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金屬熱處理“四把火”(上)-ZT

更新時間:2020-08-14點擊次數(shù):2168

金屬熱處理“四把火” 

工藝過程 

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程,有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接,不可間斷。

(加熱)

 

      金屬加熱時,工件暴露在空氣中,常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。 

      加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一,選擇和控制加熱溫度,是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間,因此當(dāng)金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,還須在此溫度保持一定時間,使內(nèi)外溫度一致,使顯微組織轉(zhuǎn)變*,這段時間稱為保溫時間。

(保溫)

 

     采用高能密度加熱和表面熱處理時,加熱速度極快,一般就沒有保溫時間,而化學(xué)熱處理的保溫時間往往較長。

(冷卻)

 

冷卻也是熱處理工藝過程中*的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。

 

工藝分類

 

 

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝,可獲得不同的組織,從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也較為復(fù)雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

 

整體熱處理是對工件整體加熱,然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s,獲得需要的金相組織,以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝,即熱處理的“四把火”。

 

淬火

 

淬火工藝

 

 

 

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3(亞共析鋼)或Ac1(過共析鋼)以上溫度,保溫一段時間,使之全部或部分奧氏體化,然后以大于臨界冷卻速度快冷到Ms以下(或Ms附近等溫)進行馬氏體(或貝氏體)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

 

工藝過程:加熱、保溫、冷卻。

 

淬火的實質(zhì):是過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變,得到馬氏體或貝氏體組織。

 

淬火的目的:(1)大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等,從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求;(2)通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。

 

應(yīng)用范圍:淬火工藝應(yīng)用較為廣泛,如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工機床、氣動工具、鉆探機械、農(nóng)機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等零件都在使用淬火工藝。

淬火介質(zhì)

 

 

工件進行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)(或淬火介質(zhì))。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使工件既能淬成馬氏體,又不致引起太大的淬火應(yīng)力。

 

常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。

 

● 水

水是冷卻能力較強的淬火介質(zhì)。

優(yōu)點:來源廣、價格低、成分穩(wěn)定不易變質(zhì)。

缺點: 冷卻能力不穩(wěn)定,易使工件變形或開裂。在C曲線的“鼻子”區(qū)(500~600℃左右),水處于蒸汽膜階段,冷卻不夠快,會形成“軟點”;而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)(300~100℃),水處于沸騰階段,冷卻太快,易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,致使工件變形甚至開裂。當(dāng)水溫升高,水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(zhì)(如油、肥皂、泥漿等),均會顯著降低其冷卻能力。

應(yīng)用: 適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。

 

● 鹽水和堿水

在水中加入適量的食鹽和堿,使高溫工件浸入該冷卻介質(zhì)后,在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂,將蒸汽膜破壞,工件表面的氧化皮也被炸碎,這樣可以提高介質(zhì)在高溫區(qū)的冷卻能力,其缺點是介質(zhì)的腐蝕性大。

應(yīng)用:一般情況下,鹽水的濃度為10%,苛性鈉水溶液的濃度為10%~15%??捎米魈间摷暗秃辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì),使用溫度不應(yīng)超過60℃,淬火后應(yīng)及時清洗并進行防銹處理。

 

● 油

冷卻介質(zhì)一般采用礦物質(zhì)油(礦物油)。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般采用10號、20號、30號機油,油的號越大,黏度越大,閃點越高,冷卻能力越低,使用溫度相應(yīng)提高。

 

淬火方式

 

 

● 單液淬火

是將奧氏體化工件浸入某一種淬火介質(zhì)種,一直冷卻到室溫的淬火操作方法。單液淬火介質(zhì)有水、鹽水、堿水、油及專門配制的淬火劑等。

優(yōu)點:操作簡單,有利于實現(xiàn)機械化和自動化。

缺點:冷速受介質(zhì)冷卻特性的限制而影響淬火質(zhì)量。

應(yīng)用:單液淬火對碳素鋼而言只適用于形狀較簡單的工件。

 

● 雙液淬火

是將奧氏體化工件先浸入一種冷卻能力強的介質(zhì),在鋼件還未達到該淬火介質(zhì)溫度之間即取出,馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻,如先水后油、先水后空氣等。雙液淬火減少變形和開裂傾向,操作不好掌握,在應(yīng)用方面有一定的局限性。

 

● 馬氏體分級淬火

是將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低于鋼的馬氏體點的液態(tài)介質(zhì)(鹽浴或堿?。┲校3诌m當(dāng)?shù)臅r間,待鋼件的內(nèi)、外層都達到介質(zhì)溫度后取出空冷,以獲得馬氏體組織的淬火工藝,也稱分級淬火。

優(yōu)點:分級淬火由于在分級溫度停留到工件內(nèi)外溫度一致后空冷,所以能有效地減少相變應(yīng)力和熱應(yīng)力,減少淬火變形和開裂傾向。

應(yīng)用:適用于對于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件,也可用于截面尺寸不大、形狀復(fù)雜地碳素鋼工件。

 

● 貝氏體等溫淬火

是將鋼件奧氏體化,使之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間(260~400℃)等溫保持,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝,有時也叫等溫淬火,一般保溫時間為30~60min。

 

● 復(fù)合淬火

將工件急冷至Ms以下獲得10%~20%馬氏體,然后在下貝氏體溫度區(qū)等溫。這種冷卻方法可使較大截面地工件獲得M+B組織。預(yù)淬時形成的馬氏體可促進貝氏體轉(zhuǎn)變,在等溫時又使馬氏體回火。復(fù)合淬火用于合金工具鋼工件,可避免一類回火脆性,減少殘余奧氏體量即變形開裂傾向。