金属热处理3.doc

. 作业讲评 绪论作业.复习第一篇 概述 第一章 11钢的组织转变（相变）理论一转变时温度的滞后现象二钢加热时的奥氏体转变（一）共析钢的奥氏体化 1转变过程转变过程的四个步骤。奥氏体的形成机理形核长大 A转变机理讲解图。2转变动力学（二）亚共析钢与过共析钢的奥氏体转变三奥氏体晶粒的大小（一）奥氏体晶粒的长大及奥氏体晶粒度（二）影响奥氏体晶粒度的因素. 新课内容 第一篇 （黑色金属）钢的热处理第一章 钢在加热时的转变 概述 对各种钢进行热处理时，第一步都需要加热，根据不同的处理目的加热到不同的温度。 其中最常用的是全部或部份加热到奥氏体相区，使钢件的组织发生转变，让原来组织中的F、Cem、M、B等全部或大部份转变成为单一的A（fcc）组织。对钢件的加热，涉及原理（组织转变、晶粒大小、）和工艺（加热温度、速度、保温时间、加热介质）两方面的问题。 加热的原理部份 11 钢的组织转变（相变）理论 加热工艺部份 加热工艺包括：加热温度、保温时间、加热速度、加热介质。 而这些又与加热设备有关。 涉及的理论有前述的加热时的固态相变理论、传热理论及表面氧化脱碳理论。12 金属加热的传热过程一 加热介质与工件表面的传热 见“工艺学”教材P6 11 对流传热 如图。 辐射传热 传导传热 综合传热二 工件内部的热传导过程 见“工艺学”教材P9 13 加热规范确定的一般原则加热规范主要包括三个参数：T加热 、V加热、加热一 加热温度的确定 根据材质、工艺的不同而不同。 具体可 根据Fe-C相图， 查有关表格、热处理手册， 通过实践试验。二 加热速度的确定 取决于工件单位时间，单位表面积受到的能量。 加热速度： 介质、加热方式 零件的几何形状、材料的热力学性质（比热、导热性能）、 装炉量 温差（介质的温度） 希望快速加热， 根据等温动力学曲线可知，快速加热时： 速度快，相变温度高 晶粒细性能好 表面氧化、脱碳少，表面质量好 问题： 内应力 弹性极限变形、扭曲 内应力 强度极限开裂 合金钢、高合金钢导热性差，所以要分段加热。 各种加热方式如附图所示。 （一） 随炉升温T 加热温度TH 炉温Tf T工表 T工心 t （二） 到温入炉T 炉温Tf 加热温度TH t （三） 高温入炉T 炉温Tf 加热温度TH T工表 T工心 t T 炉温Tf 加热温度TH T工表 T工心 t （四）高温入炉、到温出炉 （五）预热加热T 炉温Tf 加热温度TH t预热 T工表 T工心 t 三加热时间的确定 加热 = 升 + 保 升零件表面达到要求的温度时所需要的时间。 保零件透烧并完成组织转变所需要的时间。 随工艺的不同也不同： 退火、正火 淬火 具体见后面讲具体工艺时介绍。假设 工件分为两类“厚件”、“薄件”。概念：薄件 厚件14 钢加热时加热缺陷的防止 正如“材基”所述，钢材在加热过程中产生的常见的加热缺陷有：氧化、脱碳、过热、过烧和欠热等等。 一 氧化 见“工艺学”教材P13 加热介质当中存在的钢材氧化。钢的氧化分为两种：一种是表面氧化，在钢的表面形成氧化膜； 另一种是内氧化，在一定深度的表面层中发生晶界氧化。表面氧化影响工件的尺寸；内氧化影响工件表面层的性能。 表面氧化的产生：钢在560以下加热时，表面氧化膜由表层为Fe2O3、内层是Fe3O4的二层氧化物组成。这种氧化膜结构致密，与基体结合牢固，包围在钢的表面阻止氧的继续渗入，氧化速度很慢。因此这时可以不考虑防氧化的问题。 钢在560以上加热时，表面氧化膜由Fe2O3、Fe3O4和FeO三层氧化物组成，它们的厚度之比约为1：10：100，所以主要是由FeO构成的。FeO是一种缺位固溶体，它的结构松散、与机体结合不牢固，容易剥落， 这种氧化膜不起防护作用，氧很容易扩散穿过氧化膜继续向里面氧化，所以氧化膜中一旦出现FeO，氧化速度就会迅速加快。温度越高氧化越剧烈。钢的内氧化是在800以上较长时间加热时发生的，介质中的氧除了进行表面氧化，还沿奥氏体晶界向里面扩散使奥氏体晶界氧化。钢中Me如Cr、Si、Ti、Al等与氧的亲和力远大于Fe，优先被氧化，使得晶界附近的合金元素减少，晶界性能变坏。二 （钢在加热时的）脱碳 见“工艺学”教材P16 钢在含有O2、CO2、H2O、H2等的脱碳性气氛中加热时，钢材表层中的固溶碳将与这些介质发生化学反应，生成气体溢出钢外，使表面碳浓度降低，也即产生脱碳。表层脱碳以后，内层的碳便会向表层扩散，使脱碳层逐渐加深。加热温度越高，脱碳的速度越快；加热时间越长脱碳层也越深。在一定的气氛当中，钢的脱碳和渗碳是一种对可逆反应，反应向哪一个方向进行，取决于 介质的碳势与钢中碳浓度的相对高低。 气氛中CO、CH4含量多碳势就高， 相反O2、CO2、H2O、H2等的浓度高碳势就低。 气氛的碳势低于钢的碳浓度，钢就发生脱碳； 如果相反则发生渗碳； 如果两者达到平衡，则既不渗碳也不脱碳。三过热热处理生产中应严格控制奥氏体晶粒度，由于热处理操作不当或者其他原因，加热时使晶粒度超过规定大小，称为过热。过热 在淬火组织中，表现为马氏体组织粗大； 在正火组织中，容易形成魏氏组织； 均使钢的性能变化，特别是使韧性严重下降。 过热的工件必须重新返修。四过烧由于加热温度过高，已经接近固相线，使得奥氏体晶界发生了局部熔化，使奥氏体晶界严重氧化，这种现象称为过烧。产生了过烧的工件无法挽回，只能报费。五欠热15 钢的加热方法及加热介质的类型 金属加热方法以及加热介质的分类 金属加热： 直接加热； 间接加热 直接加热： 热源 电阻 电阻加热 电接触加热 电解液加热 电磁波： 红外线加热 感应加热 低能粒子 激光加热 电子束加热 等离子体加热 间接加热： 热源 介质 真空 气体 空气 高温火焰 保护气氛 可控气氛 液体 金属液（浴）：铅浴 盐浴 油浴 固体 金属传导 固态颗粒 流动粒子16 热处理加热设备一热处理炉的分类1按热能来源分：有 电阻炉 燃料炉 固体燃料炉 液体燃料炉 气体燃料炉2按工作温度来分： 高温炉 1000 中温炉 6501000 低温炉 6503按炉膛的介质分：空气炉、可控气氛炉、盐浴炉、辉光离子氮化炉、真空炉4按作业规程和机械化程度来分： 周期作业炉 连续作业炉5按工艺用途分： 淬火炉、退火炉、回火炉、渗碳炉、氮化炉6按外形和炉膛形状分：箱式、井式、推杆式、振底式、鼓形炉7按专门化程度区分： 通用炉 专用炉 二热处理电阻炉 1电阻炉的优缺点： 1）温度可以控制在规定范围，这是燃料炉难以做到的。对于箱式炉，顶上也可以加电热元件。 2）炉温均匀（相对于燃料炉） 3）热效率高 3040 7080 4）便于采用控制气氛，避免工件氧化脱碳 5）结构紧凑，占地面积小。 它的缺点是：耗电量大 升温速度慢 2电阻炉的分类按热量产生的方法不同可分为：直接加热高、中频电炉 间接加热按照作业形式不同可以分为：周期作业炉小批量生产用 连续作业炉大批量生产用三周期作业电阻炉的基本类型（一）箱式炉：热处理车间淬火、退火、回火时使用 相对较为灵活轻便 A 中温炉 1用途：应用最广，碳钢、合金钢退火、正火、淬火等等。 2最高加热温度 950 3传热方式 对流、辐射4技术规格 RJX159 15KW 950 5结构特点 1） 2）加热材料多采用线状或者是带状铁铬铝合金 3）炉底板 CrMnN钢 B 高温炉 1用途： 高合金钢的加热 2最高工作温度 1300 3传热方式：辐射为主 4技术规格： 炉子型号 RJX1413 RJ：电阻加热炉 X：箱式 14：额定功率（14千瓦） 13：最高工作温度（1300） 5结构特点： 由于炉子温度较高 13001350 所以结构有一些特点：1） 由于温度高 所以三层结构 第一层 高铝重质耐火砖 第二层 轻质耐火砖 由于温差大、散热特别大，所以要使用 第三层 保温材料2）加热元件多采用硅碳棒SiC/二硅化钼MoSi2 (“U型”) 安装方式，因为易碎裂，所以垂直 / 水平安装 有老化的问题，用了一段时间后电阻值会变化 功率。 所以炉后加调压变压器，以调节功率，这样就增加设备、维护。 3）炉底板 C 低温炉 1用途：低温回火用、有色金属热处理用 2最高使用温度：650 3传热方式：主要是对流 这种炉子没有系列产品，所以实际上多采用井式。 如果需要可直接向厂家订货。 4结构特点： 有风扇：增加对流传热效果，缩短加热时间，改善加热的均匀性（二）井式炉 这是为了现场处理长轴形的工件，如果横放则会产生弯曲。 由于井式炉向上开口，所以吊车吊装工件方便。 工人爱在井式炉上工作， 密封、占地面小。 A 高温井式炉是方形结构，因为受电热元件的影响。 用碳化硅 加热，最高使用温度1300因为电热元件容易损坏，高温氧化严重，所以尽可能采用盐浴炉代替。 B 中温井式炉（也比较少用） C 低温井式炉主要用于回火、有色金属的回火。（比较多用） 技术规格：RJJ366 有电风扇(三) 其他形式的作业炉 主要是大型，为了降低劳动强度、而增加的机械设备1滚动底式炉 炉底部上导轨和钢球。其他没有做多大的改变，和箱式炉一样2台车式炉：固定加热室，活动炉底3升降底式炉4罩式炉四实验电炉17 金属（钢材）的少无氧化加热 钢材在空气中加热时由于氧化、脱碳，使表面烧损以及表面颜色变暗、光洁度降低，所以就存在一个如何实现少、无氧化加热的问题。钢材的少无氧化加热所采用的方法有：1)、真空加热2)、盐浴加热3)、保护气氛中加热 吸热式气氛 放热式气氛4)、氨热分解气氛5)、氮基保护气氛6)、液滴式保护气氛7)、其他加热介质：沸腾床（流态化炉）加热， 盐浴炉或其它液态介质加热， 包装加热和保护涂料加热。 第一章 作业二1确定钢材加热规范的一般原则是什么？2钢材加热时要注意防止哪些缺陷的产生？3Give a detaile