钢材-热处理相关.doc

退火-淬火-回火 一退火的种类 1 完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 2 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 3 去应力退火 去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 二淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 三钢回火的目的 1 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。 3 稳定工件尺寸 4 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。炉温自动控制-是指根据炉温对给定温度的偏差，自动接通或断开供给炉子的热源能量，或连续改变热源能量的大小，使炉温稳定有给定温度范围，以满足热处理工艺的需要。 热处理温度自动控制常用调节规律有二位式、三位式、比例、比例积分和比例积分微分等几种。1)二位式调节-它只有开、关两种状态，当炉温低于限给定值时执行器全开；当炉温高于给定值时执行器全闭。（执行器一般选用接触器） 2）三位式调节-它有上下限两个给定值，当炉温低于下限给定值时招待器全开；当炉温在上、下限给定值之间时执行器部分开启；当炉温超过上限给定值时执行器全闭。（如管状加热器为加热元件时，可采用三位式调节实现加热与保温功率的不同）3）比例调节（P调节）-调节器的输出信号（M）和偏差输入（e）成比例。即：M=ke式中：K-比例系数比例调节器的输入、输出量之间任何时刻都存在-对应的比例关系，因此炉温变化经比例调节达到平衡时，炉温不能加复到给定值时的偏差-称“静差”4）比例积分（PI）调节-为了“静差”，在比例调节中添加积分（I）调节积分，调节是指调节器的输出信号与偏差存在随时间的增长而增强，直到偏差消除才无输出信号，故能消除“静差”比例调节和积分调节的组合称为比例积分调节.5)比例积分微分（PID）调节-比例积分调节会使调节过程增长，温度的波动幅值增大，为此再引入微分（D）调节。微分调节是指调节器的输出与偏差对时间的微分成比例，微分调节器在温度有变化“苗头”时就有调节信号输出，变化速度越快、输出信号越强，故能加快调节速度，降低温度波动幅度，比例调节、积分调节和微分调节的组合称为比例积分微分调节。（一般采用晶闸管调节器为执行器）温度显示调节仪的分类表种类典型产品工作温度精度等级特点磁电式比例计、动圈式仪表磁电原理1.0-1.5结构简单、成本低、体积小、灵敏电子平衡仪自动电子电位差计自动平衡电桥自动平衡原理0.5灵敏度、使用和维修方便、品种多、用途广泛、体积大、价格较贵电子式简易电子调节仪1.0全电子式、使用范围广、结构简单、动作可靠、价格便宜微处理机式数显智能仪、可编著程序控制器0.1-0.5灵敏度高、用途广 、元件成集成与模块方式、价格较贵电炉常用热电偶的材料要求 1.耐高温-热电偶的测温范围主要取决于热电极的高温性能，也就是说，在高温介质中，热电极的物理化学性能 越稳定，则由它组成的热电偶的测温范围就越宽。 2.再显性好-用相同的两种热电极材料的热电偶，要求它们的电热性能相而而稳定， 这样能使热电偶成批生产，并有很好的互换性； 3.灵敏度高，线性好-要求电偶所产生的温差热电势足够大，并与温度呈线性关系； 4.要求热电有为材料除能满足上述几点要求外，并希望它的电阻系数和电阻温度系数尽可能地小，且其价格便宜、货源充足。 电炉用热电偶，使用时应根据要求进行合理选择。目前常用的热电偶有以下几种， 1)铂铑铂热电偶其分度号为S，正极是90铂和10铑的合金，负极为纯铂丝。 这种热电偶的优点是能容易制备纯度极高的铂铑合金，因此便于复制，且测温精度高，可作为国际实用温标中630.741064.43范围内的基准热电偶。其物理化学稳定性高，宜在氧化性和中性气氛中使用；它的熔点较高，故测温上限亦高。在工业测量中一般用它测量1000以上的温度，在1300以下可长期连续使用，短期测温可达1600。 铂铑铂热电偶的缺点是价格昂贵，热电势小，在还原性气体、金属蒸气、金属氧化物及氧化硅和氧化硫等气氛中使用时会很快受到沾污而变质，故在这些气氛中使用它他须加保护套管，另外，这种热电偶的热电性能的非线性较大，在高温下其热电极会升华，使铑分子渗透到铂极中去沾污它，导致热电势不稳定。 2镍铬镍硅热电偶其分度号为K，正极成分是910铬、0.4硅，其余为镍，负极成分为2.53硅，0.6铬，其余为镍。 这类热电偶的优点是有较强的抗氧化性和抗腐蚀性，其他学稳定性好，热电势较大，热电势与温度问的线性关系好，其热电极材料的价格便宜，可在1000以下长期连续使用，短期测温可达1300。 镍铬镍硅热电偶的缺点是在500以上的温度中和在还原性介质中，以及在硫及化物气氛中使用时很容易被腐蚀，所以，在这些气氛中工作时必须加保护套管，另化它的测温精度也低于铂铑铂热电偶。 3镍铬考铜热电偶文分度号为E，正极镍铬成分为910铬，04硅，其余为镍；负极考铜万分为56铜和44镍。 镍铬考铜热电偶的最大优点是热电势大，价格便宜。这种热电偶的缺点是不能用来测高温，其测温上限为800，长期使用时，只限600以下，另外，由于考铜合金易受氧化而变质，使用时必须加装保护套管。 4铂铑30铂铑6热电偶简称为双铂铑热电偶，分度号为B。该热电偶的正负极都是铂铑合金，仅仅是合金含量比例不同而巳，正极含铑30%，负极含铑为6%，双铂铑 热电偶的抗沾污能力强，在测温1800温度时仍有很好的稳定性。其测温精度较高，适用于氧化性、中性介质，可以长期连续测量14001600的高温，短期测量可达1800。 双铂铑热电偶的灵敏度较低，使用时应配灵敏度较高的显示仪表。 在室温时温度对热电势的影响极小，故使用时一般不需要进行温度补偿。 5铜 /康铜热电偶-其分度号为T，正极为铜，负极为60%铜/40%镍的合金。 其优点是测温灵敏度较高，热电极容易复制，价格便宜，低温性能好，可测量200低温。但其成分铜易氧化，因此一般测温上限不超过300：回火的种类及目的回火操作一般可分三类：即高温回火，指温度在A1线以下至500范围内的回火；中温回火，指温度在250一500范围内的回火；低温回火，指温度在250以下的回火。 高温回火的目的是为了获得回火索氏体或珠光体为主的组织，以得到良好的综合机械性能(既有较高的硬度、强度，又有较好的塑性、韧性)。所以高温回火常作为调质工序，(即淬火加高温回火)此外也可用于不淬火状态下的零件，以消除应力，预防变形的处理，如焊接结构件消除焊接应力的处理。高温回火还作为表面淬火返工处理的中间工序，以消除应力，降低硬度，代替退火工序。高温回火用在正火后，则常常是为了降低硬度、改善切削加工性能。高温回火还可以用来作复杂零件和高合金钢制造的零件在热处理前(包括渗碳等)的预处理工序。 中温回火能保证零件有较高的弹性极限和抗疲劳强度，这时零件的金相组织是回火屈氏体或回火索氏体。根据这种特性，中温回火常用于弹簧、高强度齿轮、锤扦、模具、高车(俗称天车、行车)车轮及其它车轮踏面的热处理。 低温回火所得到的组织是回火马氏体或回火马氏体加回火屈氏体。一般说来，这种回火不降低或少降低硬度，它的目的主要是为了消除应力，故对于要求高硬度、高耐磨性的零件如高速齿轮、铀承等零件都采用这种回火。钢的热处理概述 提高钢材性能的主要途径有二：一是在钢中特意加入一些合金元素，即用合金化的措施来提高钢材的性能，另一措施就是对钢进行热处理。 钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺。 通过热处理可以充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能，减轻工件的重量，节约材料，降低成本，还能延长工件的使用寿命。 根据加热和冷却方法的不同，热处理方法大致分类如下： 一 普通热处理 1 退火 2 正火 3 淬火 4 回火 二 表面热处理 1 表面淬火 A 感应加热淬火 B 火焰加热淬火 2 化学热处理 A 渗碳 B 氮化 C 碳氮共渗及其他 热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的。正火和退火区别正火和退火主要有四个区别： (1)正火的温度较高,退火的温度较低. (2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快. (3)使用效果不同，在渗碳处理以后，正火能消除网状渗碳体，退火则不能.对含碳量在025X以下的， 正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火却做不到。 (4)正火的周期短，操作方便；退火的周期长，操作较麻烦(指需要控制一定的冷却速度)。淬火后的零件为何要回火淬火后的马氏体加残余奥氏体组织，是一种不稳定的组织，如果碰到适宜的条件，会随时发生转变，引起零件形状和尺寸的变化，这对机械零件配合的要求(一般情况下，淬火部位大多数是配合面)来说是不允许的。因为不管什么零件，一旦成形后，我们总希望它尺寸稳定。 零件淬火后有较大的热应力和组织应力存在，如果不及时消除这些应力，就会进一步扩展；而这种应力又往往分布在尖角、缺口、孔眼等部位，形成应力集中。应力的集中和扩展，会使零件变形和开裂，所以应当及时消除应力。 有部分零件需要通过热处理来提高它的机械性能，如强度、韧性等，使它在运转过程中具有一定的抗力，以保证较长的使用寿命。这样的热处理往往安排在粗加工之后。 要满足零件机械性能的要求，使它有良好的切削加工性能，还必须把淬火后得到的含碳过饱和的马氏体作回火处理，使碳原子析出形成粒状的渗碳体，从而得到回火索氏体或回火屈氏体等组织。 综上所述，为了稳定组织，稳定尺寸，及时消除内应力，避免变形和裂纹的产生；为了调整组织，使零件具有良好的加工性能和使用性能，就必须将淬火后的零件及时地进行回火。一般规定：主要件、重要件、复杂件在淬火后两小时内必须进行回火；而一般件、普通件淬火与回火的间隔时间也不允许超过四小时。真空热处理炉的特点(1)严格的真空密封：众历周知，金属零件进行真空热处理均在密闭的真空炉内进行，因此，获得和维持炉子原定的漏气率，保证真空炉的工作真空度，对确保零件真空热处理的质量有着非常重要的意义。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。为了保证真空炉的真空性能，在真空热处理炉结构设计中必须道循一个基本原则，就是炉体要采用气密焊接，同时在炉体上尽量少开或者不开孔，少采用或者避免采用动密封结构，以尽量减少真空泄漏的机会。安装在真空炉体上的部件、附件等如水冷电极、热电偶导出装置也都必须设计密封结构。 (2)大部分加热与隔热材料只能在真空状态下使用：真空热处理炉的加热与隔热衬料是在真空与高温下工作的，因而对这些材料提出了耐高温，蒸汽压低，辐射效果好，导热系数小等要求。对抗氧化性能要求不高。所以，真空热处理炉广泛采用了钽、钨、钼和石墨等作加热与隔热构料。这些材料在大气状态下极易氧化，因此，常规热处理炉不能采用这些加热与隔热材料。 (3)水冷装置，真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件导别处置(水冷电极)、中间真空隔热门等部件，均在真空、受热状态下工作。在这种极为不利的条件下工作，必须保证各部件的结构不变形、不损坏，真空密封圈不过热、不烧毁。因此，各部件应该根据不同的情况设置水冷装置，以保证真空热处理炉能够正常运行并有足够的使用寿命。 (4)采用低电压大电流：在真空容器内，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，会产生辉光放电现象。在真空热处理炉内，严重的会产生弧光放电，烧毁电热元件、隔热层等，造成重大事故和损失。因此，真空热处理炉的电热元件的工作电压，一般都不超过80一100伏。同时在电热元件结构设计时要采取有效措施，如尽量避免有尖端的部件，电极间的间距不能太小窄，以防止辉光放电或者弧光放电的发生。 (5)自动化程度高：真空热处理炉的自动化程度之所以较高，是因为金属工件的加热、冷却等操作，需要十几个甚至几十个动作来完成。这些动作内在真空热处理炉内进行，操作人员无法接近。同时，有些动作如加热保温结束后，金属工件进行淬火工序须六、六个动作并且要在15秒钟以内完成。在这样迅速的条件来完成许多动作，是很容易造成操作人员的紧张而构成误操作。因此，只有较高的目动化才能准确、及时按程序协调动。最高真空真空技术应用广泛，许多现代仪器，如电子显微镜、加速器、质谱仪等必须依靠高真空的获得来有效地工作，不少工艺过程也少不了真空技术，如电子管的制造、半导体的提纯、单晶的制备以及有机合成等。 一般称压强大于10-3乇（真空度的单位， 乇=1毫米汞柱的压强）的低压空间为低真空，10-3-10-8乇的称为高真空，小于10-8乇的称为超高真空。利用不同类型的真空泵可获得不同的真空度。例如，利用机械泵可获得10-1一10-4乇；利用扩散泵可获得较高的真空，一般可达10-6一10-7乇；利用离子泵，可获得超高真空，达10-8乇或更低的气压。还有一种低温泵，它是利用极低温度使气体冷凝，然后把冷凝的气体从系统里除去。这种泵工作的范围是10-3乇到10-10乇以下。它有一冷凝气体的低温表面，大多数低温泵是用氦来冷却低温表面的。扩散泵、离子泵等都不能直接抽除一个大气压的气体，必须在机械泵作用后达10-3乇真空时才能开始工作。因此机械泵又称“前级泵”。 目前世界上人工获得的最高真空是10-14乇的数量级。这一纪录是由沃森研究中心的J汤姆逊于1976年10月在国际商用机械公司创造的。所使用的低温系统的温度可降到一269（452F）。为对10-14乇的真空度有些感性认识，可打个比方。设气体分子如棒球大小，则在标准大气压下分子之间的距离为1码。当真空度达10-14乇时，由于分子数的减少，使分子之间的距离变为50英里。这与星际空间的压力不相上下。在海平面上，大气中每立方厘米有31019个分子，而在星际空间中或许每立方厘米还不到10个分子。因此，在10-14乇的超高真空里每立方厘米找不到10个分子！真空度的计量单位及其沿革真空是指低于1标准大气压的气态空间，建立这样一个气态环境，并在该环境中工艺制作、测量分析和科学试验等工作所需的理论及技术称之谓“真空科学与技术”。为保证真空科学与技术的发展和交流。准确、合理地选择和使用有关的计量单位，并实现国际间单位制的统一，是一个十分重要的方面。 用来标志量或数的大小的指标统称为单位，而标志可测量大小的单位称为计量单位。计量单位是一个有明确定义和名称，并有一个命其数值为1的固定量。由于真空技术这门学科发展的历史因素，表示“真空度”这样一个特征量的计量单位就经历了多种变化单位名称可称得上五花八门，单位之间的换算繁琐不堪，有意或无意地变成了阻碍真空技术发展和交流的人为因素。为此，在当代科学技术的条件下，需要对“真空度”的计量单位给以一个科学、合理的定义，并通过国家法令形式予以肯定被提上了议事日程。 人所共知，真空的发现始于1643年，当意大利的物理学家托里拆里( ETorricelli 16081647)将一端密封的长玻璃管注满了汞并倒置于盛有汞的槽里时，发现了汞柱顶端的空间即是真空。这也同时首先使人们知道我们人类竟居住在一个充满大气压力的环境空间之中！而大气的压力正等于高度为760毫米汞柱的重量。因此，人们最初就选用毫米汞柱(mmHg)这一奇特的“长度”单位来表示真空的程度，并一直沿袭使用下去，至今我们仍可在许多老式的真空仪表上看到它的存在。 随着科学技术的不断进步，人类对客观世界认识的不断深化，人们认识到所谓“真空度”实质上与气体压力是同一物理概念。真空度越高，即气体压力越小；反之真空度越低，即气体压力越大。真空度的上限就是一个标准大气压，即760毫米汞柱。l标准大气压又称物理大气压，指的是地球大气层的大气在海平面上的压力。其定义为在标准重力加速度 g=980.665厘米/秒2，温度T=273 K，760毫米高的汞所施加的压力。若把 273K下汞密度定义为13.59509克/厘米3，则该数值相当于101325牛顿/米2。真空泵的选择真空泵的作用就是从真空室中抽除气体分子，降低真空室内的气体压力，使之达到要求的真空度。概括地讲从大气到极高真空有一个很大的范围，至今为止还没有一种真空系统能覆盖这个范围。因此，为达到不同产品的工艺指标、工作效率和设备工作寿命要求、不同的真空区段需要选择不同的真空系统配置。为达到最佳配置，选择真空系统时，应考虑下述各点： 确定工作真空范围: -首先必须检查确定每一种工艺要求的真空度。因为每一种工艺都有其适应的真空度范围，必须认真研究确定之。 确定极限真空度 -在确定了工艺要求的真空度的基础上检查真空泵系统的极限真空度，因为系统的极限真空度决定了系统的最佳工作真空度。一般来讲，系统的极限真空度比系统的工作真空度低20%，比前级泵的极限真空度低50%。 被抽气体种类与抽气量 检查确定工艺要求的抽气种类与抽气量。因为如果被抽气体种类与泵内液体发生反应，泵系统将被污染。同时必须考虑确定合适的排气时间与抽气过程中产生的气体量。 真空容积 检查确定达到要求的真空度所需要的时间、真空管道的流阻与泄漏。 考虑达到要求真空度后在一定工艺要求条件下维持真空需要的抽气速率。 主真空泵的选择计算 S=2.303V/tLog(P1/P2) 其中： S为真空泵抽气速率(L/s) V为真空室容积（L） t为达到要求真空度所需时间(s) P1为初始真空度(Torr) P2为要求真空度(Torr) 例如： V=500L t=30s P1=760Torr P2=50Torr 则: S=2.303V/t Log(P1/P2) =2.303x500/30xLog(760/50) =35.4L/s 当然上式只是理论计算结果，还有若干变量因素未考虑进去，如管道流阻、泄漏、过滤器的流阻、被抽气体温度等。实际上还应当将安全系数考虑在内。 化学热处理的三个基本过程任何一种化学热处理，都是将工件放在能供给钢件表面所需渗入元素原子(例如渗碳时的碳原子)的固体、液 体或气体介质中进行加热，其基本过程是： (1)介质被加热并分解出渗入元素的活性原子，工件同时也被加热。 (2)活性原子被钢件表面吸收，并溶入工件表面。如渗碳时碳原子溶入奥氏体；氮化时氮原子溶入铁索体(有些化学热处理如氮化，还可形成化合物)。 (3)渗入原子继续由表层向内扩散，形成一定的扩散层。 上述三个基本过程可简述为，分解、吸收、扩散。任何化学热处理都包括这三个基本过程，其中扩散过程是化学热处理的基础。表面热