金屬熱處理工藝
金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻,通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的工藝方法。
金屬組織
金屬:具有不透明、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小,富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體(即晶體)。
合金:一種金屬元素與另外一種或幾種元素,通過熔化或其他方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。
相:合金中同一化學(xué)成分、同一聚集狀態(tài),并以界面相互分開的各個(gè)均勻組成部分。
固溶體:是一個(gè)(或幾個(gè))組元的原子(化合物)溶入另一個(gè)組元的晶格中,而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體,固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。
固溶強(qiáng)化:由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn),使晶格發(fā)生畸變,使固溶體硬度和強(qiáng)度升高,這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。
金屬化合物:合金的組元間以一定比例發(fā)生相互作用兒生成的一種新相,通常能以化學(xué)式表示其組成。
機(jī)械混合物:由兩種相或兩種以上的相機(jī)械的混合在一起而得到的多相集合體。 鐵素體:碳在a-Fe(體心立方結(jié)構(gòu)的鐵)中的間隙固溶體。 奧氏體:碳在g-Fe(面心立方結(jié)構(gòu)的鐵)中的間隙固溶體。
滲碳體:碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物(Fe3c)。
珠光體:鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物(F+Fe3c 含碳0.77%)
高溫萊氏體:滲碳體和奧氏體組成的機(jī)械混合物(含碳4.3%)
金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一,與其它加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分,而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織,或改變工件表面的化學(xué)成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量,而這一般不是肉眼所能看到的。
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程,有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互相銜接,不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多,早是采用木炭和煤作為熱源,進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制,且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱,也可以通過熔融的鹽或金屬,以至浮動粒子進(jìn)行間接加熱。
金屬加熱時(shí),工件暴露在空氣中,常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一,選擇和控制加熱溫度 ,是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間,因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí),還須在此溫度保持一定時(shí)間,使內(nèi)外溫度一致,使顯微組織轉(zhuǎn)變完全,這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí),加熱速度極快,一般就沒有保溫時(shí)間,而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長。
冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求,例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。
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(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區(qū)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(yè)上應(yīng)用廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也為復(fù)雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多
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