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    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問

      唱著山歌耍流氓        2021-07-15 15:50:05

    1、什么是熱處理


    將固態金屬或合金采取適當方式進行加熱,保溫一定的時間,以一定的冷卻速度冷卻以改變其組織,從而獲得所需性能的一種工藝方法。


    2、熱處理的目的是什么


    通過適當的熱處理工藝改變鋼的內部組織結構,來控制相變過程中組織轉變的程度和轉變產物的形態,從而改善鋼的性能。


    3、熱處理的條件是什么


    必須有固態相變轉變的合金才可以進行熱處理。


    4、熱處理的工藝過程是什么


    (1)加熱:臨界點+△T值


    (2)保溫


    (3)冷卻:臨界點-△T值一定冷卻速度


    5、主要參數有哪些


    (1)加熱溫度T


    (2)保溫時間t


    (3)冷卻速度V,冷卻介質決定冷卻速度,如:水、鹽水、堿水、空氣


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    6、按處理階段及目的可分為哪幾種


    (1)預處理


    目的是消除偏析、內應力,為最終熱處理或后續的加工獲得平衡組織。


    (2)最終處理


    作為工件處理的最后工序,獲得最終組織。


    7、按熱處理工藝參數可分為哪幾種


    (1)普通熱處理


    這是生產中最常用的熱處理工藝,如退火、正火、淬火、回火等。這類的熱處理一般不會額外的加入其他元素,主要是通過自身組織轉變來得到所需要的性能。


    (2)化學熱處理


    這類在熱處理在齒輪、軸等耐磨件上會經常用到。工件進行化學熱處理時,會在表面一層滲入其他的元素,而對心部的成分不會產生什么影響。一般滲入什么元素,我們就稱為滲×處理,如表面滲C、滲N,C、N共滲等。


    (3)表面熱處理


    綜合了上述兩類熱處理的特點,即熱處理時不加入其他元素,而且只是針對表面進行的熱處理,不影響心部的組織,如表面淬火,但其要求工件的含碳量較高。


    8、什么是退火


    退火是將金屬和合金加熱到適當溫度,保持一定時間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體;共析鋼或過共析鋼則是粒狀珠光體??傊嘶鸾M織是接近平衡狀態的組織。


    9、退火的目的是什么


    (1)降低鋼的硬度,提高塑性,以利于切削加工及冷變形加工。


    (2)細化晶粒,消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷,均勻鋼的組織和成分,改善鋼的性能或為以后的熱處理作組織準備。


    (3)消除鋼中的內應力,以防止變形和開裂。


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    10、退火工藝的種類有哪些


    主要有均勻化退火,完全退火,不完全退火,等溫退火,球化退火,再結晶退火,去應力退火


    11、什么是均勻化退火


    均勻化退火是為了減少金屬鑄錠、鑄件或鍛坯的化學成分的偏析和組織的不均勻性,將其加熱到高溫,長時間保持,然后進行緩慢冷卻,以化學成分和組織均勻化為目的的退火工藝。


    均勻化退火的加熱溫度一般為Ac3+(150~200℃),即1050~1150℃,保溫時間一般為10~15h,以保證擴散充分進行,大道消除或減少成分或組織不均勻的目的。由于擴散退火的加熱溫度高,時間長,晶粒粗大,為此,擴散退火后再進行完全退火或正火,使組織重新細化。


    12、什么是完全退火


    完全退火又稱為重結晶退火,是將鐵碳合金完全奧氏體化,隨之緩慢冷卻,獲得接近平衡狀態組織的退火工藝。


    完全退火主要用于亞共析鋼,一般是中碳鋼及低、中碳合金結構鋼鍛件、鑄件及熱軋型材,有時也用于它們的焊接構件。完全退火不適用于過共析鋼,因為過共析鋼完全退火需加熱到Acm以上,在緩慢冷卻時,滲碳體會沿奧氏體晶界析出,呈網狀分布,導致材料脆性增大,給最終熱處理留下隱患。


    完全退火的加熱溫度碳鋼一般為Ac3+(30~50℃);合金鋼為Ac3+(50~70℃);保溫時間則要依據鋼材的種類、工件的尺寸、裝爐量、所選用的設備型號等多種因素確定。為了保證過冷奧氏體完全進行珠光體轉變,完全退火的冷卻必須是緩慢的,隨爐冷卻到500℃左右出爐空冷。


    13、什么是不完全退火


    不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1~Ac3之間溫度,達到不完全奧氏體化,隨之緩慢冷卻的退火工藝。


    不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等,其目的是細化組織和降低硬度,加熱溫度為Ac1+(40~60)℃,保溫后緩慢冷卻。


    14、什么是等溫退火


    等溫退火是將鋼件或毛坯件加熱到高于Ac3(或Ac1)溫度,保持適當時間后,較快地冷卻到珠光體溫度區間地某一溫度并等溫保持,使奧氏體轉變為珠光體型組織,然后在空氣中冷卻的退火工藝。


    等溫退火工藝應用于中碳合金鋼和低合金鋼,其目的是細化組織和降低硬度。亞共析鋼加熱溫度為Ac3+(30~50)℃,過共析鋼加熱溫度為Ac3+(20~40)℃,保持一定時間,隨爐冷至稍低于Ar3溫度進行等溫轉變,然后出爐空冷。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻。


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    15、什么是球化退火


    球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到Ac1以上20~30℃,保溫一段時間,然后緩慢冷卻,得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。


    球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼,如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經軋制、鍛造后空冷,所得組織是片層狀珠光體與網狀滲碳體,這種組織硬而脆,不僅難以切削加工,且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。


    而經球化退火得到的是球狀珠光體組織,其中的滲碳體呈球狀顆粒,彌散分布在鐵素體基體上,和片狀珠光體相比,不但硬度低,便于切削加工,而且在淬火加熱時,奧氏體晶粒不易長大,冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外對于一些需要改善冷塑性變形(如沖壓、冷鐓等)的亞共析鋼有時也可采用球化退火。


    球化退火加熱溫度為Ac1+(20~40)℃或Acm-(20~30)℃,保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全”的,只是片狀珠光體轉變成奧氏體,及少量過剩碳化物溶解。因此,它不可能消除網狀碳化物,如過共析鋼有網狀碳化物存在,則在球化退火前須先進行正火,將其消除,才能保證球化退火正常進行。


    16、什么是再結晶退火


    再結晶退火是經冷形變后的金屬加熱到再結晶溫度以上,保持適當時間,使形變晶粒重新結晶成均勻的等軸晶粒,以消除形變強化和殘余應力的熱處理工藝。


    17、什么是去應力退火


    去應力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內存在的殘余應力而進行的退火工藝。


    鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內部存在內應力,如不及時消除,將使工件在加工和使用過程中發生變形,影響工件精度。采用去應力退火消除加工過程中產生的內應力十分重要。


    去應力退火的加熱溫度低于相變溫度A1,因此,在整個熱處理過程中不發生組織轉變。內應力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中消除的。為了使工件內應力消除得更徹底,在加熱時應控制加熱溫度。


    一般是低溫進爐,然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規定溫度。焊接件得加熱溫度應略高于600℃。保溫時間視情況而定,通常為2~4h。鑄件去應力退火的保溫時間取上限,冷卻速度控制在(20~50)℃/h,冷至300℃以下才能出爐空冷。


    18、什么是回火


    將經過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度,保溫一段時間后在空氣或水、油等介質中冷卻的金屬熱處理。


    19、回火的目的是什么


    (1)降低脆性,消除或減少內應力,鋼件淬火后存在很大內應力和脆性,如不及時回火往往會使鋼件發生變形甚至開裂。


    (2)獲得工件所要求的機械性能,工件經淬火后硬度高而脆性大,為了滿足各種工件的不同性能的要求,可以通過適當回火的配合來調整硬度,減小脆性,得到所需要的韌性,塑性。


    (3)穩定工件尺寸。


    (4)對于退火難以軟化的某些合金鋼,在淬火(或正火)后常采用高溫回火,使鋼中碳化物適當聚集,將硬度降低,以利切削加工。


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    20、回火的種類有哪些


    根據不同的要求可采用低溫回火、中溫回火或高溫回火。通常隨著回火溫度的升高,硬度和強度降低,延性或韌性逐漸增高。


    21、低溫回火得到的組織及目的是什么


    低溫回火(150-250度)


    低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下,降低其淬火內應力和脆性,以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具,量具,冷沖模具,滾動軸承以及滲碳件等,回火后硬度一般為HRC58-64。


    22、中溫回火得到的組織及目的是什么


    中溫回火(350-500度)


    中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強度,彈性極限和較高的韌性。因此,它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理,回火后硬度一般為HRC35-50。


    23、高溫回火得到的組織及目的是什么


    高溫回火(500-650度)


    高溫回火所得組織為回火索氏體。習慣上將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理,其目的是獲得強度,硬度和塑性,韌性都較好的綜合機械性能。因此,廣泛用于汽車,拖拉機,機床等的重要結構零件,如連桿,螺栓,齒輪及軸類?;鼗鸷笥捕纫话銥镠B200-330。


    24、什么是正火


    指將鋼材或鋼件加熱到或(鋼的上臨界點溫度)以上,30~50℃保持適當時間后,在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    25、正火的目的是什么


    主要是提高低碳鋼的力學性能,改善切削加工性,細化晶粒,消除組織缺陷,為后道熱處理作好組織準備等。


    對于中、低碳鋼的鑄、鍛件正火的主要目的是細化組織。與退火相比,正火后珠光體片層較細、鐵素體晶粒也比較細小,因而強度和硬度較高。


    低碳鋼由于退火后硬度太低,切削加工時產生粘刀的現象,切削性能差,通過正火提高硬度,可改善切削性能,某些中碳結構鋼零件可用正火代替調質,簡化熱處理工藝。


    過共析鋼正火加熱刀Acm以上,使原先呈網狀的滲碳體全部溶入到奧氏體,然后用較快的速度冷卻,抑制滲碳體在奧氏體晶界的析出,從而能消除網狀碳化物,改善過共析鋼的組織。


    焊接件要求焊縫強度的零件用正火來改善焊縫組織,保證焊縫強度。


    在熱處理過程中返修零件必須正火處理,要求力學性能指標的結構零件必須正火后進行調質才能滿足力學性能要求。中、高合金鋼和大型鍛件正火后必須加高溫回火來消除正火時產生的內應力。


    26、什么是淬火


    指將鋼件加熱到Ac3或Ac1(鋼的下臨界點溫度)以上某一溫度,保持一定的時間,然后以適當的冷卻速度,獲得馬氏體(或貝氏體)組織的熱處理工藝。常見的淬火工藝有鹽浴淬火,馬氏體分級淬火,貝氏體等溫淬火,表面淬火和局部淬火等。


    27、淬火的目的是什么


    淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變,得到馬氏體或貝氏體組織,然后配合以不同溫度的回火,以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等,從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。


    28、加熱及保溫時間如何確定


    實際生產中,加熱溫度的選擇要根據具體情況加以調整。如亞共析鋼中碳含量為下限,當裝爐量較多,欲增加零件淬硬層深度等時可選用溫度上限;若工件形狀復雜,變形要求嚴格等要采用溫度下限。


    保溫時間由設備加熱方式、零件尺寸、鋼的成分、裝爐量和設備功率等多種因素確定。對整體淬火而言,保溫的目的是使工件內部溫度均勻趨于一致。對各類淬火,其保溫時間最終取決于在要求淬火的區域獲得良好的淬火加熱組織。


    加熱與保溫是影響淬火質量的重要環節,奧氏體化獲得的組織狀態直接影響淬火后的性能。一般鋼件奧氏體晶??刂圃?~8級。


    29、怎樣控制冷卻速度


    要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉變成低溫亞穩相——馬氏體,冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中,表面與心部的冷卻速度有一定差異,如果這種差異足夠大,則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉變成馬氏體,而小于臨界冷卻速度的心部不能轉變成馬氏體的情況。


    為保證整個截面上都轉變為馬氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質,以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大,工件內部由于熱脹冷縮不均勻造成內應力,可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素,合理選擇淬火介質和冷卻方式。


    冷卻階段不僅零件獲得合理的組織,達到所需要的性能,而且要保持零件的尺寸和形狀精度,是淬火工藝過程的關鍵環節。


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    30、淬火裂紋的影響因素有哪些


    影響鋼件淬火裂紋形成的因素眾多,主要包括冶金因素、結構因素、工藝因素等。掌握各種因素作用,各因素對淬火裂紋影響的規律,對防止淬火裂紋的發生,提高成品率有重要的意義。


    31、鋼件的冶金質量對淬火裂紋有何影響


    鋼件可用鍛件、鑄件、冷拉鋼材、熱軋鋼材等加工而成,各種毛坯或材料生產過程中均可能產生冶金缺陷,或者將原料的冶金缺陷遺留給下道工序,最后這些缺陷在淬火時可擴展成淬火裂紋,或導致裂紋的發生。


    如鑄鋼件在熱加工工藝過程中因加工工藝不當,在內部或表面可能形成氣孔、疏松、砂眼、偏析、裂痕等缺陷;在鍛件毛坯中,有可能形成縮孔、偏析、白點、夾雜物、裂紋等。這些缺陷對鋼的淬火裂紋有很大的影響。一般說來,原始缺陷越嚴重,其淬火裂紋的傾向性越大。


    32、鋼的含碳量和合金元素對鋼的淬裂傾向有何影響


    鋼的含碳量和合金元素對鋼的淬裂傾向有重要影響。一般說來,隨著馬氏體中含碳量的增加,增大了馬氏體的脆性,降低了鋼的脆斷強度,增大了淬火裂紋傾向。在含碳量增加時,熱應力影響減弱,組織應力影響增強。


    水中淬火時,工件的表面壓應力變小,而中間的拉應力極大值向表面靠近。油中淬火時,表面拉應力變大。所有這些都增加了淬火開裂傾向。


    而合金元素對淬裂的影響是復雜的,合金元素增多時,鋼的導熱性降低,增大了相變的不同時性;同時合金含量增大,又強化了奧氏體,難以通過塑性變形來松弛應力,因而增大熱處理內應力,有增加淬裂的傾向。


    然而合金元素含量增加,提高了鋼的淬透性,可用較緩和的淬火介質淬火,可以減少淬裂傾向。此外有些合金元素如釩、鈮、鈦等有細化奧氏體晶粒的作用,減少鋼的過熱傾向,因而減少了淬裂傾向。


    33、原始組織對淬裂性有何影響


    淬火前鋼件的原始組織狀態和原始組織對淬裂的影響很大。片狀珠光體,在加熱溫度偏高時易引起奧氏體晶粒長大,容易過熱,所以對原始組織為片狀珠光體的鋼件,必須嚴格控制淬火加熱溫度和保溫時間。否則,將因鋼件過熱導致淬火開裂。


    具有球狀珠光體原始組織的鋼件,在淬火加熱時,因為球狀碳化物比較穩定,在向奧氏體轉變的過程中,碳化物的溶解,往往殘留少量的碳化物,這些殘留碳化物阻礙了奧氏體晶粒長大,與片狀珠光體相比,淬火可以獲得較細的馬氏體,因此原始組織為均勻球狀珠光體的鋼對減少裂紋來說,是淬火前較理想的組織狀態。


    34、為何會發生重復淬火開裂現象


    在生產中,常常產生重復淬火開裂現象,這是由于二次淬火前未進行中間正火或中間退火所致,未經退火而直接二次淬火,組織中沒有阻礙奧氏體晶粒長大的碳化物存在,奧氏體晶粒極易顯著長大,引起過熱。因此在二次淬火中進行一次中間退火,同時也可通過退火來達到完全消除內應力的目的。


    熱處理工藝之熱處理基礎知識40問


    35、零件尺寸和結構對淬裂性有何影響


    零件的截面尺寸過小和過大都不易淬裂。截面尺寸小的工件淬火時,心部很易淬硬,而且心部和表面的馬氏體形成在時間上幾乎是同時進行的,組織應力小,不容易淬裂。


    截面尺寸過大的零件,特別是用淬透性較低的鋼制造時,淬火時不僅心部不能硬化,甚至連表層也得不到馬氏體,其內應力主要是熱應力,不易出現淬火裂紋。因此,對于每一種鋼制的零件,在一定的淬火介質下,存在著一個臨界淬裂直徑,也就是說在臨界直徑的零件具有較大的淬裂傾向性。


    出現淬裂的危險尺寸可能因鋼的化學成分而波動、加熱溫度和方法不同而發生變化,不可千篇一律。零件的尖角、棱角、等幾何形狀因素,使工件局部冷卻速度的急劇變化,增大了淬火的殘余應力,從而增大了淬火的開裂傾向。


    零件截面不均勻性的增加,淬裂傾向也加大,零件薄的部位在淬火時先發生馬氏體轉變,隨后,當厚的部位發生馬氏體轉變時,體積膨脹,使薄的部位承受拉應力,同時在薄厚交界處產生應力集中,因而常出現淬火裂紋。


    36、工藝因素對淬火裂紋有何影響


    工藝因素(主要是淬火加熱溫度,保溫時間,冷卻方式等因素)對淬火裂紋傾向影響較大。熱處理包括加熱、保溫、冷卻等過程。熱處理不僅在冷卻(淬火)時可以產生裂紋,加熱時如果加熱不當也可能形成裂紋。


    37、加熱不當可引起哪些裂紋


    升溫速度過快引起的裂紋,表面增碳或脫碳引起的裂紋,過熱或過燒引起的裂紋,在含氫氣氛中加熱引起的氫致裂紋。


    38、升溫速度過快為何會引起裂紋


    一些材料在鑄造時由于結晶過程的不同時性必然形成成分不均勻,組織不均勻,鑄態材料的非金屬夾雜物。如鑄態高錳鋼中硬而脆的碳化物相、高合金鑄鋼中成分偏析和疏松等缺陷的存在等因素,在大型工件快速加熱時,可能形成較大的應力,從而出現開裂。


    39、表面增碳或脫碳為何會引起裂紋


    合金鋼零件在以碳氫化合物為氣源的保護氣氛爐(或可控氣氛爐)中進行加熱時,由于操作不當或失控,爐內碳勢增高,可使得加熱的工件表面碳含量超過工件的原始碳含量。在隨后的熱處理時,操作者仍按原鋼件的工藝規程進行淬火,從而產生淬火裂紋。


    在對高錳鋼的鑄件進行熱處理時,表層如發生脫碳、脫錳,工件表面將出現裂紋;低合金工具鋼、高速鋼在熱處理加熱時,如表面產生脫碳,也有可能產生裂紋。


    40、過熱或過燒為何會引起裂紋


    高速鋼、不銹鋼工件,因淬火加熱溫度較高,一旦加熱溫度失控,很容易造成過熱或過燒,從而引起熱處理裂紋。


    來源:每天學點熱處理

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