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标题: 退火--淬火--回火--晨读豆腐 [打印本页]

作者: 小编薇薇 时间: 2017-7-7 09:12
标题: 退火--淬火--回火--晨读豆腐
(一)．退火的种类
1．完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重要工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
2．球化退火
球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
3．去应力退火
去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
(二)．淬火
为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、速冷。最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
(三)．回火
1．降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
2．获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。
3 稳定工件尺寸
4．对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。

钢的分类
钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：
（一）．按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
1.结构钢：
（1）.用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
（2）．用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
2.工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
3.特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢。

（二）．按化学成分分类
按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
（三）．按质量分类
按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量含硫量≤0.030%）。
此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。
钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%）

1．强度
[强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。
2。塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。
3．硬度
硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。
常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。
4．疲劳
前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。5．冲击韧性
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

金属热处理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，又以不同速度冷却的一种工艺方法。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
  公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。

人们知道淬火技艺已有几千年了，人们对淬火觉得神秘也有几千年了。二十世纪以前淬火还是在空气中、水中和动物油或植物油中进行的原始操作，二十世纪初期，对硬化或淬火的认识才定型化。; `( O& ?$ h: j% ^4 o. I
   1914年出版的一本书中谈到“要能成功的淬硬，需研究各种淬火工件、设计及要求的硬度”。随着对硬化的认识，人们普遍采用了以矿物油为基的淬火油。虽然现在对采用矿物油作淬火油好象已是很自然的事情，这对保证淬火工艺中得到稳定的金相结果来说，确是一个有重要意义的事情。动物油和植物油性能变坏很快，有时只几天，而矿物油为基的淬火介质可稳定长期使用数月至许多年。我们应该牢记当时的背景：用油来淬火处理含有较高的合金元素的钢，而水是用来处理普通碳素钢的。
早期的研究者已清楚在淬火过程中存在着不同阶段，虽然在不同阶段的叫法和今天有所不同，但对每一阶段发生些什么至少在1923年已有了基本的了解。记录冷却速度或冷却曲线的尝试在过去已有文件记载，一个11磅重、用10，45钢做的心部放有热电偶的试棒被加热和冷却，温度的变化用毫伏计测定，时间用秒表测定。! N6 \7 o% ]! G! X+ w
   今天，用于测定和分析淬火液冷却性能的设备和技术复杂和精致得多了。采用优异的合金，功能强大的电子硬件和专用的软件，研究人员能够分析一个淬火液或淬火系统的冷却功能和效果，复杂和精致的程度可达到这样的程度，即预测经某一特定淬火介质液处理后的合金物理性能。
无论测试设备的功能如何强大，我们今天所测定的淬火阶段（叫作淬火冷却的三个阶段），是和早期的研究者所观察到的相同的。淬火冷却阶段的研究对淬火处理来说是最基本的。现回顾一下，对进一步讨论淬火问题有帮助。

  淬火冷却的第一阶段是蒸汽膜。蒸汽膜阶段，由热工件浸入淬火液时开始，工件被淬火液的蒸汽所包围，冷却相对较慢，热量经蒸汽膜辐射和传导散出。随着工件的冷却，蒸汽膜无法维持，蒸汽膜破裂，进入沸腾冷却阶段，淬火液和工件的表面接触并沸腾，工件热量迅速的由蒸发吸热带走。当工件冷却至低于淬火液的沸点时，沸腾阶段停止，对流冷却阶段开始。对流冷却阶段或淬火冷却的第三阶段，也是冷却较慢的阶段，工件的热量通过淬火液的对流带走。
对很多淬火液而言，对流阶段发生的温度相应于很多合金钢由奥氏体向马氏体转变的温度，因此对流阶段对控制和减少淬火变形是一个很重要的阶段。
所有的液体淬火介质都有三个阶段，但不同的淬火介质，从淬火机理来说，会有不同的阶段点。除淬火液本身，其它参数或因素也影响淬火各阶段的冷却特性。搅拌对蒸汽膜阶段的影响最大，它把包围在工件周围的蒸汽驱散。搅拌对沸腾阶段的影响很轻，因沸腾阶段本身已存在强烈的扰动。搅拌对对流阶段的影响比对蒸汽膜阶段的影响小得多，但比它对沸腾阶段的影响大。虽然冷却曲线分析不一定觉察到搅动对对流阶段的影响，实际经验显示改变对流阶段的搅拌可减小变形。
  淬火液的温度对淬火三个阶段的影响视所用的淬火液而不同，水基淬火液，槽温增加时，蒸汽膜阶段不断延长，这是水的自然性能枛枛当温度接近沸点会产生蒸汽（水蒸汽）。槽温对沸腾阶段和对流阶段的影响不显著。因此当水基淬火液的温度提高时，淬火液总的冷却速度降低。  N! M" K! h8 e, |3 j
   油基淬火液刚好相反，液温有相反的影响。油加热时，粘度成比例的下降，粘度的下降使淬火液自然流动，机械搅动更方便，增加了自然和机械紊流，使蒸汽膜阶段中止。槽温的改变对淬火油沸腾阶段（一个本来已剧烈的过程）影响不大。槽温增加时，淬火油对流阶段的冷速变慢，这种影响是有利的，因由奥氏体向马氏体转变时，较低的冷速，一般会减少变形和开裂的倾向。总的来说，当淬火油温度提高时，总的冷却速度增加。& |0 _. b3 N, |' U2 z; \, R' J
   前面所讨论的是淬火过程中发生的现象和机理，淬火液的组成或配方是放在第二位的。然而淬火介质本身对整个淬硬处理来说是非常重要的。三十年代后期四十年代初期，随着第二次世界大战发生的二件事，迫使淬火油发生了改变。这二件事是：一、合金元素的短缺；二、对具有高物理性能部件的需求, 如更高的冲击强度等。9 T9 p3 |) g/ h3 v
   多年来，热处理工件者有一个做法，在水淬火槽中加进盐类，来使水淬得更快或至少更均匀，相同的原理也能用于淬火油。淬火介质的研究者们在那时期开始试验各种有机金属和树脂，将这些材料加入到基础油中，得到了肯定的结果，“现代”快速淬火油的时期开始了。
  这些材料或添加剂往往被称为“润湿剂”。关于它们对淬火介质冷却性能的影响理论也产生了。树脂或有机金属溶于油中，当工件浸入时，即和热的工件接触，同时开始了蒸汽膜阶段，但树脂或有机金属的晶粒仍存在于表面，这些晶粒随带有以分子大小计的油，这些油过热剧烈爆炸，破坏了蒸汽膜阶段，并加速了沸腾阶段的到来。润湿剂的添加也使得淬火作用更均匀，再结合蒸汽膜阶段的缩短，工件淬不硬、局部软点和变形等问题能得以解决或减少。
自现代淬火时期开始以来，对更专用淬火液的需求一直继续着。需要介质用以硬化钢和铸铁、铝合金固溶处理枛枛无变形的同时得到最高的机械性能。40年代后期，等温淬火油用于取代盐浴，今天等温淬火油的使用在增加，从接近最终成形尺寸的处理件，减少机械加工中工业界节省成本得到了好处。结合世界范围内对提高质量的驱使，促使工业界和淬火介质研究人员研究和发展改进产品和工艺。
  现代淬火时期的另一发展是水基聚合物淬火液。最先在50年代引入，这些产品填补了不断增长的表面感应淬火硬化、火焰加热硬化的工艺需要。聚合物提供的淬火性能填补了水和最高速淬火油淬火性能之间的空间。在60年代，这项技术随着乙二醇基淬火液的引入，用于替代淬火油而得到了改进。70年代初期，几个因素肯定的影响了聚合物淬火液的使用和发展：对工厂和自然环境日益增长的关心、以及对工人安全的关心，迫使很多工业采用聚合物淬火液。在1973年和1974年石油短缺，和随之而来的淬火油价格的上升，给了工业界必要的推动，开始使用聚合物淬火液。
今天有很多不同种类的聚合物淬火液用于金属的热处理，其中很多是针对满足特定工业需要的专门产品。聚合物淬火介质的研究者可由几种化学品家族中选用原料来试验和发展聚合物淬火液。对这些材料的理解和知识发展到这样的境地，使聚合物的分子能加工成使其可提供特定的性能：淬火性能及其它，以满足特定使用的要求。

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