热处理论文
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金属材料热处理工艺论文1金属材料热处理新工艺与技术1、1化学热处理薄层渗透技术化学热处理薄层渗透技术能够提高材料的韧性和性能,提高效率,还会减少能源浪费。
薄层渗透技术不需要渗透到金属材料深处就可以改变金属表面的性能,降低了环境污染,减少了生产成本。
化学热处理不需要过分渗透,薄层渗透技术就是总结了传统热处理存在的问题后应运而生的。
1、2激光热处理技术激光热处理技术主要是利用激光对金属材料进行热处理。
由于激光穿透力强,因此可以实现其他热处理方式达不到的效果,使金属材料表面硬度增强,性能提高。
使用电脑控制激光热处理技术,可以大大提高效率,实现热处理自动化。
1、3真空热处理技术真空热处理技术利用真空作为金属材料热处理的环境,可以缩短时间,提高效率,减少有毒气体的排放,有明显的节能效果和环保效果。
目前,在一些发达国家,真空热处理技术还在不断研究和更新,力求在无氧环境的基础上填充惰性气体作为热处理环境,使热处理效率更高。
1、4超硬涂层技术超硬涂层技术可以提高材料表面硬度,使其更加耐用,提高性能,是目前应用范围较为广泛的热处理技术之一。
随着现代金属材料加工技术的不断发展,超硬涂层技术采用电脑进行实时监控,方便该技术更好地应用。
1、5振动时效处理技术振动时效处理技术依靠振动原理稳定金属材料性能,可以有效防止金属材料变形。
振动时效处理技术采用计算机设备进行监控,既可以减少生产时间,提高效率,还能够降低成本,节能减耗,克服了传统热处理技术的不足。
2金属材料热处理工艺与技术展望随着金属材料热处理工艺与技术的不断发展,诞生了许多热处理技术。
其中,可控气氛热处理就是较为成熟的热处理技术之一。
可控气氛,顾名思义,就是一种可以控制和保护的气氛,是一种保护金属材料的气体介质。
可控气氛可以有效保护金属材料的表面性能,使热处理过程更为完善。
对于钢制工件而言,可控气氛热处理极为适合,可以给钢材料提供更为妥善的保护。
这是因为钢在热处理高温中很容易被氧化,表面破坏较为严重,但可控气氛热处理却能够避免钢被氧化。
Master DissertationInvestigation of Heat treatment, Microstructure and MechanicalProperties of M951 AlloyMaster Candidate: Lian ZhanweiSupervisor: Sun Xiaofeng ProfessorYu Jinjiang ProfessorSpeciality: Materials ScienceInstitute of Metal Research,Chinese Academy of SciencesShenyang 110016, ChinaJune 2008声明本人声明所呈交的学位论文是在导师指导下进行研究工作所取得的成果,相关知识产权属中国科学院金属研究所所有,本人保证不以其它单位的名义发表或使用本论文的研究内容。
除已注明部分外,论文中不包括其他人已经发表过的研究成果,也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。
对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体,均已在论文中明确说明并致谢。
作者签名:日期:年月日摘要摘 要本文研究了热处理和长期时效对铸造镍基高温合金M951的组织和力学性能的影响。
对铸态合金进行了五种热处理,包括三种直接时效工艺和两种固溶+时效热处理。
℃。
结果表明,直接时效时,直接时效工艺分别为:870/24h℃、1100/4h℃、1050/4h℃),合金随时效温度升高γ′尺寸增大明显,高温直接时效后(1050/4℃h或1100/4h℃℃)过程中,合金中MC 中析出了细小的二次γ′;固溶+低温时效(1220/4h+870/24h型碳化物发生转变,沿晶内和晶界分别析出针状和颗粒状M23C6。
合金组织中γ′尺寸较小,立方度减小,排列不规则;固溶+二级时效后(1220/4h+1050/4h+870/℃℃℃24h),合金中未发现针状碳化物,γ′尺寸增加,立方度增加且排列规则。
诚信声明本人郑重声明:本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的,在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。
本人签名:年月日毕业设计任务书设计题目:T8钢热处理工艺及组织性能研究系部:机械工程系专业:材料成型及控制工程学号:1120182 37 学生:指导教师(含职称):(副教授)1.课题意义及目标学生应通过本次毕业设计,运用所学过的金属学及热处理等专业知识,了解T8钢的概况;熟悉T8钢的热处理工艺方法;认识T8热处理前后金相组织;找出热处理对T8钢组织和力学性能的影响规律,为优化热处理工艺提高零件质量提供一定的理论依据。
2.主要任务(1)制定T8钢热处理工艺,进行热处理实验。
(2)制备金相试样,观察分析T8钢热处理前后的显微组织。
(3)测定T8钢热处理前后力学性能,包括拉伸性能、硬度、冲击韧性等。
(4)分析热处理工艺、组织结构与力学性能之间的关系。
(5)撰写毕业论文。
结构完整,层次分明,语言顺畅;避免错别字和错误标点符号;格式符合太原工业学院学位论文格式的统一要求。
3.主要参考资料[1] 刘旭麟,高路斯,刘顺华,等.T8钢淬火热处理组织的计算机模拟研究[J].热加工工艺,2006,35(6):44-46.[2] 王英杰,孙国宏. T8钢最佳预处理工艺的选择[J]. 热加工工艺,1995,(4):55-55.[3] 张玉琴,王谦,王玉琴. 改善碳素工具钢组织性能方法探析[J]. 河南冶金,2001,(05):10-10[4]王能为,孙艳. T8钢形变球化退火工艺[J]. 南方金属,2009,(166):23-25[5] 崔忠圻,覃耀春.金属学与热处理[M]. 北京,机械工业出版社,2007:230-308[6] 王佳杰,莫淑华,等,工程材料力学性能[M].北京:北京大学出版社,2013,3[7] 束德林,等,工程材料力学性能[M],机械工业出版社,2003.7[8] 那顺桑,李杰,艾立群,等金属材料力学性能[M],冶金工业出版社2011.74.进度安排审核人: 2015 年 1 月 16 日T8钢热处理工艺及组织性能研究摘要:本次实验主要研究热处理工艺对T8钢力学性能的影响。
钢的热处理原理与方法论文摘要:热处理是指通过加热和冷却来改变金属材料的组织和性能。
钢的热处理是钢加工过程中重要的一步,可以显著改善钢材的强度、韧性和耐磨性等性能,提高其使用寿命和使用范围。
本文将介绍钢的热处理原理与方法,包括淬火、回火、正火等常用的热处理方法,以及热处理的影响因素和应用范围。
一、热处理原理钢的热处理是基于钢材的相变规律和组织变化规律来进行的。
钢材在加热过程中,会出现固溶、析出和相变等现象,从而改变钢材的组织和性能。
通过合理的加热和冷却过程,可以使钢材达到理想的组织状态,进而实现理想的力学性能。
钢材的相变规律是钢材热处理的基础。
一般来说,钢材的相变包括固溶相变和析出相变。
固溶相变是指固溶体中的一种化学成分在加热过程中溶解或析出的现象,如奥氏体相变和铁素体相变等。
析出相变是指固溶体中的化学成分在冷却过程中析出或析出的现象,如马氏体相变等。
钢材的组织变化规律是钢材热处理的另一个重要方面。
钢材的组织包括组织类型和组织形态两个方面。
组织类型是指钢材中各种物相的分布和比例,如奥氏体、铁素体、珠光体等;组织形态是指物相在钢材中的形状和大小,如粗大晶粒、细小晶粒等。
通过控制钢材的加热和冷却过程,可以控制钢材的组织类型和组织形态,从而实现理想的力学性能。
二、热处理方法1.淬火淬火是指将高温钢材迅速冷却到室温以下,使其产生马氏体相变。
马氏体具有高硬度和脆性的特点,可以显著提高钢材的硬度和强度,但降低了韧性。
因此,淬火一般需要进行回火处理来改善钢材的韧性。
2.回火回火是指将淬火后的钢材加热到较低温度并保温一段时间,然后冷却到室温。
回火可以消除淬火时产生的内应力和组织不均匀性,通过分解马氏体改善钢材的韧性,同时适当降低硬度和强度。
3.正火正火是指将低碳钢材加热到临界温度以上,保温一段时间,然后冷却至室温。
正火可以使铁素体相变为奥氏体,改善钢材的塑性和韧性,适用于需要保持一定塑性和耐久性的工件。
三、热处理的影响因素钢材的热处理效果和性能会受到多种因素的影响。
热处理失效形式范文热处理是指对金属材料进行加热处理以改变其组织结构和性能的方法。
热处理通过控制材料的加热、保温和冷却过程来改变其晶粒大小、相态、组织结构和力学性能等,从而达到优化材料性能的目的。
然而,热处理也可能会出现失效的情况,本文将对热处理失效的形式进行探讨。
1.过热失效过热失效是指材料在加热过程中超过了其熔点或相变温度而发生失效。
过热失效会导致材料的晶体结构破坏,晶界迁移,晶粒长大,甚至发生烧结等现象。
过热失效会导致材料的力学性能下降,甚至出现明显的开裂、脆断等失效形式。
2.过冷失效过冷失效是指材料在保温和冷却过程中温度过低而引起的失效。
过冷失效主要表现在材料的晶格结构改变和相变的异常现象上。
过冷失效会导致材料的相变温度降低,相变形式改变,晶粒细化,晶界偏析等问题,从而使材料的力学性能受到影响。
3.晶粒长大失效晶粒长大失效是指材料在热处理过程中因晶粒的长大而导致失效。
晶粒长大失效会引起材料的晶体结构破坏,导致材料的力学性能下降,特别是塑性和韧性下降。
晶粒长大失效是由于加热过程中晶界迁移和晶界消除所引起的,这些过程是熵驱动的,晶界的迁移速度随温度的升高而加快,导致晶粒的生长。
4.相变失效相变失效是指材料在热处理过程中发生的相变过程引起的失效。
相变失效可以表现为材料的组织结构破坏、物理性能和力学性能的改变等。
相变失效主要包括共析相变失效、均匀相变失效和非均匀相变失效等。
5.冷处理失效冷处理失效是指材料在冷处理过程中因冷却速度过快而引起的失效。
冷处理失效的主要表现是材料的组织结构和力学性能的异常改变,如组织疏松、晶粒细化、残余应力增加、硬化层脱落等。
冷处理失效主要是因为冷却速度过快导致材料的组织结构无法完全恢复正常或达不到预期的效果。
总之,热处理失效是指材料在热处理过程中由于过热、过冷、晶粒长大、相变和冷处理等因素的影响而引起的失效。
热处理失效会导致材料的组织结构破坏和力学性能的异常改变,从而降低材料的使用性能。
金属材料与热处理论文关于金属材料的论文:金属材料与热处理工艺关系的探讨摘要:本文以实验现象及数据为依据,客观分析了热处理工艺中预热、温度及应力与金属材料组织、性能等之问的关系。
关键词:金属材料:热处理;关系中图分类号TGl文献标识码A文章编号1674-6708(2010)29-0122-020、引言工业生产中,许多金属材料为最大限度地发挥材料潜力,需要提高其机械性能。
在设计工作中,正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。
而不合理的热处理条件,不仅不会提高材料的机械性能,反而会破坏材料原有的性能。
因此,设计人员在根据金属材料成分及组织确定热处理的工艺要求时,应准确分析金属材料与热处理工艺的关系,合理安排工艺流程,才能得到理想的效果。
1、金属材料结构及基本组织在工业生产中,广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。
但用得更多的是它们的合金。
金属和合金的内部结构包含两个方面:其一是金属原子之间的结合方式;其二是原子在空间的排列方式。
金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系,原子排列方式不同,金属的性能就出现差异。
金属材料热处理过程是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度,并在此温度中保持一定时间后,又以不同速度在不同的介质中冷却,通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能的一种工艺。
因此,对某些金属或合金来说,可以用热处理工艺来改变它的原子排列,进而改变其组织结构,控制其机械性能,以满足工程技术的需要。
不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果,下面就金属的材料的某些性能来分析其与热处理工艺的关系,以便更好的提高材料的机械性能。
2、金属材料与热处理工艺的关系2.1金属材料的切削性能与热处理预热的关系金属材料加工的整个工艺流程中,如果切削加7-7-艺与热处理工艺之间能相互沟通,密切配合,对提高产品质量将有很大好处。
在金属切削过程中,由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同,金属的变形程度也不同,从而产生不同程度的光洁度。
金属材料热处理综合实验论文班级:应化10-1小组成员:指导老师:莫淑华2012年12月5日星期三45号钢热处理工艺论文内容摘要:45钢是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好,且价格低、来源广,所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低,截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45钢淬火温度在A3+(30~50) ℃,在实际操作中,一般是取上限的。
偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快,表面氧化减少,且能提高工效。
为使工件的奥氏体均匀化,就需要足够的保温时间。
正文:一.引言:热处理能改善工件的机械性能,提高工件的强度和硬度,满足各种性能的要求。
我们要重视我国现阶段的热处理技术和设备的改进,不仅要学习国外先进的技术,同时要自主研发,以创新的思维提高我国的热处理工件的质量。
因此我组就金属材料热处理工艺进行研究与实验,总结最合理的热处理工艺。
二.方案:调质是淬火加高温回火的双重热处理,其目的是使工件具有良好的综合机械性能。
为使调质件得到好的综合性能,一般含碳量控制在0.30~0.50%。
调质淬火时,要求工件整个截面淬透,使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。
通过高温回火,得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。
小型工厂不可能每炉搞金相分析,一般只作硬度测试,这就是说,淬火后的硬度必须达到该材料的淬火硬度,回火后硬度按图要求来检查。
45钢的调质:45钢是中碳结构钢,冷热加工性能都不错,机械性能较好,且价格低、来源广,所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低,截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45号钢的淬火温度在820~840度左右,在实际操作中,一般是取上限的。
偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快,表面氧化减少。
为使工件的奥氏体均匀化,就需要足够的保温时间,一般为1min/mm,如果实际装炉量大,就需适当延长保温时间。
不然,可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。
但保温时间过长,也会也出现晶粒粗大,氧化脱碳严重的弊病,影响淬火质量。
热处理设备发展历史论文热处理设备是用于将材料加热至一定温度,并在特定条件下进行冷却的设备。
在过去的几个世纪里,热处理技术和设备经历了长足的发展。
本文将对热处理设备的发展历史进行探讨。
最早的热处理方法可以追溯到公元前4000年的青铜时代,人们就开始利用高温对金属进行热处理。
在公元前6世纪,古希腊人发明了使用火山熔岩对铁器进行热处理的方法。
随着时间的推移,热处理技术逐渐得到改进和完善。
在工业革命期间,蒸汽锤和熔炉的发明使得热处理设备的生产能力得到了大幅提升。
20世纪初,电力和燃气热处理炉的出现,使得热处理工艺更加精确和可控。
1920年代,电弧炉和电阻炉的发明进一步提高了热处理的效率和质量。
在第二次世界大战期间,热处理设备在军事工业中扮演了重要角色,为军事装备的制造提供了必要的支持。
随着材料科学和工程技术的不断发展,热处理设备也得到了进一步的改进和创新。
现代的热处理设备多样化,涵盖了多种加热方式和冷却方式,如电热处理、高频感应加热、气体淬火等。
今天,热处理设备已成为现代工业中不可或缺的一部分,广泛应用于金属材料的制造和加工过程中。
总的来说,热处理设备的发展历程可以追溯到古代的青铜时代,经历了几千年的演变和创新。
随着科技的进步和工业的发展,热处理设备得到了不断的改进和完善,为现代制造业的发展做出了重要贡献。
相信随着科技的不断进步,热处理设备将继续发展,并为未来的工业制造提供更多的支持和帮助。
在当今的工业生产中,热处理设备已经成为了不可或缺的一部分。
它不仅应用于金属材料的生产和加工过程中,还广泛应用于玻璃、陶瓷、塑料等多种材料的热处理和改性工艺中。
随着先进材料和制造技术的发展,热处理设备在提高材料性能、改善产品质量、降低能耗和生产成本等方面起到了至关重要的作用。
近年来,随着新能源汽车、航空航天、海洋工程等高技术领域的快速发展,对热处理设备的要求也越来越高。
高温合金、钛合金、复合材料等新材料的广泛应用,进一步提高了热处理工艺的难度和技术要求。
热处理变形原因的分析与变形控制技术措施摘要:模具在热处理中的变形可导致模具超差报废,因而探讨其变形规律在生产中具有重要意义。
关键词:模具热处理变形分析控制措施1 热处理变形原因的分析模具零件淬火时由于热应力与组织应力的综合作用引起尺寸和形状的偏差。
由于零件的几何形状、截面尺寸不同,在淬火加热与冷却过程中因加热与冷却速度的差异,就会引起了零件体积膨胀、收缩及变形等。
影响淬火变形的原因是多方面的,主要与钢的化学成分和原始组织、零件的几何形状、尺寸大小及热处理工艺等因素有关。
然而,采取有效的预防措施,改善与优化热处理工艺,致力将模具热处理变形严格控制在最小限度之内。
2 热处理变形的类型及特征2.1 类型热处理变形有尺寸变化和形状变化两大类。
尺寸变化是因淬火时发生膨胀或收缩使尺寸改变。
形状变化即本身发生的形状改变,因应力而发生变形,如弯曲、扭转等变形。
在生产实践中,尺寸变化与形状变化常常重叠出现。
2.1.1 尺寸变化是因热处理过程中组织发生变化而引起的膨胀、收缩的结果。
淬火时组织转变为马氏体则膨胀,若残余奥氏体量多则变为收缩。
冷处理时因残余奥氏体转变成马氏体又引起膨胀。
马氏体引起的体积膨胀随钢中碳含量增加而变大;其尺寸变化量亦随着增大。
淬火钢回火时马氏体发生分解,而引起收缩;收缩量随马氏体中c%的增多而增大,但若以淬火前的状态为基准,淬火回火后尺寸变化的总合,其结果仍是膨胀。
2.1.2 形状变化是因淬火钢内部的应力及加于外部的力量而引起的。
内部应力是因温度分布不均或因组织转变而引起的。
而外部的力主要是因自重而导致“下垂”。
加热温度越高、保温时间越长,这种因本身重量而引起的“下垂”变形更易发生。
工件加热时,因机械加工或常温加工所产生的残余应力,将发生形状变化。
即使是均匀加热,因钢的屈服点随温度上升而降低之故,此时只要有少许应力存在即发生变形。
因残余应力于外部周围较强。
当温度上升自外部进行时,变形于外部周围特别显著。
压力容器设计中的热处理问题分析【摘要】压力容器的用途比较广泛,具有能够发生化学反应或者物理反应、能够传导热能、能够进行分离和存储以及具有耐压性能等功能,在能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等多种行业具有举足轻重的地位。
压力容器的使用环境比较恶劣,设计过程比较复杂,如果压力容器一旦被损坏,造成的影响也十分严重。
所以,要选取合适的材料和方法进行热处理技术,以保证压力容器的质量,确保这种大型的压力容器的安全性和可靠性。
本文就压力容器设计中热处理问题分别从奥氏体不锈钢制压力容器的热处理问题、介质为液氨的容器如何进行热处理的问题、对于复合板容器如何进行焊后热处理的问题、对于替代材料的热处理问题、焊后热处理的相关方法五个方面作了介绍,为提高压力容器设计中的热处理水平做了借鉴。
【关键词】压力容器设计热处理压力容器中图分类号: th49 文献标识码: a 文章编号:压力容器在人们的工业生产中具有非常广泛的用途,主要用于盛装气体或者液体,并能够承受一定的压力,广泛应用于能源工业、科学研究事业、军队工程以及石油化工工程等多种行业,是安全和达标生产时的重要设备。
压力容器设计中进行的热处理技术是运用相应的介质,将压力容器所使用的金属材料或者合金材料进行加热、保温和冷却过程,进而在不改变金属材料的外部形状的情况下,使其内部的纤维组织及其部分化学成分发生改变,以调控金属材料的基本性能并使其得到最大的潜力发挥的技术。
本文就压力容器设计中的热处理问题与大家节进行探究。
1 简介热处理的基本工艺技术热处理技术基本上主要是加热、保温和冷却三个基本过程的有机配合和衔接的技术,其中(1)热处理的加热技术是重要的设计程序之一。
现今的加热方法有很多种,比如,以液体或者气体燃料作为热源或者以电加热等进行直接加热。
也可以利用液态盐或金属,以至浮动粒子进行间接加热。
(2)热处理的温度值是一个重要的技术参数标准之一。
制定和控制适当的温度值范围是提高热处理质量的重要问题,但是由于在压力容器的设计中因使用不同的金属或者合金材料,必须在适当的时间设计适当的温度值,才能保证金属材料的基本性能得到最大的潜力发挥,才能获得较高的容器质量。
毕业论文题目 :对热处理过程中变形及开裂问题的探讨学生姓名:系别:专业年级:指导老师:目录引言 (1)一热处理变形及开裂的原因·························21、热应力及其引起的变形·························22、组织应力及其引起的变形 (2)二影响变形及开裂的因素···························31、钢的化学成分 (3)2、钢的淬透性···································33、钢的原始组织 (4)4、淬火介质 (4)5、零件的几何尺寸 (5)6、淬火的方法 (5)三减少变形及开裂的措施 (5)1、合理的选用钢材 (5)2、合理的选择加热温度 (5)3、合理锻造及预先热处理 (5)4、合理设计工件的结构尺寸 (6)5、采用合理的热处理工艺 (6)6、采用正确的淬火操作方法 (7)7、预备合理的加工余量 (7)8、合理的安排工艺路线···························79、修改技术要求 (7)10、按变形频率调节加工尺寸 (8)结束语 (8)参考文献 (9)引言变形是指零件在热处理时引起的形状和尺寸的偏差。
变形是热处理较难解决的问题,要完全不变形时不可能的,一般是把变形量控制在一定范围内。
超过变形量时,只能用校正法校正。
开裂是绝对要避免的,因为开裂零件无法挽救,只能报废,这既浪费了材料与加工费用,又影响了生产,给国家造成损失。
因此,分析研究金属热处理变形、开裂的原因,掌握其规律性,并找出减小变形、防止开裂的技术措施,具有十分重要的意义。
对热处理过程中变形及开裂问题的探讨ﻩ(摘要:在热处理过程中变形与开裂是常见而又比较难解决的问题。
对热处理变形的规律的复杂性我们还没有彻底的认识和掌握。
论文分析了热处理变形、开裂的原因,影响变形的因素以及减少热处理变形、防止开裂的一系列技术措施.关键词:热处理;变形;开裂;热应力;组织应力一、热处理变形、开裂的原因工件的变形包括尺寸变化和形状变化两种。
不论哪种变形,主要都是由于热处理时,工件内部产生的内应力所造成的。
根据内应力的形成原因不同,可以分为热应力与组织应力。
工件的变形就是这两种应力综合影响的结果,当应力大于屈服极限时就会发生永久变形,如果大于材料的强度工件就会开裂.下面对两种应力分别加以研究。
1、热应力引起的变形钢件在加热和冷却过程中,将发生热胀冷缩的体积变化以及因组织转变时新旧相比容差而产生的体积改变.零件加热到淬火温度时,屈服强度明显降低,塑性则大大提高。
当应力超过屈服强度时,就会产生塑性变形,如果造成应力集中,并超过了材料的强度极限,就会使零件淬裂。
导热性很差的高碳合金钢,如合金模具钢Cr12MoV、高速钢W18Cr4V之类的工具钢,淬火加热温度很高,如不采用多次预热和缓慢加热,不但会造成零件变形,而且会导致零件开裂而报废。
此外,铸钢件和锻件毛坯,如果表层存在着一层脱碳层,由于表层和心部导热性能不同,在淬火加热较快时,也会产生热应力而引起变形。
冷却时由于温差大,热应力是造成零件变形的主要原因.急冷热应力的两个特点:1)零件表面产生压力,心部产生热效应。
2)大型轴类零件心部的轴向参与拉应力特别大。
对工件的影响:大型轴类零件如轧辊,因冷却后轴向参与拉应力很大,再加上心部往往存在气孔、夹杂、锻造裂纹等缺陷,故容易造成横向开裂。
对于形状简单的小轴类零件,新产生的表面压应力可以提高其抗疲劳能力。
实践证明,热应力引起工件变形的特点是和物体内部受到高的流体静压力作用的结果相似,它使平面变成凸面,直角变成钝角,长的方向变短,短的方向变长。
如图1图1框型铸件热应力的形成过程2、组织应力引起的变形如果金属制品在加热和冷却时发生相变,由于新旧相之间存在着结构和比容差异,制品各部分又难以同时发生相变,或者各部分的相变产物有所不同,也会引起应力,这种因组织结构转变不均匀而产生的应力称为组织应力.制品在加热或冷却过程中发生的相变总是先从表层开始的,然后向心部发展,若相变时体积增大,先转变的表层膨胀将受到心部牵制。
结果表层受压应力,心部受拉应力.若相变时体积减小,则表层为拉应力而心部为压应力。
例如钢件淬火时,表层先发生马氏体转变,由于马氏体的比容大于母相奥氏体的比容,因而表层膨胀.但这种膨胀会受到心部的牵制,故表层受压应力,心部受拉应力;当心部也冷至马氏体转变点以下,心部发生马氏体转变而膨胀,但又受到表层的牵制,故此时心部受压应力,而表层受拉应力。
组织应力有两个特点:1)工件表面受拉应力,心部压应力。
2)靠近表面层,切向拉应力大于轴向拉应力.组织应力引起工件变形的特点与热应力相反,使平面变凹,直角变成锐角,长的方向变长,短的方向变短.一句话使尖角变得突出,特别指出的是,试样表面的切向拉应力很大,较大的切向拉应力往往是零件产生纵向裂纹的主要原因。
淬火零件的变形时热应力和组织应力综合作用的结果.除了内应力外,零件的变形还要原材料成分、工件的形状和介质冷却速度的影响,实际情况要复杂很多。
因此在解决实际问题时,要全面分析,指出起主导作用的是热应力还是组织应力,以便判定变形的趋势或裂纹产生的可能性,并采取各种措施予以控制或防止。
二、影响变形及开裂的因素在实际生产中,影响热处理变形的因素有很多,其中主要包括钢的原始组织、化学成分、零件尺寸和形状、淬火介质的选择、淬火工艺、钢的淬透性等.1、钢的化学成分钢的化学成分中以含碳量对淬火变形的影响最大。
随着钢中含碳量的升高,马氏体的质量体积增大,因组织转变而引起的体积变化及因相变应力而引起的淬火变形便越大.但高碳钢由于残留奥氏体量的增加,抵消了一部分马氏体转变的膨胀作用,而体积变化相对减小.随着含碳量的增加,钢中马氏体转变点的温度也降低,这是开始马氏体转变,钢已处于较低温度,难以塑性变形,这也导致相变应力变形减小,热应力变形明显.概括起来可以得出以下结论:在低碳钢中,由于淬火时质量体积变化较小,特别是淬透性差,故其淬火变形常以热应力为主。
中碳钢中,因其淬火时质量体积变化较大,淬透性也较低碳钢大,且MS点还比较高,故当零件尺寸较小淬火变形将以相变应力变形为主;当然随着零件尺寸增大,硬度层深度减小,将会逐渐过渡到以热应力变形为主。
在高碳钢中,由于MS点较低,残留奥氏体较多,故淬火变形主要是热应力变形.合金元素大多会明显提高钢的淬透性,使MS点下降,残留奥氏体量增多,因此减少了相变应力;同时合金元素提高了钢的淬透性,可以在缓和的介质中淬火,减少了工件的热应力;另外由于合金元素的加入,提高了钢的屈服强度,因此显著地减少了淬火应力引起的变形。
2、钢的淬透性钢的淬透性是指在规定条件下,决定钢材淬硬深度和硬度分布的特征。
它是反映钢在淬火时,奥氏体转变为马氏体的难易程度。
钢的淬透性与钢的临界冷却速度有密切的关系,临界冷却速度越底,钢的淬透性越好,降低临界冷却速度的主要因素是钢的化学成分,例如合金钢的淬透性比碳钢好.淬透性好的钢,在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火介质,减少工件淬火的变形及开裂倾向。
因此,对于重要的、形状复杂的、大截面的零件应选择淬透性好的合金钢,经淬火及回火处理,既能获得所需要的力学性能,又能减少变形及开裂。
3、钢的原始组织零件淬火前的组织状态对零件的淬火质量有很大影响,如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等,这些钢在锻造加工以后,必须进行球化退火,将片状珠光体变为球状珠光体,在淬火加热时,奥氏体晶粒不易长大,冷却时工件的变形和开裂倾向小。
另外偏析现象和网状组织,对淬火后工件的变形、特别是对细长轴的弯曲变形影响很大。
材料的本质晶粒度越细,屈服强度越高,对变形的抗力越大,工件淬火后的变形量就相应减小。
4、淬火介质根据碳钢的等温转变图可知,为了抑制非马氏体转变的产生,在c曲线“鼻子”附近(550℃左右)需要快冷,而在650℃以上或400℃以下温度范围,并不需要快冷,特别在Ms线附近发生马氏体转变时需要缓慢冷却,为使马氏体转变时产生的热应力和组织应力最小,以防止淬火变形和开裂。
图2C曲线与淬火操作示意图ﻫ一般认为,淬火介质300℃时的冷却速度对变形的影响是关键的,应根据钢的淬透性、零件截面尺寸和表面粗糙度,合理选用淬火介质.常用的淬火介质有水、油、以及盐类水溶液、熔盐、空气等.水的冷却特性不理想,在要求快冷区间650—400℃时,水的冷却速度很小,大约200℃/s,而在400℃以下需要漫冷的区间,水的冷却速度大增,大约300℃达到最大值800℃/s,使零件淬火变形及开裂倾向最大.一般情况下碳钢常采用淬火烈度大的水或水溶液作为淬火介质;而合金钢一般用油作为淬火介质。
因此,选择淬火介质的正确原则是,在保证淬硬的前提下,尽量选择淬火烈度小的淬火介质,以减小淬火变形及开裂。
5、零件的几何形状尺寸从热处理工艺角度出发,零件设计最好采用对称结构,尽量避免尖角,要求截面过渡均匀。
必要时可开工艺用槽。
如镗杆上开有两条对称的槽,其中一条是为减小热处理变形而设计的。