机械设计工艺热处理详解dhor.docx
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1、正火,又称常化化,是将将工件加加热至AAc3或或Acccm以上上3050,保温温一段时时间后,从从炉中取取出在空空气中或或喷水、喷喷雾或吹吹风冷却却的金属属热处理理工艺。正火与与退火的的不同点点是正火火冷却速速度比退退火冷却却速度稍稍快,因因而正火火组织要要比退火火组织更更细一些些,其机机械性能能也有所所提高。另另外,正正火炉外外冷却不不占用设设备,生生产率较较高,因此生产产中尽可可能采用用正火来来代替退退火。 正火的的主要应应用范围围有: 用于低碳碳钢,正正火后硬硬度略高高于退火火,韧性性也较好好,可作作为切削削加工的的预处理理用于中中碳钢,可可代替调调质处理理作为最最后热处处理,也也可作为
2、为用感应应加热方方法进行行表面淬淬火前的的预备处处理。用于工工具钢、轴轴承钢、渗渗碳钢等等,可以以消降或或抑制网网状碳化化物的形形成,从从而得到到球化退退火所需需的良好好组织用于铸铸钢件,可可以细化化铸态组组织,改改善切削削加工性性能。用于大大型锻件件,可作作为最后后热处理理,从而而避免淬淬火时较较大的开开裂倾向向。用于球球墨铸铁铁,使硬硬度、强强度、耐耐磨性得得到提高高,如用用于制造造汽车、拖拖拉机、柴柴油机的的曲轴、连连杆等重重要零件件。过共析析钢球化化退火前前进行一一次正火火,可消消除网状状二次渗渗碳体,以以保证球球化退火火时渗碳碳体全部部球粒化化回火科科技名词词定义中文名称称:回火火
3、英文文名称:temmperringg 定义义:将淬淬火后的的钢,在在AC11以下加加热、保保温后冷冷却下来来的热处处理工艺艺钢的回火火回火是工工件淬硬硬后加热热到ACC1以下下的某一一温度,保保温一定定时间,然然后冷却却到室温温的热处处理工艺艺。 热处理科技名词词定义中文名称称:热处理 英文名称称:heatt trreattmennt 定义:对固态金金属或合合金采用用适当方方式加热热、保温温和冷却却,以获获得所需需要的组组织结构构与性能能的加工工方法。 回火火一般紧紧接着淬淬火进行行,其目目的是: (aa)消除除工件淬淬火时产产生的残残留应力力,防止止变形和和开裂; (bb)调整整工件的的硬度
4、、强强度、塑塑性和韧韧性,达达到使用用性能要要求; (cc)稳定定组织与与尺寸,保保证精度度; (dd)改善善和提高高加工性性能。因因此,回回火是工工件获得得所需性性能的最最后一道道重要工工序。 按回回火温度度范围,回回火可分分为低温温回火、中温回回火和高高温回火火。 残留应力力浇铸铸到铸型型内的金金属溶液液变凉变变硬,其其中细的的部位、薄薄的部位位很快变变冷,最最后形成成结晶。 还有有即使是是同一个个部位,因因外侧冷冷却快而而内部冷冷却慢,所所以内外外侧温度度不同。较较晚固化化的内部部因冷却却收缩,但但外部已已经固化化,所以以内部将将受到外外部的拉拉力。因因铸件各各部位都都存在这这种现象象,
5、所以以铸件外外侧残留留着压缩缩力,内内侧残留留着拉力力。 淬火火也好,焊焊接也好好,均存存在这种种现象。 工件件经过加加工或热热处理后后,外部部虽然没没有施加加力量,但但内部还还残留着着应力,把把这种力力就叫残残留应力力或内应应力。 举例例:切削削铸件的的角部余余量,有有时候就就会发生生探出来来的部位位往两侧侧张开的的现象。这这是因为为在切削削前,在在残留应应力的平平衡下保保持着铸铸件的形形状,切切削引起起残留应应力的不不平衡,才才发生了了上述变变化。 因为为这种现现象的存存在,所所以铸件件应提前前进行自自然时效效处理,即即在常温温下放置置一定时时间,通通过内部部原子的的流动,达达到内应应力平
6、衡衡的状态态。为了了消除应应力,我我们人为为地进行行这种时时效处理理,而这这种处理理就是回回火。硬度科技名词词定义中文名称称:硬度 英文名称称:gradde;hharddnesss 定义1:表示磨粒粒从结合合剂中完完全脱离离的难易易程度。 所属学科科:机械工程程(一级级学科);磨料磨磨具(二二级学科科);磨磨料磨具具一般名名词(三三级学科科) 定义2:水沉淀肥肥皂的能能力,大大体反映映水中钙钙、镁离离子的含含量。钙钙镁浓度度的总和和称为总总硬度,以以每升水水含碳酸酸钙的毫毫克数或或毫克当当量表示示。 所属学科科:生态学(一一级学科科);水水域生态态学(二二级学科科) 定义3:固体材料料对外界界
7、物体压压陷、刻刻划等作作用的局局部抵抗抗能力,是是衡量材材料软硬硬程度的的一个指指标。 所属学科科:水利科技技(一级级学科);工程力力学、工工程结构构、建筑筑材料(二二级学科科);工工程力学学(水利利)(三三级学科科) 塑性科技名词词定义中文名称称:塑性 英文名称称:plassticc prropeertyy 定义:煤在干馏馏时形成成的胶质质体的黏黏稠、流流动、透透气等性性能。 所属学科科:煤炭科技技(一级级学科);煤炭加加工利用用(二级级学科);煤转化化(三级级学科)(1)低低温回火火工件件在2550以以下进行行的回火火。 目的的是保持持淬火工工件高的的硬度和和耐磨性性,降低低淬火残残留应力
8、力和脆性性 回火火后得到到回火马马氏体,指指淬火马马氏体低低温回火火时得到到的组织织。 力学学性能:5864HHRC,高高的硬度度和耐磨磨性。 应用用范围:刃具、量量具、模模具、滚滚动轴承承、渗碳及表面淬淬火的零零件等。 回火马氏氏体科技名词词定义中文名称称:回火马氏氏体 英文名称称:-maarteensiite 定义:淬火马氏氏体回火火时,碳碳已经部部分地从从固溶体体中析出出并形成成了过渡渡碳化物物的基体体组织。 所属学科科:机械工程程(一级级学科);机械工工程(22)_热热处理(二二级学科科);机机械工程程(2)一般热热处理名名词(三三级学科科) 渗碳科技名词词定义中文名称称:渗碳 英文名
9、称称:carbburiizinng 定义:为增加钢钢件表层层的含碳碳量和形形成一定定的碳浓浓度梯度度,将钢钢件在渗渗碳介质质中加热热并保温温使碳原原子渗入入表层的的化学热热处理工工艺。 所属学科科:机械工程程(一级级学科);机械工工程(22)_热热处理(二二级学科科);化化学热处处理(三三级学科科) (2)中中温回火火工件件在25505500 之间间进行的的回火。 目的的是得到到较高的的弹性和和屈服点点,适当当的韧性性。 预先热处处理回火火后得到到回火托托氏体,指指马氏体体回火时时形成的的铁素体体基体内内分布着着极其细细小球状状碳化物物(或渗渗碳体)的的复相组组织。 力学学性能:3550HHR
10、C,较较高的弹弹性极限限、屈服服点和一一定的韧韧性。 应用用范围:弹簧、锻锻模、冲冲击工具具等。 铁素体科技名词词定义中文名称称:铁素体 英文名称称:ferrritee 定义:铁或其内内固溶有有一种或或数种其其他元素素所形成成的晶体体点阵为为体心立立方的固固溶体。 所属学科科:机械工程程(一级级学科);机械工工程(22)_热热处理(二二级学科科);机机械工程程(2)一般热热处理名名词(三三级学科科) (3)高高温回火火工件件在5000以以上进行行的回火火。 目的的是得到到强度、塑塑性和韧韧性都较较好的综综合力学学性能。 回火火后得到到回火索索氏体,指指马氏体体回火时时形成的的铁素体体基体内内分
11、布着着细小球球状碳化化物(包包括渗碳碳体)的的复相组组织。 力学学性能:20003550HBBS,较较好的综综合力学学性能。 应用用范围:广泛用用于各种种较重要要的受力力结构件件,如连连杆、螺螺栓、齿齿轮及轴轴类零件件等。 工件件淬火并并高温回回火的复复合热处处理工艺艺称为调调质。调调质不仅仅作最终终热处理理,也可可作一些些精密零零件或感感应淬火火件预先先热处理理。 455钢正火火和调质质后性能能比较见见下表所所示。 455钢(20mmm40mmm)正正火和调调质后性性能比较较 热处理方方法力学性能能力学性能能力学性能能力学性能能组织b/MMpa1000Ak/JJHBS正火7008000152
12、20406641632200索氏体+铁素体体调质750850020225649962102500回火索氏氏体(由由于百度度的表格格功能太太差,所所以这里里不够美美观) 钢淬淬火后在在3000左右右回火时时,易产产生不可可逆回火火脆性,为为避免它它,一般般不在22503500 范范围内回回火。含铬、镍镍、锰等等元素的的合金钢钢淬火后后在50006650回火,缓缓冷易产产生可逆逆回火脆脆性,为为防止它它,小零零件可采采用回火火时快冷冷;大零零件可选选用含钨钨或钼的的合金钢钢。 感应淬火火感应应淬火(iinduuctiion harrdenningg) 感应应加热就就是利用用电磁感感应在工工件内产产
13、生涡流流而将工工件进行行加热。感感应加热热表面淬淬火与普普通淬火火比具有有如下优优点: 1.热源在在工件表表层,加加热速度度快,热热效率高高 2.工件因因不是整整体加热热,变形形小 3.工件加加热时间间短,表表面氧化化脱碳量量少 4.工件表表面硬度度高,缺缺口敏感感性小,冲冲击韧性性、疲劳劳强度以以及耐磨磨性等均均有很大大提高。有有利于发发挥材料料的潜力力,节约约材料消消耗,提提高零件件使用寿寿命 5.设备紧紧凑,使使用方便便,劳动动条件好好 6.便于机机械化和和自动化化 7.不仅用用在表面面淬火还还可用在在穿透加加热与化化学热处处理等。编辑本段段注意事事项将淬淬火成马马氏体的的钢加热热到临界
14、界点A1以下下某个温温度,保保温适当当时间,再再冷到室室温的一一种热处处理工艺艺。回火火的目的的在于消消除淬火火应力,使使钢的组组织转变变为相对对稳定状状态。在在不降低低或适当当降低钢钢的硬度度和强度度的条件件下改善善钢的塑塑性和韧韧性,以以获得所所希望的的性能。中中碳和高高碳钢淬淬火后通通常硬度度很高,但但很脆,一一般需经经回火处处理才能能使用。钢钢中的淬淬火马氏氏体,是是碳在-Fee中的过过饱和固固溶体,具有体体心正方方结构,其其正方度度c/a随含碳碳量的增增加而增增大(cc/a=1+0.0045wwtCC)。马马氏体组组织在热热力学上上是不稳稳定的,有有向稳定定组织过过渡的趋趋势。许许多
15、钢淬淬火后还还有一定定量的残残留奥氏氏体,也也是不稳稳定的,回回火过程程中将发发生转变变。因此此,回火火过程本本质上是是在一定定温度范范围内加加热粹火火钢,使使钢中的的热力学学不稳定定组织结结构向稳稳定状态态过渡的的复杂转转变过程程。转变变的内容容和形式式则视淬淬火钢的的化学成成分和组组织,以以及加热热温度而而有所不不同(见见马氏体体相变) 二次预热热。 碳钢的回回火过程程淬火火碳钢回回火过程程中的组组织转变变对于各各种钢来来说都有有代表性性。回火火过程包包括马氏氏体分解解,碳化化物的析析出、转转化、聚聚集和长长大,铁铁素体回回复和再再结晶,残残留奥氏氏体分解解等四类类反应。低低、中碳碳钢回火
16、火过程中中的转变变示意地地归纳在在图1中中。根据据它们的的反应温温度,可可描述为为相互交交叠的四四个阶段段。 回回火 第一一阶段回回火(2250以下) 马氏体体在室温温是不稳稳定的,填隙的的碳原子子可以在在马氏体体内进行行缓慢的的移动,产生某某种程度度的碳偏偏聚。随随着回火火温度的的升高,马马氏体开开始分解解,在中中、高碳碳钢中沉沉淀出-碳化化物(图图2),马马氏体的的正方度度减小。高高碳钢在在 5001000回回火后观观察到的的硬度增增高现象象,就是是由于-碳化化物在马马氏体中中产生沉沉淀硬化化的结果果(见脱脱溶)。 -碳碳化物具具有密排排六方结结构,呈呈狭条状状或细棒棒状,和和基体有一一定
17、的取取向关系系。初生生的 -碳化化物很可可能和基基体保持持共格。在在2500回火火后,马马氏体内内仍保持持含碳约约0.225。含含碳低于于 0.2的的马氏体体在2000以以下回火火时不发发生-碳化物物沉淀,只只有碳的的偏聚,而而在更高高的温度度回火则则直接分分解出渗渗碳体。 回火 第二二阶段回回火(22003000) 残留奥奥氏体转转变。回回火到22003000的温温度范围围,淬火火钢中原原来没有有完全转转变的残残留奥氏氏体,此此时将会会发生分分解,形形成贝氏氏体组织织。在中中碳和高高碳钢中中这个转转变比较较明显。含含碳低于于 0.4的的碳钢和和低合金金钢,由由于残留留奥氏体体量很少少,所以以
18、这一转转变基本本上可以以忽略不不计。 第三三阶段回回火(22003500) 马氏体体分解完完成,正正方度消消失。-碳化化物转化化为渗碳碳体 (Fe33C)。这这一转化化是通过过 -碳化物物的溶解解和渗碳碳体重新新形核长长大方式式进行的的。最初初形成的的渗碳体体和基体体保持严严格的取取向关系系。渗碳碳体往往往在-碳化物物和基体体的界面面上、马马氏体界界面上、高高碳马氏氏体片中中的孪晶晶界上和和原始奥奥氏体晶晶粒界上上形核(图图3)。形形成的渗渗碳体开开始时呈呈薄膜状状,然后后逐渐球球化成为为颗粒状状的Fee3C。 回火 第四四阶段回回火(33507000) 渗碳体体球化和和长大,铁素体体回复和和
19、再结晶晶。渗碳碳体从4400开始球球化,6600以后发发生集聚聚性长大大。过程程进行中中,较小小的渗碳碳体颗粒粒溶于基基体,而而将碳输输送给选选择生长长的较大大颗粒。位位于马氏氏体晶界界和原始始奥氏体体晶粒间间界上的的碳化物物颗粒球球化和长长大的速速度最快快,因为为在这些些区域扩扩散容易易得多。 铁素素体在33506000发生生回复过过程。此此时在低低碳和中中碳钢中中,板条条马氏体体的板条条内和板板条界上上的位错错通过合合并和重重新排列列,使位位错密度度显著降降低,并并形成和和原马氏氏体内板板条束密密切关联联的长条条状铁素素体晶粒粒。原始始马氏体体板条界界可保持持稳定到到6000;在在高碳钢钢
20、中,针针状马氏氏体内孪孪晶消失失而形成成的铁素素体,此此时也仍仍然保持持其针状状形貌。在在60007000间间铁素体体内发生生明显的的再结晶晶,形成成了等轴轴铁素体体晶粒。此此后,FFe3CC颗粒不不断变粗粗,铁素素体晶粒粒逐渐长长大。 合金元素素的影响响对一一般回火火过程的的影响 合金元元素硅能能推迟碳碳化物的的形核和和长大,并有力力地阻滞滞-碳碳化物转转变为渗渗碳体;钢中加加入2左右硅硅可以使使-碳碳化物保保持到4400。在碳碳钢中,马马氏体的的正方度度于3000基基本消失失,而含含Cr、MMo、WW、V、TTi和SSi等元元素的钢钢,在4450甚至 5000回火火后仍能能保持一一定的正正
21、方度。说说明这些些元素能能推迟铁铁碳过饱饱和固溶溶体的分分解。反反之,MMn和NNi促进进这个分分解过程程(见合合金钢)。 合金金元素对对淬火后后的残留留奥氏体体量也有有很大影影响。残残留奥氏氏体围绕绕马氏体体板条成成细网络络;经3300回火后后这些奥奥氏体分分解,在在板条界界产生渗渗碳体薄薄膜。残残留奥氏氏体含量量高时,这这种连续续薄膜很很可能是是造成回回火马氏氏体脆性性(30003350)的原原因之一一。合金金元素,尤其是是Cr、SSi、WW、Moo等,进进入渗碳碳体结构构内,把把渗碳体体颗粒粗粗化温度度由35504400提高到到50005550,从从而抑制制回火软软化过程程,同时时也阻碍
22、碍铁素体体的晶粒粒长大。 特殊殊碳化物物和次生生硬化 当钢中中存在浓浓度足够够高的强强碳化物物形成元元素时,在在温度为为45006550范范围内,能能取代渗渗碳体而而形成它它们自己己的特殊殊碳化物物。形成成特殊碳碳化物时时需要合合金元素素的扩散散和再分分配,而而这些元元素在铁铁中的扩扩散系数数比C、NN等元素素要低几几个数量量级。因因此在形形核长大大前需要要一定的的温度 回火条件。基基于同样样理由,这这些特殊殊碳化物物的长大大速度很很低。在在45006550形形成的高高度弥散散的特殊殊碳化物物,即使使长期回回火后仍仍保持其其弥散性性。图44表明,在在45006550之之间合金金碳化物物的形成成
23、对基体体产生强强化作用用,使钢钢的硬度度重新升升高,出出现峰值值。这一一现象称称为次生生硬化。 回火 钢在回火火后的性性能淬火火钢回火火后的性性能取决决于它的的内部显显微组织织;钢的的显微组组织又随随其化学学成分、淬淬火工艺艺及回火火工艺而而异。碳碳钢在11002500之间间回火后后能获得得较好的的力学性性能。合合金结构构钢在22007000之间间回火后后的力学学性能的的典型变变化如图图5所示示。从图图5可以以看出,随着回回火温度度的升高高,钢的的抗拉强强度b单调调下降;屈服强强度0.33 先稍稍升高而而后降低低;断面面收缩率率 和伸伸长率 不断断改善;韧性(用断裂裂韧度KK1c为指指标)总总
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