熱處理工(技師、高級技師)第一章

第一章編制鋼鐵復(fù)雜零件和鋁合金零件的熱處理工藝第一章編制鋼鐵復(fù)雜零件和鋁合金零件的熱處理工藝一、包裝檢驗

即無包裝，適用于錠、塊（不怕腐蝕、不貴重）、大型鋼材（大型鋼、厚鋼板、鋼軌）、生鐵等。

適用于尺寸較小、腐蝕對使用影響不大，如中小型鋼、鋼管、線材、薄板、金屬制品等則可進(jìn)行成捆、成卷或成盤包裝。

1.散裝2.成捆(卷、盤)包裝3.成箱(桶)包裝第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)適用于精度等級較高、防腐蝕以及小、薄產(chǎn)品，如馬口鐵、硅鋼片、鎂錠和硬質(zhì)合金刀頭等，須采用中性防潮紙、塑料薄膜或包裝布依次包裹后，再成箱包裝。

適用于線材、鋼絲繩、鋼絞線等包裝。4.成軸包裝第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)二、標(biāo)志檢驗

是把用來表示金屬材料種類、牌號顏色的油漆涂在材料的表面或末端表面上，主要用于鋼材、生鐵、有色金屬原材料等。

在金屬材料規(guī)定的部位（端面、端部）打鋼印或噴帶色漆印的方法，打印較涂色更能說明材料的特征，它的內(nèi)容一般包括材料的品種、規(guī)格、牌號、標(biāo)準(zhǔn)號等。

1.涂色2.打印3.掛牌成捆、成箱、成軸等金屬材料在外面掛牌說明其牌號、尺寸、重量、標(biāo)準(zhǔn)號、供方等。第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)三、規(guī)格尺寸檢驗

公稱尺寸是人們在生產(chǎn)中想得到的理想尺寸，但它與實際尺寸有一定差距。

金屬材料進(jìn)行生產(chǎn)時，很難使實際尺寸與公稱尺寸完全相符，實際尺寸總是稍大或稍小于公稱尺寸，因而出現(xiàn)了差距。

金屬材料的尺寸允許偏差規(guī)定了幾種范圍，并按尺寸允許偏差大小不同劃為若干等級叫做精度等級，常見的精度等級有普通精度、較高精度、高級精度等。1.公稱尺寸(名義尺寸)2.尺寸偏差3.精度等級第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)

交貨長度是金屬材料的交貨主要尺寸，指金屬材料交貨時應(yīng)具有的長（寬）度規(guī)格。

對長度不作一定的規(guī)定，但必須在一個規(guī)定的長度范圍內(nèi)（按品種不同，長度不一樣）。

長度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通常為長度尺寸的下限，但不小于規(guī)定的最小允許長度的叫做短尺；寬度小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的不定尺寬度下限，但不小于允許的最窄寬度的叫做窄尺。4.交貨長度(寬度)5.通常長度(不定尺長度)6.短尺(窄尺)第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)

所交金屬材料長度必須具有需方在訂貨合同中指定的長度（一般為正偏差）。

所交金屬材料長度必須為需方在訂貨合同中指定長度的整數(shù)倍（加鋸口、正偏差）。7.定尺長度8.倍尺長度第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)表1-1常用鋼材的測量部位第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)表1-2常用鋼板及有色金屬板材的測量部位第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)四、數(shù)量檢驗

大多數(shù)金屬材料是按實際質(zhì)量交貨的，因此進(jìn)行數(shù)量檢驗時，必須分批、分車進(jìn)行過磅計量；對于計件材料還應(yīng)先點件數(shù)，然后逐件過磅。

理論質(zhì)量是以材料的公稱尺寸（實際尺寸）和密度計算得到的質(zhì)量。1.按實際質(zhì)量計量(檢斤驗收)2.按理論質(zhì)量計量(檢尺驗收)第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)五、表面質(zhì)量檢驗

圓度是指棒材或管材其截面的不圓程度（即同一截面上各方向直徑不等的現(xiàn)象）。

彎曲是指軋制材料在長度或?qū)挾确较虿黄街?、呈曲線形狀的總稱。

鐮刀彎是指金屬板、帶及接近矩形截面的型材沿長度（窄面一側(cè)）的彎曲，一面呈凹入曲線，另一面對面呈凸出曲線，稱為鐮刀彎。

1.圓度2.彎曲、彎曲度3.鐮刀彎(側(cè)面彎)4.扭轉(zhuǎn)第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)扭轉(zhuǎn)是指條形軋制材料沿縱軸扭成螺旋狀變形。

瓢曲度是指在板或帶的長度及寬度方向同時出現(xiàn)高低起伏的波浪現(xiàn)象，形成瓢曲形，叫做瓢曲度。

由于軋輥配合不當(dāng)?shù)仍虺霈F(xiàn)的沿軋制方向延伸的突起，叫做耳子。

刮傷是指材料表面呈直線或弧形溝痕，通常可以看到溝底。

5.瓢曲度6.耳子7.刮傷8.結(jié)疤第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)結(jié)疤是指不均勻分布在金屬材料表面呈舌狀、指甲狀或魚鱗狀的薄片。

粘結(jié)是指金屬板、箔、帶在疊軋退火時產(chǎn)生的層與層間之點、線、面的相互粘連，經(jīng)掀開后表面留有粘結(jié)痕跡，叫做粘結(jié)。

氧化鐵皮是指材料在加熱、軋制和冷卻過程中，在表面生成的金屬氧化物。

9.粘結(jié)10.氧化鐵皮11.折疊第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)折疊是指金屬在熱軋過程中（或鍛造）形成的一種表面缺陷，表面互相折合的雙金屬層呈直線或曲線狀重合。

麻點是指金屬材料表面凹凸不平的粗糙面。

金屬材料的表面呈現(xiàn)無規(guī)律分布的大小不等、形狀不同、周圍圓滑的小凸起，破裂的凸起泡呈雞爪形裂口或舌狀結(jié)疤，叫做氣泡。

12.麻點13.皮下氣泡14.裂紋裂紋是指金屬材料表層及內(nèi)部的開裂，其特征是有尖銳的根部或邊緣。第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)六、內(nèi)部質(zhì)量檢驗的保證條件

基本保證條件又叫必保條件，是對材料質(zhì)量的最低要求。

附加保證條件是指除基本保證條件外，根據(jù)需方在訂貨合同中注明的要求才進(jìn)行檢驗，并保證檢驗結(jié)果符合規(guī)定的項目。

在標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，但要經(jīng)過供需雙方協(xié)商并在訂貨合同中加以保證的項目。

1.基本保證條件2.附加保證條件3.協(xié)議保證條件4.參考條件第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)七、化學(xué)成分檢驗

根據(jù)化學(xué)反應(yīng)來確定金屬的化學(xué)成分，稱為化學(xué)分析法。

(1)質(zhì)量分析法采用適當(dāng)?shù)姆蛛x手段，使金屬中被測定元素與其他成分分離，然后用稱重法來測元素含量。

(2)容量分析法用標(biāo)準(zhǔn)溶液(已知濃度的溶液)與金屬中被測元素完全反應(yīng)，然后根據(jù)所消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積計算出被測定元素的含量。

在化學(xué)分析前，首先要做好取樣工作，必須保證所取試樣均勻而且具有代表性。1.化學(xué)分析法標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，但不要求保證；或標(biāo)準(zhǔn)中無規(guī)定，需方提出并經(jīng)供需雙方協(xié)議進(jìn)行檢驗的項目，叫做參考條件。第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)

各種元素在高溫、高能量的激發(fā)下都能產(chǎn)生自己特有的光譜，根據(jù)元素被激發(fā)后所產(chǎn)生的特征光譜來確定金屬的化學(xué)成分及大致含量的方法，稱為光譜分析法。

鋼鐵在砂輪磨削下由于摩擦、高溫作用，根據(jù)各種元素、微粒氧化時產(chǎn)生的火花數(shù)量、形狀、分叉、顏色等不同，來快速鑒別材料化學(xué)成分（組成元素）及大致含量的一種方法。2.光譜分析法3.火花鑒別法第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)八、內(nèi)部質(zhì)量檢驗

(1)疏松鑄鐵或鑄件在凝固過程中，由于諸晶枝之間的區(qū)域內(nèi)的熔體最后凝固而收縮，以及放出氣體導(dǎo)致產(chǎn)生許多細(xì)小孔隙和氣體而造成的不致密性，叫做疏松。

(2)夾渣被固態(tài)金屬基體所包圍著的雜質(zhì)相或異物顆粒，叫做夾渣。

(3)偏析合金金屬內(nèi)各個區(qū)域化學(xué)成分的不均勻分布，叫做偏析。

(4)脫碳鋼及鐵基合金的材料或制件表層內(nèi)的碳全部或部分失掉的現(xiàn)象，叫做脫碳。1.金屬材料的內(nèi)部組織缺陷第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)

金屬材料的內(nèi)部組織缺陷除了以上4種外，還有氣泡、裂紋、分層、白點等也是常見的內(nèi)部組織缺陷。

(1)宏觀檢驗

是利用肉眼或10倍以下的低倍放大鏡觀察金屬材料內(nèi)部組織及缺陷的檢驗，常用的方法有：斷口檢驗、低倍檢驗、塔形車削發(fā)紋檢驗及硫印試驗等。

1)斷口檢驗：是根據(jù)材料的斷口來檢查材料在冶煉或加工過程中所引起的缺陷，如氣泡、縮孔殘余、夾渣、分層、裂紋、粗大晶粒及白點等。2.金屬材料內(nèi)部組織缺陷的檢驗方法第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)2)低倍檢驗：是把材料的試樣經(jīng)過酸(或堿)浸蝕后，用肉眼或低倍放大鏡對其表面進(jìn)行觀察。

3)塔形車削發(fā)紋檢驗：為了暴露材料內(nèi)部的發(fā)紋缺陷，把鋼材按一定尺寸車削成具有三個階梯的圓柱形試樣，然后用肉眼或10倍以下放大鏡觀察試樣上的發(fā)紋，根據(jù)其條數(shù)和長度等來評定質(zhì)量。

4)硫印試驗：其目的是直接檢驗硫、間接檢驗其他元素在鋼中的偏析或分布情況。

(2)顯微檢驗顯微檢驗又叫做高倍檢驗，是將制備好的試樣按規(guī)定的放大倍數(shù)在金相顯微鏡下進(jìn)行觀察測定，以檢驗金屬材料的組織及缺陷的檢驗方法。第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)(3)無損檢驗

無損檢驗最早是指在不損傷原材料和工件工作狀態(tài)的前提下而進(jìn)行的有關(guān)技術(shù)參數(shù)的測定，如測溫、測壓、測流速等。

無損檢驗有：磁力探傷、熒光探傷和著色探傷等。

1)磁力探傷也叫做磁粉探傷，是用于發(fā)現(xiàn)鋼鐵等鐵磁性材料表面和近表面缺陷的一種探傷方法。

2)熒光探傷是一種利用滲透原理進(jìn)行探傷的方法。

3)著色探傷的原理和上述熒光探傷一樣，所不同的是使用著色劑而不是使用熒光粉，不需要在紫外線上觀察。第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)以上兩種方法用于無磁性材料，如有色金屬、不銹鋼、耐熱合金的表面細(xì)小裂紋及松孔的檢驗。

(4)超聲波檢驗超聲波檢驗是用于內(nèi)部缺陷的無損探傷方法，又叫做超聲波探傷，作為低倍組織的預(yù)檢，已被納入標(biāo)準(zhǔn)中。

X光是波長為101．9~0．0006nm(1019~0．006?)的電磁波，它能穿透80mm厚的鋼件。第一節(jié)金屬材料驗收標(biāo)準(zhǔn)一、鍛造余熱淬火

鍛造余熱淬火指的是工件或毛坯經(jīng)高溫鍛造成形后立即淬入淬火介質(zhì)中以獲得淬火組織的一種將鍛造與淬火結(jié)合在一起的工藝方法，圖1?1是鍛造余熱淬火工藝示意圖。圖1-1鍛造余熱淬火工藝示意圖1.鍛造余熱淬火的特點第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識(1)節(jié)約能源

鍛造余熱淬火由于省去了原調(diào)質(zhì)工藝中的鍛后正火以及調(diào)質(zhì)淬火兩道加熱工序，能顯著節(jié)約能源。

另外，采用鍛造余熱淬火工藝時，鍛坯的加熱一般采用連續(xù)加熱爐。

(2)節(jié)約鋼材鍛造余熱淬火是在保證足夠的塑性的前提下可以提高鋼材的強(qiáng)度，因此采用該工藝可以減輕零件的重量、節(jié)約鋼材。

(3)縮短生產(chǎn)周期以135柴油機(jī)40Cr鋼連桿為例，原工藝為：下料→油爐加熱→熱模鍛→空冷→正火→清理→調(diào)質(zhì)→強(qiáng)化拋丸→機(jī)械加工→成品。第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識(4)便于機(jī)械加工

我們知道形變熱處理在生產(chǎn)上不易推廣的一個重要原因是在提高零件強(qiáng)度與硬度的同時還會改變其形狀，由于鍛軋成形不能保證零件的幾何精度，故在形變熱處理后還需進(jìn)行機(jī)械加工，但強(qiáng)度與硬度的提高為其后進(jìn)行的機(jī)械加工增加了許多困難。

(1)亞共析鋼鍛造余熱淬火重要的機(jī)械零件，其含碳量大多是屬于亞共析鋼范疇。2.鍛造余熱淬火的工藝表1?3是從生產(chǎn)實際中采集的不同鋼號的機(jī)械零件，經(jīng)鍛造余熱淬火后的力學(xué)性能與普通淬火后的力學(xué)性能的比較。第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識表1-3幾種零件鍛造余熱淬火與普通淬火力學(xué)性能的比較第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識表1-3幾種零件鍛造余熱淬火與普通淬火力學(xué)性能的比較第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識(2)過共析鋼鍛造余熱淬火

冷作模具、刀具用鋼等都屬于過共析鋼，它們原來的加工路線是：鍛造成形→球化退火→粗加工→淬火→低溫回火→精加工。

球化退火一般約需20h左右，要耗費大量電能，而且所得到的球狀碳化物較大，其平均直徑在1μm以上。第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識表1-?4鍛造余熱淬火加高溫回火與球化退火后硬度值比較第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識二、形變熱處理

將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，保溫一定時間后，迅速冷卻到過冷奧氏體的亞穩(wěn)定狀態(tài)下（即珠光體與貝氏體形成溫度范圍之間）進(jìn)行塑性變形，然后立即進(jìn)行淬火的綜合強(qiáng)化工藝，稱為低溫形變熱處理。1.低溫形變熱處理第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識表1-5某些鋼的低溫形變淬火與普通淬火的力學(xué)性能對比第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識表1-5某些鋼的低溫形變淬火與普通淬火的力學(xué)性能對比第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識圖1-2不同材料經(jīng)低溫形變淬火后的強(qiáng)度變化第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識圖1-3形變溫度對力學(xué)性能的影響第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識圖1-4形變量對力學(xué)性能的影響2.高溫形變熱處理第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識將鋼加熱到奧氏體狀態(tài)，保溫一定時間，并在此狀態(tài)下形變，隨后進(jìn)行淬火回火的一種工藝方法，稱為高溫形變熱處理。

一般認(rèn)為形變熱處理獲得強(qiáng)化的原因有下列幾種：

(1)細(xì)化奧氏體晶粒、改變淬火后馬氏體形態(tài)及其結(jié)構(gòu)由于奧氏體晶粒的細(xì)化，使得馬氏體變得很細(xì)，晶界增加。

(2)使鋼中碳化物變細(xì)、分布彌散均勻這不僅使強(qiáng)度提高，而且韌性也有所提高。3.形變熱處理的強(qiáng)化機(jī)理(3)改變脆性相的數(shù)量及分布

由此可減弱結(jié)構(gòu)鋼的可逆和不可逆回火脆性。第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識三、非調(diào)質(zhì)鋼

20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的微合金化技術(shù)為非調(diào)質(zhì)鋼的產(chǎn)生提供了理論和生產(chǎn)基礎(chǔ)，20世紀(jì)70年代初期發(fā)生的能源危機(jī)直接促成非調(diào)質(zhì)鋼的出現(xiàn)及發(fā)展。

1.非調(diào)質(zhì)鋼的概念2.非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)化原理第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識非調(diào)質(zhì)鋼顧名思義可以不經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理而直接使用，為了達(dá)到調(diào)質(zhì)處理的力學(xué)性能，通過在冶煉過程中適量添加微合金元素（V、Ti、Nb）和合理控制軋制工藝來調(diào)整基體組織形態(tài)。

非調(diào)質(zhì)鋼按應(yīng)用場合分為直接切削用非調(diào)質(zhì)鋼、熱鍛用非調(diào)質(zhì)鋼、冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼和高韌性非調(diào)質(zhì)鋼。3.非調(diào)質(zhì)鋼的應(yīng)用第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識表1-6非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼的鋼號與化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)表1-6非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼的鋼號與化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識(1)軸類零件

直接切削用非調(diào)質(zhì)鋼可替代現(xiàn)有的40Cr及45鋼種的調(diào)質(zhì)鋼。

調(diào)質(zhì)鋼工序：落料→調(diào)質(zhì)→切削加工→表面淬火。

(2)異形熱加工鍛件熱鍛用非調(diào)質(zhì)鋼根據(jù)所需力學(xué)性能不同，可替代40Cr、45、35CrMo、40Mn2、35MnB等調(diào)質(zhì)鋼。

調(diào)質(zhì)鋼工序：落料→鍛造→調(diào)質(zhì)→切削加工。

(3)冷加工用鍛件冷作強(qiáng)化非調(diào)質(zhì)鋼主要用于標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)，可替代35、45、35CrMn的調(diào)質(zhì)鋼。

調(diào)質(zhì)鋼工序：落料→正火→冷鐓鍛造→調(diào)質(zhì)→切削加工。第二節(jié)鍛造余熱淬火、形變熱處理、非調(diào)質(zhì)鋼的熱處理知識一、新材料應(yīng)用知識

鋼鐵材料具有價格低廉，資源豐富，生產(chǎn)規(guī)模大，易于加工使用，性能可靠，便于回收等特點。

(1)低碳馬氏體及其應(yīng)用

低碳馬氏體是低碳低合金鋼經(jīng)強(qiáng)烈淬火急冷后得到的一種顯微組織結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能以及良好的可加工性和焊接性。1.新一代鋼鐵材料第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識(2)空冷貝氏體鋼

貝氏體鋼能夠空冷自硬，并將冶金熱加工工序與產(chǎn)品成形制造工序相連接，具有良好的強(qiáng)韌性配合、生產(chǎn)工序簡單、節(jié)約能源、污染少、成本低等優(yōu)點，因而引起了廣泛重視。

(3)無萊氏體高速鋼大連鐵道學(xué)院戚正風(fēng)教授等研制成功的無萊氏體高速鋼，其合金元素與一般高速鋼相同，含碳量則降低到鋼液凝固時不形成共晶碳化物(萊氏體)，而又能在淬火回火后整體具有足夠的強(qiáng)度、韌性與硬度的水平。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識(4)奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵(A—B球墨鑄鐵)20世紀(jì)70年代我國與美國、芬蘭等國家同時研制成功A—B球墨鑄鐵并獲得了實際應(yīng)用，由于A—B球墨鑄鐵既具有較高的強(qiáng)度和硬度，又具有良好的塑性和韌性，因而被廣泛用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)的齒輪以及連桿、軸類等結(jié)構(gòu)件和礦山磨球、錘頭等耐磨零件。

通常將密度低于4．5g/cm3的金屬稱為輕金屬。

銅的密度為8．94g/cm3，為重非鐵金屬，具有面心立方晶格，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。2.Al—Li合金3.銅合金第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識

鈦與鋁、銅不同，和鐵一樣也存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，在883℃以上為體心立方結(jié)構(gòu)稱為β相，在883℃以下為密排六方結(jié)構(gòu)稱為α相。

(1)Ti-6Al-4V鈦合金這種鈦合金是α＋β型鈦合金，其合金成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為5%~6%的鋁、4%的釩。

該合金易于焊接、鍛造和切削加工，通過熱處理可使抗拉強(qiáng)度高達(dá)1173MPa，并在482℃還有很好的熱穩(wěn)定性，在飛機(jī)上主要用作發(fā)動機(jī)殼體、壓縮機(jī)葉片、結(jié)構(gòu)鍛件和緊固件等。4.航空與醫(yī)用鈦合金第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識(2)β型高強(qiáng)度鈦合金β型鈦合金是發(fā)展高強(qiáng)度(σb≥1400~1500MPa)鈦合金潛力最大的合金，由于加入了大量的β相穩(wěn)定元素，空冷或水冷在室溫即能得到全β相的組織，再通過時效處理析出α相彌散質(zhì)點可大幅度提高強(qiáng)度。

β?21S是美國20世紀(jì)90年代新開發(fā)出的一種β型鈦合金，其化學(xué)成分為Ti?15Mo?2．7Nb?3Al?0．2Si。

(3)鈦鋁化合物為基的高溫鈦合金不斷提高鈦合金的工作溫度，以便代替航空發(fā)動機(jī)所用的較重的鎳基高溫合金，增大航空發(fā)動機(jī)的推重比，這始終是新型鈦合金研究的目的之一。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識二、新工藝應(yīng)用知識

在環(huán)境壓力低于正常大氣壓以下的減壓空間中進(jìn)行加熱、保溫的熱處理工藝，稱為真空熱處理。

(1)真空熱處理的特點真空熱處理具有無污染、無氧化脫碳、變形小等一系列優(yōu)點。

1)防止金屬氧化：工件只要在10-1Pa的真空度下，金屬的氧化速度就極慢，在真空度小于1.33×10-2Pa的真空下加熱金屬，雖然都高于金屬氧化物的分解壓力，也可得到無氧化的光亮表面。1.真空熱處理美國已有兩個以Ti3Al為基的高溫鈦合金開始批量生產(chǎn)，它們的化學(xué)成分是Ti?21Nb?14Al和Ti?21Nb?14Al?3．5V?2Mo。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識2)表面凈化作用：金屬表面在真空熱處理時，如果爐內(nèi)氧的分壓小于氧化物的分解壓，金屬表面氧化物分解生成的氧氣可被真空泵排出爐外。

3)脫氣作用：在真空熱處理過程中，由于金屬零件內(nèi)外具有壓差，溶解在金屬中的氣體會向金屬表面進(jìn)行擴(kuò)散并在表面脫附逸出。

4)加熱速度緩慢：工件在真空中主要依靠輻射方式進(jìn)行傳熱，其加熱速度比鹽浴和爐氣中加熱慢，所以加熱時間需要適當(dāng)延長，降低了生產(chǎn)率。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識(2)真空熱處理的應(yīng)用由于真空熱處理具有以上特點，這項新工藝自20世紀(jì)60年代問世以來，得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎所有熱處理工藝均可進(jìn)行真空熱處理，例如退火、淬火、回火、滲碳、滲氮、滲金屬等，而且淬火介質(zhì)從最初的僅能氣冷淬火，發(fā)展到現(xiàn)在的油冷淬火、水冷淬火、硝鹽淬火等。

1)真空退火：金屬在進(jìn)行真空退火時，既可避免氧化，又有脫氣、脫脂等作用。

真空退火應(yīng)用很廣，例如硅鋼片的真空退火可除去大部分氣體和氮化物、硫化物等；可以消除應(yīng)力和晶格畸變；甚至可以提高磁感應(yīng)強(qiáng)度。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識2)真空淬火：真空淬火已廣泛應(yīng)用于各種鋼材和鈦、鎳、鈷基合金等，真空淬火后鋼件硬度高且均勻，表面光潔，無氧化脫碳，變形小。

3)真空滲碳：工件在真空中加熱并進(jìn)行氣體滲碳，稱為真空滲碳。

滲碳過程由于是在高溫下時間又較長，容易使鋼材基體組織粗大，當(dāng)滲碳擴(kuò)散整個周期完成后，可在惰性氣體保護(hù)下冷卻到Al線以下，再重新加熱到淬火溫度，通過重結(jié)晶使晶粒細(xì)化后再進(jìn)行淬火。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識(3)真空熱處理的發(fā)展我國自20世紀(jì)70年代開始研制油、氣淬火冷卻的冷壁式真空熱處理爐，80年代成系列地批量生產(chǎn)。

由于模具對表面質(zhì)量和畸變的高要求，真空加熱高壓氣淬幾乎成為模具熱處理不可替代的技術(shù)。

離子滲擴(kuò)熱處理是利用陰極（工件）和陽極間的輝光放電產(chǎn)生的等離子體轟擊工件，使工件表層的化學(xué)成分、組織及性能發(fā)生變化的熱處理工藝。

(1)離子滲氮離子滲氮是在真空室內(nèi)進(jìn)行的，工件接高壓直流電源的負(fù)極，真空鐘罩接正極。2.離子滲擴(kuò)熱處理第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識離子滲氮表面形成的氮化層具有優(yōu)異的力學(xué)性能，例如高硬度、高耐磨性、良好的韌性和疲勞強(qiáng)度等，并使得離子滲氮零件的使用壽命成倍提高。

(2)離子滲碳離子滲碳是將工件裝入溫度在900℃以上的真空爐內(nèi)，在通入碳?xì)浠衔?CH4或C3H8)的減壓氣氛中加熱，同時在工件(陰極)和陽極之間施加高壓直流電，產(chǎn)生輝光放電，使活化的碳被離子化，在工件附近加速轟擊工件表面進(jìn)行滲碳。

離子滲碳從加熱、滲碳到淬火處理，都可在同一裝置內(nèi)進(jìn)行，這種真空熱處理爐是具有輝光放電機(jī)構(gòu)的加熱滲碳室和油冷淬火室的雙室型熱處理爐。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識(3)離子注入

離子注入就是在真空中把氣體或固體蒸汽源離子化，通過加速后把離子直接注入到固體材料表面，從而改變材料表面(包括近表面數(shù)十到數(shù)百納米的深度)的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善性能之目的。

由于離子注入是在高能量離子轟擊下強(qiáng)行注入金屬表面，能形成極薄且具有特殊功能的新型滲層，它不受合金相圖固溶度的限制，致使表層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，形成特殊功能。

1)金屬材料離子注入的優(yōu)點：①幾乎所有的元素都可以注入，而且可得到高的表面濃度，獲得非平衡結(jié)構(gòu)和合金相。2)主要缺點：①注入層較??；②離子直線注入，對可以處理的工件的形狀有一定要求，復(fù)雜工件很難處理；③設(shè)備費用昂貴。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識3)應(yīng)用范圍：①提高耐磨性能，氮離子注入的鈦合金人造骨，其磨損可降低三個數(shù)量級，使用壽命提高100倍；由硬質(zhì)合金制造的拉絲模具、工具鋼制造的塑料擠壓模具、切紙刀和橡膠切刀、鉆頭、沖頭等，通過離子注入都可以使使用壽命提高幾倍到十幾倍；②提高耐蝕性能，在鋼表面離子注入一層鉻，可以得到與鉻合金相當(dāng)?shù)哪臀g性能；③提高抗氧化性能，對一些金屬，例如鈦、鋯、鉻、鎳和銅等，離子注入釔、銫、鋁等抗氧化元素，可以使其表面氧化速率降低1/10以下。第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識使離子在較低的能量下直接沉積到基體上，稱為離子束沉積。

在加熱過程中使奧氏體的晶粒度細(xì)化到十級以上，然后再進(jìn)行淬火，可以有效地提高鋼的強(qiáng)度、韌性和降低脆性轉(zhuǎn)化溫度。

電子束熱處理是利用電子槍發(fā)射的電子束轟擊金屬表面，將能量轉(zhuǎn)換為熱能進(jìn)行熱處理的方法。3.超細(xì)化熱處理4.電子束熱處理第三節(jié)國內(nèi)外相關(guān)新材料、新工藝應(yīng)用知識一、金屬材料的成形方法概述圖1-5機(jī)器生產(chǎn)過程示意圖第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識圖1-6金屬毛坯生產(chǎn)方法及其分類1.鑄造第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識鑄造是將所需的金屬熔化成液體，澆注到鑄型中，待其冷卻凝固后獲得鑄件（毛坯）。

1)由于是液態(tài)成形，鑄造可以生產(chǎn)形狀很復(fù)雜的鑄件。

2)鑄件大小幾乎不受限制，質(zhì)量從幾克到幾百噸，壁厚從1mm到1m以上都可以鑄造。

3)可用于鑄造的金屬與合金的種類很多。

4)鑄造所用原材料價格較低，所以鑄件生產(chǎn)成本較低。

鑄造的特點是金屬一次成形，可用于各種成分、形狀和重量的構(gòu)件（如重達(dá)875kg的河南安陽商代遺址出土的司母戊鼎就是銅鑄件）；成本低廉，能經(jīng)濟(jì)地制造出內(nèi)腔形狀復(fù)雜的零件。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識

壓力加工是利用金屬在外力的作用下所產(chǎn)生的塑性變形來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。

要把各種零部件組成一個整體，成為一個有機(jī)的結(jié)構(gòu)以完成一定的功能，就需要一定的連接手段。

粉末冶金是一種以金屬粉末或金屬與非金屬粉末的混合物為原料，經(jīng)過壓制成形和燒結(jié)而制取金屬材料、復(fù)合材料及其制品的工藝過程。2.壓力加工3.焊接4.粉末冶金第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識1)可制取多組元無偏析的金屬材料、復(fù)合材料：粉末冶金采用粉末混合方法，可使成分均勻，燒結(jié)時溫度低于熔煉溫度，基體金屬不熔化，所以能獲得無偏析的多組元材料和顆?；蚶w維強(qiáng)化的復(fù)合材料。

2)可制取多孔材料：粉末顆粒間有孔隙存在并且分布均勻。

3)可生產(chǎn)硬質(zhì)合金與難熔金屬材料：常用的難熔金屬有鎢、鉬、鉭、鈮、鋯、鈦等，它們的碳化物、氮化物具有極高的硬度，是硬質(zhì)合金的主要原料。當(dāng)然粉末冶金也有其局限性：金屬粉末的生產(chǎn)成本較高，模具費用也較高，受設(shè)備的限制壓制產(chǎn)品的尺寸不宜過大，由于粉末的流動性較差等因素，產(chǎn)品的形狀也不能太復(fù)雜等。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識二、選材的原則與方法

(1)使用性原則材料的使用性能應(yīng)滿足使用要求，因為它是保證零件的設(shè)計功能實現(xiàn)、安全耐用的必要條件，是選材的最重要的原則。

1)通過對零件工作條件的全面分析，確定零件的使用性能。

2)進(jìn)行失效分析，確定零件的主要使用性能。1.選材原則與方法第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識3)利用使用性能與實驗室性能的相應(yīng)關(guān)系，將使用性能具體轉(zhuǎn)化為實驗室力學(xué)性能指標(biāo)；再根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸及工作中所承受的載荷，計算出零件中的應(yīng)力分布；由工作應(yīng)力、使用壽命或安全性與實驗室性能指標(biāo)的關(guān)系，確定對實驗室性能指標(biāo)要求的具體數(shù)值；利用相關(guān)手冊根據(jù)使用性能進(jìn)行選材。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識由于零件所要求的力學(xué)性能數(shù)據(jù)不能簡單地同手冊、書本中所給出的完全等同相待，還必須注意以下情況：材料的性能不但與化學(xué)成分有關(guān)，也與加工、處理后的狀態(tài)有關(guān)；材料的性能與加工處理時試樣的尺寸有關(guān)，必須考慮零件尺寸與手冊中試樣尺寸的差別進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?；材料的化學(xué)成分、加工處理的工藝參數(shù)本身都有一定波動范圍。

(2)工藝性原則材料的工藝性能可定義為材料經(jīng)濟(jì)地適應(yīng)各種加工工藝而獲得規(guī)定的使用性能和外形的能力。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識1)鑄造性能：包含流動性、收縮性、疏松及偏析傾向、吸氣性、熔點高低等。

2)壓力加工性能：指材料的塑性和變形抗力(包括變形溫度范圍、產(chǎn)生缺陷的可能性及加熱、冷卻要求等)。

3)焊接性能：包括焊接應(yīng)力、變形及晶粒粗化傾向、焊縫脆性、裂紋、氣孔及其他缺陷傾向等。

4)機(jī)械加工性能：指切削抗力、零件表面粗糙度、排除切屑難易程度及刀具磨損量等。

5)熱處理性能：指材料的熱敏感性、氧化、脫碳傾向、淬透性、回火脆性、淬火變形和開裂傾向等。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識綜上所述，與使用性能的要求相比，工藝性能處于次要地位，但在某些情況下，工藝性能也可成為主要考慮的因素。

(3)經(jīng)濟(jì)性原則除了使用性能與工藝性能外，經(jīng)濟(jì)性也是選材必須考慮的重要問題。

1)材料的價格：材料的價格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的比重，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，在許多工業(yè)部門中可占產(chǎn)品價格的30%～70%，不同材料的價格差異很大，而且在不斷變動，因此設(shè)計人員應(yīng)對材料的市場價格有所了解，并十分關(guān)心材料的市場價格變動情況，以便于核算產(chǎn)品的制造成本。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識2)國家的資源狀況：隨著工業(yè)的發(fā)展，資源的問題日益突出，選用材料時必須對此有所考慮，特別是對于大批量生產(chǎn)的零件，所用的材料應(yīng)該是來源豐富并符合我國的資源狀況的。

3)零件的總成本：由于生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性的要求，選材從幾個方面影響零件的總成本，這就是材料的價格、零件的自重、零件的壽命、零件的加工費用、試驗研究費用(為采用新材料所必須進(jìn)行的研究與試驗費)及維修費用等。

2.其他需要考慮的問題除了以上這些原則以外，近年來考慮人類社會的可持續(xù)發(fā)展，使我們的子孫后代仍能在地球上生存下去，能源和環(huán)保也是選材時必須考慮的兩個重要因素。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識三、熱處理在機(jī)械零件制造中的作用

機(jī)械零件的加工就是把材料制備成具有一定形狀尺寸和性能的制品的過程。

機(jī)械零件（工模具）的設(shè)計，包括根據(jù)零件的服役條件選擇材料、確定零件的外形結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、傳動精度及熱處理技術(shù)要求等。

(1)正確選材選材時，應(yīng)根據(jù)零件的服役條件、失效形式找出該零件所選材料的主要力學(xué)性能指標(biāo)。

材料手冊提供的數(shù)據(jù)一般是以該材料制成的試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗測得的。1.機(jī)械零件冷、熱加工工藝與熱處理工藝的區(qū)別2.熱處理工藝與零件設(shè)計的關(guān)系第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識(2)合理地確定熱處理技術(shù)條件

1)根據(jù)零件服役條件，恰當(dāng)?shù)靥岢鲂阅芤螅喝缌慵捕戎档拇_定要考慮零件的工作條件和失效形式，用高速鋼制成的冷變形模具，對硬度要求不同于刀具，適當(dāng)降低硬度要求，反而延長模具的使用壽命；用40CrNi或35CrMo制成的10t大型模鍛錘的失效，屬于疲勞斷裂，若將硬度值由241~270HBW提高到38~43HRC，其使用壽命將大幅度提高。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識2)熱處理技術(shù)要求只能定在所選鋼號淬透性和淬硬性允許范圍之內(nèi)：要求大截面零件獲得小尺寸試樣的性能指標(biāo)或者要求低碳鋼不經(jīng)化學(xué)熱處理達(dá)到高硬度等都是不合理的。

3)顯微組織的控制標(biāo)準(zhǔn)：由于零件的某些使用性能不能完全通過簡單的硬度等力學(xué)性能表征出來，所以對熱處理質(zhì)量又提出了一些顯微組織檢驗的要求。

4)熱處理技術(shù)要求應(yīng)該允許有一定的熱處理變形：由于零件熱處理時受組織應(yīng)力和熱應(yīng)力作用，因此熱處理變形是不可避免的。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識5)經(jīng)濟(jì)性：提出零件的熱處理技術(shù)要求應(yīng)綜合考慮該零件的制造成本、使用壽命等經(jīng)濟(jì)因素，以達(dá)到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

(3)恰當(dāng)處理熱處理件外形結(jié)構(gòu)在實際生產(chǎn)中，工程師們有時只注意到如何使零件的結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸適合零件結(jié)構(gòu)的需要，而往往忽視了零件在熱處理過程中因其結(jié)構(gòu)的不合理給熱處理工序帶來的不便，以致引起淬火變形甚至開裂，使零件報廢。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識圖1-7避免尖角、棱角的實例1)避免尖角和棱角：零件的尖角、棱角部分是淬火應(yīng)力第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識最為集中的地方，往往是淬火裂紋的起點。

2)設(shè)計時要避免厚薄懸殊(見圖1-8)，使淬火后薄處變形直徑增大，并且還要考慮零件對稱，如圖1-9零件截面形狀不均勻，淬火后零件圓度變大，為此開一個工藝孔即可減少圓度。圖1-8零件存在危險截面應(yīng)加厚薄壁第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識圖1-9開工藝孔可避免淬火變形、開裂3)采用封閉、對稱結(jié)構(gòu)：零件形狀為開口或不對稱結(jié)構(gòu)第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識時，淬火時淬火應(yīng)力分布不均勻，容易引起變形。

4)采用組合結(jié)構(gòu)：對形狀復(fù)雜或截面尺寸變化較大的零件，盡可能采用組合結(jié)構(gòu)或鑲拼結(jié)構(gòu)。

5)軸類零件的細(xì)長比不可太大。

6)內(nèi)孔要求淬硬時，應(yīng)變不通孔為通孔。

7)提高零件結(jié)構(gòu)的剛性，必要時可附加加強(qiáng)肋。

8)熱處理前零件要有一定的表面粗糙度。

(1)鑄造工藝對熱處理質(zhì)量的影響鑄鋼件由于是從高溫液態(tài)直接在模中冷凝而成，本身往往有很多缺陷。3.熱處理工藝與鑄造的關(guān)系第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識1)晶粒粗大：常出現(xiàn)粗大片狀珠光體，周圍有又粗又厚的鐵素體網(wǎng)，或粗大的鐵素體晶粒。

2)魏氏體組織：鐵素體以針狀出現(xiàn)，脆性較大。

3)枝晶偏析：造成化學(xué)成分不均勻。

4)由于凝固和冷卻的不均勻，內(nèi)應(yīng)力較大。

以上這些缺陷的存在，會使鑄件的力學(xué)性能大大降低，切削加工性能變壞，并在隨后的熱處理中可能造成變形，硬度不足，甚至開裂。

(2)鑄鋼件的預(yù)備熱處理

鑄鋼件的預(yù)備熱處理一般是在鑄造后立即進(jìn)行，但應(yīng)分不同情況采取不同的預(yù)備熱處理方法。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識1)低碳鋼一般選用正火處理，以獲得均勻的鐵素體+細(xì)片狀珠光體組織。

2)中碳鋼和合金鋼一般采用完全退火或等溫退火，以獲得鐵素體+片狀(或球狀)珠光體組織。

這兩種預(yù)備熱處理的方式都可以清除鑄造中出現(xiàn)的粗大晶粒、網(wǎng)狀鐵素體和魏氏組織等微觀缺陷和應(yīng)力，大大改善鑄件的切削加工性能，并且細(xì)化了組織，為最終熱處理做好了組織準(zhǔn)備，使最終熱處理時組織細(xì)化，同時也減少了變形開裂的傾向。

3)如果只是為了消除鑄造應(yīng)力，則可采用低溫回火。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識4)對于大型鑄件，由于往往會出現(xiàn)枝晶偏析，這時可采用擴(kuò)散退火。

(3)鑄鐵件灰鑄鐵件一般需要進(jìn)行退火，包括消除鑄件內(nèi)應(yīng)力的去應(yīng)力退火，消除白口組織以利切削加工的石墨化退火，以及提高鑄件的強(qiáng)度和塑性的正火處理；球墨鑄鐵在機(jī)加工前應(yīng)進(jìn)行退火以消除內(nèi)應(yīng)力并均勻組織，粗加工后再進(jìn)行淬火、回火(等溫淬火、表面淬火或化學(xué)熱處理等)，由于其強(qiáng)化潛力巨大，經(jīng)熱處理提高自身的強(qiáng)度后，可用于制造若干重要零件，如齒輪、曲軸等。第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識(4)非鐵金屬鑄件

可按技術(shù)要求進(jìn)行淬火(固溶處理)與時效處理，以滿足鑄件的組織性能要求。

(1)鍛造工藝對熱處理質(zhì)量的影響由于鍛造溫度較高，一般在1150~1200℃，鍛后往往帶有過熱缺陷。

因此，為了改善鍛件的組織狀態(tài)，并為以后的淬火作好組織準(zhǔn)備，以及降低硬度改善切削加工性能，鍛件必須進(jìn)行預(yù)備熱處理。

(2)鍛件的預(yù)備熱處理方法

1)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.45%的碳素鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.40%的低合金結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)用正火方法。4.熱處理工藝與鍛造的關(guān)系第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識2)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.45%~0.70%的碳素鋼和彈簧鋼，以及碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.40%的合金結(jié)構(gòu)鋼和彈簧鋼，一般應(yīng)采用完全退火。

3)對于工具鋼應(yīng)采用球化退火。

4)對于需要滲氮或高頻感應(yīng)加熱淬火的小型鍛件，以及合金元素含量較高的鋼種，如18Cr2Ni4WA鋼等退火不易軟化的鋼種，可采用調(diào)質(zhì)處理作為預(yù)備熱處理。

焊接件的熱處理目的主要是去除因焊接而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力，穩(wěn)定構(gòu)件的尺寸；其次是對焊縫處的組織缺陷進(jìn)行彌補。5.熱處理工藝與焊接的關(guān)系第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識

鋼的切削加工性的好壞與其化學(xué)成分、金相組織和力學(xué)性能有關(guān)。表1-7常用結(jié)構(gòu)鋼采用不同熱處理工藝后的硬度、組織7.工藝路線對熱處理的影響6.熱處理工藝與切削加工的關(guān)系第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識圖1-1040Cr鋼齒輪簡圖第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識圖1-11汽車?yán)瓧l簡圖第四節(jié)零件從選材到成品冷熱加工銜接的知識?訓(xùn)練1看懂基本的鋼鐵熱處理狀態(tài)金相圖譜例1看懂GCr15軸承鋼球化退火淬火狀態(tài)金相圖譜

球化退火組織說明：球粒狀珠光體。表1-8GCr15軸承鋼的化學(xué)成分例2看懂40Cr鋼淬火狀態(tài)金相圖譜

組織說明：板條馬氏體及針狀馬氏體，為典型中碳馬氏體。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例圖1-12GCr15軸承鋼球化級別圖(1~3級)第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例圖1-13GCr15軸承鋼球化級別圖(4~6級)第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例圖1-14GCr15軸承鋼淬火組織第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例表1-940Cr鋼化學(xué)成分第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例圖1-1540Cr鋼800℃加熱油冷淬火的細(xì)馬氏體組織

體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕放大500倍第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例圖1-1640Cr鋼860℃加熱油冷淬火的中等針狀馬氏體組織

體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕放大500倍第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例圖1-1740Cr鋼920℃加熱油冷淬火的粗大板條馬氏體組織

體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精腐蝕放大500倍第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例例320CrMnTi鋼滲碳后淬火狀態(tài)金相圖譜

圖1?18為20CrMnTi的滲碳淬火組織，4%硝酸酒精預(yù)腐蝕，化學(xué)染色（硫代硫酸鈉240g，氯化鎘24g，檸檬酸30g，蒸餾水1000mL），目測為藍(lán)紫色。圖1-1820CrMnTi鋼滲碳后淬火狀態(tài)金相圖譜第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例1.技術(shù)條件及技術(shù)要求圖1-1945鋼柴油機(jī)連桿?訓(xùn)練245鋼柴油機(jī)連桿鍛造余熱淬火第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例2.利用鍛造余熱進(jìn)行淬火的目的和意義表1-10經(jīng)不同工藝處理后的45鋼和40Cr鋼連桿的力學(xué)性能比較第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例4.熱處理質(zhì)量檢驗1)檢查硬度前連桿需經(jīng)吹砂處理，壓力為不大于20kPa以去除工件表面的氧化皮。

2)按10%檢查工件的硬度應(yīng)為30～38HRC；按100%檢查工件表面不應(yīng)有裂紋。

?訓(xùn)練3編制微機(jī)控制的氣體滲碳工藝3.利用鍛造余熱進(jìn)行淬火的工藝方法第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例1.微機(jī)控制滲碳原理(1)氣體滲碳碳勢的自動控制碳勢受很多因素的影響，如CO2、H2O、O2、CH4、CO、H2氣壓，爐溫，被處理工件的合金元素等。

單參數(shù)控制系統(tǒng)的特點是所需設(shè)備較簡單，成本較低，但控制精度較差。圖1-20氧探頭單參數(shù)碳勢計算機(jī)控制系統(tǒng)示意圖

1—氣泵2—流量計3—氧探頭4—數(shù)控閥

5—滴注器6—熱電偶7—電源線8—并式氣體滲碳爐第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例(2)爐溫控制

由熱電偶測得的溫度信號，經(jīng)CPU按預(yù)先編排好的程序處理，獲得與溫度偏差成PID關(guān)系的控制量，直接輸入晶閘管過零觸發(fā)器，以控制晶閘管輸給電爐的電功率，從而達(dá)到控制爐溫的目的。

(3)時間控制依照工藝過程預(yù)先選定的預(yù)熱、加熱、滲碳和擴(kuò)散的時間曲線進(jìn)行時間控制。

(4)其他控制目前普遍應(yīng)用的箱式爐中的進(jìn)料口小車運動、爐門開啟、工件進(jìn)爐、推料、加熱、停爐、冷卻、報警等均由微機(jī)控制。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例2.編制微機(jī)控制的滲碳工藝?訓(xùn)練4編制鋁合金的熱處理工藝

工業(yè)用鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金兩大類，下面分別說明其熱處理工藝的編制。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例1.編制變形鋁合金的熱處理工藝(1)退火

1)擴(kuò)散退火：又稱為均勻化退火，它是將鋁合金在接近熔點的溫度下長時間保溫，然后根據(jù)不同合金的特點，分別快速冷卻或緩慢冷卻，目的是消除合金鑄錠內(nèi)的化學(xué)成分不均勻和組織不均勻(晶內(nèi)偏析現(xiàn)象)，消除鑄造應(yīng)力，提高塑性加工性能。

一般擴(kuò)散溫度采用0．95T熔或低于合金中低熔點共晶溫度，保溫時間為12~24h，冷卻方式為隨爐冷卻或出爐堆放在一起空冷。

2)中間退火：在冷加工過程中進(jìn)行退火是為了消除加工硬化，恢復(fù)材料的塑性，以利于繼續(xù)加工變形。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例中間退火的加熱溫度在再結(jié)晶溫度以上，所有變形鋁合金再結(jié)晶溫度均在250℃左右，過燒溫度在500℃以上，所以一般中間退火溫度為350~415℃。

3)不完全退火：又稱為低溫退火或回復(fù)退火。

4)完全退火：又稱為高溫退火或平衡退火。

5)等溫退火：又稱為聯(lián)合退火。

常用的變形鋁合金的退火規(guī)范見表1?11。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例表1-11常用變形鋁合金退火規(guī)范(2)淬火與時效

鋁合金淬火加熱時，第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例α固溶體及第二相(金屬間化合物)轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嗟摩凉倘荏w，淬火時單相的α固溶體轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗嗟倪^飽和α固溶體，但它不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，故鋁合金的淬火也稱為固溶處理。

1)淬火溫度：淬火溫度過高，易使合金中的低熔點共晶體熔化(即產(chǎn)生過燒)，不僅降低合金的力學(xué)性能與耐蝕性能，嚴(yán)重時將導(dǎo)致合金報廢。

2)保溫時間：保溫時間過短，過剩相溶解不充分；保溫過長，則浪費能源與設(shè)備臺時，工效低，且增加過熱危險。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例3)淬火轉(zhuǎn)移時間與冷卻速度：淬火轉(zhuǎn)移時間與冷卻速度應(yīng)保證合金在冷卻過程中過剩相不從固溶體中析出，因此一般不超過35s，對于超硬鋁不超過25s。

4)時效：通常硬鋁采用自然時效，時間不少于4天。

鋁合金的人工時效應(yīng)選用溫度均勻、控溫精度較高的設(shè)備，如電熱熱風(fēng)爐、油浴，時效后一般進(jìn)行空冷。表1-12常用變形鋁合金淬火時效規(guī)范第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例2.編制鑄造鋁合金的熱處理工藝(1)退火

不能熱處理強(qiáng)化的鋁合金，可通過退火消除鑄造應(yīng)力和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的加工硬化來提高塑性。

(2)淬火與時效鋁合金鑄件的化學(xué)成分一般是由各零件生產(chǎn)廠自行配制，與變形鋁合金標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分比較其控制精度相對差一些。

1)淬火溫度與保溫時間：由于鑄造鋁合金中的雜質(zhì)含量較多，容易出現(xiàn)低熔點的共晶組織，其淬火溫度不能像變形鋁合金那樣選擇在過剩相的最大溶解度溫度，而要比最大溶解度溫度稍低一點，以防止合金過熱。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練實例2)淬火介質(zhì)的選用：因為鑄造鋁合金件形狀復(fù)雜，壁厚不均勻，內(nèi)部缺陷較多，強(qiáng)度和塑性較低，為防止淬裂或變形，應(yīng)選用溫度較高的水(60~100℃)作為淬火介質(zhì)。

3)時效：鑄造鋁合金中的合金元素較多，它們通過淬火保持在固溶體中，過剩相的析出困難，自然時效要1~2個月才能使合金強(qiáng)度接近最大值，因此需要人工時效使合金強(qiáng)化。

完全人工時效：以獲得最大的強(qiáng)化效果為目的，時效溫度應(yīng)取160~190℃之間，保溫時間從數(shù)小時到幾十小時不等。第五節(jié)編制熱處理工藝訓(xùn)練