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钢材的热处理工艺基础
来源:中国钢结构门户网 www.gjgmh.com  2016-4-8 14:59:43
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表1 钢铁材料的基本组织
序号
 名 称
 含 义
 
1
 晶粒和晶界
 金属结晶后形成的外形不一致、内部品格排列方向一致的小晶体,称为晶粒。晶粒与晶粒之间的分界面,称为晶界
 
2
 相和相界
 在金属或合金中,凡成分相同、结构相同并有界面相互隔开的均匀组成部分,称为相。相与相之间的界面,称为相界
 
3
 固溶体
 在组成合金的一种金属元素的晶体中溶有另一种元素的原子形成的固态相,称为固溶体。固溶体一般有较高的强度、良好的塑性、耐蚀性以及较高的电阻和磁性
 
4
 金属化合物
 合金中不同元素的原子相互作用形成的、晶格类型和性能完全不同于其组成元素的、具有金属特性的固态相,称为金属化合物
 
5
 奥氏体
 奥氏体是碳和其他元素溶解在y-Fe中的固溶体。奥氏体具有面心立方晶体,塑性好,一般在高温下存在
 
6
 铁索体
 铁素体是碳和其他元素溶解于a-Fe中的固溶体。铁素体具有体心立方晶格,含碳量极少,其性能与纯铁极为相似,也叫纯铁体
 
7
 渗碳体
 渗碳体是铁和碳的化合物,也称碳化三铁(№c),含碳量6.69%,具有复杂的品格结构。其性能硬而脆,几乎没有塑性
 
8
 珠光体
 珠光体是铁索体和渗碳体相间的片层状组织。因其显微组织有指纹状的珍珠光泽而得名。其性能介于铁素体和渗碳体之间,强度、硬度适中,并具有良好的塑性和韧性
 
9
 索氏体
 亦称细珠光体,是奥氏体在低于珠光体形成温度分解而成的铁素体和渗碳体的混合物。其层片比珠光体细,仅在高倍显微镜下才能辨别。硬度、强度和冲击韧性均高于珠光体
 
10
 屈氏体
 亦称极细珠光体,由奥氏体在低于珠光体形成温度分解而成的铁素体和渗碳体的混合体。其层片比索氏体更细。其硬度和强度均高于索氏体
 
11
 贝氏体
 贝氏体是过饱和铁素体和渗碳体的混合物。贝氏体又分为上贝氏体和下贝氏体。在较高温度形成的称“上贝氏体”,呈羽毛状;在较低温度形成的称“下贝氏体”,呈针状或竹叶状。下贝氏体与上贝氏体相比,其硬度和强度更高,并保持一定的韧性和塑性
 
12
 马氏体
 马氏体通常是指碳在a-Fe中的过饱和固溶体。钢中马氏体的硬度随碳含量的增加而提高。高碳马氏体硬度高而脆,低碳马氏体则有较高的韧性。马氏体在奥氏体转变产物中硬度最高
 
13
 莱氏体
 是碳合金中的一种共晶组织。在高温时由奥氏体和渗碳体构成;在低温时(727℃以下),由珠光体和渗碳体构成。含碳量为4.3%,组织中含有大量渗碳体,所以硬度高,塑性、韧性低
 
14
 断口检验
 断口组织是钢材质量标志之一。将试样刻槽或折断后用肉眼或lO倍放大镜检查断口情况,称为断口检验。从断口可以看出金属的缺陷
 
15
 塔形车削发纹检验
 将钢材车成规定的塔形或阶梯形试样,然后用酸蚀或磁粉法检验发纹,简称塔形检验
 

注:含碳量皆指质量分数
 
表2 钢铁材料的一般热处理
名称
 热处理过程
 热处理目的
 
1.退火
 将钢件加热到一定温度,保温一定时间,然后缓慢冷却到室温
 ①降低钢的硬度,提高塑性,以利于切削加工及冷变形加工
②细化晶粒,均匀钢的组织,改善钢的性能及为以后的热处理作准备
③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂
 
退



 完全退火
 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同,一般是710-750℃,个别合金钢的临界温度可达800—900℃)以上30—50℃,保温一定时间,然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)
 细化晶粒,均匀组织,降低硬度,充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在0.8%以下的锻件或铸钢件
 
球化退火
 将钢件加热到临界温度以上20~30℃,经过保温以后,缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
 降低钢的硬度,改善切削性能,并为以后淬火作好准备,以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于0.8%的碳素钢和合金工具钢
 
去应力退火
 将钢件加热到500~650℃,保温一定时间,然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)
 消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力,消除精密零件切削加工时产生的内应力,以防止以后加工和用过程中发生变形
去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等
 
2.正火
 将钢件加热到临界温度以上40~60℃,保温一定时间,然后在空气中冷却
 ①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件,常用正火作为最终热处理
③消除内应力
 
3.淬火
 将钢件加热到淬火温度,保温一段时间,然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
 ①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能,如较高的强度、弹性和韧性等
 




 单液淬火
 将钢件加热到淬火温度,经过保温以后,在一种淬火剂中冷却。
单液淬火只适用于形状比较简单,技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。淬火时,对于直径或厚度大于5~8mm的碳素钢件,选用盐水或水冷却;合金钢件选用油冷却
 
双液淬火
 将钢件加热到淬火温度,经过保温以后,先在水中快速冷却至300~400℃,然后移人油中冷却
  
火焰表面淬火
 用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面,使零件迅速加热到淬火温度,然后立即用水向零件表面喷射, 火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨,并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件,如曲轴、齿轮和导轨等
  
表面感应淬火
 将钢件放在感应器中,感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场,钢件在磁场作用下产生感应电流,使钢件表面迅速加热(2~10min)到淬火温度,这时立即将水喷射到钢件表面。
经表面感应淬火的零件,表面硬而耐磨,而心部保持着较好的强度和韧性。
表面感应淬火适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件
  
4.回火
 将淬火后的钢件加热到临界温度以下,保温一段时间,然后在空气或油中冷却。
回火是紧接着淬火以后进行的,也是热处理的最后一道工序
 ①获得所需的力学性能。在通常情况下,零件淬火后的强度和硬度有很大提高,但塑性和韧性却有明显降低,而零件的实际工作条件要求有良好的强度和韧性。选择适当的回火温度进行回火后,可以获得所需的力学性能
②稳定组织,稳定尺寸
③消除内应力
 


 低温回火
 将淬硬的钢件加热到150~50℃,并在这个温度保温一定时间,然后在空气中冷却,低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等
 消除钢件因淬火而产生的内应力
 
中温回火
 将淬火的钢件加热到350~450%,经保温一段时间冷却下来,一般用于各类弹簧及热冲模等零件
 使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度
 
高温回火
 将淬火后的钢件加热到500~650℃,经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件,如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
 使钢件获得较好的综合力学性能,即较高的强度和韧性及足够的硬度,消除钢件因淬火而产生的内应力
 
5.调质
 将淬火后的钢件进行高温(500~600℃)回火多用于重要的结构零件,如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
 细化晶粒,使钢件获得较高韧性和足够的强度,使其具有良好的综合力学性能
 
6.时 效 处 理
 人工时效
 将经过淬火的钢件加热到100~160℃,经过长时间的保温,随后冷却
 消除内应力,减少零件变形,稳定尺寸,对精度要求较高的零件更为重要
 
自然时效
 将铸件放在露天;钢件(如长轴、丝杠等)放在海水中或长期悬吊或轻轻敲打 要经自然时效的零件,最好先进行粗加工
 
7.化学热处理
 将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中,通过加热、保温、冷却等方法,使介质中的某些原子渗入到钢件的表层,从而达到改变钢件表层的化学成分,使钢件表层具有某种特殊的性能
  





 钢渗的碳
 将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件,如:轮、齿轮、轴、活塞销等
 使表面具有高的硬度(HRC60~65)和耐磨性,而中心仍保持高的韧性
 
钢渗的氮
 将氮原子渗入钢件表层
常用于重要的螺栓、螺母、销钉等零件
 提高钢件表层的硬度、耐磨性、
耐蚀性
 


 钢的氰化
 将碳和氮原子同时渗人到钢件表层适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件,也可用于高速钢刀具
 提高钢件表层的硬度和耐磨性
 
8.发黑
 将金属零件放在很浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化,使金属零件表面生成一层带有磁性的四氧化三铁薄膜常用于低碳钢、低碳合金工具钢
由于材料和其他因素的影响,发黑层的薄膜颜色有蓝黑色、黑色、红棕色、棕褐色等,其厚度为0.6~0.8μm
 防锈、增加金属表面美观和光泽,消除淬火过程中的应力

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