机械设计之工艺热处理模板.doc
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1、正火,又称常化,是将工件加热至Ac3或Accm以上3050,保温一段时间后,从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却金属热处理工艺。正火和退火不一样点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快,所以正火组织要比退火组织更细部分,其机械性能也有所提升。另外,正火炉外冷却不占用设备,生产率较高,所以生产中尽可能采取正火来替换退火。 正火关键应用范围有:用于低碳钢,正火后硬度略高于退火,韧性也很好,可作为切削加工预处理用于中碳钢,可替换调质处理作为最终热处理,也可作为用感应加热方法进行表面淬火前预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等,能够消降或抑制网状碳化物形成,从而得到球化退火所需良好组织用于铸钢件,能够细
2、化铸态组织,改善切削加工性能。用于大型锻件,可作为最终热处理,从而避免淬火时较大开裂倾向。用于球墨铸铁,使硬度、强度、耐磨性得到提升,如用于制造汽车、拖拉机、柴油机曲轴、连杆等关键零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火,可消除网状二次渗碳体,以确保球化退火时渗碳体全部球粒化回火科技名词定义汉字名称:回火 英文名称:tempering 定义:将淬火后钢,在AC1以下加热、保温后冷却下来热处理工艺钢回火回火是工件淬硬后加热到AC1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温热处理工艺。 热处理科技名词定义汉字名称:热处理 英文名称:heat treatment 定义:对固态金属或合金采取合适方法加热
3、、保温和冷却,以取得所需要组织结构和性能加工方法。 回火通常紧接着淬火进行,其目标是: (a)消除工件淬火时产生残留应力,预防变形和开裂; (b)调整工件硬度、强度、塑性和韧性,达成使用性能要求; (c)稳定组织和尺寸,确保精度; (d)改善和提升加工性能。所以,回火是工件取得所需性能最终一道关键工序。 按回火温度范围,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。 残留应力浇铸到铸型内金属溶液变凉变硬,其中细部位、薄部位很快变冷,最终形成结晶。 还有即使是同一个部位,因外侧冷却快而内部冷却慢,所以内外侧温度不一样。较晚固化内部因冷却收缩,但外部已经固化,所以内部将受到外部拉力。因铸件各部位全部存在
4、这种现象,所以铸件外侧残留着压缩力,内侧残留着拉力。 淬火也好,焊接也好,均存在这种现象。 工件经过加工或热处理后,外部即使没有施加力量,但内部还残留着应力,把这种力就叫残留应力或内应力。 举例:切削铸件角部余量,有时候就会发生探出来部位往两侧张开现象。这是因为在切削前,在残留应力平衡下保持着铸件形状,切削引发残留应力不平衡,才发生了上述改变。 因为这种现象存在,所以铸件应提前进行自然时效处理,即在常温下放置一定时间,经过内部原子流动,达成内应力平衡状态。为了消除应力,我们人为地进行这种时效处理,而这种处理就是回火。硬度科技名词定义汉字名称:硬度 英文名称:grade;hardness 定义1
5、:表示磨粒从结合剂中完全脱离难易程度。 所属学科:机械工程(一级学科);磨料磨具(二级学科);磨料磨具通常名词(三级学科) 定义2:水沉淀肥皂能力,大致反应水中钙、镁离子含量。钙镁浓度总和称为总硬度,以每升水含碳酸钙毫克数或毫克当量表示。 所属学科:生态学(一级学科);水域生态学(二级学科) 定义3:固体材料对外界物体压陷、刻划等作用局部抵御能力,是衡量材料软硬程度一个指标。 所属学科:水利科技(一级学科);工程力学、工程结构、建筑材料(二级学科);工程力学(水利)(三级学科) 塑性科技名词定义汉字名称:塑性 英文名称:plastic property 定义:煤在干馏时形成胶质体黏稠、流动、透
6、气等性能。 所属学科:煤炭科技(一级学科);煤炭加工利用(二级学科);煤转化(三级学科)(1)低温回火工件在250以下进行回火。 目标是保持淬火工件高硬度和耐磨性,降低淬火残留应力和脆性 回火后得到回火马氏体,指淬火马氏体低温回火时得到组织。 力学性能:5864HRC,高硬度和耐磨性。 应用范围:刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火零件等。 回火马氏体科技名词定义汉字名称:回火马氏体 英文名称:-martensite 定义:淬火马氏体回火时,碳已经部分地从固溶体中析出并形成了过渡碳化物基体组织。 所属学科:机械工程(一级学科);机械工程(2)_热处理(二级学科);机械工程(2)通常热处理
7、名词(三级学科) 渗碳科技名词定义汉字名称:渗碳 英文名称:carburizing 定义:为增加钢件表层含碳量和形成一定碳浓度梯度,将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗透表层化学热处理工艺。 所属学科:机械工程(一级学科);机械工程(2)_热处理(二级学科);化学热处理(三级学科) (2)中温回火工件在250500 之间进行回火。 目标是得到较高弹性和屈服点,合适韧性。 预先热处理回火后得到回火托氏体,指马氏体回火时形成铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物(或渗碳体)复相组织。 力学性能:3550HRC,较高弹性极限、屈服点和一定韧性。 应用范围:弹簧、锻模、冲击工具等。 铁素体科技名词定义
8、汉字名称:铁素体 英文名称:ferrite 定义:铁或其内固溶有一个或数种其它元素所形成晶体点阵为体心立方固溶体。 所属学科:机械工程(一级学科);机械工程(2)_热处理(二级学科);机械工程(2)通常热处理名词(三级学科) (3)高温回火工件在500以上进行回火。 目标是得到强度、塑性和韧性全部很好综协力学性能。 回火后得到回火索氏体,指马氏体回火时形成铁素体基体内分布着细小球状碳化物(包含渗碳体)复相组织。 力学性能:200350HBS,很好综协力学性能。 应用范围:广泛用于多种较关键受力结构件,如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。 工件淬火并高温回火复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处
9、理,也可作部分精密零件或感应淬火件预先热处理。 45钢正火和调质后性能比较见下表所表示。 45钢(20mm40mm)正火和调质后性能比较 热处理方法力学性能力学性能力学性能力学性能组织b/Mpa100Ak/JHBS正火70080015204064163220索氏体+铁素体调质75085020256496210250回火索氏体(因为baidu表格功效太差,所以这里不够美观) 钢淬火后在300左右回火时,易产生不可逆回火脆性,为避免它,通常不在250350 范围内回火。 含铬、镍、锰等元素合金钢淬火后在500650回火,缓冷易产生可逆回火脆性,为预防它,小零件可采取回火时快冷;大零件可选择含钨或钼
10、合金钢。 感应淬火感应淬火(induction hardening) 感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。感应加热表面淬火和一般淬火比含有以下优点: 1.热源在工件表层,加热速度快,热效率高 2.工件因不是整体加热,变形小 3.工件加热时间短,表面氧化脱碳量少 4.工件表面硬度高,缺口敏感性小,冲击韧性、疲惫强度和耐磨性等全部有很大提升。有利于发挥材料潜力,节省材料消耗,提升零件使用寿命 5.设备紧凑,使用方便,劳动条件好 6.便于机械化和自动化 7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热和化学热处理等。编辑本段注意事项将淬火成马氏体钢加热到临界点A1以下某个温度,保温合适时间
11、,再冷到室温一个热处理工艺。回火目标在于消除淬火应力,使钢组织转变为相对稳定状态。在不降低或合适降低钢硬度和强度条件下改善钢塑性和韧性,以取得所期望性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高,但很脆,通常需经回火处理才能使用。钢中淬火马氏体,是碳在-Fe中过饱和固溶体,含有体心正方结构,其正方度c/a随含碳量增加而增大(c/a=1+0.045wtC)。马氏体组织在热力学上是不稳定,有向稳定组织过渡趋势。很多钢淬火后还有一定量残留奥氏体,也是不稳定,回火过程中将发生转变。所以,回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢,使钢中热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡复杂转变过程。转变内容和形式则视淬火钢化学
12、成份和组织,和加热温度而有所不一样(见马氏体相变) 二次预热。 碳钢回火过程淬火碳钢回火过程中组织转变对于多种钢来说全部有代表性。回火过程包含马氏体分解,碳化物析出、转化、聚集和长大,铁素体回复和再结晶,残留奥氏体分解等四类反应。低、中碳钢回火过程中转变示意地归纳在图1中。依据它们反应温度,可描述为相互交叠四个阶段。 回火 第一阶段回火(250以下) 马氏体在室温是不稳定,填隙碳原子能够在马氏体内进行缓慢移动,产生某种程度碳偏聚。伴随回火温度升高,马氏体开始分解,在中、高碳钢中沉淀出-碳化物(图2),马氏体正方度减小。高碳钢在 50100回火后观察到硬度增高现象,就是因为-碳化物在马氏体中产生
13、沉淀硬化结果(见脱溶)。 -碳化物含有密排六方结构,呈狭条状或细棒状,和基体有一定取向关系。初生 -碳化物很可能和基体保持共格。在250回火后,马氏体内仍保持含碳约0.25。含碳低于 0.2马氏体在200以下回火时不发生-碳化物沉淀,只有碳偏聚,而在更高温度回火则直接分解出渗碳体。 回火 第二阶段回火(200300) 残留奥氏体转变。回火到200300温度范围,淬火钢中原来没有完全转变残留奥氏体,此时将会发生分解,形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个转变比较显著。含碳低于 0.4碳钢和低合金钢,因为残留奥氏体量极少,所以这一转变基础上能够忽略不计。 第三阶段回火(200350) 马氏体分解完成
14、,正方度消失。-碳化物转化为渗碳体 (Fe3C)。这一转化是经过 -碳化物溶解和渗碳体重新形核长大方法进行。最初形成渗碳体和基体保持严格取向关系。渗碳体往往在-碳化物和基体界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核(图3)。形成渗碳体开始时呈薄膜状,然后逐步球化成为颗粒状Fe3C。 回火 第四阶段回火(350700) 渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。渗碳体从400开始球化,600以后发生集聚性长大。过程进行中,较小渗碳体颗粒溶于基体,而将碳输送给选择生长较大颗粒。在马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上碳化物颗粒球化和长大速度最快,因为在这些区域扩散轻易得多。 铁素体
15、在350600发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中,板条马氏体板条内和板条界上位错经过合并和重新排列,使位错密度显著降低,并形成和原马氏体内板条束亲密关联长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600;在高碳钢中,针状马氏体内孪晶消失而形成铁素体,此时也仍然保持其针状形貌。在600700间铁素体内发生显著再结晶,形成了等轴铁素体晶粒。以后,Fe3C颗粒不停变粗,铁素体晶粒逐步长大。 合金元素影响对通常回火过程影响 合金元素硅能推迟碳化物形核和长大,并有力地阻滞-碳化物转变为渗碳体;钢中加入2左右硅能够使-碳化物保持到400。在碳钢中,马氏体正方度于300基础消失,而含Cr、Mo、W、V、T
16、i和Si等元素钢,在450甚至 500回火后仍能保持一定正方度。说明这些元素能推迟铁碳过饱和固溶体分解。反之,Mn和Ni促进这个分解过程(见合金钢)。 合金元素对淬火后残留奥氏体量也有很大影响。残留奥氏体围绕马氏体板条成细网络;经300回火后这些奥氏体分解,在板条界产生渗碳体薄膜。残留奥氏体含量高时,这种连续薄膜很可能是造成回火马氏体脆性(300350)原因之一。合金元素,尤其是Cr、Si、W、Mo等,进入渗碳体结构内,把渗碳体颗粒粗化温度由350400提升到500550,从而抑制回火软化过程,同时也阻碍铁素体晶粒长大。 特殊碳化物和次生硬化 当钢中存在浓度足够高强碳化物形成元素时,在温度为4
17、50650范围内,能替换渗碳体而形成它们自己特殊碳化物。形成特殊碳化物时需要合金元素扩散和再分配,而这些元素在铁中扩散系数比C、N等元素要低多个数量级。所以在形核长大前需要一定温度 回火条件。基于一样理由,这些特殊碳化物长大速度很低。在450650形成高度弥散特殊碳化物,即使长久回火后仍保持其弥散性。图4表明,在450650之间合金碳化物形成对基体产生强化作用,使钢硬度重新升高,出现峰值。这一现象称为次生硬化。 回火 钢在回火后性能淬火钢回火后性能取决于它内部显微组织;钢显微组织又随其化学成份、淬火工艺及回火工艺而异。碳钢在100250之间回火后能取得很好力学性能。合金结构钢在200700之间
18、回火后力学性能经典改变图5所表示。从图5能够看出,伴随回火温度升高,钢抗拉强度b单调下降;屈服强度0.3 先稍升高以后降低;断面收缩率 和伸长率 不停改善;韧性(用断裂韧度K1c为指标)总趋势是上升,但在300400之间和500550之间出现两个极小值,对应地被称为低温回火脆性和高温回火脆性。所以,为了取得良好综协力学性能,合金结构钢往往在三个不一样温度范围回火:超高强度钢约在200300;弹簧钢在460周围;调质钢在550650回火。碳素及合金工具钢要求含有高硬度和高强度,回火温度通常不超出200。回火时含有次生硬化合金结构钢、模具钢和高速钢等全部在500650范围内回火。 回火 回火脆性低
19、温回火脆性 很多合金钢淬火成马氏体后在250400回火中发生脆化现象。已经发生脆化不能用重新加热方法消除,所以又称为不可逆回火脆性。引发低温回火脆性 回火软化性原因已作了大量研究。普遍认为,淬火钢在250400范围内回火时,渗碳体在原奥氏体晶界或在马氏体界面上析出,形成薄壳,是造成低温回火脆性关键原因。钢中加入一定量硅,推迟回火时渗碳体形成,可提升发生低温回火脆性温度,所以含硅超高强度钢可在300320回火而不发生脆化,有利于改善综协力学性能。 高温回火脆性 很多合金钢淬火后在500550之间回火,或在600以上温度回火后以缓慢冷却速度经过500550区间时发生脆化现象。假如重新加热到600以
20、上温度后快速冷却,能够恢复韧性,所以又称为可逆回火脆性。已经证实,钢中P、Sn、Sb、As等杂质元素在500550温度向原奥氏体晶界偏聚,造成高温回火脆性;Ni、Mn等元素能够和P、Sb等杂质元素发生晶界协同偏聚(cosegregation),Cr元素则又促进这种协同偏聚,所以这些元素全部加剧钢高温回火脆性。相反,钼和磷交互作用,阻碍磷在晶界偏聚,能够减轻高温回火脆性。稀土元素也有类似作用。钢在 600以上温度回火后快速冷却能够抑止磷偏析,在热处理操作中常见来避免发生高温回火脆性。 编辑本段汽车排气管回火看赛车比赛时候,听到赛车在弯道减速时候有时会发出很震耳砰砰声,就像放炮一样,这是排气管回火
21、声音,它英文专业术语叫做BACKFIRE。 赛车需要是迅猛加速能力,所以和一般民用车发动机相比,赛车引擎更多时候全部被设定在燃油加浓状态,混合比全部调 很浓,从而让更多燃油参与燃烧释放能量。在忽然收油瞬间,总会有部分没燃烧洁净混合气体进入到排气系统中,被炙热排气管再次点燃而发生爆燃(这时候发出巨响就是你听到放炮声),另外,为了减轻排气背压提升动力,赛车排气管大多是直排式,没有民用车哪种三元催化包和消音器,所以就会出现这种毫无掩饰爆燃声,厉害时甚至能看到从排气管末端喷出火焰来,让人感觉很刺激。 相比自然吸气发动机,那些带涡轮增压赛车引擎更轻易发生回火,因为它们大多装备了所谓偏时点火系统。科技名词
22、定义汉字名称:淬火 英文名称:hardenning,quenching 定义:将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间,然后以大于临界冷却速度冷却,以取得非扩散型转变组织,如马氏体、贝氏体和奥氏体等热处理工艺。 所属学科:电力(一级学科);热工自动化、电厂化学和金属(二级学科) 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片淬火钢淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上某一温度,保温一段时间,使之全部或部分奥氏体1化,然后以大于临界冷却速度冷速快冷到Ms以下(或Ms周围等温)进行马氏体(或贝氏体)转变热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料固溶处
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