金属热处理原理与工艺课件.pptx
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- 金属 热处理 原理 工艺 课件
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1、试讲人:裴迪试讲人:裴迪金属热处理原理与工艺金属热处理原理与工艺一、金属热处理分类一、金属热处理分类 1. 1.热处理概念热处理概念 金属热处理是将工件放在一定介质中金属热处理是将工件放在一定介质中加热、保温和冷却,通过改变工件表层的加热、保温和冷却,通过改变工件表层的化学成分化学成分、表面表面或或内部显微组织的结构内部显微组织的结构来来改变其性能的热加工工艺。改变其性能的热加工工艺。热处理工艺三个阶段:热处理工艺三个阶段:加热、保温、冷却加热、保温、冷却。 目的目的 :满足组织和性能要求。:满足组织和性能要求。 五五个要素:个要素:加热介质、加热速率、加热温加热介质、加热速率、加热温度、保温
2、时间、冷却速率度、保温时间、冷却速率。(1 1)加热介质)加热介质 定义:在高温下可能与工件表面发生化学反定义:在高温下可能与工件表面发生化学反应而应而改变表层成分改变表层成分。 例:氧化性(空气)使工件表面发生氧化;例:氧化性(空气)使工件表面发生氧化; C C或或N N,会发生渗碳或渗氮反应。,会发生渗碳或渗氮反应。 (2 2)加热速率)加热速率 影响加热时的影响加热时的热应力热应力、组织应力组织应力和和相变相变过程过程。 加热速率越大,工件表面温度和心部加热速率越大,工件表面温度和心部温温度差度差越大,导致出现大的热应力和组织应力,越大,导致出现大的热应力和组织应力,因此大工件不能进行快
3、速加热。实际生产中,因此大工件不能进行快速加热。实际生产中,应严格控制。应严格控制。 (3 3)加热温度和保温时间)加热温度和保温时间 通过保温使材料达到通过保温使材料达到热力学平衡状态热力学平衡状态,结,结果为成分均匀、晶粒长大、应力消除、位错密度果为成分均匀、晶粒长大、应力消除、位错密度降低。降低。 通过保温,使工件内外温度均匀,相变充通过保温,使工件内外温度均匀,相变充分进行。分进行。 加热温度加热温度根据热处理的目的和平衡相图确根据热处理的目的和平衡相图确定。定。 保温时间保温时间根据试验和经验确定。根据试验和经验确定。 (4 4)冷却速率)冷却速率 通过合理控制冷却速度就能得到所想要
4、的通过合理控制冷却速度就能得到所想要的组织。组织。 在快速冷却条件下,工件内外温差增大,在快速冷却条件下,工件内外温差增大,热应力和组织应力增大,容易导致工件产生大热应力和组织应力增大,容易导致工件产生大的内应力、变形甚至开裂。所以应尽量减小冷的内应力、变形甚至开裂。所以应尽量减小冷却速度。却速度。2.2.热处理分类热处理分类(1 1)退火退火:加热到高温,随炉冷却。:加热到高温,随炉冷却。特点特点:a.a.降低硬度,利于切削加工降低硬度,利于切削加工 b. b.细化晶粒,改善组织,提高细化晶粒,改善组织,提高机械性能机械性能 c. c.消除内应力,为下一道工序消除内应力,为下一道工序做好准备
5、做好准备 d. d.提高金属材料的塑性、韧性,提高金属材料的塑性、韧性,便于进便于进 行冷冲压或冷拉拔加工行冷冲压或冷拉拔加工目的目的:成分均匀化、细化组织、消除内应力、:成分均匀化、细化组织、消除内应力、 降低硬度、提高塑性。降低硬度、提高塑性。(2 2)正火正火:加热到高温,空气冷却。:加热到高温,空气冷却。特点特点:a.a.冷却速度快,获得的组织更细冷却速度快,获得的组织更细 b. b.正火后的强度、硬度较正火后的强度、硬度较退火后稍退火后稍 高,而塑性、韧性则稍低高,而塑性、韧性则稍低 c. c.不占用设备,生产率高不占用设备,生产率高目的目的:调整材料的硬度、细化晶粒、为淬:调整材料
6、的硬度、细化晶粒、为淬 火做准备。火做准备。(3 3)淬火淬火:加热到高温,油冷、水冷:加热到高温,油冷、水冷或高压空气冷却。或高压空气冷却。 特点特点:强度、硬度会得到提高,增加:强度、硬度会得到提高,增加耐磨性,并在回火后获得高强度和一定韧耐磨性,并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。性相配合的性能。 目的目的:提高硬度和耐磨性。:提高硬度和耐磨性。(4 4)回火回火:淬火的后序工序,降低淬火:淬火的后序工序,降低淬火产生的缺陷,否则工件易开裂。产生的缺陷,否则工件易开裂。 目的目的:消除淬火时因冷却过快而产生内:消除淬火时因冷却过快而产生内应力,降低金属的脆性,降低硬度,提高塑应力
7、,降低金属的脆性,降低硬度,提高塑性和韧性。性和韧性。二、金属加热方法及设备二、金属加热方法及设备 加热金属常用的能源有加热金属常用的能源有电能电能和和化学能化学能(燃(燃料),通过适当的方式转换为热能,从而对工料),通过适当的方式转换为热能,从而对工件进行加热。件进行加热。 加热方法不同,能源的加热方法不同,能源的有效利用率有效利用率也不同,也不同,耗能耗能情况不同,科学合理地选用不同的加热方情况不同,科学合理地选用不同的加热方法是节能的有效途径。法是节能的有效途径。 电阻加热炉电阻加热炉 以电为能源,加热方式的特点以电为能源,加热方式的特点 是在是在加热器加热器(电阻丝或带)和(电阻丝或带
8、)和工件工件之间存在气体介质(氧化之间存在气体介质(氧化性、惰性、渗碳、渗氮等)。性、惰性、渗碳、渗氮等)。 优点优点:温度控制精度高,均匀性好,无噪:温度控制精度高,均匀性好,无噪音,无污染等。音,无污染等。 根据用途不同,分类包括:箱式电阻炉,根据用途不同,分类包括:箱式电阻炉,井式电阻炉、台车炉、钟罩炉等。井式电阻炉、台车炉、钟罩炉等。 1 1、箱式电阻加热炉、箱式电阻加热炉 组成:组成:炉体炉体和和电热元件电热元件,炉,炉体由炉衬和炉门组织,形成空间,体由炉衬和炉门组织,形成空间,放置工件和保持加热温度场作用。放置工件和保持加热温度场作用。电热元件电热元件是炉子的发热体,使是炉子的发热
9、体,使电能转化为热能而加热工件。电能转化为热能而加热工件。 辅助装置辅助装置:机械传动系统,:机械传动系统,炉子操作参数测量及控制系统,保炉子操作参数测量及控制系统,保证炉子安全运行的装置及炉内辅助证炉子安全运行的装置及炉内辅助构件等。按工作温度,箱式电阻炉构件等。按工作温度,箱式电阻炉可分为高温(可分为高温(1300 1300 )、)、中温中温( 950 950 )、低温(、低温( 650 650 )。)。 箱式炉优点箱式炉优点: 结构简单价格低;具有较高的结构简单价格低;具有较高的温度均匀性温度均匀性;较高的热效率;易于实现较高的热效率;易于实现温度和工艺过程温度和工艺过程的自动的自动控制
10、。控制。 箱式炉缺点箱式炉缺点: 中温和高温加热时氧化和脱碳严重,人工中温和高温加热时氧化和脱碳严重,人工装工件和出工件时装工件和出工件时劳动强度大劳动强度大。 适用范围适用范围:中、小零件的小批量热处理生:中、小零件的小批量热处理生产,可提供碳钢、合金钢的淬火、正火、退火,产,可提供碳钢、合金钢的淬火、正火、退火,也可进行回火和固体渗碳以及其他热处理。也可进行回火和固体渗碳以及其他热处理。 台车炉台车炉 将炉体一分为二,将炉体一分为二,炉底像台车一样可以移炉底像台车一样可以移动的炉子。将炉底与其动的炉子。将炉底与其他部分分开,如果把炉他部分分开,如果把炉底做成可移动的,装炉底做成可移动的,装
11、炉和出炉时把炉底拉出来,和出炉时把炉底拉出来,即可装入大型工件。即可装入大型工件。 钟罩炉钟罩炉 如果炉底不动,把如果炉底不动,把其他部分移开(用吊车其他部分移开(用吊车等),将被加热件放到等),将被加热件放到炉底板后再罩上去,像炉底板后再罩上去,像钟罩一样的形状,称为钟罩一样的形状,称为钟罩炉。钟罩炉。 真空热处理炉真空热处理炉 炉膛内保持真空的炉子。根据真空度不同可分为炉膛内保持真空的炉子。根据真空度不同可分为低真空炉低真空炉13313.3Pa13313.3Pa,中真空炉,中真空炉13.31.3313.31.331010-2-2PaPa,高真空炉高真空炉1.331.331010-2 -2
12、1.33 1.331010-4-4 Pa Pa,超真空炉,超真空炉1.331.331010-4-4 Pa Pa。主要特点:主要特点:加热方式为辐射换热;加热方式为辐射换热;在中、高真空中加热工件基本上可保持其不氧化在中、高真空中加热工件基本上可保持其不氧化和不脱碳;和不脱碳;在高、超真空下加热,工件中的合金元素和气体在高、超真空下加热,工件中的合金元素和气体有挥发和脱气的可能;有挥发和脱气的可能;稀薄空气易电离产生辉光或弧光放电。稀薄空气易电离产生辉光或弧光放电。注意事项:注意事项:这类炉子一般要求炉膛这类炉子一般要求炉膛严格密封严格密封;炉内保持炉内保持正压正压,以防炉外空气进入引起爆炸,以
13、防炉外空气进入引起爆炸, 并保证炉内气氛稳定;并保证炉内气氛稳定;炉气必须炉气必须循环流动循环流动,以利于气氛和温度均匀,以利于气氛和温度均匀,保证工件质量一致;保证工件质量一致;炉内构件要能炉内构件要能抗气氛侵蚀抗气氛侵蚀;装有安全装置,以防有毒气氛泄漏和爆炸。装有安全装置,以防有毒气氛泄漏和爆炸。 2 2、井式加热炉、井式加热炉 箱式电阻炉通常放在地面上,工件通过箱式电阻炉通常放在地面上,工件通过水平移动水平移动装入炉内。井式加热炉则是安放在装入炉内。井式加热炉则是安放在地面以下,工件地面以下,工件垂直垂直入炉。将液体或气体渗入炉。将液体或气体渗剂通往炉罐内可用于渗碳、渗氮和碳氮共渗剂通往
14、炉罐内可用于渗碳、渗氮和碳氮共渗等化学热处理;不通渗剂,可以进行淬火或等化学热处理;不通渗剂,可以进行淬火或回火。回火。 优点:优点: 炉子装料多,生产率高,装卸料方便,炉温炉子装料多,生产率高,装卸料方便,炉温均匀,长轴垂直放置或细长杆件垂直吊挂不容易变均匀,长轴垂直放置或细长杆件垂直吊挂不容易变形。形。 缺点:缺点: 工件阻碍气体流动;工件阻碍气体流动; 工件与电热元件同在炉膛内,靠近电热元件工件与电热元件同在炉膛内,靠近电热元件易过热易过热(可通过设置装料筐得到改善)(可通过设置装料筐得到改善)。 井式炉与箱式炉相比的优点:井式炉与箱式炉相比的优点: 1 1、用于回火时、用于回火时温度均
15、匀温度均匀(回火温度低,传热(回火温度低,传热主要靠对流和传导,井式炉都加有电扇)、主要靠对流和传导,井式炉都加有电扇)、装料多装料多,劳动强度劳动强度低低。 2 2、用于淬火或化学热处理时适合于、用于淬火或化学热处理时适合于大件大件、细细长杆件长杆件(只能水平放置,容易变形,井式炉则(只能水平放置,容易变形,井式炉则 可可以吊挂在炉内,垂直放置,减小变形)和以吊挂在炉内,垂直放置,减小变形)和大型长轴大型长轴件件。 3 3、浴炉、浴炉 定义定义:用液体作为加热或冷却介质的热处:用液体作为加热或冷却介质的热处理炉。理炉。 介质介质:熔盐、熔融金属及合金、熔碱以及:熔盐、熔融金属及合金、熔碱以及
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