金屬熱處理第2章加熱

第二章金屬的加熱12.1加熱方法及設(shè)備2.1.1箱式電阻加熱爐以電為能源加熱方式：在加熱器（電阻絲或帶）和工件之間存在氣體介質(zhì)。中、小零件的小批量熱處理淬火爐

滲碳爐

多用爐22.1加熱方法及設(shè)備2.1.2井式加熱爐安放在地面以下，工件垂直入爐裝料多，生產(chǎn)率高，溫度均勻，適合細長桿件32.1加熱方法及設(shè)備2.1.3

浴爐用液體作為加熱或冷卻介質(zhì)的熱處理爐通常稱為浴爐。介質(zhì)：熔鹽、熔融金屬或合金、熔堿、油等裝料多，生產(chǎn)率高，溫度均勻，適合細長桿件452.2工件表面的熱交換2.2.1對流傳熱（以流體為介質(zhì)）依靠發(fā)熱體與工件之間流體（氣體或液體）的流動進行熱量傳遞的過程，使熱量由溫度較高的一方（發(fā)熱體）傳給較低的一方（工件）1流體流動的動力自然對流

溫度差導(dǎo)致密度不同發(fā)生相對沉降強制對流

外加動力（風(fēng)扇）強迫流體流動62.2.1對流傳熱流體的流動狀態(tài)層流

流體質(zhì)點互不混雜，運動軌跡呈有條不紊的線狀流動紊流

流體質(zhì)點相互混摻，運動無序，運動要素具有隨機性流體的物理性質(zhì)熱導(dǎo)率、熱容、密度、黏度工件表面形狀及其在爐內(nèi)的放置位置2.2工件表面的熱交換72.2工件表面的熱交換2.2.2輻射傳熱（無介質(zhì)）任何物體只要溫度高于決定零度，就會向各個方向放出輻射能。輻射不需要介質(zhì)，在真空中也能進行。當輻射能被另一物體吸收后，轉(zhuǎn)化為熱能而實現(xiàn)加熱。提高爐溫、增大受熱面積、紅外涂層2.2.3傳導(dǎo)傳熱（以爐底板為介質(zhì)）溫度不同的接觸物體間或一物體中各部分之間的熱能傳遞過程。2.3加熱溫度和時間2.3.1加熱時間概念爐溫升溫時間、工件升溫時間、工件透熱時間、工件保溫時間2.3.2加熱溫度設(shè)備條件、工藝要求、零件尺寸形狀、加熱制度及方式加熱冷卻保溫Tt熱處理周期8V加熱T，tV冷卻2.4相變和組織應(yīng)力2.4.1過飽和固溶體的脫溶與第二相溶解脫溶：固溶體自高溫急冷到固態(tài)溶解度曲線以下，由于冷卻

速度快，沉淀產(chǎn)物來不及析出，形成了過飽和固溶體，然

后在較低的溫度下這種不穩(wěn)定的過飽和固溶體隨著時間變

化發(fā)生脫溶分解。時效脫溶過程中會析出各種彌散分布的

亞穩(wěn)定沉淀相，這種亞穩(wěn)定沉淀相與母相共格或局部共格，使合金強化。急冷過飽和固溶體

析出亞穩(wěn)定沉淀相固溶體脫溶分解92.4.1過飽和固溶體的脫溶與第二相溶解2.4相變和組織應(yīng)力t1急冷α固溶體固溶處理室溫放置or加熱α’固溶體脫溶析出β相加熱到t1以上保溫第二相溶解α固溶體102.4相變和組織應(yīng)力鑄件急冷

成分偏析2.4.2成分均勻化液相線以下保溫擴散退火成分均勻2.4.3多行性轉(zhuǎn)變T℃δ－Feα－Fe1394119121534L同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2.4.4回復(fù)、再結(jié)晶和應(yīng)力變化再結(jié)晶退火，高溫回火2.4.5組織應(yīng)力去應(yīng)力退火2.4相變和組織應(yīng)力退火或正火是將鋼加熱到一定溫度并保溫一定時間以后，以緩慢的速度冷卻下來，使之獲得達到或接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝。1213完全退火 其目的是細化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消除內(nèi)應(yīng)力。等溫退火

等溫退火的加熱工藝與完全退火相同。

“等溫”的含義是，發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變時是在Ar1以下珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間的某一溫度等溫進行。等溫退火能有效縮

短退火時間，提高生產(chǎn)效率并能獲得均勻的組織和性能。球化退火球化退火主要用于過共析鋼和合金工具鋼。其目的是降低硬度、均勻組織、改善切削性能，為淬火作組織準備。獲得粒狀珠光體。球化退火的加熱溫度一般為Ac1以上20～30℃。退火14（4）擴散退火（均勻化退火）擴散退火的特點是，加熱溫度高（一般在Ac3或Accm以上150～300℃），保溫時間長（10h以上）。因此，擴散退火后鋼的晶粒粗大，需要進行一次正常的完全退火或正火處理。去應(yīng)力退火主要用來消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂。工藝一般是將工件隨爐緩慢加熱至500～650℃，經(jīng)一段時間保溫后隨爐緩慢冷卻至300～200℃以下出爐。再結(jié)晶退火冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當?shù)臅r間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，這種熱處理工藝稱為再結(jié)晶退火。其目的是消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。一般鋼材的再結(jié)晶退火溫度為650～700℃。退火2.5加熱時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)2.5.1金屬加熱時的氧化與脫碳鋼鐵與氧的相互作用氧化：2Fe+O2→2FeO3Fe+2O2→Fe3O44Fe+3O2→2Fe2O3脫碳：Fe3C+O2→3Fe+CO2C+O2→CO2鋼鐵表面在爐氣中的氧化還原反應(yīng)氫及水蒸氣：Fe+Ｈ２O→FeO＋Ｈ２３Fe+４Ｈ２O→Fe３O４＋４Ｈ２CO及CO2：Fe+CO2→FeO＋CO3Fe+４CO2→Fe3O4＋４CO15162.5.1金屬加熱時的氧化與脫碳３鋼鐵中的其他金屬與氧的反應(yīng)4Cr+3O2→2Cr2O34Al+3O2→2Al2O3Si+O2→SiO2４氧化物的性質(zhì)Fe3O4和Fe2O3，氧化膜致密，具有一定抗氧化性FeO組織疏松，氧化皮，抗氧化能力較差提高抗氧化性的基本方法是合金化——Cr、Al、Si2.5加熱時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)172.5加熱時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)2.5.2

鋼在滲碳氣氛中的滲碳反應(yīng)1

在CO氣氛中的增碳反應(yīng)2CO

[C]+CO2[C]向工件表面的奧氏體中溶解

2

在CH4氣氛中的增碳反應(yīng)CH4

[C]+2H22.5.3

鋼在氨氣氛中的氮化反應(yīng)2NH3

3H2+2[N]Fe+NH3

Fe(N)+3/2H2182.5加熱時發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)2.5.4

金屬與其他氣氛間的相互作用雜質(zhì)氣體H2S、SO22.5.5

金屬與其他氣氛間的相互作用1

降低氧分壓真空加熱、惰性氣體保護、有機液體加入爐膛、吸入式氣氛2工件表面涂覆氧化涂層搪瓷涂料、硅酸鹽涂料單件或小批量生