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      金屬熱處理的方法有哪些?

      來(lái)源:未知作者:admin發(fā)(fā)布時(shí)(shí)間:2017-02-13 14:57

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      將金屬在固態(tài)(tài)范圍內(nèi)通過(guò)一定方式的加熱、保溫和冷卻處理程序,使金屬的性能和顯微組織獲得改善或改變,這種工藝方法稱(chēng)為熱處理。根據(jù)熱處理的目的不同,有不同的熱處理方法,主要可分為下述幾種:

      (1)退火(代號(hào)Th):在退火熱處理爐內(nèi),將金屬按一定的升溫速度加熱到臨界溫度以上300~500℃左右,其顯微組織將發(fā)(fā)生相變或部分相變,例如鋼被加熱到此溫度時(shí)(shí),珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。然后保溫一段時(shí)(shí)間,再緩慢冷卻(一般為隨爐冷卻)至室溫出爐,這整個(gè)(gè)過(guò)程稱(chēng)為退火處理。退火的目的是清除熱加工時(shí)(shí)產(chǎn)(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,使金屬的顯微組織均勻化(得到近似平衡的組織),改善機(jī)械性能(例如降低硬度,提高塑性、韌性和強(qiáng)度等),改善切削加工性能等等。視退火處理工藝的不同,可分為普通退火、雙重退火、擴(kuò)散退火、等溫退火、球化退火、再結(jié)晶退火、光亮退火、完全退火、不完全退火等多種退火工藝方式。

      (2)正火(代號(hào)Z):在熱處理爐內(nèi),將金屬按一定的升溫速度加熱到臨界溫度以上200~600℃左右,使顯微組織全部變成均勻的奧氏體(例如鋼在此溫度時(shí)(shí),鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,或者二次滲碳體完全溶解于奧氏體),保溫一段時(shí)(shí)間,然后置于空氣中自然冷卻(包括吹風(fēng)(fēng)冷卻和堆放自然冷卻,或者單件在無(wú)風(fēng)(fēng)空氣中自然冷卻等多種方法),這整個(gè)(gè)過(guò)程稱(chēng)為正火處理。正火是退火的一種特殊形式,由于其冷卻速度比退火快,能得到較細(xì)的晶粒和均勻的組織,使金屬的強(qiáng)度和硬度有所提高,具有較好的綜合機(jī)械性能。

      (3)淬火(代號(hào)C):在熱處理爐內(nèi),將金屬按一定的升溫速度加熱到臨界溫度以上300~500℃左右,使顯微組織全部轉(zhuǎn)變成均勻的奧氏體,保溫一段時(shí)(shí)間,然后快速冷卻(冷卻介質(zhì)(zhì)包括水、油、鹽水、堿水等等),獲得馬氏體組織,可顯著(zhù)提高金屬的強(qiáng)度、硬度和耐磨性等等。淬火時(shí)(shí)的快速冷卻導(dǎo)致的急劇組織轉(zhuǎn)變會(huì)(huì )產(chǎn)(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力,并使脆性增大,因此必須隨后及時(shí)(shí)進(jìn)(jìn)行回火處理或時(shí)(shí)效處理,以獲得高強(qiáng)度與高韌性相配合的性能,一般較少僅僅采用淬火處理的工藝。視淬火處理的對(duì)象和目的不同,淬火處理可分為普通淬火、完全淬火、不完全淬火、等溫淬火、分級(jí)淬火、光亮淬火、高頻淬火等多種淬火工藝方式。

      (4)表面淬火:這是淬火處理中的一種特殊方式,它是利用例如火焰加熱法、高頻感應(yīng)加熱法、工頻感應(yīng)加熱法、電接觸加熱法、電解液加熱法等多種加熱方式,使金屬的表面快速加熱到臨界溫度以上,在熱量還未來(lái)得及傳入金屬內(nèi)部之前就迅速加以冷卻(即淬火處理),這樣可以達(dá)到將金屬表面淬硬到一定深度(形成有一定深度的淬硬層),而金屬內(nèi)部仍保持原組織,滿(mǎn)足外硬內(nèi)韌的使用需要。表面淬火的加熱速度快、溫度高,金屬內(nèi)外溫差大,加上冷卻速度快,因此內(nèi)應(yīng)力很大,容易產(chǎn)(chǎn)生裂紋,這是必須注意的。

      (5)回火(代號(hào)H):將已淬火的金屬重新加熱到臨界溫度以下的某一溫度(視此溫度的不同而有高溫回火、中溫回火和低溫回火之分),保溫一段時(shí)(shí)間,然后在空氣中或油中冷卻,這整個(gè)(gè)過(guò)程稱(chēng)為回火處理?;鼗鹛幚淼哪康氖墻檔痛慊鹛幚硪鸕拇嘈院拖齼?nèi)應(yīng)?,穩(wěn)定金屬零件的幾何尺寸和獲得所需要的機(jī)械性能。

      金屬材料淬火后如果不及時(shí)(shí)回火,則往往容易造成工件開(kāi)裂(硬度很高然而脆性很大)和變形較大。但是,如果回火溫度選擇不當(dāng),在某些溫度區(qū)域回火時(shí)(shí)會(huì)(huì )發(fā)(fā)生回火脆性(回火處理后韌性反而下降),這是必須注意的。

      在實(shí)(shí)際應(yīng)用中,常把淬火+高溫回火統(tǒng)稱(chēng)為調(diào)質(zhì)(zhì)處理(代號(hào)T)。

      (6)化學(xué)(xué)熱處理:把金屬放入化學(xué)(xué)介質(zhì)(zhì)中進(jìn)(jìn)行加熱時(shí)(shí),某些化學(xué)(xué)元素的原子將借助高溫發(fā)(fā)生原子擴(kuò)散,滲入到金屬表面層,改變了金屬表面層的化學(xué)(xué)成分,使金屬表面層具備特定的組織和性能,這種方法稱(chēng)為化學(xué)(xué)熱處理?;瘜W(xué)(xué)熱處理的方法主要有:

      滲碳-向金屬表面層滲入碳原子,用以提高金屬表面層的含碳量,從而提高金屬表面層的硬度和耐磨性,常用的滲碳介質(zhì)(zhì)是木炭。

      滲氮(氮化)-利用氨氣在加熱時(shí)(shí)分解出來(lái)的活性氮原子滲入金屬表面層,可提高金屬表面層的耐磨性。

      碳氮共滲(氰化)-把滲碳與滲氮結(jié)合起來(lái),將活性碳原子與氮原子同時(shí)(shí)滲入金屬表面層來(lái)提高金屬表面層的硬度和耐磨性。

      化學(xué)(xué)熱處理的主要目的是提高金屬表面的硬度、耐磨性、耐蝕性、耐熱性以及抗疲勞性等,除了上述常見(jiàn)的三種化學(xué)(xué)熱處理方法外,還有滲硅、滲硼、滲鋁、滲鉻等,以適應(yīng)不同的目的用途。

      (7)時(shí)(shí)效:金屬或合金經(jīng)(jīng)過(guò)淬火處理或加工,特別是經(jīng)(jīng)過(guò)一定程度的冷、熱加工變形后,其性能會(huì)(huì )隨時(shí)(shí)間而改變,這種現(xiàn)象稱(chēng)為時(shí)(shí)效現(xiàn)象,經(jīng)(jīng)過(guò)時(shí)(shí)效后的金屬或合金其強(qiáng)度和硬度能有所增加,塑性、韌性和內(nèi)應(yīng)力有所降低,顯微組織更加穩(wěn)定。

      在熱處理工藝方法中的時(shí)(shí)效處理,是指把金屬或合金有意識(shí)地在室溫或者較高溫度下存放一定時(shí)(shí)間,以達(dá)到改善性能、穩(wěn)定顯微組織目的的工藝過(guò)程。

      將淬火或者淬火+回火后的金屬在時(shí)(shí)效處理爐中加熱到室溫以上(一般為100~200℃左右),保溫一段時(shí)(shí)間,然后取出自然冷卻,這種方法稱(chēng)為人工時(shí)(shí)效(若為淬火+人工時(shí)(shí)效,代號(hào)為CS)。如果在淬火后利用室溫或自然環(huán)(huán)境溫度達(dá)到時(shí)(shí)效效果時(shí)(shí),則稱(chēng)為自然時(shí)(shí)效(代號(hào)CZ)。

      時(shí)(shí)效處理多用于有色金屬,例如鋁合金、鎂合金、鈦合金等,也有用于鋼,以達(dá)到穩(wěn)定顯微組織和幾何尺寸,增強(qiáng)機(jī)械性能(強(qiáng)化)的效果。

      與時(shí)(shí)效處理相類(lèi)似的還有:

      固溶強(qiáng)化處理:把金屬加熱到適當(dāng)溫度,充分保溫,使金屬中的某些組元溶解到固溶體內(nèi)形成均勻的固溶體,然后急速冷卻,得到過(guò)飽和固溶體,可以改善金屬的塑性和韌性,然后再作沉淀硬化(強(qiáng)化)處理,提高其強(qiáng)度。

      沉淀硬化(強(qiáng)化)處理:把經(jīng)(jīng)過(guò)固溶處理或者又經(jīng)(jīng)過(guò)冷加工變形的金屬加熱到一定溫度,保溫一段時(shí)(shí)間,則從飽和固溶體中析出另一相,達(dá)到硬化的目的。

      其他還有低溫處理(冷處理)、鹽浴處理等等。

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