加工件或余量很少的工件，如果在鹽浴爐中進行加熱處理，就會由于高溫熔鹽的作用，產(chǎn)生晶間腐蝕。(2)元素?fù)]發(fā)在不銹鋼和耐熱鋼中，主要的合金元素是鉻和鎳。(3)熱處理變形熱處理變形是相變應(yīng)力和熱應(yīng)力的綜合作用，對于特殊鋼，在熱處理過程中要嚴(yán)格

38、控制加熱和冷卻這兩個環(huán)節(jié)。(4)晶粒粗大特殊鋼產(chǎn)生晶粒粗大的原因可能是原材料的組織缺陷，也可能是因為固溶溫度過低或加熱保溫時間不足等原因造成的。第二節(jié)熱處理缺陷分析首先在需要進行硬度檢查的部件進行取樣，取樣可使用砂輪切割機，操作時要向砂輪片上噴水，以防止工件切口附近區(qū)域受熱而發(fā)生回火或退火，影響硬度檢查的結(jié)果。取樣后，應(yīng)先用砂輪磨光，再用由粗到細(xì)的砂紙在互相垂直的方向單向進行磨光。用維氏硬度計檢查試件硬度的負(fù)荷通常為100g、200g、1kg、5kg，試驗時，可以根據(jù)試件滲層的厚度或薄板的厚度來選取，在保證不擊穿的條件下，盡可能選用較大的負(fù)荷，打出的硬度才更加準(zhǔn)確。第三節(jié)熱處理質(zhì)量檢測訓(xùn)練3.選用負(fù)荷2.磨光、拋光1.取樣4.進行維氏硬度試驗首先將工件放在硬度計托架上，用顯微鏡選取一個較為清晰的視野（劃痕少而均勻）。第三節(jié)熱處理質(zhì)量檢測訓(xùn)練圖-絲錐外形尺寸1.絲錐外形尺寸(如圖5-1所示)()選材W18Cr4V高速鋼。()硬度刃口部分硬度為6264HRC。(1)預(yù)熱將工件裝入專用工裝卡具，先在550的箱式電阻爐中預(yù)熱60min，再進入820的中溫鹽浴爐中保溫10min。(2)淬火預(yù)熱后將工件轉(zhuǎn)入12701280的高溫鹽浴爐中加熱，保溫時間為3min，在560硝鹽浴中淬火冷卻停留3min的分級冷卻。第三節(jié)熱處