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文档简介

1,第二章 金属的加热,2,第一节 金属加热的物理过程,三种传热方式 传导:加热介质与加热工件表面接触时,或受热工件表面与心部之间、受热工件的某一部位与未受热部分之间发生的热量传输 对流:依靠液态或气态加热介质的分子相对运动形成的热量传输(600700以下) 辐射:通过加热体在高温下产生的电磁波来传递能量的现象(700,无需介质),3,加热方式与加热介质,4,真空加热,加热速度缓慢 截面温差小、应力、变形小 充入惰性气体强制循环;预热升温 氧化作用被抑制 表面净化 脱气作用 蒸发现象,5,第二节 影响加热因素,加热介质,6,钢件成分,单位/s,7,钢件形状,有效受热表面积与其体积之比(Fv)并不相同,8,第三节 确定加热规范的一般原则,加热的温度(T),基本依据:材料相变的临界点,钢的临界温度铁碳相 图中PSK、GS、ES线 分别用A1、A3、Acm 表示。 由于实际加热或冷却时存在过冷或过热现象,因此,将钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示,冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示,9,综合考虑因素,热处理工艺目的 零件尺寸 零件加工过程,10,加热速度选择,塑性高的钢材加热速度可大一些,反之,脆性大的钢材 加热速度应相对减小,导热性差的钢(如高铬钢、高速钢等)应采用较小的加热速度,对大尺寸工件应采用较小的加热速度,形状复杂截面相差悬殊的工件加热速度宣小一些,若加热前工件存在有较大的残余应力,当加热产生的热应力 与内应力方向一致时易导致变形开裂,故加热速度应小一些,固体渗碳、退火等工艺,由于工艺本身及设备特点的限 制,常不采用快速加热,钢中严重偏析、夹杂物,可造成组织不均匀,致使钢中各部 位导热不一致,尤其是大块与尖角状夹杂物,其尖端处正是 热应力集中所在,极易引起开裂,所以对这种钢件应缓慢加 热,11,加热方法选择,冷炉装料,1)装炉量较多,考虑装炉方便; (2)工件装炉前存在较大的内应 力,如铸件、冷变形件, (3)冶炼质量不高(含有大量夹杂 物)的钢及灰口铸铁件, (4)形状复杂的高合金钢件; (5)大型铸锻件。,12,到温装炉,这种加热的特点是操作方便,加热速度较大,截面温差也较大。这是退火、正火、淬火等常 用热处理工艺普遍应用的一种加热方法,13,高温装炉,1)锻件退火、正火 (2)碳钢、低合金钢锻件、小型工件淬火,14,低温装炉(600 )或经预热,(1)热处理温度较低的工件,如施行退火的铸铁件、焊接结构、机加工件 (2)在钢弹性区的应力远低于抗拉强度,可保证不产生裂纹的工件,如大型铸锻件、淬火 不合格返修件 (3)经过预热的工件,可缩短高温加热时间,以减少高温氧化、脱碳程度并降低热应力,如截面大的高合金钢工具和高速钢件等,15,加热时间,定义: 升 透 保,16,17,加热时间的计算 厚件可用传热学、有效元分析 薄件可用经验公式估算 薄件:T炉400,d300mm; T炉800,d200mm; T炉1000,d100mm; 加热KW(W:几何因素),18,工件形状与几何因素W的关系,注:D-外径;D1-周径(多角形内切圆周直径);B-正方体棱柱高及板厚;d-内径;L-长度;L1-加热区长度;a-板厚,19,加热a*H,a:加热系数(s/mm); H:有效厚度(mm),20,21,第四节 钢铁在加热时的缺陷,氧化:钢的表面金属与加热介质中的氧、氧化性气体、氧化性杂质相互作用形成金属氧化物层的过程,腐蚀,2Fe+O22FeO Fe+CO2CO+FeO Fe+H2OH2+FeO,氧化层结构 570:Fe2O3|Fe3O4|基体 570: Fe2O3|Fe3O4 |FeO|基体,22,对性能的影响 降低表面光洁度 出现淬火软点 影响因素 加热温度、加热时间、氧化气氛 氧化速度 加入Cr、Al、Si等形成致密氧化物可提高 抗氧化能力,23,脱碳:工件在加热过程中表层的碳与介质中的脱碳气体(O2、H2、CO2、H2O)相互作用而烧损的现象,2(C)+O22CO (C)+CO22CO (C)+H2OCO+ H2 ()+2H2CH4,组织结构 全脱碳层:全部晶粒 半脱碳层:表面C%平均C%,24,25,对性能的影响 机械性能下降(强度、硬度、耐磨性) 脱碳层具有残余拉应力,易出现淬火裂纹 影响因素 化学成分、加热温度、加热时间、介质,26,内氧化:在工件内部沿晶界形成氧化物相或脱碳区的现象,27,生铁肿胀:铸件在氧化性介质中加热时,沿表层下晶界及石墨夹杂迅速发生氧化,从而导致体积增大的现象,28,氧化与脱碳的控制,装箱法:用氧化铝粉、木炭、铸铁屑等作为充填剂,将工件进行装箱加热。 在可控气氛中无氧化加热 敞焰少无氧化加热 在熔融浴炉中无氧化加热 在真空中无氧化加热 防氧化涂层,29,过烧,产生在高温扩散退火或高速钢淬火,特征是在粗大晶粒的晶界上出现局部熔化或氧化现象,W18Cr4V的过烧组织,由于加热温度过高,以至晶界局部融化,产生鱼骨状的莱氏体共晶组织。,第五节加热温度不适当导致的热处理缺陷,30,过热,

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