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熱處理是將固態(tài)金屬或合金,用適當?shù)牧κ竭M行加熱、保溫和冷卻,以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的種上藝。
熱處理在加熱、保溫和冷卻過程中,鋼的內(nèi)部組織和性能都發(fā)生了變化,從而改變了其性能、通過熱處理,可以充分發(fā)揮材料的性能潛力,提高零件質(zhì)量,延長零件壽命,節(jié)省鋼材熱妊理包括普通熱處理和表面熱處理。
一般零件的生產(chǎn)工藝過程為:鍛造——預先熱處理——粗加工——熱處理——精加工。
普通熱處理
普通熱處理包括退火、正火、淬火、回火等。
1.退火和正火
退火是將鋼材加熱到適當?shù)臏囟?,保溫一定時間后緩慢冷卻(爐冷、坑冷)。正火是將鋼材加熱到適當溫度,保溫一定時間后,在空氣中冷卻。它的主要特點是空冷,對于大型零件或在炎熱地區(qū),也可用風冷或噴霧冷卻。
退火和正火屬于預先熱處理,能降低鋼材硬度,以利于切削(比較適合的切削硬度為160、260HBS);消除內(nèi)應力,穩(wěn)定尺寸,防止變形或開裂;消除偏析,均勻成分,為后道工序做準備。
正火比退火冷卻速度稍快,得到的組織較細,強度硬度稍有提高;生產(chǎn)周期短,節(jié)約能量,操作簡便。生產(chǎn)中優(yōu)先采用正火工藝。
對力學性能要求不高的零件,可用正火作為熱處理,不再進行淬火加回火。
2,淬火和回火
淬火是將鋼加熱到適當溫度,保持一定時間,然后在介質(zhì)中快速冷卻,以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。鋼的冷卻分為水冷和油冷。水的冷卻能力強,一般用于碳鋼,稱為水淬;油的冷卻能力低,常用于合金鋼,稱為油淬。
淬火是一種很早就被應用的熱處理工藝,淬火后的鋼硬而脆,組織不穩(wěn)定,而且有內(nèi)應力,不能滿足使用要求。因此淬火后必須回火。
回火是將零件加熱到適當溫度,保溫一定時間后,以適當速度冷卻到室溫的熱處理工藝?;鼗鸱譃槿悾旱蜏鼗鼗稹⒅袦鼗鼗?、高溫回火。
低溫回火的回火溫度為150一250℃,目的是降低淬火應力,提高工件韌性,保證淬火后的高硬度和高耐磨性。適用于工具、模具和表面處理件。
中溫回火的回火溫度為350、500℃,可降低零件的內(nèi)應力,提高彈性,降低硬度,適用于彈簧等彈性元件。
高溫回火的回火溫度為500、650℃,在生產(chǎn)中將淬火后再高溫回火的復合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì),調(diào)質(zhì)后得到的零件,具有良好的綜合力學性能,可以完全消除鋼制零件的內(nèi)應力,獲得較高的塑性和韌性,但硬度降低很多,用于軸類、齒輪、連桿等受力復雜的零件
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表面熱處理
化工設(shè)備與機械
在生產(chǎn)中,有很多零件要求表面和心部具有不同的性能,一般是表面硬度高,亻,較高的耐磨性和疲勞強度,而心部要求有較好的塑性和韌性。為滿足這一要求,通常采用表處處理。
表面熱處理方法有表面淬火和化學熱處理。
1?表面淬火
表面淬火是只對鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝。為滿足工件表層的高硬度、高耐磨性要求,表面淬火后一般進行低溫回火;為滿足對心部的塑性和韌性要求,表面淬火前一般進行調(diào)質(zhì)。
2.化學熱處理
化學熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫,使一種或幾種元素滲人它的表層,以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝?;瘜W熱處理可以提高工件表層的某些力學性能,如表層硬度、耐磨性、疲勞極限等;保護工件表面,提高工件表層的物理、化學性能,如耐高溫、耐腐蝕性等。
按滲人的元素不同,化學熱處理可分為:滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等。滲人元素介質(zhì)可以是固體、液體和氣體。
滲碳是將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫,使碳原子滲人到鋼表層的化學熱處理工藝。滲碳適用于含碳量為10%、25%的低碳鋼或低碳合金鋼,經(jīng)滲碳和淬火、低溫回火后,可在零件的表層和心部分別獲得高碳和低碳組織,使高碳鋼和低碳鋼的不同性能結(jié)合在一個零件上,從而滿足了零件的使用性能要求。
滲氮、滲硼可使零件的表面硬度很高,顯著提高零件的耐磨性和耐腐蝕性能;滲硫可提高減摩性;滲硅可提高耐酸性;也可以硫氮共滲;也可以碳、氮、硼三元素共滲。
、焊后熱處理
焊后消氫處理,是指在焊接完成以后,焊縫尚未冷卻至100℃以下時,進行的低溫熱處理。一般規(guī)范為加熱到200、350℃,保溫2、6h。焊后消氫處理可加快焊縫及熱影響區(qū)中氫的逸出,有效防止低合金鋼焊接時產(chǎn)生焊接裂紋。
在焊接過程中,由于加熱和冷卻不均勻,以及構(gòu)件本身產(chǎn)生拘束或外加拘束,在焊接完成后,在構(gòu)件中總會產(chǎn)生焊接應力。焊接應力會降低焊接接頭區(qū)的實際承載能力,產(chǎn)生塑距變形,嚴重時,還會導致構(gòu)件的破壞。
消應力熱處理是使焊好的工件在高溫狀態(tài)下,其屈服強度下降,來達到松弛焊接應力的目的。常用的方法有兩種:一是整體高溫回火,即把焊件整體放人加熱爐內(nèi),緩慢加熱到定溫度,然后保溫一段時間,在空氣中或爐內(nèi)冷卻,用這種方法可以消除80%一的焊接應力。另一種方法是局部高溫回火,即只對焊縫及其附近區(qū)域進行加熱,然后緩慢'、卻,降低焊接應力的峰值,使應力分布比較平緩,起到部分消除焊接應力的目的
有些合金鋼豺料在焊接以后,其焊接接頭會出現(xiàn)淬硬組織,降低材料的力學性能。外,種淬硬!在焊接應力氫的作用下,能導致接、壞。熱后,接頭的:0相組織得到改善,可提高焊接接頭的塑性、韌性,從而改善焊接接頭的綜合力學性能。