《机械制造工程》 第三章 钢的热处理及金属的表面处理

发布日期:[13-09-03 16:23:54] 浏览人次:[]

第三章钢的热处理及金属的表面处理

1. 热处理及其主要参数

图3-1热处理工艺曲线示意图

热处理就是在固态下,将金属以一定的加热速度加热到预定的温度,保温一定的时间,再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法,如图3-1所示。

热处理过程中,金属形状没有明显变化,但是在加热和冷却过程中,其内部发生了组织或相的转变,性能相应也发生变化。加热温度、保温时间、冷却速度是热处理过程中的三个主要工艺参数。改变工艺参数就可以得到不同的性能,其原因是不同工艺参数下的热处理得到不同的组织,从而获得不同的性能。

2. 热处理的主要作用

热处理的主要作用有以下几个方面:

⑴改变工件的内部组织

例如,钢退火可以得到硬度较低的珠光体组织,而淬火可以得到高硬度的马氏体组织。

⑵改变工件的性能,便于切削加工,或者满足工件使用性能的要求

例如,低碳钢太软不利于切削,切削过程中容易粘刀,可以进行正火处理以提高其硬度,改善切削加工性能。又例如,调质钢经过调质处理后可以得到强度、硬度较高,塑性、韧性也较好,也就是较好的综合机械性能,满足一般工件的使用要求。

⑶改变工件表层的成分、组织、性能

例如,汽车汽缸的激光表面淬火可以提高其工作表面的硬度和耐磨性,延长其使用寿命。又例如低碳钢经过渗碳处理后表层含碳量可以达到1%左右,提高工件表面硬度和耐磨性。

⑷. 热处理可以消除铸造、锻造、焊接等加工工艺过程中所造成的多种缺陷

例如,细化晶粒、消除偏析、降低内应力,使钢的组织、性能更加均匀等。

总之,热处理工艺不仅可以强化材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构质量、节约材料和能源,而且可以提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。但是,并非每种热处理工艺都可以完成以上所有作用,只能完成其中一种或多种作用。

3. 热处理的分类

随着工业生产的发展和科技的进步,热处理工艺方法日益增多。本章中主要介绍了钢的热处理,其分类如下表所示。

4. 表面处理

表面处理是指通过化学或电化学的方法使金属表面或表层生成新的物质,这些物质具有不同于工件基体的性能,从而提高工件表层的耐腐蚀性、硬度,或者起到装饰作用。例如,铝合金型材的氧化着色处理,可以提高工件表面的抗腐蚀性和起装饰作用。表面处理工艺方法有很多,除了以上介绍的表面热处理工艺方法以外,还有喷丸处理、高密度太阳能表面处理、离子注入表面处理、发黑处理、发蓝处理等。

第一节钢的热处理基本原理

第二章中介绍了纯铁的同素异构转变,钢之所以能够进行热处理就在于此,通过热处理改变钢的晶体结构,进而改变其组织和性能。为了正确理解和应用热处理工艺方法,掌握钢在加热和冷却过程中组织与性能的变化规律是十分必要的。

一、钢在加热时的组织转变

(一)相变温度

铁碳合金平衡状态图上钢的组织转变临界温度A1、A3、Acm是在平衡条件下得到的,而实际热处理生产中加热或冷却都比较快,所以热处理时的实际相变温度总要稍高或稍低于平衡相变温度,即存在一定的“过热度”或“过冷度”。通常把实际加热时的相变温度标以字母“c”,Ac1、Ac3、Accm;而把实际冷却时相变温度标以字母“r”, Ar1、Ar3、Arcm。如图3-2所示。

(二)奥氏体的形成和晶粒长大

1. 奥氏体的形成

图3-2碳钢实际加热与冷却时的相变温度

钢在加热到相变温度Ac1以上时,其内部组织发生变化,如共析钢在室温时的平衡组织为100%的珠光体,当加热到Ac1以上温度时,珠光体将转变为含碳量0.77%的奥氏体。奥氏体的形成过程如图3-3所示,当温度升至Ac1时,首先在铁素体与渗碳体的相界面上形成奥氏体晶核,这些晶核周围的铁素体逐渐转变为奥氏体,渗碳体不断溶入奥氏体中,因此刚刚转变成的奥氏体,其碳浓度是

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文章作者:王金凤 | 文章来源:郑州航空工业管理学院 | 责任编辑:admin | 发送至邮箱: | 加入收藏:
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