工程材料第4章

第4章金屬資料熱處置4.1退火與正火4.8熱處置零件的構(gòu)造工藝性及技術(shù)條件標(biāo)注4.7鋼的化學(xué)熱處置4.6固溶熱處置與時(shí)效強(qiáng)化4.5鋼的淬透性4.4鋼的回火4.3鋼的外表淬火4.2鋼的淬火圖4.1熱處置工藝曲線金屬資料的熱處置是金屬資料在固態(tài)下，經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)展加熱、保溫暖冷卻，改動(dòng)資料內(nèi)部組織構(gòu)造，從而改善資料性能的一種工藝方法。也稱之為金屬資料的改性處置。熱處置的工藝過程如圖：根據(jù)工序位置，熱處置可分為預(yù)備熱處置和最終熱處置。根據(jù)熱處置的目的要求和工藝方法的不同，熱處置可分為三大類：4.1.1退火退火是將鋼加熱到預(yù)定溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻，獲得接近于平衡組織的熱處置工藝。退火的目的是：〔1〕降低硬度，改善切削加工性?！?〕消除剩余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與開裂傾向。〔3〕細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。4.1退火與正火根據(jù)鋼成分和退火的目的不同，退火可分為完全退火、球化退火、分散退火和去應(yīng)力退火。1.完全退火將鋼加熱到Ac3以上30℃～50℃，保溫一定時(shí)間后隨爐冷卻到500℃以下再出爐空冷的熱處置工藝。圖4.2高速鋼等溫退火與完全退火的比較2.球化退火將鋼加熱到Ac1以上10℃～30℃，保溫較長(zhǎng)時(shí)間緩慢冷卻到600℃以下，再出爐空冷的熱處置工藝。適用于共析鋼,過共析鋼的退火,使鋼中二次滲碳體和珠光體中的滲碳體球化,降低硬度,提高切削加工性能,并減小最終淬火變形和開裂,為以后熱處置做預(yù)備.3.分散退火〔均勻化退火〕將鋼加熱到Ac3以上150℃～200℃，長(zhǎng)時(shí)間保溫〔10～15h〕后隨爐緩冷。適用于大型鑄鍛件,消除其化學(xué)成分的偏析和組織不均勻性.分散退火容易使鋼晶粒粗大,所以要進(jìn)展完全退火或正火以細(xì)化晶粒.4.去應(yīng)力退火加熱低于Ac1以上，普通為500℃～650℃，充分保溫后緩慢冷卻到200℃出爐空冷.在退火過程中無組織變化,適用于鑄鍛焊件及經(jīng)過切削加工的零件,消除毛胚零件中的剩余應(yīng)力,穩(wěn)定工件尺寸,減少零件在適用中的變形和裂紋傾向.4.1.2正火正火是將鋼加熱到Ac3或Ac㎝以上30℃～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后在靜止空氣中冷卻的熱處置工藝。正火組織晶粒細(xì)小,分布較均勻圖4.3碳鋼的硬度與熱處置關(guān)系圖4.4各種退火及正火的加熱溫度范圍圖4.5碳鋼的淬火加熱溫度范圍4.2鋼的淬火淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30°C～50°C，經(jīng)過保溫后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻的熱處置工藝。4.2.1淬火加熱溫度和加熱時(shí)間碳鋼的淬火加熱溫度范圍如下圖。1-單介質(zhì)淬火法；2-雙介質(zhì)淬火法；3-馬氏體分級(jí)淬火法；4-貝氏體等溫淬法圖4.7各種淬火方法表示圖4.2.3淬火冷卻方法4.2.2淬火冷卻介質(zhì)使零件獲得某種冷卻速度的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)。最常用的有水、鹽〔堿〕水、油三類。圖4.6理想淬火冷卻曲線45號(hào)鋼在水中,油中,空氣中冷卻后得到組織及硬度:外表淬火方法是將淬火零件迅速加熱至相變溫度以上，而心部未被加熱，然后迅速冷卻，使零件表層獲得馬氏體而心部仍為原始組織的“外硬內(nèi)韌〞形狀。一、感應(yīng)加熱外表淬火二、火焰加熱外表淬火4.3鋼的外表淬火見視頻134.4鋼的回火回火就是把經(jīng)過淬火的零件重新加熱到低于Ac1某一溫度，適當(dāng)保溫后，冷卻到室溫的熱處置工藝。4.4.1回火目的〔1〕消除或降低內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，防止變形和開裂?！?〕穩(wěn)定組織、尺寸和外形，保證零件的運(yùn)用精度和性能。〔3〕調(diào)整零件的強(qiáng)度、硬度，獲得所需的韌性和塑性。4.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化

回火時(shí)的加熱、保溫將促使淬火馬氏體和剩余奧氏體向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變，可分為四個(gè)階段：馬氏體的分解；剩余奧氏體的分解；滲碳體的構(gòu)成；滲碳體聚集長(zhǎng)大。淬火鋼回火時(shí)硬度和強(qiáng)度隨溫度升高而下降，其塑性和韌性相應(yīng)提高。4.4.3回火工藝及運(yùn)用鋼淬火回火后的組織和性能取決于回火溫度，根據(jù)回火溫度不同，回火方法分為三種：低溫回火〔150℃～250℃〕；中溫回火〔350℃～500℃〕；高溫回火〔500℃～650℃〕。

回火規(guī)范主要用于碳鋼和低合金鋼，對(duì)含合金元素多的合金鋼那么應(yīng)適當(dāng)提高回火溫度。4.4.4回火脆性淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火，或從回火溫度緩慢冷卻經(jīng)過該溫度區(qū)，產(chǎn)生的組織沖擊韌性顯著降低，這景象稱為回火脆性脫硫泵泵體裂紋熱處置工藝:退火:800-850℃正火：960-1000℃回火：650℃4.5鋼的淬透性4.5.1鋼鐵淬透性鋼的淬透性是在規(guī)定的淬火條件下，決議鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。通常用所獲得的淬硬層深度來表示。圖4.8工件截面的不同冷卻速度鋼的淬硬層深度是指從淬硬的工件外表量至規(guī)定硬度值處的垂直間隔。淬透性高的鋼材淬硬層深度一定深嗎?影響鋼的淬透性的要素：與鋼的臨界冷速有關(guān)，臨界冷速越小，鋼的淬透性越大。1鋼的含碳量2合金元素(Mn,Cr,Si,Ni)(Co,Al)鋼中未熔解物質(zhì)鋼的淬硬性是指鋼在淬火時(shí)所能獲得的最高硬度。它反映鋼材在淬火時(shí)的硬化才干。與馬氏體的含碳量及馬氏體本身量有關(guān)。4.5.2淬透性的測(cè)試方法常用的測(cè)定方法有臨界直徑法和端淬實(shí)驗(yàn)法。1對(duì)接受交變載荷和動(dòng)載荷下,整體界面受力均勻,應(yīng)力形狀較復(fù)雜的零件,拉桿、鍛模、錘桿等工件，應(yīng)選用淬透性好的鋼。2受交變應(yīng)力和振動(dòng)的彈簧類零件,也運(yùn)用淬透性好的鋼。4.5.3淬透性與選材關(guān)系3受彎曲和改動(dòng)應(yīng)力的軸類零件，受力時(shí)應(yīng)力分布不均勻，可選用淬透性較低的鋼。4工具類零件，為保證強(qiáng)度，硬度均勻一致，要求高強(qiáng)度，高硬度，高耐磨性，高淬透性。對(duì)于外形復(fù)雜或尺寸精度要求高的工件，應(yīng)選用高淬透性資料。根據(jù)淬透性選擇資料必需思索工件的尺寸效應(yīng)。4.6固溶熱處置與時(shí)效強(qiáng)化

固溶熱處置是將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫堅(jiān)持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以到達(dá)過飽和固溶體的工藝。Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼時(shí)效處置是合金工件經(jīng)固溶熱處置后在室溫暖稍高于室溫保溫，在金屬的過飽和固溶體中構(gòu)成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和由之脫溶出微粒彌散分布于基體中導(dǎo)致硬化，到達(dá)沉淀硬化的目的。經(jīng)過固溶熱處置后進(jìn)展時(shí)效應(yīng)具備的條件是：1.資料對(duì)合金元素應(yīng)具有一定的溶解度。2.合金元素的溶解度隨溫度的降低而減小。3.高溫固溶的合金元素快速冷卻后成為過飽和固溶體。4.在低溫下，合金元素具有一定的分散速度。1-風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)；2-廢氣火焰；3-爐蓋；4-砂封；5-電阻絲；6-耐熱罐；7-工件；8-爐體圖4.9氣體滲碳表示圖4.7鋼的化學(xué)熱處置化學(xué)熱處置的根本過程由三個(gè)階段組成：1、活性原子的產(chǎn)生2、活性原子的吸收3、活性原子的分散鋼的化學(xué)熱處置是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入表層，以改動(dòng)其化學(xué)成分、組織、和性能的熱處置工藝。一、滲碳1、氣體滲碳2、固體滲碳二、滲氮也稱為氮化處置三、碳氮共滲四、滲硼五、滲金屬見視頻13圖4.10防止尖角設(shè)計(jì)〔2〕零件截面厚度應(yīng)力求均勻圖4.11防止厚薄懸殊4.8熱處置零件的構(gòu)造工藝性及技術(shù)條件標(biāo)注