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金属热处理工艺

发布时间：2024-05-28 作者: 产品中心

  金属热处理工艺金属热处理工艺 真空热处理 一、可控气氛热处理。 1在少无氧化热处理技术的发展的新趋势中首推可控气氛和真空热处理的发展迅猛。在目前少品种、大批量生产中尤其是碳素钢和一般合金结构钢件的光亮淬火、退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗仍以应用可控气氛为主要手段。所以可控气氛热处理仍是先进热处理技术的主要组成部分。 2制备气氛的气源。我国在掌握和推广可控气氛过程中在解决气氛问题上走过了漫长的道路。最早的吸热式气氛发生炉主要用液化气即纯度较高的丙烷或丁烷。近几年已证实我国的天然气资源丰富为用甲烷制备吸热式气氛创造了良好的...

  金属热处理工艺 真空热处理 一、可控气氛热处理。 1在少无氧化热处理技术的发展的新趋势中首推可控气氛和真空热处理的发展迅猛。在目前少品种、大批量生产中尤其是碳素钢和一般合金结构钢件的光亮淬火、退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗仍以应用可控气氛为主要手段。所以可控气氛热处理仍是先进热处理技术的主要组成部分。 2制备气氛的气源。我国在掌握和推广可控气氛过程中在解决气氛问题上走过了漫长的道路。最早的吸热式气氛发生炉主要用液化气即纯度较高的丙烷或丁烷。近几年已证实我国的天然气资源丰富为用甲烷制备吸热式气氛创造了良好的条件。使用不用了生炉的直生式气氛也是一条不容忽视的途径。 3加热设备。密封多用炉和多用炉生产线自动化程度高生产柔性大适用性很强因而发展前途广市场需求也大。 4可控气氛热处理工艺。渗碳。高温渗碳是渗碳技术发展的新趋势之一。提高渗碳温度能明显提高生产率和节省能耗。 为此研究开发可用于1000?以上的电辐射管材料是当务之急低压渗碳技术的开发和完善为实现高温渗碳1040?创造了条件。钢件的渗碳层深度要求一般都较保守有时也很盲目。看来有必要研究决定渗碳层深度的力学因素探讨减少渗层规定的可能性。碳氮共渗。碳氮共渗温度比渗碳低工件畸变小。在渗层深度为0.6mm以下时的渗速接近于930?渗碳。钢碳氮共渗时有可能会出现反常组织淬火后表面硬度有下降现象渗层中有较多的残留奥氏体。如何合理选择工艺充分的发挥碳氮共渗潜力仍是值得探讨的问题。过去曾有人提倡过高浓度碳氮共渗也曾有过钢件碳氮共渗时表面含碳量在0.6具有最好综合力学性能的报道为此众说纷纭。看来有必要掌握这些规律对生产的基本工艺的优选起到一定的帮助。过去和现在都有对滚动轴承施行碳氮共渗以提高接触疲劳强度的报道。例如AISI52100相当于GCr15钢制的球和滚柱则由过去的淬火、回火改为碳氮共渗、淬火、回火、轴承的破坏寿命提高了2.42倍。看来要充分的发挥碳氮共渗工艺的潜力还有许多工作需要做。 二、线真空热处理的优越性。真空热处理是和可控气氛并驾齐驱的应用面很广的无氧化热处理技术也是当前热处理生产技术先进程度的主要标志之一。真空热处理不仅可实现钢件的无氧化、无脱碳而且还能轻松实现生产的无污染和工件的少畸变因而它还属于清洁和精密生产技术范畴。目前它已成为工模具生产中无法替代的先进的技术。 2真空热处理工艺。工件畸变小是真空热处理的一个很重要的优点。据国内外经验工件真空热处理的畸变量仅为盐浴加热淬火的三分之一。研究很多材料、不同复杂程度零件的真空加热方式和各种冷却条件下的畸变规律并用计算机加以模拟对于推广真空热处理技术具备极其重大意义。真空加热、常压或高压气冷淬火时气流均匀性对零件淬硬效果和质量分散度有很大影响。采用计算机模拟手段研究炉中气流循环规律对于改进炉子结构变具备极其重大意义。真空渗碳是实现高温渗碳的最可能的方式。但在高温下长时间加热会使大多数钢种的奥氏体晶粒度长得很大对于具体钢材高温渗碳重新加热淬火对材料和工件性能的影响规律加以研究对优化真空渗碳、冷却、加热淬火工艺和设备是很有必要的。近几年国际上有研究开发使用气体燃料的燃烧式真空炉的动向。在真空炉中采用气体燃料加热的困难太多虽然有节约能源的说法但并不全是一个重要的发展趋势。 3真空热处理炉。现代真空热处理炉是指可施行元件的真空加热然后在油中淬火或在常压和加压气体中淬火的冷壁式炉子。研究开发这种类型的设备是一项综合性强、跨学科、牵涉到很多科技领域的工作。 工模具材料的真空热处理的应用前景很大。大多数工模具钢目前都采取在真空中加热然后在气体中冷却淬火的方式。为了使工件表面和内部都获得满意的力学性能一定要采用 真空高压气淬技术。目前国际上线MPa。所以高压气淬真空炉的冷却气体压力的慢慢地提高是一个重要的发展的新趋势。除高压气淬外在先抽真空而后填充高压惰性气体后施行对流加热可以比传统真空辐射加热速度提高一倍以上从而显著提升加热效率也是真空加热技术的重要方向之一。向多功能发展也是真空炉的趋势之一。在前室中施行油淬在后室施行常压或高压气淬在中间加热室施行真空加热或等离子渗碳的半连续式真空热处理设备是其典型例子之一。当前国内市场已有这种炉型需求的反映。各种可满足大批量生产的连续式真空渗碳、高压、气冷、淬火、回火生产线已相继问世。可以预料在不久的将来会引起汽车零件热处理的一场重大变革。针对真空加热容易实现高温渗碳的特点开发线?渗碳、缓冷、重新加热、油中淬火、清洗、回火生产线应该尽快提到日程上来. 金属热处理工艺 一、金属热处理的历史 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度并在此温度中保持一段时间后又以不同速度冷却的一种工艺方法。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一与其它加工工艺相比热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分而是通过改变工件内部的显微组织或改变工件表面的化学成分赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能除合理选用材料和各种成形工艺外热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料钢铁显微组织复杂能够最终靠热处理予以控制所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外铝、铜、镁、钛等及其合金也都能够最终靠热处理改变其力学、物理和化学性能以获得不同的使用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770前222年中国人在生产实践中就已发现铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪钢铁兵器逐渐被采用为了更好的提高钢的硬度淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟其显微组织中都有马氏体存在

  是经过淬火的。 随着淬火技术的发展人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉公元前206公元24中山靖王墓中的宝剑心部含碳量为0.150.4而表面含碳量却达0.6以上说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密不肯外传因而发展很慢。 1863年英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织

  了钢在加热和冷却时内部会发生组织改变钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 18501880年对于应用各种气体如氢气、煤气、一氧化碳等进行保护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来金属物理的发展和其它新技术的移植应用使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是19011925年在工业生产里应用转筒炉进行气体渗碳 30年代出现露点电位差计使炉内气氛的碳势达到可控以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法60年代热处理技术运用了等离子场的作用发展了离子渗氮、渗碳工艺激光、电 子束技术的应用又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。 二、金属热处理的工艺 热处理工艺一般来说包括加热、保温、冷却三个过程有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接不可间断。 加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多最早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能够最终靠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会发生氧化、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办法来进行保护加热。 加热温度是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体问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异但一般都是加热到相变温度以上以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间因此当金属工件表面达到一定的要求的加热温度时还须在此温度保持一段时间使内外温度一致使显微组织转变完全最近一段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时加热速度极快一般就没有保温时间或保温时间很短而化学热处理的保温时间往往较长。 冷却也是热处理工艺过程中必不可少的步骤冷却方法因工艺不同而不同主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢正火的冷却速度较快淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的? 罄 缈沼哺志涂梢杂谜 鹨谎 睦淙此俣冉 写阌病?金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不一样的热处理工艺可获得不同的组织从而具有不一样的性能。钢铁是工业上应用最广的金属而且钢铁显微组织也最为复杂因此钢铁热处理工艺种类非常之多。 整体热处理是对工件整体加热然后以适当的速度冷却以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火是将工件加热到适当温度根据材料和工件尺寸采用不一样的保温时间接着进行缓慢冷却目的是使金属内部组织达到或接衡状态获得良好的工艺性能和使用性能或者为进一步淬火作组织准备。 正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却正火的效果同退火相似只是得到的组织更细常用于改善材料的切削性能也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 淬火是将工件加热保温后在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬但同时变脆。 为降低钢件的脆性将淬火后的钢件在高于室内温度而低于710?的某一适当温度进行长时间的保温再进行冷却这种工艺称为回火。 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”其中的淬火与回火关系密切常常配合使用缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性把淬火和高温回火结合起来的工艺称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理它不仅能使工件不氧化不脱碳保持处理后工件表面光洁提高工件的性能还可以通入渗剂进行化学热处理。 表面热处理是只加热工件表层以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部使用的热源须具有高的单位体积内的包含的能量即在单位面积的工件上给予较 大的热能使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。 化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质气体、液体、固体中加热保温较长时间从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。 热处理是机械零件和工模具制作的完整过程中的重要工序之一。大体来说它能够保证和提高工件的各种各样的性能 如耐磨、耐腐蚀等。还能改善毛坯的组织和应力状态以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁经过长时间退火处理能够得到可锻铸铁提高塑性 齿轮采用正确的热处理工艺常规使用的寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高另外价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能能代替某些耐热钢、不锈钢工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。 三、钢的分类 钢是以铁、碳为主要成分的合金它的含碳量一般小于2.11 。钢是经济建设中很重要的金属材料。钢按化学成分分为碳素钢简称碳钢与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金除铁、碳为其主要成分外?购 猩倭康拿獭?琛?颉?椎仍又省,几志哂幸欢ǖ幕 敌阅苡钟辛己玫墓ひ招阅芮壹鄹竦土 ,虼颂几只竦昧斯惴旱挠τ谩, 孀畔执 ひ涤肟蒲Ъ际醯难杆俜?固几值男阅芤巡荒芡耆 阈 爻莆枰 谑侨嗣茄兄屏烁髦趾辖鸶帧:辖鸶质窃谔几只 ?嫌心康牡丶尤肽承? 辖鹪 囟 玫降亩嘣 辖稹,胩几直群辖鸶值男阅苡邢灾 奶岣吖视τ萌找婀惴骸?由于钢材品种繁多为便于生产、保管、选用与研究必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同可将钢分为许多类 一按用途分类 按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。 1.结构钢 1用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。 2用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。 2.工具钢用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。 3.特殊性能钢是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 二按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢按含碳量又可分为低碳钢含碳量?0.25中碳钢0.25含碳量0.6高碳钢含碳量?0.6。 合金钢按合金元素含量又可分为低合金钢合金元素总含量?5中合金钢合金元素总含量5--10高合金钢合金元素总含量10。此外根据钢中所含主要合金元素种类不同也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等. 三按质量分类 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢含磷量?0.045、含硫量?0.055或磷、硫含量均?0.050优质钢磷、硫含量含硫量?0.030。 除此以外还有按冶炼炉的种类将钢分为平炉钢酸性平炉、碱性平炉空气转炉钢酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢与电炉钢。按冶炼时脱氧程度将钢分为沸腾钢脱氧不完全镇静钢脱氧比较完全及半镇静钢。 钢厂在给钢的产品命名时往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。均?0.040高级优质钢含磷量?0.035 四、金属材料的机械性能 金属材料的性能大体上分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制作的完整过程中金属材料在所定的冷、热加工条件下反映出来的性能。金属材料工艺性能的好坏决定了它在制作的完整过程中加 工成形的适应能力。由于加工条件不一样的要求的工艺性能也就不同如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下金属材料反映出来的性能它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏决定了它的应用限制范围与常规使用的寿命。 在机械制造业中一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的且在使用的过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能称为机械性能或称为力学性能。金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要是根据。外加载荷性质不同例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括强度、塑性、硬度、韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。 1强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏过量塑性变形或断裂的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。 2塑性 塑性是指金属材料在 硬度 硬度是衡量金属材料软载荷作用下产生塑性变形永久变形而不破坏的能力。 3 硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面根据被压入程度来测定其硬度值。 常用的方法有布氏硬度HB、洛氏硬度HRA、HRB、HRC和维氏硬度HV等方法。 4疲劳 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上许多机器零件都是在循环载荷下工作的在这种条件下零件会产生疲劳。 5冲击韧性 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 五、退火--淬火--回火 一退火的种类 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大多数都用在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要工件的最终热处理或作为某些工件的预先热处理。 2球化退火 球化退火大多数都用在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。其最大的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。 二淬火 为了提高硬度采取的方法主要形式是通过加热、保温、速冷。最常用的冷却介质是盐水水和油。盐水淬火的工件容易得到高的硬度和光洁的表面不容易产生淬不硬的软点但却易使工件变形严重甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 三回火 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。 六、常用炉型的选择 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对冲压件板材坯料的加热大批量生产时最好选用滚动炉辊底炉。 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。

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