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          什么是熱處理?

          2018-10-10 21:08:32??????點擊:

          什么是熱處理 ?          

          金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度,并在此溫度中保持一定時間后,又以不同速度冷卻的一種工藝方法。 

              金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,與其它加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分,而是通過改變工件內部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量,而這一般不是肉眼所能看到的。 
              
          為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料,鋼鐵顯微組織復雜,可以通過熱處理予以控制,所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外,鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能,以獲得不同的使用性能。  

          金屬熱處理的工藝            

              熱處理過程一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程,有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接,不可間斷。 

             加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多,最早是采用木炭和煤作為熱源,進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制,且無環境污染。利用這些熱源可以直接加熱,也可以通過熔融的鹽或金屬,以至浮動粒子進行間接加熱。 


              金屬加熱時,工件暴露在空氣中,常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。 

              加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一,選擇和控制加熱溫度,是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得需要的組織。另外轉變需要一定的時間,因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,還須在此溫度保持一定時間,使內外溫度一致,使顯微組織轉變完全,這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時,加熱速度極快,一般就沒有保溫時間或保溫時間很短,而化學熱處理的保溫時間往往較長。 

               冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求,例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。 


          金屬熱處理的工藝            

            金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等。根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。鋼鐵是工業上應用最廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也最為復雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。 


           
             整體熱處理是對工件整體加熱,然后以適當的速度冷卻,以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
              
          退火→將工件加熱到適當溫度,根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間,然后進行緩慢冷卻(冷卻速度最慢),目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態,獲得良好的工藝性能和使用性能,或者為進一步淬火作組織準備。

          正火→將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻,正火的效果同退火相似,只是得到的組織更細,常用于改善材料的切削性能,也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。 
              
          淬火→將工件加熱保溫后,在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻。淬火后鋼件變硬,但同時變脆。為了降低鋼件的脆性,將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710的某一適當溫度進行長時間的保溫,再進行冷卻,這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的四把火,其中的淬火與回火關系密切,常常配合使用,缺一不可。 


              
          化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?;瘜W熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分?;瘜W熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱,保溫較長時間,從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后,有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?;瘜W熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復合滲等。 
              
          熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說,它可以保證和提高工件的各種性能,如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應力狀態,以利于進行各種冷、熱加工。 
          例如白口鑄鐵經過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵,提高塑性;齒輪采用正確的熱處理工藝,使用壽命可以比不經熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高;另外,價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能,可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼;工模具則幾乎全部需要經過熱處理方可使用。 


          鋼的分類              


          鋼是以鐵、碳為主要成分的合金,它的含碳量一般小于2.11%。鋼是經濟建設中極為重要的金屬材料。鋼按化學成分分為碳素鋼(簡稱碳鋼)與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金,除鐵、碳為其主要成分外,還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質。碳鋼具有一定的機械性能,又有良好的工藝性能,且價格低廉。因此,碳鋼獲得了廣泛的應用。但隨著現代工業與科學技術的迅速發展,碳鋼的性能已不能完全滿足需要,于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎上,有目的地加入某些元素(稱為合金元素)而得到的多元合金。與碳鋼比,合金鋼的性能有顯著的提高,故應用日益廣泛。    由于鋼材品種繁多,為了便于生產、保管、選用與研究,必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途、化學成分、質量的不同,可將鋼分為許多類: 
          (一).按用途分類 
          按鋼材的用途可分為結構鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。 
          1.
          結構鋼: 
          1.用作各種機器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。 
          2).用作工程結構的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。 
          2.
          工具鋼:用來制造各種工具的鋼。根據工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。 
          3.
          特殊性能鋼:是具有特殊物理化學性能的鋼??煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。 
          (二).按化學成分分類 
          按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。 
          碳素鋼:按含碳量又可分為低碳鋼(含碳量≤0.25%);中碳鋼(0.25%<含碳量<0.6%);高碳鋼(含碳量≥0.6%)。 
          合金鋼:按合金元素含量又可分為低合金鋼(合金元素總含量≤5%);中合金鋼(合金元素總含量=5%--10%);高合金鋼(合金元素總含量>10%)。此外,根據鋼中所含主要合金元素種類不同,也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。 
          (三).按質量分類 
          按鋼材中有害雜質磷、硫的含量可分為普通鋼(含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%;或磷、硫含量均≤0.050%);優質鋼(磷、硫含量含硫量≤0.030%)。 
          此外,還有按冶煉爐的種類,將鋼分為平爐鋼(酸性平爐、堿性平爐),空氣轉爐鋼(酸性轉爐、堿性轉爐、氧氣頂吹轉爐鋼)與電爐鋼。按冶煉時脫氧程度,將鋼分為沸騰鋼(脫氧不完全),鎮靜鋼(脫氧比較完全)及半鎮靜鋼。 
          鋼廠在給鋼的產品命名時,往往將用途、成分、質量這三種分類方法結合起來。如將鋼稱為普通碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高級優質碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等。均≤0.040%);高級優質鋼(含磷量≤0.035%。


          常用爐型的選擇           


          爐型應依據不同的工藝要求及工件的類型來決定 

          1.對于不能成批定型生產的,工件大小不相等的,種類較多的,要求工藝上具有通用性、 多用性的,可選用箱式爐。 
          2
          .加熱長軸類及長的絲桿,管子等工件時,可選用深井式電爐。 
          3
          .小批量的滲碳零件,可選用井式氣體滲碳爐。 
          4
          .對于大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的生產可選連續式滲碳生產線或箱式多用爐。
          5
          .對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產時,最好選用滾動爐,輥底爐。 
          6
          .對成批的定型零件,生產上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐(推桿爐或鑄帶爐) 
          7
          .小型機械零件如:螺釘,螺母等可選用振底式爐或網帶式爐。 
          8
          .鋼球及滾柱熱處理可選用內螺旋的回轉管爐。 
          9
          .有色金屬錠坯在大批量生產時可用推桿式爐,而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環加熱爐。


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