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热处理工艺
添加时间:2020/5/26 8:49:33

热处理是指资料在固态下,通过加热、保温和冷却的手法,以取得预期安排和功能的一种金属热加工工艺。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的进程中,热处理的作用逐步为人们所知道。
早在公元前770至前222年,我国人在出产实践中就已发现,钢铁的功能会因温度和加压变形的影响而改动。白口铸铁的柔化处理就是制作耕具的重要工艺。
开展前史
公元前六世纪,钢铁武器逐步被选用,为了进步钢的硬度,淬火遂得到迅速开展。我国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟,其显微安排中都有马氏体存在,阐明是通过淬火的。跟着淬火技能的开展,人们逐步发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀,相传是派人到成都取水淬火的。这阐明我国在古代就注意到不同水质的冷却才能了,一起也注意了油和水的冷却才能。我国出土的西汉(公元前206~公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15~0.4%,而外表含碳量却达0.6%以上,阐明已运用了渗碳工艺。但其时作为个人“手工”的隐秘,不愿外传,因而开展很慢。1863年,英国金相学家和地质学家展现了钢铁在显微镜下的六种不同的金相安排,证明了钢在加热和冷却时,内部会发作安排改动,钢中高温时的相在急冷时改变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德建立的铁的同素异构理论,以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图,为现代热处理工艺始奠定了理论基础。与此一起,人们还研讨了在金属热处理的加热进程中对金属的维护方法,以防止加热进程中金属的氧化和脱碳等。1850~1880年,关于运用各种气体(比如氢气、煤气、一氧化碳等)进行维护加热曾有一系列专利。1889~1890年英国人莱克取得多种金属亮光热处理的专利。二十世纪以来,金属物理的开展和其他新技能的移植运用,使金属热处理工艺得到更大开展。一个显着的进展是1901~1925年,在工业出产中运用转筒炉进行气体渗碳;30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势到达可控,以后又研讨出用二氧化碳红外仪、氧探头号进一步操控炉内气氛碳势的方法;60年代,热处理技能运用了等离子场的作用,开展了离子渗氮、渗碳工艺 ;激光、电子束技能的运用,又使金属取得了新的外表热处理和化学热处理方法。 [1] 
国家规范
热处理方面的现行国家规范
1 GB/T7232-2012金属热处理工艺术语 2013-03-01施行,替代GB/T 7232-1999
2 GB/T8121-2002热处理工艺资料术语 2002-12-01施行,替代GB/T 8121-1987
3 GB/T9452-2003热处理炉有用加热区测定方法 2004-06-01施行,替代GB/T 9452-1988
4 GB/T17031.1-1997纺织品织物在低压下的干热效应第1部分:织物的干热处理程序 1998-05-01施行
5 GB/T7631.14-1998润滑剂和有关产品(L类)的分类第14部分:U组(热处理) 1999-02-01施行
6 GB/Z18718-2002热处理节能技能导则 2002-12-01施行
7 GB15735-2004金属热处理出产进程安全卫生要求2004-11-01施行,替代GB 15735-1995
8 GB/T12603-2005金属热处理工艺分类及代号 2006-01-01施行,替代GB/T 12603-1990
9 GB/T19944-2005热处理出产燃料耗费定额及其核算和测定方法 2006-04-01施行
10 GB/T13324-2006热处理设备术语 2007-04-01施行,替代GB/T 13324-1991
11 GB/T21736-2008节能热处理焚烧加热设备技能条件 2008-11-01施行
12 GB/T10201-2008热处理合理用电导则 2009-01-01施行,替代GB/T 10201-1988
13 GB/T22561-2008真空热处理 2009-06-01施行
14 GB/T22894-2008纸和纸板加快老化在80℃和65%相对湿度条件下的湿热处理 2009-09-01施行
15 GB/T17358-2009热处理出产电耗核算和测定方法 2009-11-01施行
16 GB/T5953.2-2009冷镦钢丝第2部分:非热处理型冷镦钢丝 2010-04-01施行,替代GB/T 5953-1999
17 GB/T5953.1-2009冷镦钢丝第1部分:热处理型冷镦钢丝 2010-04-01施行,替代GB/T 5953-1999
18 GB/T24562-2009燃料热处理炉节能监测 2010-05-01施行
19 GB/T24743-2009技能产品文件钢铁零件热处理表明法 2010-09-01施行
20 GB/T15318-2010热处理电炉节能监测 2011-02-01施行,替代GB/T
21 GB/T25745-2010铸造铝合金热处理 2011-06-01施行
22 GB/T27946-2011热处理作业场所空气中有害物质的限值
23 GB/T27945.1-2011热处理盐浴有害固体废物的办理第1部分:一般办理
24 GB/T27945.2-2011热处理盐浴有害固体废物的办理第2部分:浸出液检测方法
25 GB/T27945.3-2011热处理盐浴有害固体废物的办理第3部分:无害化处理方法
26 GB/T7232-2012金属热处理工艺术语 2012年第24号布告
27 GB/T8121-2012热处理工艺资料术语 2012年第24号布告
28 GB/T9452-2012热处理炉有用加热区测定方法 2012年第24号布告
29 GB/T28909-2012超高强度结构用热处理钢板 2012年第28号布告
30 GB15735-2012金属热处理出产进程安全、卫生要求 2012年第28号布告
31 GB/T28838-2012木质包装热处理作业规范 2012年第28号布告
32 GB/T28992-2012热处理实木地板 2012年第41号布告
33 GB13014-1991钢筋混凝土用余热处理钢筋 1992-03-01施行,替代GB 1499-1984 [1] 
名词解释
热处理
1. 正火:将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的恰当温度坚持必定时刻后在空气中冷却,得到珠光体类安排的热处理工艺。
热处理
热处理
2. 退火nnealing:将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度,保温一段时刻后,随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。3. 固溶处理:将合金加热至高温单相区恒温坚持,使过剩相充沛溶解到固溶体中,然后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺。4. 时效合金经固溶热处理或冷塑性形变后,在室温放置或稍高于室温坚持时,其功能随时刻而改动的现象。5.固溶处理:使合金中各种相充沛溶解,强化固溶体并进步耐性及抗蚀功能,消除应力与软化,以便继续加工成型。6. 时效处理在强化相析出的温度加热并保温,使强化相沉淀析出,得以硬化,进步强度。7. 淬火:将钢奥氏体化后以恰当的冷却速度冷却,使工件在横截面内悉数或必定的范围内发作马氏体等不稳定安排结构改变的热处理工艺。 [1] 
50CrVA弹簧钢880℃淬油金相安排
50CrVA弹簧钢880℃淬油金相安排
8. 回火通过淬火的工件加热到临界点AC1以下的恰当温度坚持必定时刻,随后用符合要求的方法冷却,以取得所需求的安排和功能的热处理工艺。9. 钢的碳氮共渗碳氮共渗是向钢的表层一起进入碳和氮的进程。习惯上碳氮共渗又称为氰化,以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)运用较为广泛。中温气体碳氮共渗的首要意图是进步钢的硬度,耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主,其首要意图是进步钢的耐磨性和抗咬合性。10. 调质(quenching and tempering):一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛运用于各种重要的结构零件,特别是那些在交变负荷下作业的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体安排,它的机械功能均比相同硬度的正火索氏体安排更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺度有关,一般在HB200—350之间。 [1] 
工艺特色修改
金属热处理是机械制作中的重要工艺之一,与其他加工工艺比较,热处理一般不改动工件的形状和全体的化学成分,而是通过改动工件内部的显微安排,或改动工件外表的化学成分,赋予或改进工件的运用功能。其特色是改进工件的内在质量,而这一般不是肉眼所能看到的。
热处理
为使金属工件具有所需求的力学功能、物理功能和化学功能,除合理选用资料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不行少的。钢铁是机械工业中运用最广的资料,钢铁显微安排复杂,能够通过热处理予以操控,所以钢铁的热处理是金属热处理的首要内容。别的,铝、铜、镁、钛等及其合金也都能够通过热处理改动其力学、物理和化学功能,以取得不同的运用功能。 [1] 
热工艺
工艺进程
热处理工艺一般包含加热、保温、冷却三个进程,有时只要加热和冷却两个进程。这些进程互相衔接,不行连续。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法许多,最早是选用木炭和煤作为热源,近而运用液体和气体燃料。电的运用使加热易于操控,且无环境污染。运用这些热源能够直接加热,也能够通过熔融的盐或金,以致起浮粒子进行间接加热。金属加热时,工件暴露在空气中,常常发作氧化、脱碳(即钢铁零件外表碳含量下降),这关于热处理后零件的外表功能有很晦气的影响。因而金属一般应在可控气氛或维护气氛中、熔融盐中和真空中加热,也可用涂料或包装方法进行维护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一,挑选和操控加热温度,是确保热处理质量的首要问题。加热温度随被处理的金属资料和热处理的意图不同而异,但一般都是加热到相变温度以上,以取得高温安排。别的改变需求必定的时刻,因而当金属工件外表到达要求的加热温度时,还须在此温度坚持必定时刻,使内外温度共同,使显微安排改变完全,这段时刻称为保温时刻。选用高能密度加热和外表热处理时,加热速度极快,一般就没有保温时刻,而化学热处理的保温时刻往往较长。 [1] 
热处理
热处理
冷却也是热处理工艺进程中不行缺少的步骤,冷却方法因工艺不同而不同,首要是操控冷却速度。一般退火的冷却速度最慢,正火的冷却速度较快,淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求,例如空硬钢就能够用正火一样的冷却速度进行淬硬。 [1] 
工艺分类
金属热处理工艺大体可分为全体热处理、外表热处理和化学热处理三大类。依据加热介质、加热温度和冷却方法的不同,每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属选用不同的热处理工艺,可取得不同的安排,然后具有不同的功能。钢铁是工业上运用最广的金属,而且钢铁显微安排也最为复杂,因而钢铁热处理工艺品种繁多。全体热处理是对工件全体加热,然后以恰当的速度冷却,取得需求的金相安排,以改动其全体力学功能的金属热处理工艺。钢铁全体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种根本工艺。 [1] 
工艺手法
退火是将工件加热到恰当温度,依据资料和工件尺度选用不同的保温时刻,然后进行缓慢冷却,意图是使金属内部安排到达或接近平衡状况,取得良好的工艺功能和运用功能,或许为进一步淬火作安排准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却,正火的作用同退火类似,仅仅得到的安排更细,常用于改进资料的切削功能,也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后,在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却。淬火后钢件变硬,但一起变脆,为了及时消除脆性,一般需求及时回火。为了下降钢件的脆性,将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一恰当温度进行长时刻的保温,再进行冷却,这种工艺称为回火。 [1] 
热处理
热处理
退火、正火、淬火、回火是全体热处理中的“四把火”,其间的淬火与回火关系密切,常常合作运用,缺一不行。“四把火”跟着加热温度和冷却方法的不同,又演变出不同的热处理工艺。为了取得必定的强度和耐性,把淬火和高温回火结合起来的工艺,称为调质。某些合金淬火构成过饱和固溶体后,将其置于室温或稍高的恰当温度下坚持较长时刻,以进步合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有用而紧密地结合起来进行,使工件取得很好的强度、耐性合作的方法称为形变热处理;在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理,它不仅能使工件不氧化,不脱碳,坚持处理后工件外表光洁,进步工件的功能,还能够通入渗剂进行化学热处理。外表热处理是只加热工件表层,以改动其表层力学功能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部,运用的热源须具有高的能量密度,即在单位面积的工件上给予较大的热能,使工件表层或部分能短时或瞬时到达高温。外表热处理的首要方法有火焰淬火和感应加热热处理,常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。化学热处理是通过改动工件表层化学成分、安排和功能的金属热处理工艺。化学热处理与外表热处理不同之处是前者改动了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、盐类介质或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热,保温较长时刻,然后使工件表层进入碳、氮、硼和铬等元素。进入元素后,有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的首要方法有渗碳、渗氮、渗金属。热处理是机械零件和工模具制作进程中的重要工序之一。大体来说,它能够确保和进步工件的各种功能 ,如耐磨、耐腐蚀等。还能够改进毛坯的安排和应力状况,以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁通过长时刻退火处理能够取得可锻铸铁,进步塑性 ;齿轮选用正确的热处理工艺,运用寿数能够比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地进步;别的,价廉的碳钢通过进入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢功能,能够替代某些耐热钢、不锈钢;工模具则简直悉数需求通过热处理方可运用。 [1] 
真空方法
由于金属工件的加热、冷却等操作,需求十几个甚至几十个动作来完结。这些动作内在真空热处理炉内进行,操作人员无法接近,因而对真空热处理电炉的自动化程度的要求较高。一起,有些动作,如加热保温完毕后,金属工件进行淬火工序须六、七个动作并且要在15秒钟以内完结。这样灵敏的条件来完结许多动作,很容易构成操作人员的严峻而构成误操作。因而,只要较高的自动化才能准确、及时按程序协调。金属零件进行真空热处理均在密闭的真空炉内进行,严格的真空密封众所周知。因而,取得和坚持炉子原定的漏气率,确保真空炉的作业真空度,对确保零件真空热处理的质量有着非常首要的意义。所以真空热处理炉的一个关键问题,就是要有可靠的真空密封结构。为了确保真空炉的真空功能,真空热处理炉结构设计中有必要道循一个根本原则,就是炉体要选用气密焊接,一起在炉体上尽量少开或许不开孔,少选用或许防止选用动密封结构,以尽量削减真空走漏的机遇。安装在真空炉体上的部件、附件等如水冷电极、热电偶导出设备也都有必要设计密封结构。大部分加热与隔热资料只能在真空状况下运用。真空热处理炉的加热与隔热衬料是在真空与高温下作业的,因而对这些资料提出了耐高温,辐射成果好,导热系数小等要求。对立氧化功能要求不高。所以,真空热处理炉广泛选用了钽、钨、钼和石墨等作加热与隔热构料。这些资料在大气状况下极易氧化,因而,一般热处理炉不能选用这些加热与隔热资料。水冷设备:真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件、水冷电极、中间真空隔抢手等部件,均在真空、受热状况下作业。在这种极为晦气的条件下作业,有必要确保各部件的结构不变形、不损坏,真空密封圈不过热、不焚毁。因而,各部件应该依据不同的情况设置水冷设备,以确保真空热处理炉能够正常运转并有满足的运用寿数。选用低电压大电流:真空容器内,当真空空度为几托一lxlo-1托的范围内时,真空容器内的通电导体在较高的电压下,会发生辉光放电现象。在真空热处理炉内,严峻的弧光放电 会焚毁电热元件、隔热层等,构成重大事故和损失。因而,真空热处理炉的电热元件的作业电压一般都不超越80一100伏。一起在电热元件结构设计时要采纳有用方法,如尽量防止有顶级的部件,电极间的间距不能太小,以防止辉光放电或许弧光放电的发生。 [1] 
子工艺
退火 热处理硫化 热处理硬化 热处理消除应力 热处理 [1] 
外表淬火
外表淬火回火热处理一般用感应加热或火焰加热的方法进行。首要技能参数是外表硬度、部分硬度和有用硬化层深度。硬度检测可选用维氏硬度计,也可选用洛氏或外表洛氏硬度计。实验力(标尺)的挑选与有用硬化层深度和工件外表硬度有关。这里涉及到三种硬度计。一、维氏硬度计是测验热处理工件外表硬度的重要手法,它可选用0.5~100kg的实验力,测验薄至0.05mm厚的外表硬化层,它的精度是的,可分辨出热处理工件外表硬度的细小差别。别的,有用硬化层深度也要由维氏硬度计来检测,所以,关于进行外表热处理加工或大量运用外表热处理工件的单位,装备一台维氏硬度计是有必要的。二、外表洛氏硬度计也是非常适于测验外表淬火工件硬度的,外表洛氏硬度计有三种标尺能够挑选。能够测验有用硬化深度超越0.1mm的各种外表硬化工件。虽然外表洛氏硬度计的精度没有维氏硬度计高,可是作为热处理工厂质量办理和合格检查的检测手法,现已能够满足要求。何况它还具有操作简略、运用便利、价格较低,丈量迅速、可直接读取硬度值等特色,运用外表洛氏硬度计可对成批的外表热处理工件进行快速无损的逐件检测。这一点关于金属加工和机械制作工厂具有重要意义。三、当外表热处理硬化层较厚时,也可选用洛氏硬度计。当热处理硬化层厚度在0.4~0.8mm时,可选用HRA标尺,当硬化层厚度超越0.8mm时,可选用HRC标尺。维氏、洛氏和外表洛氏三种硬度值能够便利地进行彼此换算,转换成规范、图纸或用户需求的硬度值。相应的换算表在国际规范ISO、美国规范ASTM和我国规范GB/T中都已给出。 [1] 
部分淬火修改
零件假如部分硬度要求较高,可用感应加热等方法进行部分淬火热处理,这样的零件一般要在图纸上标出部分淬火热处理的位置和部分硬度值。零件的硬度检测要在指定区域内进行。硬度检测仪器可选用洛氏硬度计,测验HRC硬度值,如热处理硬化层较浅,可选用外表洛氏硬度计,测验HRN硬度值。 [1] 
化学热处理
化学热处理是使工件外表进入一种或几种化学元素的原子,然后改动工件外表的化学成分、安排和功能。经淬火和低温回火后,工件外表具有高的硬度、耐磨性和触摸疲劳强度,而工件的芯部又具有高的强耐性。 [1] 
温度压力
依据以上所说的内容,在热处理进程中对温度的检测和记载非常重要,温度操控得不好对产品的影响非常大。所以,温度的检测非常重要,在整个进程的温度改动趋势也显得非常重要,导致在热处理的进程中有必要对温度的改动进行记载,能够便利以后进行数据剖析,也能够检查到底是哪段时刻温度没有到达要求。这样对以后的热处理进行改进起到非常大的作用。 [1] 
操作规程
1、清理好操作场地,检查电源、丈量外表和各种开关是否正常,水源是否晓畅。2、操作人员应穿戴好劳保防护用品,不然会有危险。3、敞开操控电源全能转换开关,依据设备技能要求分级段升、降温,延长设备寿数和设备完好。4、要注意热处理炉的炉温和网带调速,能把握对不同资料所需的温度规范,确保工件硬度及外表平直度和氧化层,并仔细做好安全作业。5、要注意回火炉的炉温和网带调速,敞开排风,使工件经回火后到达质量要求。6、在作业中应坚守岗位。7、要装备必要的消防器具,并熟识运用及保养方法。8、停机时,要检查各操控开关均处于封闭状况后,封闭全能转换开关。 [1] 
常见问题
过热从轴承零件粗糙口上可调查到淬火后的显微安排过热。但要确切判断其过热的程度有必要调查显微安排。若在GCr15钢的淬火安排中出现粗针状马氏体,则为淬火过热安排。构成原因可能是淬火加热温度过高或加热保温时刻太长构成的全面过热;也可能是因原始安排带状碳化物严峻,在两带之间的低碳区构成部分马氏体针状粗大,构成的部分过热。过热安排中残留奥氏体增多,尺度稳定性下降。由于淬火安排过热,钢的晶体粗大,会导致零件的耐性下降,抗冲击功能下降,轴承的寿数也下降。过热严峻甚至会构成淬火裂纹。欠热淬火温度偏低或冷却不良则会在显微安排中发生超越规范规定的托氏体安排,称为欠热安排,它使硬度下降,耐磨性急剧下降,影响托辊配件轴承寿数。淬火裂纹高或冷却太急,热应力和金属质量体积改动时的安排应力大于钢材的抗断裂强度;作业外表的原有缺点(如外表微细裂纹或划痕)或是钢材内部缺点(如夹渣、严峻的非金属夹杂物、白点、缩孔剩余等)在淬火时构成应力集中;严峻的外表脱碳和碳化物偏析;零件淬火后回火缺乏或未及时回火;前面工序构成的冷冲应力过大、锻造折叠、深的车削刀痕、油沟尖锐棱角等。总归,构成淬火裂纹的原因可能是上述要素的一种或多种,内应力的存在是构成淬火裂纹的首要原因。淬火裂纹深而细长,断口平直,破断面无氧化色。它在轴承套圈上往往是纵向的平直裂纹或环形开裂;在轴承钢球上的形状有S形、T形或环型。淬火裂纹的安排特征是裂纹两边无脱碳现象,显着差异与锻造裂纹和资料裂纹。热处理变形NACHI轴承零件在热处理时,存在有热应力和安排应力,这种内应力能彼此叠加或部分抵消,是复杂多变的,由于它能跟着加热温度、加热速度、冷却方法、冷却速度、零件形状和巨细的改动而改动,所以热处理变形是不免的。知道和把握它的改动规律能够使轴承零件的变形(如套圈的椭圆、尺度涨大等)置于可控的范围,有利于出产的进行。当然在热处理进程中的机械碰撞也会使零件发生变形,但这种变形是能够用改进操作加以削减和防止的。外表脱碳轴承零件在热处理进程中,假如是在氧化性介质中加热,外表会发作氧化作用使零件外表碳的质量分数减,构成外表脱碳。外表脱碳层的深度超越最后加工的留量就会使零件报废。外表脱碳层深度的测定在金相查验中可用金相法和显微硬度法。以外表层显微硬度分布曲线丈量法为准,可做仲裁判据。软点加热缺乏,冷却不良,淬火操作不妥等原因构成的托辊轴承零件外表部分硬度不够的现象称为淬火软点。它象外表脱碳一样能够构成外表耐磨性和疲劳强度的严峻下降。

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