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      何為金屬熱處理?

      發布時間:2021-11-29

              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,又以不同速度在不同的介質中冷卻,通過改變金屬材料表面或內部的顯微組織結構來控制其性能的一種工藝。

             金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。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。

      特點

             金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,與其他加工工藝相比,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。所以,它是機械制造中的特殊工藝過程,也是質量管理的重要環節?!?/span>     

             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。

             在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中,熱處理的作用逐漸為人們所認識。早在商代,就已經有了經過再結晶退火的金箔飾物。公元前770~前222年,中國人在生產實踐中就已發現,銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而 變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農具的重要工藝。

            公元前六世紀,鋼鐵兵器逐漸被采用,為了提高鋼的硬度,淬火工藝遂得到迅速發展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟,其顯微組織中都有馬氏體存在,說明是經過淬火的。

            隨著淬火技術的發展,人們逐漸發現淬冷劑對淬火質量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀,相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質的冷卻能力了,同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206~公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15~0.4%,而表面含碳量卻達0.6%以上,說明已應用了滲碳工藝。但當時作為個人“手藝”的秘密,不肯外傳,因而發展很慢。

            1863年,英國金相學家和地質學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織,證明了鋼在加熱和冷卻時,內部會發生組織改變,鋼中高溫時的相在急冷時轉變為一種較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構理論,以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖,為現代熱處理工藝初步奠定了理論基礎。與此同時,人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法,以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。

            1850~1880年,對于應用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利。1889~1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。

            二十世紀以來,金屬物理的發展和其他新技術的移植應用,使金屬熱處理工藝得到更大發展。一個顯著的進展是1901~1925年,在工業生產中應用轉筒爐進行氣體滲碳 ;30年代出現露點電位差計,使爐內氣氛的碳勢達到可控,以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內氣氛碳勢的方法;60年代,熱處理技術運用了等離子場的作用,發展了離子滲氮、滲碳工藝 ;激光、電子束技術的應用,又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。

            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。

            退火是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,目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態,或者是使前道工序產生的內部應力得以釋放,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。

           正火或稱?;菍⒐ぜ訜岬竭m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。

           淬火是將工件加熱保溫后,在水、油或其他無機鹽溶液、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650℃的某一適當溫度進行較長時間的保溫,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。

      1.正火:將鋼材或鋼件加熱到臨界點Ac3(對于亞共析鋼)或Accm(過共析鋼)以上30℃—50℃,保溫適當時間后,在自由流動的空氣中均勻冷卻的熱處理工藝為正火.

      正火后的組織:亞共析鋼為F+S,共析鋼為S,過共析鋼為S+Fe3CⅡ正火與完全退火的主要差別在于冷卻速度快些,目的是讓鋼組織正?;?,亦稱?;幚?。

      2.退火annealing:將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20-40度,保溫一段時間后,隨爐緩慢冷卻(或埋在砂中或石灰中冷卻)至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝

      3.固溶熱處理:將合金加熱至高溫單相區恒溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中,然后快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝

      4.時效:合金經固溶熱處理或冷塑性形變后,在室溫放置或稍高于室溫保持時,其性能隨時間而變化的現象。

      5.固溶處理:使合金中各種相充分溶解,強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能,消除應力與軟化,以便繼續加工成型

      6.時效處理:在強化相析出的溫度加熱并保溫,使強化相沉淀析出,得以硬化,提高強度

      7.淬火:將鋼奧氏體化后以適當的冷卻速度冷卻,使工件在橫截面內全部或一定的范圍內發生馬氏體等不穩定組織結構轉變的熱處理工藝

      8.回火:將經過淬火的工件加熱到臨界點AC1以下的適當溫度保持一定時間,隨后用符合要求的方法冷卻,以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝

      9.鋼的碳氮共滲:碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習慣上碳氮共滲又稱為氰化,以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度,耐磨性和疲勞強度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主,其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

      10.調質處理quenchingand tempering:一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理。調質處理廣泛應用于各種重要的結構零件,特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調質處理后得到回火索氏體組織,它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩定性和工件截面尺寸有關,一般在HB200-350之間。

      11.釬焊:用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝

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