热处理对金属材料之影响.ppt

熱處理對金屬材料之影響 班級 自控四甲姓名 羅仁宏學號 49512044 熱處理是鋼鐵材料改善體質或表面改質不可或缺的熱操作 任何狀態的鋼鐵材料都經過熱處理 所謂熱處理 就是金屬在加熱過程中會產生熱應變 所以熱處理簡單來說就是利用該金屬在不同溫度下會產生不同熱應變的特性 使其在某一溫度下的產生永久性的熱應變 以改變原來的金屬特性 符合設計需求 Fe C平衡圖 熱處理方法的種類 一般熱處理 退火目的於使鋼軟化 調整結晶組織 除去內部應力 退火方法 一 完全退火目的在調整結晶組織 完全軟化 把鋼加熱到A3變態點以上50 的高溫後 爐冷 約100 h以下 但未必要完全爐冷到室溫 爐冷到臨界區域 550 從爐中取出後空冷 但忌諱發生殘留應力時 宜徐冷到約400 此種起先爐冷 後來空冷的二段退火所得硬度 組織無異於完全退火者 縮短作業時間 改善爐的運用效率 二 消除應力退火目的在於消除常溫加工或熔接等所致的殘留應力而軟化或減少變形 此為低溫退火 加熱到溫度為鋼的再結晶溫度 約450 以上 A1變態點 約727 以下 通常採用600 650 冷卻為爐冷 但450 以下可空冷 280 h以下 淬火目的是將鋼材急速冷卻以便獲得硬度極大的麻田散體組織 加熱溫度為900 CCT圖若要得到高硬度 強度之麻田散鐵應避開CCT曲線之鼻部 nose 且加入一些能使nose右移之合金元素 Ni Cr Mo Mn Si W 此稱合金鋼 alloysteel 而Fe C稱碳鋼 carbonsteel 原因 因水冷冷卻過快 材料易裂 所以添加合金元素使鼻端由水冷 200 300 油冷 550 650 這樣材料冷卻變慢 就不易裂 淬火之質量效應同成分的鋼材在粗度大時 就不易淬硬 導致鋼材內外溫度不一致 淬火硬度降低 亦淬火的硬度和深度 會因鋼材的質量而變化 改善方法 1 添加合金元素 2 持溫 爐溫在固定溫度下維持一段時間 3 分幾個階段升溫 回火一般回火處理常在淬火處理之後實施 以便消除淬火處理之不良影響而保留並發揮淬火之功效 其主要目的是使淬火生成的組織變態或析出更加安定 使形成回火麻田散體 減少殘留應力並改善相關機械性質 提昇材料延展性 一 低溫回火回火溫度100 200 使麻田散鐵成為回火麻田散鐵組織 適用於要求高硬度和耐磨耗性的刀類及量規 使內應力減少 韌性提高 二 中溫回火彈簧在350 500 下中溫回火 使提高彈性及韌性 三 高溫回火回火溫度500 650 使麻田散鐵成為回火吐粒散鐵或回火糙斑鐵組織 適用於機械構造用鋼 壓鑄模 塑膠膜等 要求強韌性者 在高溫回火冷卻宜急冷 為了防止回火脆性 但會發生龜裂 因而第一次回火實質上同淬火 有時稱第二次淬火 所以必須第二次回火 才為本質上的回火 正常化這是使鋼成為標準狀態 常態化 的熱處理操作 可除去加工所致組織的均勻 使結晶粒微細化 提高機械性性質 一 普通正常化二 兩段正常化 正常化溫度大氣中自然放冷到常溫 風吹或日曬之處等會改變冷速 而影響正常化效果 從正常化溫度空冷到火色消失的溫度 約550 在爐冷到常溫 而得到強韌性 高速鋼熱處理 為高速切削之用 主要添加合金元素 W Mo V Co Cr 第一次回火 碳變成碳化物析出 內部碳減少 麻田散鐵溫度下降 第二次回火 因為麻田散鐵溫度下降 所以殘留沃斯田鐵會變成麻田散鐵第三次回火 麻田散鐵成為回火麻田散鐵 深冷處理深冷處理又稱零下處理 目的在把殘留於淬火鋼中的沃斯田鐵變成麻田散鐵 淬火鋼中常有10 30 殘留沃斯田鐵 久置會發生變形或龜裂 因而 深冷處理的寒劑是用乾冰 78 液態氮 196 把零件置入其中 時間約30min 25mm見方 不過 為防止深冷龜裂 宜淬火後浸入100 溫水回火約1h後才深冷處理 深冷優點 一 使淬火過的鋼硬度均勻化與升高 二 防止久置變形 三 改善耐磨耗性 四 正向修正尺寸的負向減小 五 改善著磁性 見方 平方 表面熱處理 一 化學性滲碳 一 固體滲碳 滲碳劑是在木炭中加碳酸鉀和碳酸鈉 方法是把滲碳物品連同滲碳劑裝入鐵製容器 約930 加熱數小時 如此滲碳1 2mm深度 滲碳後淬火硬化 二 液體滲碳 滲碳劑為氰化鈉或氰化鉀為主成分的鹽滲碳 將此鹽裝入鐵罐熔解 將物品投入其中加熱滲碳 溫度為800 900 時間0 5 1h 三 氣體滲碳 滲碳劑為甲烷氣之類碳化氫氣變成滲碳用氣體成分而滲碳 將此氣體導入滲碳爐 電爐 在930 滲碳 從800 直接淬火 氮化 一 氣體氮化 在氨氣中 把氮化用鋼在500 550 加熱長時間 約72h 直接爐冷 二 鹽浴氮化 用氮化用鹽在550 600 處理 時間比氣體氮化短 以30 60min為主 三 離子氮化 在真空容器中 使物品為負極 容器為正極 施加電壓 約500v 會發生電將把物品加熱成550 570 再通氨氣 即可進行氣體氮化 二 物理性高周波淬火高周波淬火是利用高周波感應加熱的表面淬火法 對鋼通電的話 通常均勻流於斷面 但是周波數 Hz 增高的話 只流於表面層 此現象為表皮效果 周波數越高的話 淬火深度越淺 高周波淬火後 通常在150 200 進行低溫回火 不過 若只要改善耐疲勞性 就不需要低溫回火 火焰淬火火焰淬火是以氧 乙炔焰 溫度約3500 把物品表面加熱 表面成淬火溫度的話 進行噴水冷卻 火焰淬火可行表面 局部淬火 且設備費低於高周波 但缺點是不易控制淬火溫度 雷射淬火雷射淬火是使高能量密度的雷射束照射鋼件的表面 雷射加熱為超急速 藉自己冷卻淬硬 可短時間內將局部表層淬