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    烟台华新金属热处理有限公司

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    金属热处理的处理过程

    2021-06-22 17:15:18

           加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多,是采用木炭和煤作为热源,进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制,且无环境污染。利用这些热源可以直接加热,也可以通过熔融的盐或金属,以至浮动粒子进行间接加热。

      金属加热时,工件暴露在空气中,常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低),这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热,也可用涂料或包装方法进行保护加热。

      加热温度是金属热处理工艺的重要工艺参数之一,选择和控制加热温度,是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理目的不同而异,但一般都是加热到某特性转变温度以上,以获得高温组织。另外转变需要一定的时间,因此当金属工件表面达到要求的加热温度时,还须在此温度保持一定时间,使内外温度一致,使显微组织转变完全,这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面金属热处理时,加热速度快,一般就没有保温时间,而化学热处理的保温时间往往较长。1.完全退火和等温退火

      完全退火又称重结晶退火,一般简称为退火,这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸,锻件及热轧型材,有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的热处理,或作为某些工件的预先热处理。

      2.球化退火

      球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备。

      3.去应力退火

      去应力退火又称低温退火(或高温回火),这种退火主要用来消除铸件,锻件,焊接件,热轧件,冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除,将会引起钢件在一定时间以后,或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。1.降低脆性,消除或减少内应力,钢件淬火后存在很大内应力和脆性,如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。

      2.获得工件所要求的机械性能,工件经淬火后硬度高而脆性大,为了满足各种工件的不同性能的要求,可以通过适当回火的配合来调整硬度,减小脆性,得到所需要的韧性,塑性。

      3.稳定工件尺寸

      4.对于退火难以软化的某些合金钢,在淬火(或正火)后常采用高温回火,使钢中碳化物适当聚集,将硬度降低,以利切削加工。炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定

      1.对于不能成批定型生产的,工件大小不相等的,种类较多的,要求工艺上具有通用性、多用性的,可选用箱式炉。

      2.加热长轴类及长的丝杆,管子等工件时,可选用深井式电炉。

      3.小批量的渗碳零件,可选用井式气体渗碳炉。

      4.对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉。

      5.对冲压件板材坯料的加热大批量生产时,选用滚动炉,辊底炉。

      6.对成批的定型零件,生产上可选用推杆式或传送带式电阻炉(推杆炉或铸带炉)

      7.小型机械零件如:螺钉,螺母等可选用振底式炉或网带式炉。

      8.钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的回转管炉。

      9.有色金属锭坯在大批量生产时可用推杆式炉,而对有色金属小零件及材料可用空气循环加热炉。一、过热现象

      我们知道热处理过程中加热过热易导致奥氏体晶粒的粗大,使零件的机械性能下降。

      1.一般过热:加热温度过高或在高温下保温时间过长,引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低,脆性转变温度升高,增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后,在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

      2.断口遗传:有过热组织的钢材,重新加热淬火后,虽能使奥氏体晶粒细化,但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多,一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口,而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出,受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。

      3.粗大组织的遗传:有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时,以慢速加热到常规的淬火温度,甚至再低一些,其奥氏体晶粒仍然是粗大的,这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性,可采用中间退火或多次高温回火处理。

      二、过烧现象

      加热温度过高,不仅引起奥氏体晶粒粗大,而且晶界局部出现氧化或熔化,导致晶界弱化,称为过烧。钢过烧后性能严重恶化,淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复,只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

      三、脱碳和氧化

      钢在加热时,表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应,降低了表层碳浓度称为脱碳,脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低,而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

      加热时,钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化,具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

      为了防止氧化和减少脱碳的措施有:工件表面涂料,用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)

      四、氢脆现象

      高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆,采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。根据工件性能要求的不同,按其回火温度的不同,可将回火分为以下几种:

      (一)低温回火(150-250度)

      低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下,降低其淬火内应力和脆性,以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具,量具,冷冲模具,滚动轴承以及渗碳件等,回火后硬度一般为HRC58-64。

      (二)中温回火(250-500度)

      中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度,弹性极限和较高的韧性。因此,它主要用于各种弹簧和热作模具的处理,回火后硬度一般为HRC35-50。

      (三)高温回火(500-650度)

      高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理,其目的是获得强度,硬度和塑性,韧性都较好的综合机械性能。因此,广泛用于汽车,拖拉机,机床等的重要结构零件,如连杆,螺栓,齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200-330。一.气氛与钢铁的化学反应

      1.氧化

      2Fe+02→2Fe0

      Fe+H20→Fe0+H2

      FeC+C02→Fe+2C0

      2.还原

      Fe0+H2→Fe+H20Fe0+C0→Fe+02

      3.渗碳

      2C0→[C]+C02

      Fe+[C]→FeC

      CH4→[C]+2H2

      4.渗氮

      2NH3→2[N]+3H2

      Fe+[N]→FeN

      二.各种气氛对金属的作用

      氮气:在≥1000度时会与Cr,C0,Al.Ti反应

      氢气:可使铜,镍,铁,钨还原。当氢气中的水含量达到百分之0.2-0.3时,会使钢脱碳

      水:≥800度时,使铁、钢氧化脱碳,与铜不反应

      一氧化碳:其还原性与氢气相似,可使钢渗碳

      三.各类气氛对电阻组件的影响 


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