金属的热加工退火淬火回火原理知识

金属的热加工(退火,淬火,回火)原理知识1.退火能够变化钢的组织构造,从而获得我们所规定的性能.(1).加热时的组织转变:其转变过程是在铁素体与渗碳体分界面处优先形成奥氏体晶核,并不停长大,直到珠光体全部消失,奥氏体也就转变完毕.(2).冷却时的组织转变:由于退火的冷却速度很缓慢,奥氏体转变产物与Fe-Fe3C的组织相似,因而共析钢为珠光体;亚共析钢为珠光体加铁素体;过共析钢为珠光体加渗碳体.2.淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后快速冷却下来,进行淬硬工件的热解决办法.其实质是通过加热使钢组织构造中的铁素体和珠光体充足转变为成分均匀的奥氏体,然后急冷下来得到硬度很高的马氏体.3.回火是紧接于淬火之后的热解决工序,淬火钢在不同的温度下回火,所得的组织不同,因而其机械性能差别很大,总的趋势是:随着回火温度升高,其强度、硬度减少，而塑性、韧性提高。淬火钢中的马氏体和残存奥氏体都是不稳定的组织，加热就会发生转变。随着温度升高，碳原子逐步以渗碳体的形式析出，引发组织转变。最后渗碳体聚合而分散在铁素体基体上，形成多个回火组织。五、罗茨真空泵(一)概述罗茨真空泵是一种旋转式容积真空泵。其构造形式是由罗茨鼓风机演变而来的。它于1944年首先出现于德国，是为适应在10～1000Pa压力范畴内含有大抽速的真空熔炼系统而作为机械增压泵使用。根据罗茨真空泵工作压力范畴的不同，分为直排大气的低真空罗茨泵；中真空罗茨泵(机械增压泵)和高真空多级罗茨泵。国内用量最多的为中真空罗茨泵(下列简称罗茨泵)。罗茨泵与其它油封式机械泵相比有下列特点：(1)在较宽的压力范畴内有较大的抽速；(2)转子含有良好的几何对称性，故振动小，运转平稳。转子间及转子和壳体间都有间隙，不用润滑，摩擦损失小，可大大减少驱动功率，从而可实现较高转速；(3)泵腔内无需用油密封和润滑，可减少油蒸气对真空系统的污染；(4)泵腔内无压缩，无排气阀。构造简朴、紧凑，对被抽气体中的灰尘和水蒸汽不敏感；(5)压缩比较低，对氢气抽气效果差；(6)转子表面为形状较为复杂的曲线柱面，加工和检查比较困难。罗茨泵近几年在国内外得到较快的发展。在冶炼、石油化工、电工、电子等行业得到了广泛的应用。(二)罗茨泵的工作原理罗茨泵的构造如图15所示。在泵腔内，有二个“8”字形的转子互相垂直地安装在一对平行轴上，由传动比为1的一对齿轮带动做彼此反向的同时旋转运动。在转子之间，转子与泵壳内壁之间，保持有一定的间隙。由于罗茨泵是一种无内压缩的真空泵，普通压缩比很低，故中、高真空罗茨泵需要前级泵。因此，罗茨泵的极限真空除取决于泵本身构造和制造精度外，还取决于前级泵的极限真空度。罗茨泵的工作原理既含有容积泵的工作原理，又有分子泵的抽气效应。图16为罗茨泵的工作原理图。由于转子的持续旋转，被抽气体从泵进气口吸入到下转子与泵壳之间的空间V0内，吸气后V0空间是全封闭状态。随着转子的转动，封闭的V0空间与排气口相通，由于排气侧气体压力较高，引发一部分气体反冲过来，使V0空间内的气体压力忽然增高。当转子继续转动时，V0空间内原来封入的气体连同反冲的气体一起被排向泵外。这时，上转子又从泵入口封入V0体积的气体。由于泵的持续运转，使两个转子不停地形成封闭空间V0又不停地将封闭空间玑内的气体排出泵外，从而实现了抽气的目的。转子主轴旋转一周共排出四个V0体积的气体。因此，泵的理论抽速为：（5.1）式中A0──泵腔的有效吸气面积mm2n──泵轴的转数r/minL──转子的长度mm(三)罗茨泵──的构造1.泵总体构造型式罗茨泵的泵体的布置构造决定了泵的总体构造。现在国内外的罗茨泵总体构造大致有三种型式：(1)立式如图17(a)所示，这种构造的进、排气口水平设立，装配和连接管路都比较方便。但泵的重心较高，在高速运转时稳定性差，故这种型式多用于小泵。(2)卧式如图17(b)所示，泵的进气口在上，排气口在下。有时为了真空系统管道安装连接方便，可将排气口从水平方向接出，即进、排气方向是互相垂直的。此时，排气口能够从左或右两个方向开口，除接排气管道一端外，另一端堵死或接旁通阀。这种泵构造重心低，高速运转时稳定性好。普通大、中型泵多采用此种构造。(3)泵的两个转子轴与水平面垂直安装。这种构造装配间隙容易控制，转子装配方便，泵占地面积小。但泵重心较高且齿轮拆装不便，润滑机构也相对复杂。仅见于国外产品。2.泵的传动方式罗茨泵的两个转子是通过一对高精度齿轮来实现其相对同时运转的。主动轴通过联轴器与电机联接。在传动构造布置上重要有下列两种：其一是电动机与齿轮放在转子的同一侧如图18(a)所示。从动转子由电动机端齿轮直接传过去带动，这样主动转子轴的扭转变形小，则两个转子之间的间隙不会因主动轴的扭转变形大而变化，故使转子之间的间隙在运转过程中均匀。这种传动方式的最大缺点是：a.主动轴上有三个轴承，增加了泵的加工和装配难度，齿轮的拆装及调节也不便；b.整体构造不匀称，泵的重心偏向电动机和齿轮箱一侧。另一种是电动机和传动齿轮分别装在转子两侧，如图18(b)所示。这种形式使泵的整体构造匀称，但主动轴扭转变形较大。为确保转子在运转过程中的间隙均匀，规定轴应有足够的刚度，轴和转子之间的联接要紧固(现在已有转子与轴焊或铸成一体的构造)。这种构造拆装都很方便，因此被广泛采用。3.泵的密封构造与润滑方式(1)主动轴外伸部分的动密封现在采用较多的是原则型号的机械密封和带加强环的骨架真空橡胶密封。机械密封功耗小，允许线速度大；但构造复杂，成本较高。骨架密封构造简朴，功耗较大，为减少轴与密封圈之间的摩擦，轴的表面硬度和光洁度要高。为了避免轴的磨损，可在轴上加一种硬度较高的且与轴静密封的轴套。另外，还能够采用独立的密封盒构造，使密封件的拆装和更换更加简捷方便。尚有的罗茨泵把电动机密闭在泵体一端的壳体内，从而有效地解决了动密封问题，提高了泵的真空度，减少了驱动功率。但为避免电机绕组线圈在真空下起弧，电动机的电源电压应降至50V下列。该构造用于中、小型泵。(2)端盖壳体与泵腔之间的轴密封由于齿轮箱或端盖壳体内都有预抽管道与泵的出口相通，即这部分的压力与前级泵入口压力基本相似，与泵腔之间的压差较小，因此普通可采用迷宫式密封、反螺旋式密封或活塞胀圈密封。(3)泵体端面的静密封有的采用有机硅室温硫化橡胶膜密封，密封面不用加工密封槽，但因该硫化橡胶密封膜为一次性使用，且配制较麻烦，给现场维护带来不便，且密封膜的厚度对转子端面间隙有影响，在安装时要掌握好膜的厚薄均匀性。还可采用真空橡胶圈密封，密封可靠，即确保了转子轴向间隙，又可方便地在现场拆装。如果对泵体端面的构造设计适宜，密封槽的加工能够很方便。(4)泵的润滑方式罗茨真空泵的润滑部位重要有三处：轴封处──普通用油杯润滑；齿轮和轴承处──用齿轮或甩油盘溅油来确保润滑。对于大泵也可采用油泵强制供油润滑方式。(四)泵设计中的核心问题1.罗茨泵的核心零件是转子，而转子的核心是它的型线。转子横截面的外轮廓线即为转子的型线。泵工作时，转子的表面之间不接触，但转子之间的间隙要保持一定，这样转子的型线必须做成共轭曲线。在实际设计中选用转子型线时，除了要能满足上述运动规定外，还应考虑以下条件：(1)泵转子的容积运用系数要尽量大，即转子占的体积要小(2)转子应有良好的几何对称性，确保运转平稳、交换性好(3)确保转子有足够的强度(4)转子应容易加工，易得到较高的精度普通使用的转子型线有圆弧齿形、渐开线齿形和摆线齿型等。近年来由东北大学提出的“圆弧→渐开线→摆线”型转子型线气阻大，改善了泵在低压下的性能，提高了泵的抽气效率，得到较广泛的应用。相信此后还会出现更新更加好的罗茨泵转子型线，使罗茨泵的工作性能进一步提高。2.为了控制泵转子问、转子与泵壳间的间隙，规定轴承的轴向、径向位移量控制在一定范畴内。在设计时，应对的选择轴承精度，并选择适合泵工作条件的轴承型号。考虑转子轴向热膨胀影响，转子轴应留有活端(普通为齿轮端)，以允许轴因热膨胀等因素而产生轴向移动。轴活端的转子与侧端面的轴向间隙能够选大某些；而轴固定端的转子与端盖之间的轴向间隙则应选得小某些。3.规定齿轮耐磨性强，传动平稳，齿间的间隙不得过大。齿轮的精度常选用5～6级。为使传动平稳，噪音小，惯用斜齿轮。为使齿轮装配和调节转子间的间隙方便，可选用调隙构造齿轮并在齿轮与轴之间采厢涨套联接方式。(五)罗茨泵避免过载的方法罗茨泵压缩气体所需的功率与压差成正比，一旦气体压差过高，泵就可能出现过载现象，造成电机绕组烧损。解决泵过载问题的办法重要有下列几个：(1)采用机械式自动调压旁通阀。旁通阀安装在罗茨泵的出口和入口之间的旁通管路上，如图19所示。此阀控制泵出入口之间的压差不超出额定值。当压差达成额定值时，阀门靠压差作用自动打开，使罗茨泵出口和入口相通，使出入口之间的压差快速减少，这时罗茨泵在几乎无压差的负荷下工作。当压差低于额定值时，阀自动关闭，气体通过罗茨泵内由前级泵抽走。带有旁通溢流阀的罗茨泵能够与前级泵同时启动，使机组操作简朴方便。(2)采用液力联轴器采用液力联轴器也能避免泵的过载现象发生，使泵能够在高压差下工作。液力联轴器安装在泵和电动机之间。在正常工作状态下，液力联轴器由电动机端向泵传递额定力矩。罗茨泵的最大压差由液力联轴器所传递的最大转矩来决定，而液力联轴器可传递的最大转矩由其中的液体量来调节。当泵在高压差下工作或与前级泵同时启动时，在液体联轴器内部产生了转速差即滑动，只传递一定的力矩，使泵减速工作。随着抽气的进行，气体负荷减小，罗茨泵逐步加速至额定转速。(3)采用真空电气元件控制泵入口压力在罗茨泵的入口管路处安置真空膜盒继电器或电接点真空压力表等压力敏感元件。真空系统启动后，当罗茨泵入口处压力低于给定值(泵允许启动压力)时，压力敏感元件发出信号，经电气控制系统启动罗茨泵(如真空系统中装有罗茨泵旁通管路，则同时关闭旁通管路阀门)。若泵入口压力高于规定值时，则自动关闭罗茨泵(或同时打开泵旁通管路阀门)，从而确保了罗茨泵的可靠运转。(六)罗茨泵(罗茨泵机组)有效抽速的计算大多数的罗茨真空泵(除直排大气罗茨泵以外)都需与前级泵组合成罗茨泵真空机组应用于各个领域。根据用途不同，罗茨泵机组惯用的前级泵有旋片泵、滑阀泵、水环泵等。罗茨泵与多个前级真空泵组合后的真空机组抽速能够通过计算求出，在下列计算中无视前级连接管路的流阻影响。罗茨泵工作时的有效气体流量为：Qe=Qth－Qv（5.2）式中Qe──罗茨泵的有效流量；Pa·L／sQth──罗茨泵的几何流量，Qth=PA·SthQv一罗茨泵的泄漏返流流量Qv=Qv1+Qv2Qv1为由于罗茨泵转子之间及转子与泵壳之间的间隙而造成的气体返流量，Qv1可用下式体现：Qv1=U（Pv－PA）(5.3)式中U──罗茨泵内上述全部间隙的等效通导Pv──罗茨泵排气压力(泵前级压力)PA──罗茨泵吸入压力Qv2为罗茨泵转子在高压排气侧吸附及携带返回低压吸入侧的气体量，称返扩散气体量，因此有：Qv2=Sr·Pv(5.4)式中Sr──泵返扩散气体的等量抽速。于是式(5.2)可体现成：Qe=Qth-(Qv1+Qv2)=PA·Sth-[U(Pv-PA)+SrPv](5.5)根据罗茨泵零流量压缩比K0定义：关闭泵进气管路，气体流量为零时，前级真空管路中压力与泵入口压力之比为零流量压缩比K0=Pv/PA，该压缩比的最大值用K0max表达，称最大零流量压缩比。令(5.5)式中Qe等于零(实测中用肓板将泵进气口法兰堵死)则有PASth-[U(Pv-PA)+SrPv]=0(5.6)现在运用公式(5.6)对K0max进行定量计算很困难。首先由于K0max与等效通导U有关，即与泵内转子间隙有关，而转子间隙与转子加工精度、泵体公差及加工精度、泵的安装精度、轴承间隙等一系列因素有关。另外，影响K0max的Sr值与转子表面精度有关，每台泵转子的表面在加工中也不能做到完全一致。因此现在都是通过实测求得K0曲线及K0max值。罗茨泵机组在实际抽气过程中存在下列关系:Qe=PA·Se=PvSv=PASth-[U(Pv-PA)+SrPv](5.7)式中Se──罗茨泵机组有效抽速Sv──前级泵的实际抽速，它随压力变化而变化对（5.7）式化简有：(Sth+U)PA=(Sv+U+Sr)Pv（5.8）同时有：K