熱處理技術(shù)培訓(xùn)

1、熱處理技術(shù)培訓(xùn)提綱一、什么是熱處理“鋼的熱處理”就是將鋼件（固態(tài)的金屬和合金）在一定的介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻以改 變其整體或表面的組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法。零件用鋼一一性能要求熱工藝一一組織一一性能（簡(jiǎn)述歷史上的熱處理）二、培訓(xùn)的目的要求：學(xué)員應(yīng)逐步掌握 以下六條內(nèi)容：1在機(jī)械制造中，熱處理是影響產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的重要過(guò)程（工序），是特殊過(guò)程。干好熱處理要具備：（1）責(zé)任心。（2）技術(shù)。經(jīng)驗(yàn)。2. 影響熱處理質(zhì)量的主要因素：（1）原材料及輔料。工藝、工裝、設(shè)備。3）監(jiān)控手段。檢驗(yàn) 和試驗(yàn)。相關(guān)加工過(guò)程的配合。6）操作技能等。3. 掌握一般產(chǎn)品質(zhì)量事故的分析方法 ,找出原因，提出改進(jìn)和預(yù)

2、防措施。操作、工藝、再找其他原因4. 在基本理論指導(dǎo)下操作，從實(shí)踐中自己總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，逐步提高理論水平 和實(shí)際操作水平。5. 熟練地掌握各種設(shè)備，包括輔助設(shè)施、工裝、檢測(cè)、監(jiān)控設(shè)施的安全 操作。預(yù)防人身和設(shè)備事故的發(fā)生。6. 結(jié)合產(chǎn)品實(shí)際，探討新工藝、新方法，以達(dá)到提高質(zhì)量（或穩(wěn)定質(zhì)量 ）， 降低成本的目的三、主要學(xué)習(xí)內(nèi)容:（1）內(nèi)在質(zhì)量的重要標(biāo)志機(jī)械性能。（2）鋼鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（3）熱處理方法。（謹(jǐn)田內(nèi)容見(jiàn)培訓(xùn)大綱）講課、議論、實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐相結(jié)合。第一章金屬材料的機(jī)械性能引子：鎖接頭（標(biāo)準(zhǔn)）、鉆桿接頭（圖紙）內(nèi)在質(zhì)量要求：金屬材料的機(jī)械 性能是指金屬材料（工件）在各種不同性質(zhì)的外力作用下 所表現(xiàn)出來(lái)

3、的抵 抗能力。這些性能指標(biāo)是機(jī)械設(shè)計(jì)、選擇材料、工藝評(píng)定及檢 驗(yàn)的主要依據(jù)。常用的機(jī)械性能有：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、疲勞等。代用性能指標(biāo) 1.強(qiáng)度材料在外力作用下，抵抗塑性變形和斷裂的能力稱為強(qiáng)度。由于外力的不 同而分為拉伸（T b ）、壓縮（ be ）、彎曲（ bb）扭轉(zhuǎn)、剪切等。通常指抗拉強(qiáng)度。一、抗拉強(qiáng)度（強(qiáng)度極限）材料在拉力作用下，斷裂前所承受的最大負(fù)荷與材料斷面積的比值，稱為 抗拉強(qiáng)度。或者 說(shuō)，材料在拉力作用下斷裂前所承受的最大拉應(yīng)力叫抗拉強(qiáng)度 用 b表示。單位MPa。(Mpa)式中：Fo拉斷試樣的最大負(fù)荷，NSo 試樣原始截面積，2mm例如：45鋼正火后做成 10拉伸試樣拉力1

4、I|Soe75I拉力拉斷前的最大負(fù)荷為4800N (480Kgf)(T b= 4800 =610MPa (610N/mm2, 61 Kgf/ mm 2) 78 .5（因?yàn)?1 Kgf =9.80665N,近似 1 Kgf =10N）二、屈服極限（屈服點(diǎn)強(qiáng)度）材料在外力作用下，開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為屈服極限。以CT s或（T 0。2表示，單位MPaF sS0(Mpa)式中：Fs屈服現(xiàn)象時(shí)的負(fù)荷，NS0 試樣的原始截面積，mm2例如：45鋼正火后的上述試樣Fs =2800N，貝卩 s =空也=360MPa78.5除低碳鋼、中碳 鋼及少數(shù)合金鋼有屈服現(xiàn)象外，大多數(shù)金屬材料沒(méi)有明顯 的屈服

5、現(xiàn)象。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以產(chǎn)生試樣標(biāo)長(zhǎng)的 0.2%殘余變形時(shí)的應(yīng)力，作為屈服極 限，以 0。2表示。人們又常稱為條件屈服極限。三、簡(jiǎn)介彈性極限四、屈強(qiáng)比：s之比叫屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比愈小，可靠性愈大。 b萬(wàn)一超載也能由 于塑性變形，使強(qiáng)度提高而不致立刻斷裂。但此值太低， 材料的利用率太 低。普通碳結(jié)構(gòu)鋼為0.50.6，低合金結(jié)構(gòu)鋼為 0.650.75, 合金結(jié)構(gòu)鋼為0.70.8,彈簧鋼為0.850.9b五、抗壓強(qiáng)度 be,抗彎強(qiáng)度 bb，其單位與 b相同，它們都與 b有一定關(guān)系。 2.塑性一、什么叫塑性材料在外力作用下產(chǎn)生殘余變形(永久變形)而不破壞的能力叫塑性。二、表示塑性指標(biāo)的方法1延伸率一一試樣被拉斷后

6、的伸長(zhǎng)量與原始長(zhǎng)度比值的百分率。用5表示。5二_%100%Lo式中：Lo試樣原標(biāo)距長(zhǎng)度， mm Lk 試樣拉斷后的標(biāo)距長(zhǎng)度，mm5 5和5 io分別表示試樣標(biāo)距長(zhǎng)度為直徑的5倍和10倍，同樣的材料5 5 大于5 io , 一般5 = (1.2-1.5 ) io ,目前標(biāo)準(zhǔn)中優(yōu)先選用短試樣。5 5或555 10數(shù)值愈大表明材料的塑性越 好。例如：45鋼做拉伸試驗(yàn)時(shí)Lo=50 , Lk=58,5 5 = 58 50 X 100%= 16%，502. 斷面收縮度一一試樣被拉斷后的截面積縮小量與原截面積比值。用表示。0 KS SS X100%So式中：S0 試樣的原斷面積，mm2Sk 試樣斷裂處的斷面

7、積，mm例如：45鋼做拉伸試驗(yàn)時(shí)試樣原始直徑 10 s=78.52mm斷裂處的直徑 7.75 Sk =47.12mmq= 78.5 471 % 100%=40%78.5的數(shù)值愈大表明材料的塑性愈好。3. 塑性好的材料適于做冷壓成型的產(chǎn)品。材料良好的塑性 是壓力加工及焊接等加工工藝的重要條件，也是機(jī)械零件 在使用過(guò)程中安全的保證。 3硬度一、什么叫硬度材料表面抵抗比它更硬物體壓入的能力用硬度表示?；蛘哒f(shuō)硬度是材料表面局部彈性變形、塑性變形的抗力。硬度是機(jī)械性能的代用指標(biāo)，它與其他性能有一定的關(guān)系。二、布氏硬度1. 測(cè)量原理：用 一定直徑大小的淬火鋼球或硬質(zhì)合金鋼球，在規(guī)定試驗(yàn) 力的作用下，壓 入

8、被測(cè)材料的表面，保持一段時(shí)間，卸除試驗(yàn)力，測(cè)量壓痕的 直徑d,以壓痕球面積上所產(chǎn)生的抗力，表示硬度值 。（不示注單位）2. 表示方法：用 淬火鋼球時(shí)以HBS表示，用硬質(zhì)合金球時(shí)以HBV表示。符號(hào)前面的數(shù)值 為硬度值。例如：220HBS 500HBW等。淬火鋼球用于測(cè)量硬度 v 450HBS的材料，硬質(zhì)合金球可測(cè)量V650HBW勺材料。我國(guó)目前布氏硬度機(jī)主要是淬火鋼球。所以又習(xí)慣用HB表示。3. 應(yīng)用方法：不用計(jì)算，用刻度放大鏡測(cè)出壓痕直徑d,查表得知布氏硬 度值。o三、洛氏硬度1. 測(cè)量原理：用頂角120金剛石錐體，或直 徑1.588mm淬火鋼球作為 壓頭，在規(guī)定載 荷的作用下，壓入被測(cè)金屬的

9、表面，然后根據(jù)壓痕深度來(lái)確定 硬度值。(1) 當(dāng)壓頭到被測(cè)工件的表面a點(diǎn)時(shí)，加預(yù)負(fù)荷，壓頭到b點(diǎn)。ab之間的距離ho是預(yù)負(fù)荷的壓入深入，這是為了消除表面光潔度對(duì)硬度的影響。(2) 加主負(fù)荷，壓頭從b到c, be之間的距離h+h2是主負(fù)荷壓入的深度。(3) 當(dāng)卸除主負(fù)荷后，由于金屬的彈性變形，壓頭從c彈回到d，cd之間的距離h2是金屬?gòu)椥宰冃位謴?fù)的深度。(4) bd之間的距離h，是計(jì)量硬度值的基礎(chǔ)。金屬越硬則h越淺，金屬越軟則h越深。2. 照顧到習(xí)慣上數(shù)值越大硬度越高的特點(diǎn)，采用一常數(shù)減去h的方法。并規(guī)定每0.002毫米壓痕深度為一硬度單位，用符號(hào) HR表示。HR二一h(從表盤直接讀 數(shù)，此值無(wú)

10、單位)0.002式中K是一規(guī)定常數(shù)。4.影響洛氏硬度測(cè)量準(zhǔn)確度的因素分析3.洛氏硬度的三種尺標(biāo)及應(yīng)用范圍標(biāo)尺符號(hào)壓頭類型總負(fù)荷(Kgf)應(yīng)用范圍應(yīng)用舉例HRA金剛石錐體6070-85碳化物、表面硬化鋼HRB1.588鋼球10025-100軟鋼、銅合金等HRC金剛石錐體15020-67淬火鋼、調(diào)質(zhì)鋼等注：注意三種硬 度值的標(biāo)注方法是不一樣的（課堂聽(tīng)講，課后查找）四、維氏硬度（右圖）壓頭是夾角136的金剛石四棱錐體，壓力負(fù)荷大小不等，可根據(jù)被測(cè)試樣的條件選擇。硬度值是根據(jù)壓痕對(duì)角線的長(zhǎng)度查表得知。維氏硬度用符號(hào)HV表示，它測(cè)量的范圍廣，從105HV到1037HV，但應(yīng)用不方便。查 硬度對(duì) 照表得知

11、：105HV相當(dāng)于60HRB。211HV相當(dāng)于17HRC。1037HV相當(dāng)于70HRC（ 86.6HRA）。五、肖氏硬度用一定重量的標(biāo)準(zhǔn)沖頭（底端鑲有金剛石圓柱體），從一定高度自由落于 被測(cè)金屬的表面，以沖頭回跳的高度來(lái)測(cè)量硬度?；靥礁?，硬度就越高。以 符號(hào)HS表示。肖式硬度可以檢 驗(yàn)大型工件，但準(zhǔn)確性較差。六、黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算表可參閱熱處理手冊(cè)，第二版（1992年10月）第四卷147-151頁(yè)例如：1、45HRC, 73.2HRA, 424HBS，碳鋼 b 148.8Kgf/ mm22、2、由表中可以看出1HRC=1/10HBS，即25HRC250HBS 3、c b與HBS 近似關(guān)系

12、為(T b 1/3 HBS (Kgf/ mm2)。如:424HBS, (T b 1/3 x 424=141Kgf/ mm2 (碳鋼) 4.沖擊韌性材料抵抗沖擊負(fù)荷而不破裂的能力稱為沖擊韌性。一、單次沖擊試驗(yàn)1 .試驗(yàn)原理和方法試樣試樣是按標(biāo)準(zhǔn)制 作的帶缺口的長(zhǎng)方體樣，放在試驗(yàn)機(jī)的工作臺(tái)上，用試驗(yàn) 機(jī)的擺錘在規(guī)定的高度自由落下沖斷試樣。沖擊韌性就是沖 斷試樣時(shí)，在試樣缺口處單位面積上所消耗的功來(lái)表示。Aku = W (H1-H2)式中：W-擺錘的重量Hi 擺錘抬起的高度Hz擺錘沖斷試 樣后升到的高度Ak沖擊功aku =( J / cm2、Kgf m/cm、公斤米/ 厘米 jA式中：A試樣缺口處原

13、始橫截面積2cmakucm沖擊韌性 J/2. 單次沖擊試驗(yàn)的適用范圍沖擊試驗(yàn)用于結(jié)構(gòu)鋼材，對(duì)于脆性大的材料(如鑄鐵)和塑性好的材料(如銅、低碳鋼 等)一般不作沖擊試驗(yàn)。因前者aku極小，后者又往 往不能沖斷。另外，aku與試驗(yàn)溫度有關(guān)。有些材料在室溫時(shí)不顯示脆性。在較低溫度下可能發(fā)生脆斷。對(duì)于在寒冷地區(qū)和低溫下工作的機(jī)械結(jié)構(gòu)尤為重要。3. 生產(chǎn)實(shí)例：相同材料、相同硬度、不同熱處理方法aku不同。(1) 例一：45鋼，25試樣，正火后170-229HBS2 2aku 8 Kg - m/ cm (80J/ cm )45鋼，25試樣，調(diào)質(zhì)后220HBS2 2aku二 16.2 Kg - m/ cm

14、(162J/ cm )(2) 例二：“煤截齒”，經(jīng)不同的熱處理方法，在硬度相同的情況下，aku 差別很大。二、多次沖擊試驗(yàn)3不少受沖擊的零件，如錘桿、活塞桿等，在工作中受多次(10 )沖擊后才會(huì)斷裂，所受的沖擊能量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一次沖斷的能量。把這種沖擊稱為小能 量的多次沖擊。這種沖擊裂紋是每次沖擊損傷的累積和發(fā)展的結(jié)果。多次沖擊抗力的指標(biāo)是用開(kāi)始出現(xiàn)裂紋和最后破斷的沖擊次數(shù)來(lái)表示。多次沖擊試驗(yàn)示意圖多次抗力是一個(gè) 取決于材料強(qiáng)度與塑性的綜合機(jī)械性能。當(dāng)沖擊能量高時(shí)， 材料的多次抗力 主要取決于塑性。沖擊能量低時(shí)，則主要取決于強(qiáng)度。5. 金屬的 疲勞概念一、金屬的疲勞機(jī)械零件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受的力，往往

15、隨時(shí)間的變化，常在小于 (T b甚至小于(T s的應(yīng)力下，經(jīng)多次循環(huán)后，在無(wú)顯著外觀變形的情況下，突然斷裂，這種現(xiàn)象叫“金屬的疲 勞”或“疲勞斷裂 ”。無(wú)論是脆性材料 還是塑性材料，都不產(chǎn)生明顯的外觀變形，而是突然發(fā)生 的，具有很大的 危險(xiǎn)性。二、疲勞極限材料經(jīng)無(wú)限次數(shù) 的應(yīng)力循環(huán)仍不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。 光滑試樣對(duì)稱彎曲疲勞極限用(T -1表示。鋼鐵材料經(jīng)過(guò)107次應(yīng)力循環(huán)，可稱為無(wú)限次數(shù)應(yīng)力循環(huán)。鋼的(T -1約為(T b的一半。三、提高疲勞強(qiáng) 度的方法設(shè)計(jì)時(shí)考慮零件 形狀結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中，加工零件時(shí)，減小表面粗糙度，采用表面噴丸、 滾壓、表面淬火、化學(xué)熱處理等方法，使表

16、面產(chǎn)生殘留壓應(yīng)力 等措施。附錄一、金屬的蠕變金屬材料在高溫 下長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，雖然所受的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 (T s,但也逐漸產(chǎn)生明顯塑性 變形的現(xiàn)象稱為“蠕變 ”。二、斷裂韌性學(xué)習(xí)金屬材料的 力學(xué)性能都是假定材料內(nèi)部是完 整、連續(xù)的。實(shí)際上的材料內(nèi)部不可避免地會(huì)存在各種缺陷（夾雜、氣孔等）。由于缺陷的存在使材料內(nèi)部不連續(xù)，這可以看成是材料中 的小裂紋。在裂 紋有尖端前沿有應(yīng)力集中產(chǎn)生，形成一個(gè)裂紋尖端的應(yīng)力場(chǎng)。斷裂韌性用Kic表示，它表明了材料有裂紋存在時(shí)抵抗脆性斷裂的能力 它是評(píng)定阻止裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展能力的力學(xué)性能指標(biāo)。斷裂韌性是強(qiáng)度和塑性的綜 合體現(xiàn)。思考題1為什么說(shuō)在機(jī) 械制造中熱處理是影響產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的重要因素？2. 為什么稱熱處 理是特殊過(guò)程？3. 說(shuō)明（T b、c s、c o。2S 5、S io、W