熱處理工藝學(xué)

金屬熱處理工藝學(xué)一名詞解釋碳勢(shì)：純鐵在一定溫度下于加熱爐氣中加熱時(shí)達(dá)到既部增碳也不脫碳并與爐氣保持平衡時(shí)表面的含碳量脫碳：鋼中的碳也會(huì)和氣氛作用，使鋼的表面失去一部分碳，含碳量降低，這種現(xiàn)象成為脫碳。過(guò)燒：加熱溫度過(guò)高，出現(xiàn)晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件報(bào)廢。放熱式氣體：原料氣與較充足的空氣混合，僅靠其本身的不完全燃燒所放出的熱量就能維持其反應(yīng)時(shí)，所制成的氣體。光亮熱處理：是指在熱處理過(guò)程中（主要是淬火和退火），采用氣體保護(hù)或者是真空狀態(tài)，避免或減少被熱處理的工件表面與氧氣接觸而發(fā)生氧化，從而達(dá)到工件表面的光亮或相對(duì)光亮。淬火烈度：淬火介質(zhì)的冷卻能力。淬透性：鋼材淬火時(shí)獲得馬氏體的能力的特性淬硬性：淬硬性是指鋼在淬火時(shí)的硬化能力，用淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度表示，它主要取決于馬氏體中的含碳量。自回火：當(dāng)淬火后尚未完全冷卻，利用在工件內(nèi)殘留的熱量進(jìn)行回火。退火：將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢〞r(shí)間，然后緩慢冷卻以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。表面淬火：被處理工件在表面有限深度范圍內(nèi)加熱至相變點(diǎn)以上，然后迅速冷卻，在工件表面一定深度范圍內(nèi)達(dá)到淬火目的的熱處理工藝。連續(xù)加熱法：對(duì)工件需淬火部位中的一部分同時(shí)加熱，通過(guò)感應(yīng)器與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，把已加熱部位逐漸移到冷卻位置冷卻，待加熱部位移至感應(yīng)器中加熱，如此連續(xù)進(jìn)行，直至需硬化的全部部位淬火完畢?；瘜W(xué)熱處理：將工件放置于某種滲入元素的活性介質(zhì)中，通過(guò)加熱、保溫和冷卻，使?jié)B入元素被吸附并擴(kuò)散滲入工件表面層，以改變表面層化學(xué)成分和組織，從而使其表面具有與心部不同的特殊性能的一種工藝。淬火：把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上，保溫并隨之以大于臨界冷卻速度(Vc)冷卻，以得到介穩(wěn)狀的M或B下組織的熱處理工藝。反應(yīng)擴(kuò)散：由溶解度較低的固溶體轉(zhuǎn)變成濃度更高的化合物，這種擴(kuò)散稱為反應(yīng)擴(kuò)散。物理催滲法：利用溫度、氣壓，電場(chǎng)、磁場(chǎng)及輻射，機(jī)械的彈塑性變形及彈性振蕩等物理方法，加速滲劑的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，加速滲入元素的擴(kuò)散化學(xué)催滲法：在滲劑中加入一種或幾種化學(xué)試劑或物質(zhì)，促進(jìn)滲劑的分解過(guò)程，去除工件表面氧化膜，活化工件表面，來(lái)提高滲入元素的滲入能力。滲碳：鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面，獲得一定的表面含碳量和一定碳濃度梯度的工藝。滲氮：向金屬表面滲入氮元素的工藝稱為滲氮，也稱為氮化滲硼：將鋼的表面滲入硼元素以獲得鐵的硼化物的工藝熱應(yīng)力：不同部位熱脹（或冷縮）的不一致形成的內(nèi)應(yīng)力組織應(yīng)力：不同部位組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)性形成的內(nèi)應(yīng)力二次硬化：含有Cr、Mo、V、Ti、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素的鋼，經(jīng)淬火并在500-600°C之間回火時(shí)，不僅硬度不降低，反而升高的現(xiàn)象稱為合金鋼的二次硬化。二次淬火：高合金鋼在回火冷卻時(shí)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)镸的現(xiàn)象。回火脆性：淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過(guò)該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象。碳當(dāng)量：產(chǎn)生一克分子碳所需該物質(zhì)的質(zhì)量。時(shí)效：金屬和合金經(jīng)過(guò)冷、熱加工或熱處理后，在室溫下保持（放置）或適當(dāng)升高溫度時(shí)常發(fā)生力學(xué)和物理性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。內(nèi)氧化：在合金的高溫氧化過(guò)程中，除了形成表面氧化物以外，氧可能溶解并擴(kuò)散進(jìn)入合金內(nèi)部，與合金中較活潑的組元發(fā)生反應(yīng)而形成顆粒狀氧化物沉積在合金內(nèi)部的過(guò)程。露點(diǎn)：指氣氛中水蒸氣開始凝結(jié)成霧的溫度，即在一個(gè)大氣壓力下氣氛中水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)使的溫度。1加熱方式隨爐加熱：工件裝入爐中，隨著爐子升溫而加熱，直至所需加熱溫度預(yù)熱加熱：工件先在已升溫至較低溫度的爐子中加熱，到溫后再轉(zhuǎn)移至預(yù)定工件加熱溫度的爐中加熱至工件達(dá)到所要求的溫度。到溫入爐加熱：又稱熱爐裝料加熱，先把爐子升到工件要求的加熱溫度，然后再把工件裝入爐內(nèi)進(jìn)行加熱高溫入爐加熱：工件裝入較工件要求加熱溫度高的爐內(nèi)進(jìn)行加熱，直至工件達(dá)到要求溫度2常見的脫碳反應(yīng)、氧化反應(yīng)3脫碳過(guò)程：鋼件表面的碳與爐氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（脫碳反應(yīng)），形成含碳?xì)怏w逸出表面，使表面碳濃度降低由于表面碳濃度的降低，工件表面與內(nèi)部發(fā)生濃度差，從而發(fā)生內(nèi)部的碳向表面擴(kuò)散的過(guò)程。4各種退火工藝方法種類加熱溫度目的應(yīng)用擴(kuò)散退火Ac3/Accm+150?300°C消除化學(xué)成分和組織的不均勻優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析現(xiàn)象較為嚴(yán)重的合金完全退火AC3+203?0°C細(xì)化晶粒、降低硬度、改善切削性能、消除內(nèi)應(yīng)力亞共析成分的碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件及熱軋型材以及焊接件不完全退火（軟化退火）Acl?AC3使亞共析鋼鍛件軟化并消除內(nèi)應(yīng)力亞共析鋼球化退火AC1+20?30°C降低硬度，改善切削加工性能；獲得均勻組織，改善熱處理工藝性能；同時(shí)為后續(xù)淬火作好組織準(zhǔn)備。共析鋼、過(guò)共析鋼和合金工具鋼

等溫退火亞共析鋼：Ac3+30?50°C；在600-680C之間等溫；同完全退火合金鋼和高合金工具鋼共析、過(guò)共析鋼：Ac1+20-30C；在Ar1-20C左右等溫，在500-600C出爐空冷同球化退火去應(yīng)力退火Ar1-100~200C一般在500-650C熱作模具鋼及高速鋼一般在650-750C消除鑄、鍛、焊件的內(nèi)應(yīng)力；降低硬度，提高尺寸穩(wěn)定性，防止工件的變形和開裂。各種鑄、鍛、焊件、冷沖壓件以及機(jī)加工工件再結(jié)晶退火T再+100?200°C一般在650-700C消除加工硬化、恢復(fù)塑性，便于進(jìn)一步冷加工冷加工后的金屬5敘述有物態(tài)變化的淬火介質(zhì)冷卻時(shí)，鋼件的冷卻過(guò)程；冷卻特性曲線、特性溫度。（1）蒸汽膜階段產(chǎn)生大量過(guò)熱蒸汽，形成連續(xù)的蒸汽膜，使工件和液體分開。冷卻主要靠輻射傳熱，冷卻速度較慢。

（2）沸騰階段T工件J,Q放J一蒸汽膜厚度減薄并破裂，以致使液體工件直接接觸，形成大量氣泡溢出液體，帶走大量熱量。冷卻速度較快（3）對(duì)流階段當(dāng)工件表面的溫度降低至介質(zhì)的沸點(diǎn)或分解溫度以下時(shí)，工件的冷卻主要靠介質(zhì)的對(duì)流形成，隨著工件與介質(zhì)的溫度降低，冷卻速度也逐漸降低。特性曲線0)6)試樣中心藍(lán)魔b）0)6)試樣中心藍(lán)魔b）陽(yáng)具有的鄆乂介炳特卻特性曲瓣示試樣魁授與掙卻時(shí)闔曲關(guān)羸I町拎卻鍛度與試梯溫度的夷系A(chǔ)-B:蒸汽膜階段B-C:沸騰階段C-D:對(duì)流階段特性溫度B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度6常用的淬火介質(zhì)（P37-40）水及其溶液，油，水油混合液（乳化液），低熔點(diǎn)熔鹽7影響鋼的淬透性的因素（1）鋼的化學(xué)成分，除Ti、Zr和Co外，所有合金元素提高淬透性。⑵奧氏體晶粒度，A晶粒f,淬透性f（3）奧氏體化溫度,Tf—A晶粒粗大；碳化物、非金屬夾雜物f,A均勻化f一過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性f一淬透性f；（4）第二相及其分布，奧氏體中未溶的非金屬夾雜物和碳化物的存在以及其大小和分布，影響過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而影響淬透性；8產(chǎn)生淬火裂縫的原因主要原因：淬火應(yīng)力過(guò)大，其次，非金屬夾雜物、碳化物偏析、粗大第二相、微小裂紋，導(dǎo)致鋼材強(qiáng)度的減弱，也會(huì)出現(xiàn)淬火裂縫'9淬火加熱溫度確定為Ac1/Ac3+（30-50°C）,請(qǐng)解釋原因？淬火加熱溫度根據(jù)鋼的相變點(diǎn)來(lái)確定。對(duì)亞共析鋼Ac3+（30-50°C）,對(duì)過(guò)共析鋼Ac1+（30-50°C）.溫度低于Ac3,加熱狀態(tài)為A和F二相組成,淬火冷卻后F保存下來(lái)，使零件淬火后硬度不均勻，強(qiáng)度和硬度降低。高30——50主要是為了是工件心部在規(guī)定的加熱時(shí)間內(nèi)保證達(dá)到Ac3點(diǎn)以上溫度，F(xiàn)能完全溶于A中，A成分比較均勻，A晶粒又不至于太粗大。10常用的4種淬火方法并在c-曲線上畫出其冷卻曲線以及并寫出淬火后的組織（1）單液淬火（2）中斷淬火（3）噴射淬火（4）分級(jí)淬火（5）等溫淬火（下貝氏體）f/sT/Vf/s11回火種類回火種回火溫度回回火目的 回火硬度應(yīng)用范圍類火組織低溫回150-250°M獲得高強(qiáng)度、高硬度58-64HRC各種高碳鋼的工火C回和高耐磨性，降低淬具、量具、滾動(dòng)軸火應(yīng)力和脆性承、滲碳零件等中溫回350-500°T回獲得高的屈服強(qiáng)度、35-50HRC各種彈簧鋼零件火C彈性極限和較高的韌和模具性高溫回500-650°S回獲得強(qiáng)度、硬度、塑25-35HRC中碳結(jié)構(gòu)鋼和低火C性和韌性都較好的綜合金結(jié)構(gòu)鋼制造合力學(xué)性能的各種重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿、螺栓等12回火工藝的制定（P64-75）回火溫度的選擇和確定回火時(shí)間的確定回火后的冷卻13表面淬火時(shí)，鋼在非平衡加熱時(shí)的相變特點(diǎn)（1）在一定的加熱速度范圍內(nèi)，臨界點(diǎn)隨加熱速度的增加而提高（2）奧氏體成分不均勻性隨著加熱速度的增加而增大（3） 提高加熱速度可顯著細(xì)化奧氏體晶粒（4） 快速加熱對(duì)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變及馬氏體回火有明顯影響快速加熱使奧氏體成分不均勻及晶粒細(xì)化，減小了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使c-曲線左移14表面淬火的金相組織和性能（P76-78）（1）原始組織為退火狀態(tài)的共析鋼，自表面向心部：M區(qū)（包括殘余奧氏體）、M十P區(qū)和P區(qū)。（2）原始組織為正火狀態(tài)的45鋼，從表面到中心：M、M+F、M+F+P、P+F（3）原始組織為調(diào)質(zhì)狀態(tài)的45鋼，組織分布均勻。組織性能（1）快速加熱，激冷淬火后的工件表面硬度比普通加熱淬火高。⑵耐磨性比普通淬火的高（3）顯著地提高零件的抗疲勞性能；顯著地降低疲勞試驗(yàn)時(shí)的缺口敏感性15感應(yīng)加熱表面淬火后的低溫回火的目的、回火方式有那些。目的：降低殘余應(yīng)力和脆性，而又不致降低硬度回火種類：爐中回火自回火感應(yīng)加熱回火16表面淬火的目的；感應(yīng)加熱表面淬火常用的冷卻方式和冷卻介質(zhì)目的：表面獲得一定深度的M組織，心部仍保持著淬火前的組織狀態(tài)。冷卻方式：噴射冷卻法和浸液淬火法，埋油淬火法。冷卻介質(zhì)：水、聚乙烯醇水溶液、聚丙烯醇水溶液、乳化液和油。17滲碳的目的是什么使機(jī)器零件獲得高的表面硬度、耐磨性及高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。18常用固體滲碳溫度900-930°C19滲碳緩冷后從表層到心部的組織分布？過(guò)共析組織一共析組織一亞共析組織一基體組織20滲碳后表面的含碳量由0.8-1.05%逐漸過(guò)渡到基體組織成分；21滲碳層淬火后從表層到心部的組織分布？由表面到心部，M、A殘和K——M和A殘——M——心部組織。心部組織在完全淬透的情況下為M（低），淬火溫度較低時(shí)為M+F（游離），在淬火透性較差的鋼中，心部為Q或S+F22滴注式可控氣氛滲碳一般采用幾種液體進(jìn)行滴注，分別起到作用？滴注式可控氣氛滲碳，一般采用兩種有機(jī)液體同時(shí)滴入爐內(nèi)，一種液體產(chǎn)生的氣體碳勢(shì)較低，作為稀釋氣體，另一種液體產(chǎn)生的氣體碳勢(shì)較高，作為富化氣。23滲碳層的組織結(jié)構(gòu)包括哪幾項(xiàng)1）滲碳層碳濃度分布曲線2）基體組織3）滲層中的第二相分布、數(shù)量和形狀24滲碳缺陷種類黑色組織反常組織粗大網(wǎng)狀碳化物組織滲碳層深度不均勻表層脫碳或貧碳表面腐蝕和氧化25滲碳的分類固體滲碳法液體滲碳法氣體滲碳法26滲碳用鋼含碳量較低的碳鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量為0.10-0.25%。27滲碳后的熱處理（種類、曲線、溫度制定原則）P119-120種類（1）直接淬火（2）—次加熱淬火（3）二次加熱淬火28滲氮的特點(diǎn)1）更高的表面硬度和耐磨性，表面硬度可以高達(dá)HV950-1200，而且到600°C仍可維持相當(dāng)高的硬度；2） 更高的彎曲疲勞強(qiáng)度；3） 滲氮溫度較低（500-570°C）,故變形很小4）提高工件的抗腐蝕性能；5）工藝過(guò)程較長(zhǎng)，滲層較薄，不能承受太大的接觸應(yīng)力；29純鐵滲氮層的組織（520°C、600°C時(shí)）520°C純鐵滲氮，若表面氮原子能充分吸收，則按狀態(tài)圖自表面至中心依次為&相―丫’相—a相；滲層組織表面—中心：g—g+丫’—丫'―丫'+a—a相600°C純鐵滲氮，若表面氮原子能充分吸收，則按狀態(tài)圖自表面至中心依次為&—丫'—丫—匕相；滲層組織自表面至中心：G—Y'—a'—a相30滲氮的工藝參數(shù)有哪些？滲氮溫度保溫時(shí)間氨分解率31滲氮工藝方法（P135-137）根據(jù)滲氮目的不同，滲氮工藝方法分成兩大類（1）強(qiáng)化滲氮，以提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度等為主要目的而進(jìn)行的滲氮；（2）防腐滲氮，以提高工件表面抗腐蝕性能為目的的滲氮32合金氮化物的形成過(guò)程當(dāng)在較低溫度滲氮時(shí)，在開始階段，隨著滲氮過(guò)程的進(jìn)行，a相中的氮濃度提高，彈性應(yīng)力產(chǎn)生并增加，a相點(diǎn)陣畸變，鑲嵌塊細(xì)化，使擴(kuò)散層硬度提高。當(dāng)a相中的氮濃度達(dá)到飽和極限后，將開始析出合金元素的氮化物。最初形成單原子層薄片狀氮化物晶核，其與母相完全共格，其后進(jìn)一步長(zhǎng)大。合金氮化物的尺寸大小，主要決定于滲氮溫度。33滲氮提高彎曲疲勞強(qiáng)度的原因滲氮提高彎曲疲勞強(qiáng)度的原因，不是因?yàn)楸砻鎻?qiáng)化，而是由于表面造成殘余應(yīng)力。34常用的滲氮鋼衰齊3常用港氯鋼的鋼種及使用范國(guó)類別鋼號(hào)就牝后性能主要川遨低碳結(jié)構(gòu)掰18Mt1G鋼衛(wèi)fL20Si，30鋼，35鋼+Q]955Q235T30Mn抗丈氣與水膺燭舜帽扁栓禽釘出手等中碳結(jié)構(gòu)鋼40鋼，45躺50鋼,55ffitGOffl提高栽勞性能和耐熔申抗大氣與水屬獨(dú)低檔齒輪■齒輪軸、曲軸低灑合金鋼12CrNi3A>12CrNi4A,]&Cr2Ni4WA,18CrNiWA,ZQCrt20CrMnlit25Cr2Ni4WAf25Cr2MoVA耐辭.抗疲勞性能憂良，壯部捌性高?可承受沖擊載荷1…輕負(fù)荷悔輪.竭桿.齒圈等中.高構(gòu)密零件35合金元素對(duì)滲氮層組織和性能的影響體現(xiàn)在哪幾個(gè)方（P129-133）（1） 溶解于鐵素體并改變氮在a相中的溶解度。過(guò)渡族元素鎢、鉬、鉻、鈦、釩及少量的鋯和鈮，可溶于鐵素體，提高氮在a相中溶解度；鋁和硅在低溫滲氮時(shí)，不改變氮在a相中的溶解度（2） 與基體鐵構(gòu)成鐵和合金元素的氮化物（Fe,M）N、（Fe,3M4N等鋁、硅可能還有鈦大量地溶解于y'相中，擴(kuò)大了y'相的均相區(qū)；G相的合金化，提高了它的硬度和耐磨性；（3） 形成氮化物氮化物的穩(wěn)定性：Ni—Co—Fe—Mn—C—Mo—W—Nb—Ti—Zr在a相中形成與a相保持共格關(guān)系的合金氮化物—提高硬度和強(qiáng)度的目的。36滲氮溫度范圍滲氮溫度較低（500-5701）37化學(xué)熱處理的特點(diǎn)、目的及其有哪幾個(gè)過(guò)程組成1） 通過(guò)滲入不同的元素，可有效地改變工件表面的化學(xué)成分和組織，以獲得各種不同的表面性能，2） 一般化學(xué)熱處理的滲層厚度可根據(jù)工件的技術(shù)要求來(lái)調(diào)節(jié)，而且滲層的成分、組織和性能由表至里是逐漸變化的，滲層與基體屬于冶金結(jié)合，表層不易剝落3）通?；瘜W(xué)熱處理不受工件幾何形狀的限制，無(wú)論形狀如何復(fù)雜均可使外殼和內(nèi)腔獲得所要求的滲層或局部滲層。4） 絕大部分化學(xué)熱處理具有工件變形小、精度高、尺寸穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。如氮化、軟氮化、離子氮化等工藝。5） 所有化學(xué)熱處理均可獲得改善工件表面性能的綜合結(jié)果，大部分化學(xué)熱處理在提高力學(xué)性能的同時(shí)，還能提高工件表面層的抗腐蝕、抗氧化、減摩、抗咬合、耐熱等多種性能。6） —般化學(xué)熱處理對(duì)提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、挖掘材料潛力、延長(zhǎng)使用壽命具有更為顯著的功效。7） 多數(shù)化學(xué)熱處理既是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，也是一個(gè)復(fù)雜的冶金過(guò)程，它需要在一定的活性介質(zhì)中加熱，通過(guò)界面上的物理化學(xué)反應(yīng)和由表及里的冶金擴(kuò)散來(lái)成。所以其工藝較復(fù)雜，處理周期長(zhǎng)，而且對(duì)設(shè)備的要求也較高。目的：強(qiáng)化表面，提高表面層強(qiáng)度，主要使疲勞強(qiáng)度和耐磨性，如滲碳、滲氮、碳氮共滲、氮碳共滲等；提高表面層硬度或降低摩擦系數(shù)，增加耐磨性；如滲硼、滲碳化物形成元素、滲硫、硫氮共滲、氧氮碳共滲等；改善表面化學(xué)性能，提高耐蝕性和抗高溫氧化性；如滲鉻、滲硅、滲鋁、鉻硅鋁共滲等；38化學(xué)熱處理時(shí)，擴(kuò)散層的組織結(jié)構(gòu)39加速化學(xué)熱處理過(guò)程的途徑（1）物理催滲法，利用溫度、氣壓，電場(chǎng)、磁場(chǎng)及輻射，機(jī)械的彈塑性變形及彈性振蕩等物理方法，加速滲劑的分解，活化工件表面，提高吸附和吸收能力，加速滲入元素的擴(kuò)散化學(xué)催滲法，在滲劑中加入一種或幾種化學(xué)試劑或物質(zhì)，促進(jìn)滲劑的分解過(guò)程，去除工件表面氧化膜，活化工件表面，來(lái)提高滲入元素的滲入能力。40化學(xué)熱處理的滲劑組成含有欲滲元素的物質(zhì)，催滲劑或催化劑熱處理原理部分1在加熱過(guò)程時(shí)的轉(zhuǎn)變4個(gè)過(guò)程：第一步：奧氏體晶核形成奧氏體晶核首先在鐵素體和滲碳體的界面上形成，因?yàn)榫嫣幍某煞趾徒Y(jié)構(gòu)對(duì)形核有利。第二步：奧氏體晶核長(zhǎng)大奧氏體晶核形成后，便通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向鐵素體和滲碳