金屬熱處理基本知識

發(fā)布時(shí)間: 2022-11-29

　　(一)、過(guò)熱現象

　　我們知道熱處理過(guò)程中加熱過(guò)熱最易導致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機械性能下降。

　　1.一般過(guò)熱：加熱溫度過(guò)高或在高溫下保溫時(shí)間過(guò)長(cháng)，引起奧氏體晶粒粗化稱(chēng)為過(guò)熱。粗大的奧氏體晶粒會(huì )導致鋼的強韌性降低，脆性轉變溫度升高，增加淬火時(shí)的變形開(kāi)裂傾向。而導致過(guò)熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發(fā)生的）。過(guò)熱組織可經(jīng)退火、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細化。

　　2.斷口遺傳：有過(guò)熱組織的鋼材，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細化，但有時(shí)仍出現粗大顆粒狀斷口。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認為曾因加熱溫度過(guò)高而使MnS之類(lèi)的雜物溶入奧氏體并富集于晶界，而冷卻時(shí)這些夾雜物又會(huì )沿晶界析出，受沖擊時(shí)易沿粗大奧氏體晶界斷裂。

　　3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時(shí)，以慢速加熱到常規的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現象稱(chēng)為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理。

　　(二)、過(guò)燒現象

　　加熱溫度過(guò)高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部出現氧化或熔化，導致晶界弱化，稱(chēng)為過(guò)燒。鋼過(guò)燒后性能?chē)乐貝夯慊饡r(shí)形成龜裂。過(guò)燒組織無(wú)法恢復，只能報廢。因此在工作中要避免過(guò)燒的發(fā)生。

　　(三)、脫碳和氧化

　　鋼在加熱時(shí)，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應，降低了表層碳濃度稱(chēng)為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應力易形成表面網(wǎng)狀裂紋。　

　　加熱時(shí)，鋼表層的鐵及合金與元素或介質(zhì)（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應生成氧化物膜的現象稱(chēng)為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現淬火軟點(diǎn)。

　　為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內碳勢）、火焰燃燒爐（使爐氣呈還原性）

　　(四)、氫脆現象

　　高強度鋼在富氫氣氛中加熱時(shí)出現塑性和韌性降低的現象稱(chēng)為氫脆。出現氫脆的工件通過(guò)除氫處理（如回火、時(shí)效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

　　幾種常見(jiàn)的熱處理概念

　　1．正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn)Ac3或Acm以上的適當溫度保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體類(lèi)組織的熱處理工藝。

　　2．退火annealing：將亞共析鋼工件加熱至Ac3以上30—50度，保溫一段時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝

　　3．固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝

　　4．時(shí)效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時(shí)，其性能隨時(shí)間而變化的現象。

　　5．固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工成型

　　6．時(shí)效處理：在強化相析出的溫度加熱并保溫，使強化相沉淀析出，得以硬化，提高強度

　　7．淬火：將鋼奧氏體化后以適當的冷卻速度冷卻，使工件在橫截面內全部或一定的范圍內發(fā)解到固溶體中，然后快生馬氏體等不穩定組織結構轉變的熱處理工藝

　　8．回火：將經(jīng)過(guò)淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)Ac1以下的適當溫度保持一定時(shí)間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝

　　9．鋼的氮化及碳氮共滲

　　(1).鋼的氮化（氣體氮化）

　　概念：氮化是向鋼的表面層滲入氮原子的過(guò)程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲勞強度和抗腐蝕性。

　　它是利用氨氣在加熱時(shí)分解出活性氮原子，被鋼吸收后在其表面形成氮化層，同時(shí)向心部擴散。

　　氮化通常利用專(zhuān)門(mén)設備或井式滲碳爐來(lái)進(jìn)行。適用于各種高速傳動(dòng)精密齒輪、機床主軸（如鏜桿、磨床主軸），高速柴油機曲軸、閥門(mén)等。

　　氮化工件工藝路線(xiàn)：鍛造－退火－粗加工－調質(zhì)－精加工－除應力－粗磨－氮化－精磨或研磨。

　　由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強度的心部組織，所以要先進(jìn)行調質(zhì)熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機械性能和氮化層質(zhì)量。

　　鋼在氮化后，不再需要進(jìn)行淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性。

　　氮化處理溫度低，變形很小，它與滲碳、感應表面淬火相比，變形小得多

　　(2).鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程，習慣上碳氮共滲又稱(chēng)作氰化。目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體氮碳共滲（即氣體軟氮化）應用較是廣。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度，低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

　　10.調質(zhì)處理quenching and tempering：一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱(chēng)為調質(zhì)處理。調質(zhì)處理廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類(lèi)等。調質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩定性和工件截面尺寸有關(guān)，一般在HB200—350之間。

　　11．釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝

　　回火的種類(lèi)及應用

　　根據工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種：

　　（一）低溫回火（150－250℃）

　　低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內應力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。

　　（二）中溫回火（350－500℃）

　　中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強度，彈性極限和較高的韌性。因此，（它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。

　　（三）高溫回火（500－650℃）

　　高溫回火所得組織為回火索氏體。習慣上將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱(chēng)為調質(zhì)處理，其目的是獲得強度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機械性能。因此，廣泛用于汽車(chē)，拖拉機，機床等的重要結構零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類(lèi)。回火后硬度一般為HB200－330。

　　氣氛與金屬的化學(xué)反應

　　（一）．各種氣氛對金屬的作用

　　氮氣：在≥1000℃時(shí)會(huì )與Cr,CO,Al.Ti反應