热处理工艺及设备2金属的加热.ppt

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 600 700 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 F v 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 d 300mm T炉 800 d 200mm T炉 1000 d 100mm 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 O2 2FeOFe CO2 CO FeOFe H2O H2 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 O2 2CO C CO2 2CO C H2O CO H2 2H2 CH4 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 1