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金屬熱處理原理-wenkub.com

2025-06-15 02:04 本頁(yè)面
   

【正文】 大薄片工件的淬火冷卻畸變,用加壓回火來加以校正,靠的主要是回火轉(zhuǎn)變時(shí)的相變超塑性。因?yàn)檠b放不當(dāng),在淬火加熱過程中由外力引起的熱處理畸變,就有一部分是珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體過程中增加的超塑性引起的。③淬火冷卻的速度不足時(shí),在相當(dāng)于端淬曲線上馬氏體組織的百分比急劇變化的區(qū)域,不大的冷卻速度差異,常常也引起較大的內(nèi)應(yīng)力,最終引起大的畸變,且淬火硬度不足。如果該介質(zhì)的特性溫度偏低,冷得慢的部分將長(zhǎng)期處于蒸汽膜階段,使上述熱應(yīng)力長(zhǎng)期起作用。其中,值得注意的有3點(diǎn):①在液體介質(zhì)中淬火冷卻時(shí),形狀較復(fù)雜的工件不同部位表面溫度差別會(huì)很大。內(nèi)應(yīng)力的來源比較多,但通??梢詺w為熱應(yīng)力和組織轉(zhuǎn)變應(yīng)力兩類。同時(shí),馬氏體轉(zhuǎn)變經(jīng)歷的時(shí)間也相當(dāng)?shù)亩?。又如,在淬火冷卻初期,因工件的塑性好,介質(zhì)攪動(dòng)過于強(qiáng)烈,液流沖擊到細(xì)長(zhǎng)工件,也會(huì)引起超差的彎曲變形。如果應(yīng)力很大,材料的塑性好,作用時(shí)間雖短,也會(huì)引起大的畸變。圖3概括了上述3種情況的冷卻速度曲線的形狀特點(diǎn)。繼續(xù)冷卻就主要靠介質(zhì)接觸工件的熱轉(zhuǎn)遞和介質(zhì)的對(duì)流散熱來完成,直至工件表面溫度與介質(zhì)溫度相同為止。實(shí)際工件淬火時(shí),表面的不同部位在不同的時(shí)間接觸的介質(zhì)的特性溫度是不相同的,并且是在變化的。和在統(tǒng)一約定的條件下,評(píng)價(jià)不同介質(zhì)品種的冷卻特性的標(biāo)準(zhǔn)相比,上述特定溫度應(yīng)當(dāng)是廣義的特性溫度;而標(biāo)準(zhǔn)中的則是狹義的特性溫度。這個(gè)特定的溫度值是隨工件的特點(diǎn)、所用介質(zhì)的特性和其它有關(guān)條件而變的。蒸汽膜階段也就終止了。隨著冷卻的進(jìn)行,工件表面溫度降低,汽-液界面上沸騰的激烈程度會(huì)迅速降低。這個(gè)體系的外部是氣體,里面包裹著的是固體。我們知道,物體表面向外輻射的熱量與該表面的絕對(duì)溫度的4次方成正比。此時(shí),工件表面向外部散熱是通過熱輻射和水蒸氣的對(duì)流來實(shí)現(xiàn)的。不同種類液體介質(zhì)的兩大特點(diǎn)對(duì)比Table 1 Comparison of two main features of different liquid quenching medium 介質(zhì)名稱 自來水 油 PAG淬火液 10%無(wú)機(jī)鹽(或堿)的水溶液 熔融鹽浴(如硝鹽浴) 防止鋼件淬裂的能力 差 好 濃度適當(dāng)時(shí)相當(dāng)好 差 好 冷卻特性對(duì)液溫的穩(wěn)定性 差 好 較差 較好 好 2 冷卻速度曲線上出現(xiàn)3個(gè)區(qū)段的條件在研究無(wú)機(jī)鹽水溶液時(shí),曾經(jīng)有過一種錯(cuò)誤的說法:“在任何液體介質(zhì)中淬火冷卻,都會(huì)出現(xiàn)蒸汽膜(膜沸騰)階段、(泡)沸騰階段和對(duì)流冷卻階段”。與單純自來水相比,直到水溫達(dá)到70℃,其冷卻特性對(duì)液溫的敏感程度還是比較小的。我們把冷卻特性對(duì)液溫變化太敏感列為自來水的第二大缺點(diǎn)。再加上同一工件朝外的面接觸的水溫較低,朝里的面接觸水溫則較高。圖1a是溫度對(duì)自來水冷卻特性的影響曲線[1]。為此,現(xiàn)在的多用爐基本不用水性淬火介質(zhì)。 1 自來水的兩大缺點(diǎn)多數(shù)工件用自來水淬火會(huì)開裂,淬裂的原因是眾所周知的:自來水的低溫冷卻速度太快。通過與氣態(tài)介質(zhì)的對(duì)比,指出了液態(tài)淬火介質(zhì)共同的兩類缺點(diǎn):一是任何確定的液態(tài)介質(zhì),其冷卻速度的可調(diào)節(jié)范圍都很有限,以致同一個(gè)車間必須配備普通淬火油、中速淬火油和高速淬火油,才能滿足不同工件的需要;二是工件從蒸汽膜階段到沸騰階段期間,冷卻速度突然增大,可能引起較大的淬火變形。 ,從冷卻速度分布上看,它的蒸氣膜階段越短,對(duì)流開始溫度越低,最高冷速越大,則該種油適用的鋼種和工件就越多。 如果所處理的工件種類不太多,也可以用一種300℃冷速在30~50℃/s之間的水溶性淬火液代替3兩種淬火液,即共配制三種淬火液(槽)。由于在普通機(jī)油與自來水的冷卻速度分布曲線之間有很寬廣的空白地帶,只配備普通機(jī)油和自來水是不夠的。所以,使用水性淬火液應(yīng)當(dāng)控制好液溫,一般以平均液溫不超過60℃為宜。 水溶性淬火液的選擇原則 在水(及水溶液)中淬火的主要危險(xiǎn)是淬裂,而降低水性淬火液的300℃冷速則可以減小這種危險(xiǎn)。 圖11是幾種工件要求的最低冷卻速度分布。 那么,如何選擇多種工件共同適用的同一種淬火介質(zhì)呢?利用本文前面談到的道理,下面將分別對(duì)淬火油和水性淬火劑加以研究,并提出它們各自適用的選擇原則。圖10是由兩種工件的第II冷速區(qū)確定它們共同適用的第II冷速區(qū)的示意圖。不同工件的要求可能相容,也可能不相容。允許的冷卻速度帶寬的,可以采用一般能達(dá)到淬火硬度要求的介質(zhì)。適當(dāng)加大內(nèi)孔部分介質(zhì)的流動(dòng)速度,也有同樣的效果。 四看工件形狀復(fù)雜程度──先從允許的最低冷卻速度分布曲線上看,形狀復(fù)雜的工件,尤其是有內(nèi)孔或較深凹面的工件,為減小淬火變形或需要把內(nèi)孔淬硬時(shí),應(yīng)當(dāng)選用蒸氣膜階段較短的淬火介質(zhì)。其結(jié)果,淬火后工件只有很薄一層馬氏體組織。有些淬透性好的鋼,過冷奧氏體也容易發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。相反,對(duì)含碳量較高的鋼,淬火介質(zhì)的蒸氣膜階段可以更長(zhǎng)些,出現(xiàn)最高冷速的溫度也相應(yīng)應(yīng)當(dāng)?shù)托?duì)該油進(jìn)行除水處理后,舊油中的水被分離和排除,油的冷卻能力又得到了恢復(fù)。當(dāng)該廠意識(shí)到可能是淬火油有問題后,經(jīng)檢查,發(fā)現(xiàn)上述淬火硬度不足和變形過大的原因是淬火油冷卻系統(tǒng)有一處管壁破裂,冷卻水滲透進(jìn)去并部分乳化在油中造成的。生產(chǎn)應(yīng)用表明,在經(jīng)過這樣改性的舊油中淬火后,齒輪的淬火硬度明顯提高,變形量也小于或等于原用新油。如果按過去較普遍的說法,圖7中的舊油是符合高溫冷得快,低溫冷得慢的更理想的淬火油。圖6 工件的淬火效果冷卻速度分布分區(qū)圖 分區(qū) 名稱 區(qū)內(nèi)淬火效果 I區(qū) 過快冷速區(qū) 硬度高、淬裂、變形 II區(qū) 適度冷速區(qū) 硬度高而均勻、無(wú)淬裂、變形小 III區(qū) 不足冷速區(qū) 硬度不足且高低不均,變形大 2 兩例分析及選擇冷速分布的五原則 例一、某廠在進(jìn)口的多用爐中對(duì)該廠生產(chǎn)的汽車齒輪進(jìn)行滲碳淬火,開始選用的是美國(guó)某公司的一種分級(jí)淬火油。 用上述分析和解決淬火變形問題的方法來認(rèn)識(shí)圖4中劃定的區(qū)域,容易看出,淬火時(shí),進(jìn)入最低冷速分布曲線以左的區(qū)域,就會(huì)出現(xiàn)硬度不足并發(fā)生較大的淬火變形;而若進(jìn)入最大冷速分布曲線以右的區(qū)域,又會(huì)發(fā)生淬裂。工件上各部位獲得的冷卻比較均勻時(shí),其冷卻速度帶就比較窄;當(dāng)工件上各部位獲得的冷卻很不均勻時(shí),其冷卻速度帶就比較寬。 可以看出,只有在第II,即適度冷速區(qū)冷卻,工件淬火后才能獲得希望的淬火三效果。由于這樣的原因,本文把淬火硬度高低和淬火變形大小結(jié)合起來加以考慮。 事實(shí)上,淬火冷卻過程在使鋼淬硬的同時(shí),還會(huì)使工件發(fā)生一定程度的淬火變形。 從另一角度說,有兩種不同的淬火介質(zhì),它們的冷卻速度分布有較大的差別。 于是又可以推知,如果能降低自來水的冷卻速度,尤其是在工件冷到較低的溫度以后的淬火冷卻速度,就可以減小工件淬裂的危險(xiǎn)。我們假定,當(dāng)機(jī)油的冷卻速度提高到圖2中帶齒線水平時(shí),該工件剛好可以得到要求的淬火硬度。 本文以過去工作為[6]基礎(chǔ),從討論實(shí)際生產(chǎn)中一些工件油淬不硬而水淬又裂入手,通過推理和實(shí)例分析,提出了對(duì)特定工件按冷卻速度分布選擇淬火介質(zhì)的方法,并進(jìn)而確定了能供多種工件淬火的一種淬火液的選擇原則。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外多以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法(ISO9950)測(cè)定,并用冷卻速度曲線來表征淬火介質(zhì)的冷卻特性。在這些要求中,最重要的是淬火介質(zhì)的冷卻特性。  不同種類的有機(jī)聚合物淬火劑具有顯著不同的冷卻特性和穩(wěn)定性,能適合不同淬火工藝需要。通過控制上述這些因素,可以調(diào)整有機(jī)聚合物淬火劑的冷卻速度,從而達(dá)到理想的淬火效果。從提高工件質(zhì)量、改善勞動(dòng)條件、避免火災(zāi)和節(jié)能得角度考慮,有機(jī)聚合物淬火劑有逐步取代淬火油的趨勢(shì),是淬火介質(zhì)的主要發(fā)展方向。 進(jìn)展是有機(jī)聚合物淬火劑的研究和應(yīng)用。其缺點(diǎn)是熔鹽易老化,對(duì)工件有氧化及腐蝕的作用。影響淬火油冷卻能力的主要因素是其粘度值,在常溫下低粘度油比高粘度油冷卻能力大,溫度升高,油的流動(dòng)性增加,冷卻能力有所提高。通過控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環(huán)水、利用磁場(chǎng)作用等,均可以改善水的冷卻特性,減少變形和開裂,獲得比較理想的淬火效果。目前生產(chǎn)中應(yīng)用的冷卻介質(zhì)是水和油。因?yàn)榇慊鹄鋮s中工件截面的內(nèi)外溫度差會(huì)引起熱應(yīng)力。理想淬火冷卻速度 由共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線得知,要得到馬氏體,淬火的冷卻速度就必須大于臨界冷卻速度。 聚合物可與水調(diào)配成水溶性淬火液:聚合物淬火液可依加水程度調(diào)配出由水到油之冷卻速率之淬火液,甚為方便,且又無(wú)火災(zāi)、污染及其他公害之慮,頗具前瞻性。 淬火液可添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?水中加入食鹽可使冷卻速率加倍:鹽水淬火之冷卻速率快,且不會(huì)有淬裂及淬火不均勻之現(xiàn)象,可稱是最理想之淬硬用冷卻劑。 激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織,淬火后零件變形極小,表面質(zhì)量很高,特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理,而這些部位是其它表面淬火方法極難做到的。隨零件正常相對(duì)接觸摩擦運(yùn)動(dòng),表面雖然被磨去,但新的相對(duì)運(yùn)動(dòng)接觸面的硬度值并未下降,耐磨性仍然很好,因而不會(huì)發(fā)生常規(guī)表面淬火層由于接觸磨損,磨損隨之加劇的現(xiàn)象,耐磨性提高了50%,工件使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件(如大型軸類、模數(shù)齒輪等)的表面淬火。電流頻率愈高,感應(yīng)電流集中的表面層愈薄,淬硬層深度愈小。把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)線圈中,當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電時(shí),便會(huì)在工件內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。(2)鋼的表面淬火表面淬火是對(duì)工件表層進(jìn)行淬火的工藝?! ∵^熱是指工件在淬火加熱時(shí),由于溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng),造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。對(duì)于低合金鋼,淬火加熱溫度也根據(jù)臨界點(diǎn)Ac1或Ac3來確定,一般為Ac1或Ac3以上50~100℃。 淬火加熱溫度主要研究方向?yàn)榻饘俦砻娓男约敖饘俨牧虾附印?圖4 CrWMn鋼不同溫度淬火+低溫回火后組織 (a) 790℃淬火+200℃回火(b) 830℃淬火+200℃回火(c) 870℃淬火+200℃回火(d) 900℃淬火+200℃回火4 結(jié)論 (1) 對(duì)CrWMn鋼采用790℃/680℃ 3次循環(huán)球化替代常規(guī)退火、等溫球化退火,不僅可以改善其組織狀態(tài)和性能,而且還可以提高熱處理生產(chǎn)率,降低能耗。這是因?yàn)檠h(huán)球化退火在Ac1(750℃)以上加熱保溫過程中,片狀珠光體中的碳化物從尖角處溶解破斷,而在Ar1(710℃)以下保溫過程中,在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化物,從而加速了CrWMn鋼球化過程的進(jìn)行,改善了碳化物的形態(tài)和分布。最終熱處理工藝見圖2。其主要化學(xué)成分見表1。但經(jīng)常規(guī)熱處理后此鋼易形成網(wǎng)狀碳化物,在模具的受力部位形成開裂和剝落。摘 要:研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。(3)復(fù)合熱處理對(duì)CrWMn鋼組織的影響內(nèi)容摘要:摘要:研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化?!⑷埸c(diǎn)85~95℃。 氟塑料本身無(wú)毒,但遇熱分解時(shí),則產(chǎn)生劇毒,所以應(yīng)特別注意。 氟塑料具有優(yōu)良的電絕緣性能,摩擦系數(shù)極低,與其它物質(zhì)親和力最小,具有優(yōu)良的不粘性。耐候性優(yōu)于聚乙烯。EVA在較廣的溫度范圍(45~70℃)質(zhì)堅(jiān)韌,加入填料能使剛性和硬度提高。 氯化聚醚的耐蝕性僅次于聚四氟乙烯,可與聚三氟氯乙烯媲美,除強(qiáng)氧化性酸如濃硫酸、濃硝酸外,能耐各類酸、堿、鹽及大多數(shù)有機(jī)溶劑的腐蝕,不耐液氯、氟、溴的腐蝕。與金屬的粘接力強(qiáng),因此是一種良好的耐腐蝕涂層。 ,熔點(diǎn)288℃,是一種硬而脆、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料,同時(shí)它具有優(yōu)良的電絕緣性和粘結(jié)性,適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度,應(yīng)用溫度范圍為148~+250℃。硬度接近尼龍,剛性好,常溫下耐沖擊性能良好。聚丙烯密度低()耐蝕性和聚乙烯相似,且較低,應(yīng)用溫度范圍為14~+120℃。對(duì)烴、酮、酯、油類抗蝕能力良好,不耐酚和甲酸的腐蝕。 表1聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能 注:試驗(yàn)采用 ,涂后在30~35℃條件下、酸堿浸漬10d溶劑油類分別浸漬30d和100d后測(cè)試。 聚乙烯有優(yōu)良的耐蝕性,對(duì)非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸、氫氟酸)、稀硝酸、堿、油(冷)和鹽溶液都有良好的耐蝕性,能耐極性有機(jī)物(醇、酮)、水。 聚乙烯是乙烯的高分子聚合物,因生產(chǎn)方法不同,產(chǎn)品分為高密度 HDPE(~)。 熱固性塑料的特點(diǎn)是用某些較低聚合度的予聚體樹脂,在一定溫度下或加入固化劑條件下,固化成不能再次熔化或熔融的,質(zhì)地堅(jiān)硬的最終產(chǎn)物,溫度再升高,產(chǎn)品只能分解,不能再軟化。火焰噴涂用塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成,這些改性材料,包括各種填料、顏料、流平劑、增韌劑等。 這是一種最為經(jīng)濟(jì)的防火方法。受熱的水經(jīng)冷卻后可以進(jìn)行再循環(huán),或由管道引入涼水來取代受熱的水。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層,可以現(xiàn)澆成型,也可以采用噴涂法。但無(wú)論采取何種方法,其原理是一致的。這一時(shí)間的長(zhǎng)短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中,鋼材既可以相對(duì)增加建筑物的荷載能力,也可以滿足建筑設(shè)計(jì)美感造型的需要,還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷,因此鋼材受到了建筑行業(yè)的青睞,單層、多層、摩天大樓,廠房、庫(kù)房、候車室、候機(jī)廳等采用鋼材都很普遍。 6.對(duì)成批的定型零件,生產(chǎn)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(jī)械零件如:螺釘,螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐。 2.加熱長(zhǎng)軸類及長(zhǎng)的絲桿,管子等工件時(shí),可選用深井式電爐。 (三).回火 1. 降低脆性,消除或減少內(nèi)應(yīng)力,鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性,如不及時(shí)回火往往會(huì)使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。 (二).淬火 為了提高硬度采取的方法,主要形式是通過加熱、保溫、速冷。 2. 球化退火 球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼(如制造刃具,量具,模具所用的鋼種)。實(shí)際上,許多機(jī)器零件都是在循環(huán)載荷下工作的,在這種條件下零件會(huì)產(chǎn)生疲勞。 3. 硬度 硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)。 1. 強(qiáng)度 強(qiáng)度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞(過量塑性變形或斷裂)的性能。金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。所謂使用性能是指機(jī)械零件在使用條件下,金屬材料表現(xiàn)出來的性能,它包括機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等。均≤%);高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(含磷量≤%、 四 金屬材料的機(jī)械性能 金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。 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(zhuǎn)爐鋼(酸性轉(zhuǎn)爐
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