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      1. 行業資訊
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        史上較全:金屬材料熱處理基礎知識

        添加時間:2022-04-26 16:27:09瀏覽量:

        1、進步金屬資料的力學功能,充分發揮資料的潛力,節省資料、延伸零件運用壽命。

        2、消除資料剩余應力,改進金屬的切削加工功能。

        加熱溫度、保溫時刻和冷卻辦法是熱處理較重要的三個根本工藝要素。

        退火

        1、界說:將安排違背平衡狀況的金屬或合金加熱到恰當的溫度,堅持必定時刻,然后緩慢冷卻以到達挨近平衡狀況安排的熱處理工藝。

        2、意圖:下降硬度,均勻化學成分、改進切削加工功能和冷塑性變形功能、消除或削減內應力、為零件較終熱處理預備合適的內部安排。

        3、分類

        球化退火:為使工件中的碳化物球狀化而進行的退火。

        去應力退火:為去除工件塑性變形加工、切削加工或焊接構成的內應力及鑄件內存在的剩余應力而進行退火。

        正火

        1、界說:將鋼材或鋼件加熱到必定溫度,保溫恰當時刻,使之徹底奧氏體化,然后在空氣中冷卻,以得到珠光體安排的熱處理工藝。

        2、意圖:改進切削功能,消除毛坯內應力,細化晶粒、進步硬度、取得比較均勻的安排和功能。

        退火和正火的差異

        退火和正火歸于預備熱處理工藝,關于含碳量相同的工件,正火后的強度和硬度要高于的退火的。

        例如:含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼,為下降硬度便于切削加工選用退火處理;含碳量低于0.5%的低碳鋼和低合金鋼,為避免硬度過低切削時粘刀,而選用正火恰當進步硬度。

        一般用于鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯制作之后,粗加工之前進行。

        滲碳

        1、界說:為進步工件表層的含碳量并在其間構成必定的碳含量梯度,在滲碳爐中將低碳鋼在滲碳介質中加熱、保溫,使碳原子進入工件外表,然后進行淬火的化學熱處理工藝。

        2、意圖:使低碳鋼的外表層含碳量添加到0.85~1.10%,然后再經淬火、低溫回火處理以消除應力并安穩安排,使鋼件外表層具有高硬度(HRc56~62),添加耐磨性及疲勞強度等。而心部仍堅持原有的塑性和耐性。

        3、運用:滲碳一般用于15Cr、20Cr等含碳量低的鋼種,滲碳層的深度是依據零件的要求不同,一般為0.2~2mm。

        規劃時可依據工件尺度和心部強度要求來挑選資料和滲碳層深度。

        滲碳層深的挑選要依據實際需求進行規劃,以節省本錢。

        層深的添加意味著滲碳時刻的延伸,齒輪一般是依據經歷公式來規劃層深。

        淬火

        1、界說:將鋼加熱到臨界溫度以上,保溫必定時刻使其奧氏體化,以大于臨界冷卻速度進行冷卻的工藝。

        2、淬火意圖:

        進步硬度和耐磨性:刀具、量具、磨具

        進步強耐性:軸類、桿件、銷、受力件

        進步彈性:各類繃簧

        進步耐蝕和耐熱性:耐熱鋼和不銹鋼

        3、淬火分類

        按加熱溫度:徹底淬火、不徹底淬火、循環加熱淬火

        按加熱介質及熱源條件:鹽浴加熱淬火、火焰加熱淬火、感應加熱淬火、高頻脈沖淬火、觸摸電加熱淬火等

        按淬火部位:全體淬火、部分淬火、外表淬火等

        按冷卻辦法:單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預冷淬火等

        4、工藝進程:

        冷卻速度是鋼在淬火進程中較首要的要素,它直接影響淬火產品和功能。

        一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度,以確保悉數得到馬氏體安排;另一方面冷卻應盡量緩慢,以削減內應力,避免工件變形和開裂。

        為了處理上述對立,能夠選用不同的冷卻介質和冷卻辦法,使淬火工件在奧氏體較不安穩的溫度規模內(650℃~550℃)快冷,超越臨界冷卻速度,以防珠光體類型改變發作;而在馬氏體改變區域規模內(300℃~100℃),則冷卻減慢,以削減淬火工件發生的應力。

        5、不同淬火溫度下的內部安排

        在徹底淬火時,鋼的淬火安排首要是由馬氏體組成

        在不徹底淬火時亞共析鋼得到馬氏體和鐵素體組成的安排

        當奧氏體中含碳質量分數大于0.5%時,淬火安排為馬氏體和剩余奧氏體。

        過共析鋼得到馬氏體和滲碳體的安排。

        亞共析鋼用不徹底淬火是不正常的,因為這樣不能到達較高硬度。而過共析鋼選用不徹底淬火則是正常的,這樣可使鋼取得較高的硬度和耐磨性。

        在合適的加熱溫度下,淬火后得到的馬氏體呈細微的針狀;若加熱溫度過高,其構成粗針狀馬氏體,使資料變脆乃至或許在鋼中呈現裂紋。

        6、一般淬火件的工藝道路:

        下料—鑄造—正火(退火)—粗加工—調質—半精加工—外表淬火—精加工

        外表淬火

        1、界說:是本錢較低的外表硬化處理辦法,工藝簡略而靈敏,合適部分處理,特別合適于進步耐磨性的場合。因為只加熱外表層,心部強度堅持著淬火前的狀況。

        2、意圖:進步資料的硬度、強度和耐磨性,而心部堅持杰出的塑性和耐性。外表淬火后零件外表將發生很大的剩余壓應力,因而使資料的疲勞強度大大進步。但需求留意的是,外表淬火區域的起始點和終結點處于剩余拉應力狀況下,此處的疲勞強度因而大大下降。規劃時要考慮剩余拉應力不行留在齒根處、軸的過渡圓角處等零件應力會集部位, 避免作業應力與剩余拉應力疊加構成零件裂紋或開裂。

        3、工藝進程:外表淬火一般工藝是高頻感應加熱、中頻感應加熱或火焰加熱, 噴水冷卻, 然后進行低溫回火。

        4、運用:淬硬深度一般是:高頻淬火1~2mm;中頻淬火2~6mm。一般用于中碳以上結構鋼和合金鋼主軸、齒輪等零件。當工件淬火后,外表硬度高,除磨削外,一般不能進行其它切削加工。因而工序應盡量靠后,一般安排在半精加工之后,磨削加工之前。

        回火

        1、界說:回火是將淬火后的鋼件加熱到指定的回火溫度,經過必定時刻的保溫后,空冷到室溫的熱處理操作;鼗饡r引起馬氏體和剩余奧氏體的分化。

        2、意圖:

        ⑴削減或消除淬火內應力, 避免變形或開裂。

        ⑵取得所需求的力學功能。淬火鋼一般硬度高,脆性大,回火可調整硬度、耐性。

        ⑶安穩尺度。

        ⑷關于某些高淬透性的鋼,空冷即可淬火,如選用回火軟化既能下降硬度,又能縮短軟化周期。

        3、分類:鋼淬火后都需求進行回火處理,回火溫度取決于較終所要求的安排和功能(工廠常依據硬度的要求),一般按加熱溫度的凹凸,回火可分為以下三類。

        (1)低溫回火:加熱溫度為150℃~250℃。低溫回火安排為回火馬氏體,馬氏體內分出碳化物構成回火馬氏體,剩余奧氏體也改變為回火馬氏體;鼗瘃R氏體易受腐蝕,安排呈暗色針狀;鼗瘃R氏體具有高的強度和硬度,而耐性和塑性較淬火馬氏體有顯著改進。

        其意圖首要是下降淬火鋼中的內應力,削減鋼的脆性,一起堅持鋼的高硬度和耐磨性。常用于高碳鋼制的切削東西、量具和滾動軸承件及滲碳處理后的零件等。

        (2)中溫回火:加熱溫度為350℃~500℃。中溫回火安排為回火屈氏體,它是由鐵素體和粒狀滲碳體組成的好細密混合物;鼗鹎象w有較好的強度,較高的彈性,較好的耐性。

        其意圖首要是取得高的彈性好限,一起有高的耐性。首要用于各種繃簧熱處理。

        (3)高溫回火:加熱溫度為500℃~650℃。高溫回火安排的回火索氏體,它是由粒狀滲碳體和等軸形鐵素體組成混合物;鼗鹚魇象w具有強度、耐性和塑性較好的歸納機械功能。

        其意圖首要是取得既有必定的強度、硬度,又有杰出的沖擊耐性的歸納機械功能。一般把淬火后加高溫回火的熱處理稱做調質處理。首要用于處理中碳結構鋼,即要求高強度和高耐性的機械零件,如軸、連桿、齒輪等。

        調質

        1、界說:工件淬火并高溫回火的復合熱處理工藝,。

        2、意圖:使資料取得較好的強度、塑性和耐性等方面的歸納機械功能,用于各種中碳結構鋼和中碳合金鋼。調質一般安排在粗加工之后,半精加工之前,并為今后熱處理作預備。

        大部分的零件都是經過調質處理來進步資料的歸納機械功能,即進步拉伸強度、屈從強度、斷面縮短率、延伸率、沖擊功。

        3、運用:調質處理能大大進步資料的拉伸和屈從強度, 進步屈強比和沖擊功,使資料具有強度和塑耐性的杰出合作。一般來講調質鋼應該為中碳鋼( C = 0.3%~0.6%);碳鋼中像30、35、40、45、50等鋼種則既能夠調質處理又能夠正回火運用;而對高碳鋼和低碳鋼則不宜選用調質工藝

        4、工藝進程:先先需求將零件加熱到必定溫度,保溫必定時刻,然后在油中或水中冷卻。冷卻后當即入爐進行回火(500~650℃),以下降淬火應力、調整安排成份,從而到達機械功能要求。

        馬氏體:鋼中馬氏體的首要特性是高硬度和高強度。  

        鐵素體:鐵素體的塑性、耐性很好,但強度、硬度較低。其力學功能簡直與純鐵相同。

        奧氏體:奧氏體常存在于727℃以上,是鐵碳合金中重要的高溫相,強度和硬度不高,但塑性和耐性很好,易鍛壓成形。

        滲碳體:滲碳體中碳的質量分數為6.69%,熔點為1227℃,硬度很高,塑性和耐性好低,脆性大。滲碳體是鋼中的首要強化相,其數量、形狀、巨細及散布狀況對鋼的功能影響很大。

        珠光體:存在于鋼的退火或正火安排中,粒狀珠光體:在鐵素體基體上散布著粒狀滲碳體的兩相機械混合物稱為粒狀珠光體。粒狀珠光體一般經球化退火而得到,也能夠經過淬火加回火處理得到。

        各種安排的硬度功能目標規模如下:

        珠光體10~20HRC

        索氏體22~25HRC

        屈氏體36~42HRC

        馬氏體62~65HRC

        回火馬氏體約60HRC 

        回火屈氏體40~48HRC

        回火索氏體25~35HRC。

        氮化處理

        1、界說:滲氮是使氮原子進入金屬外表取得一層含氮化合物的處理辦法。

        2、意圖:進步零件外表的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。

        3、特色:氮化工藝較大的特色是熱處理變形小,硬化層淺,特別適用于與調質工藝相結合進步零件的疲勞強度、外表耐磨性、耐蝕性和改進零件的沖突狀況,避免膠合。適用于在周期載荷下作業的零件, 比方軸等。

        4、運用:原則上講任何鋼種都能夠進行氮化處理,可是較常用的氮化鋼是45(HV&gt;300)、40Cr(HV&gt;400)、42CrMo(HV&gt;500)等,氮化后一般可不加工,規劃時應盡或許選用全體氮化處理,因為氮化層自身對運用來說只需好處,沒必要加工處理掉。

        5、工藝要求:氮化是在氮化爐中進行,因而變形小,氮化硬度要依據原料而定。。此外,氮化前有必要進行調質處理,以進步心部的機械功能,為氮化做安排預備。

        鋼的淬透性

        1、淬透性:鋼在淬火時能夠取得馬氏體的才能。其巨細是用規則條件下淬硬層深度來標明。鋼材自身的固有特點,與外部要素無關

        2、淬硬層深度:由工件外表到半馬氏體區的深度。工件的淬透深度取決于鋼材淬透性, 還與冷卻介質、工件尺度等外部要素有關。

        3、影響淬透性的要素:臨界冷卻速度,取決于資料化學成分。一般來說,碳鋼的淬透性差,合金鋼的淬透性好,且合金元素含量越高,淬透性越好

        硬度

        硬度是指金屬資料反抗比它硬的物體壓入其外表的才能。

        硬度越高,標明金屬反抗塑性變形的才能越大。它是重要的力學功能目標之一,它與強度、塑性目標之間有著內涵的聯絡。

        常用的硬度實驗辦法有:

        布氏硬度實驗——首要用于黑色、有色金屬原資料查驗,也可用于退火、正火鋼鐵零件的硬度測定。所用設備為布氏硬度計。

        洛氏硬度實驗——首要用于金屬資料熱處理后的產品功能檢測。所用設備為洛氏硬度計。

        維氏硬度實驗——首要用于薄板材或金屬表層的硬度測定,以及較準確的硬度測定。所用設備為維氏硬度計。

        顯微硬度實驗——首要用于測定金屬資料的安排組成物或相的硬度。所用設備為顯微硬度計。

        布氏硬度實驗

        用載荷為P的力,把直徑為D的淬火鋼球壓入金屬試件外表,并堅持必定時刻,然后卸除載荷,丈量鋼球在試件外表上所壓出的壓痕直徑d,據此核算出壓痕球面積F,然后再核算出單位面積所受的力(P/F值),用此數字標明試件的硬度值,即為布氏硬度,用符號 HB標明。

        布氏硬度實驗原理如圖3-11所示。

        設壓痕深度為h則壓痕球面積為

        試樣硬度值為:

        式中   

        ——施加的載荷,kg或N;

         ——壓頭(鋼球)直徑,mm;

         ——壓痕直徑,mm;

         ——壓痕面積,mm2。

        布氏硬度值的巨細便是壓痕單位面積上所接受的壓力。單位為kg/mm2或N/mm2,但一般不標出。

        硬度值越高,標明資料越硬。實驗室只需測出壓痕直徑d(毫米),經過核算或查表即可得出HB值。

        布氏硬度實驗的優缺陷:

        長處:硬度值代表性全面,因為壓痕面積較大,能反映較大規模內資料的均勻功能。實驗數據安穩,數據重復性強。

        缺陷:選用的壓頭是淬火鋼球,因為鋼球自身的變形和硬度問題,致使不能測驗太硬的資料。一般在450HB以上就不能運用。因為壓痕較大,不合適制品查驗。

        布氏硬度實驗常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金結構鋼等的原資料以及結構鋼調質后的硬度。

        洛氏硬度實驗

        洛氏硬度實驗是現在運用較廣的實驗辦法,和布氏硬度相同,也是一種壓入硬度實驗,但它不是測定壓痕的面積,而是丈量壓痕的深度,以深度的巨細標明資料的硬度值。

        洛氏硬度實驗的壓頭選用錐角為120º的金剛石圓錐頭或直徑為1.588毫米(1/16英寸)的鋼球。載荷先后兩次施加,先加預載荷P0,然后加主載荷P1,在總載荷的效果下,將壓頭壓入金屬資料外表來進行的硬度測定。其總載荷為P(P=P0+P1)。

        金屬越硬,壓痕深度越;金屬越軟,壓痕深度越大。為了習慣人們習慣上數值越大硬度越高的概念,人為的規則,用一常數K減去壓痕深度h的值作為洛氏硬度的目標,并規則每0.002毫米為一個洛氏硬度單位。用符號HR標明,則洛氏硬度值為:HR =(K-h)/0.002

        此值為一無名數。并可從硬度計的表盤指示器上直接讀出。

        運用金剛石壓頭時,常數K為0.2毫米,黑色表盤刻度所示;

        運用鋼球壓頭時,常數K為0.26毫米,赤色表盤刻度所示。

        為了能夠用一種硬度計測定出從軟到硬的金屬資料硬度,選用了不同的壓頭和總載荷,組合成幾種不同的洛氏硬度標度,每一種標度用一個字母在硬度符號HR后加以注明,常用的是HRA、HRB、HRC三種。

        各種洛氏硬度值之間不能直接進行比較,但可經過實驗測定的換算表(略)進行相對比較。

        各種洛氏硬度之間,洛氏硬度和布氏硬度值間都有必定的換算聯系。關于鋼鐵資料,大致有下列聯系式:

        HRC = 2HRA-104

        HB = 10HRC (HRC = 40~60規模)

        HB = 2HRB

        洛氏硬度實驗辦法的優缺陷:

        長處:操作敏捷簡潔,壓痕較小,可在工件外表進行實驗,能夠各種金屬資料的硬度,也能夠丈量較薄工件或外表薄層的硬度。

        缺陷:壓痕較小,代表性差,因為資料中有偏析及安排不均勻等狀況,使所測硬度值的重復性差,分散度較大。

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