金属工艺学8

二、回火淬火钢一般不能直接使用。钢的淬火组织是淬火马氏体和残余奥氏体，都是不稳定组织，而淬火马氏体又极脆，并存在很大的内应力，若不及时回火，会使工件发生变形甚至开裂。回火是将淬火钢重新加热到Ac1点以下某一温度，保温后再冷却至室温的热处理工艺。回火的目的（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。（2）稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。（3）通过不同的回火工艺，来调整零件的强度、硬度，获得所需要的韧性和塑性。回火工艺及应用根据回火温度的不同，回火方法主要有下列三种：1）低温回火（150～250℃）：组织为回火马氏体，其目的是降低淬火应力和脆性，保持高硬度（56～64HRC）和高耐磨性。常用于处理各种工模具以及渗碳淬火或表面淬火的工件。回火马氏体是淬火马氏体内脱溶沉淀析出高度弥散的碳化物质点。此时，碳已经部分的从固溶体中析出并形成了过渡碳化物，其α固溶体仍有一定的碳的过饱和度，仍是一种亚稳组织。回火马氏体仍保持针（条）状特征。2）中温回火（350～500℃）：组织为回火托（屈）氏体，硬度35～50HRC。中温回火的目的是具有较高的弹性极限和屈服极限，并有一定的韧性和抗疲劳性，多用于各种弹簧和锻模等。回火托氏体是铁素体与渗碳体的混合物，在铁素体基体中弥散分布着微小颗粒状渗碳体。回火托氏体中的铁素体仍然基本保持原来针状马氏体的形态，渗碳体则呈细小的颗粒状。回火托氏体具有很高的弹性极限，同时有一定的塑性。回火工艺及应用3）高温回火（500～650℃）：组织为回火索氏体，硬度20～35HRC。特点是在保持较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性。（回火索氏体组织是铁素体+细粒状渗碳体的混合物）调质处理：淬火加高温回火的热处理又称为调质处理，广泛用于处理各类重要零件，例如轴、齿轮、连杆、螺栓等。回火索氏体是在充分发达的等轴铁素体中弥散分布着已经聚集长大了的球状渗碳体。回火索氏体中的铁素体已不呈针状形态而呈等轴状。回火索氏体比正火索氏体组织具有适中的强度和优异的冲击韧性，这就是为什么多数结构零件要进行调质处理（淬火+高温回火）的原因。第四节表面淬火和化学热处理在生产中，许多机械零件如轴、齿轮、凸轮等，要求表面有较高的耐磨性，而心部则要求有足够的塑性和韧性。表面淬火就是通过快速将零件表面加热使钢表层奥氏体化，而心部未被加热，然后淬火冷却，使表层获得马氏体组织，而心部组织并未发生变化，达到“外硬内韧”状态。生产中应用最多的是感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。感应加热表面淬火将工件至于通过交变电流的线圈中，由于电磁感应和集肤效应，将钢件表层迅速加热至淬火温度，而心部电流几乎为零、温度变化很小，这时经喷水冷却，钢件表层快冷淬火，得到一定深度的马氏体层。感应加热表面淬火感应加热淬火的淬硬层深度与电流频率有关——电流频率越高，淬火后工件淬硬层越薄。根据所用电流频率，感应加热分为三种：①高频感应加热常用频率200～300kHz，脆硬层深度0.5～2.5mm，适用于中小尺寸轴类零件及中小模数的齿轮等。②中频感应加热常用频率2500～8000Hz，脆硬层深度3～8mm，适用于较大尺寸的轴和大中模数的齿轮等。③工频感应加热电流频率50kHz，脆硬层深度10～20mm，适用于大直径轧辊、火车车轮等的表面淬火。火焰加热表面淬火用乙炔－氧火焰对工件表面进行快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，其淬硬层深度一般为2～6mm。火焰表面淬火优点：操作简单、不需要特殊设备、成本低、灵活性大，可适合各种生产场合。缺点：加热温度不易控制，工件表面易过热，淬火质量不够稳定，对工人的技术水平要求较高。适用：单件小批量生产以及大型零件（如大型轴类、大模数齿轮等）的表面淬火和需要局部淬火及外形复杂的零件。化学热处理钢的化学热处理是将工件置于特定介质中加热和保温，使一种或几种元素渗入工件表面，以改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。化学热处理不仅可以使工件表面硬度、耐磨性提高，还可以使工件表面获得一些特殊性能，如耐蚀性等。化学热处理一般以渗入的元素来命名，如渗碳、氮化、碳氮共渗。渗碳渗碳是为了增加钢件表层的含碳量和使其具有一定的碳浓度，向低碳钢（0.1～0.25%C）或低合金钢的表层渗入碳原子的化学热处理工艺。渗碳处理广泛用于表层要求高硬度、高的耐磨性及疲劳强度，而心部要求一定强度和高韧性的零件，如汽车主轴和变速齿轮等。渗碳后的工件表层为过共析钢组织，其硬度和耐磨性满足不了零件要求，必须进行淬火和低温回火处理。常用的渗碳方法是气体渗碳和固体渗碳。电阻丝工件炉体耐热罐煤油砂封废气火焰炉盖风扇电动机渗氮渗氮是向钢的表面层渗入氮原子以提高表层的硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理工艺。目前最广泛的渗氮工艺是气体渗氮。渗氮过程与气体渗碳过程基本相同，但渗氮温度低，速度非常缓慢。氮化后工件不需再进行其他处理。氮化主要用于耐磨性和精度均要求很高的零件，如镗床主轴、精密传动齿轮等。由于氮化层很薄，一般不超过0.60～0.70mm，碳氮共渗目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗应用较为广泛。中温气体碳氮共渗以渗碳为主，但比渗碳处理加热温度低、时间短、零件变形小、生产效率高。低温气体碳氮共渗是在500～570℃的温度下，向钢的表面层同时渗入碳、氮原子的过程。共渗温度较低，是以渗氮为主的碳氮共渗过程，共渗层深度可达0.01～0.02mm。低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗的共渗介质常用尿素，受热分解提供活性碳、氮原子，与气体氮化相比，其渗层硬度较低，脆性较小，故称为软氮化。达到提高耐磨性、疲劳强度和耐蚀性的目的。低温气体碳氮共渗和渗氮一样，不需要再进行其他处理，而且不受钢种限制。例如高速钢刀具经气体软氮化后，寿命可提高20%-200%。第五节热处理零件的结构工艺性零件应尽量避免尖角、棱角热处理零件的结构工艺性零件应尽量避免尖角、棱角热处理零件的结构工艺性零件截面厚度应力求均匀热处理零件的结构工艺性零件截面厚度应力求均匀热处理零件的结构工艺性零件的形状应尽量对称和封闭热处理零件的结构工艺性零件的形状应尽量对称和封闭1.退火与正火的比较。2.生产中常用的冷却介质分为是水、溶液和油？3.常用的淬火方法有单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火法、贝氏体等温淬火法、冷处理等？4.淬火后获得组织是马氏体和珠光体组织吗？5.感应加热淬火所用的电流频率越高，淬火后工件淬硬层越薄？6.为什么淬火后的工件要经过热处理？习题7.根据回火温度的不同，回火方法主要有几种？8.回火是将淬火钢重新加热到Ac1点以下某一温度，保温后再冷却至室温的热处理工艺？9.把淬火和高温回火相结合的热处理又称为调质处理？第四章工业用钢教学目的：1、了解钢的分类方法、编号及用途学会选择材料2、了解杂质元素对钢性能的影响钢是含碳量小于2.11%的铁碳合金。钢的种类繁多。一、钢的分类按化学成分分类：碳素钢（以铁、碳为主要合金元素）合金钢（除铁碳外还人为加入其它元素）按用途分类：结构钢工具钢特殊钢按质量分类：普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）优质钢（P、S均≤0.035%）高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）按含碳量分类：低碳钢中碳钢高碳钢杂质对钢性能的影响钢中基本元素为：Fe、C；杂质元素主要有：Si、Mn、S、P。1.Si、Mn是炼钢时用硅铁、锰铁脱氧后残留在钢中的杂质元素。在碳钢中wsi≤0.37%wMn=0.25%--0.8%对力学性能影响不大。但作为合金元素，可提高钢的力学性能。Si（1）可清除钢中的FeO，脱氧能力比Mn强。它与钢液中的FeO能结成密度较小的硅酸盐以炉渣的形式被除去。从而消除FeO对钢的不良影响（2）硅能溶入铁素体中，使铁素体强化，从而提高钢的强度和硬度，但降低塑性和韧性。当含硅量不多时，其对钢的性能影响不大。（3）总起来说，硅也是一种有益的元素。作为杂质其含量应小于0.4%。Mn（1）可清除钢中的FeO，改善钢的品质。锰从FeO中夺取氧形成MnO进入炉渣，从而把钢中的FeO还原成铁，改善钢的质量。（2）减轻硫的有害作用，降低钢的脆性，改善钢的热加工性能。（MnS在高温时有一定塑性，切削加工中MnS能起断屑作用，因此改善了钢的切削加工性，这类钢称作易切削钢)（3）在室温下锰能大部分溶入铁素体中形成含锰铁素体的置换固溶体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。（4）锰在碳钢中的质量分数一般为0.25%～0.80%，最高可达1.2%。总起来说，锰是一种有益的元素。S是在炼钢时由矿石和燃料带入钢中的→热脆，是有害元素。P是由矿石带入钢中的→冷脆，是有害元素。因此衡量钢质量的主要指标为钢中的S、P含量。S一般控制在0.065%以下,P一般控制在0.045%以下。2.S、PS硫可与铁生成FeS，FeS与Fe能形成低熔点（985℃）的共晶体，且分布在晶界上。当钢材在1000℃～1200℃进行热压力加工时，由于共晶体熔化，从而导致热加工时开裂。这种金属在高温时出现脆裂的现象，称为“热脆”。P磷在钢中能全部溶于铁素体中，提高铁素体的强度和硬度。但在室温下却使钢的塑性和韧性急剧下降（Fe3P而使钢的脆性增加），产生低温脆性，这种现象称为冷脆。磷的有害作用在一定条件下可以转化，例如钢中加入适量的磷还可以提高钢材的耐大气腐蚀性能。在炮弹用钢中加入较多磷，可增大钢的脆性，使炮弹在爆炸时碎片增多，从而增加了杀伤力。P二、碳素钢碳素钢是含碳量在1.5%以下，并含有硅、锰、硫、磷等杂质的金属材料。按含碳的质量分数分类低碳钢0.0218%＜wc≤0.25%；中碳钢0.25%＜wc＜0.60%；高碳钢0.60%＜wc≤1.3%。按照钢的用途和质量可分为：碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢。