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BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用

类别:行业新闻   发布时间:2024-08-06 09:59:52   浏览:

  金属材料在固态下经加热、保温和冷却,以改善材料性能的工艺。热处理的方法主要包括以下几种:

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图1)

  将工件加热到适当温度,保温一段时间后从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快,因而正火组织要比退火组织更细一些,其机械性能也有所提高。另外,正火炉外冷却不占用设备,生产率较高,因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的主要应用范围有:

  ①用于低碳钢,正火后硬度略高于退火,韧性也较好,可作为切削加工的预处理。

  ②用于中碳钢,可代替调质处理作为最后热处理,也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。

  ③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等,可以消降或抑制网状碳化物的形成,从而得到球化退火所需的良好组织。

  ⑥用于球墨铸铁,使硬度、强度、耐磨性得到提高,如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

  将金属缓慢加热到一定温度,保持足够时间,然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却,有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化,改善塑性和韧性,使化学成分均匀化,去除残余应力,或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种,如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火,以及稳定化退火、磁场退火等等。主要是指将材料曝露于高温一段很长时间后,然后再慢慢冷却的热处理制程。主要目的是:(1)释放应力,(2)增加材料延展性和韧性,(3)产生特殊显微结构。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图2)

  将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度,保温适当时间,再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力BB电子官方网站,使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性,以获得所希望的性能。

  淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500-650℃之间进行回火。调质可以使钢的性能,材质得到很大程度的调整,其强度、塑性和韧性都较好,具有良好的综合机械性能。

  某些零件在使用时要求表面具有高硬度、高耐磨性和抗疲劳等性能,而心部保持原有的组织和性能,这就需要采用表面强化的表面热处理方法。生产广泛应用的有表面淬火和化学热处理。

  表面淬火常用火焰加热和高频感应加热两种方法。火焰加热常用氧一乙炔火焰,设备简单。灵活方便,成本低,但热处理质量不稳定;感应加热需要在专用设备上进行。

  化学热处理是将钢件置于某种化学介质中加热、保温,使一种或几种元素渗入钢件表面,改变其成分和组织,以提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性等。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

  DIN EN 1、4301不锈钢(X5CrNi18-10)是一种常规奥氏体不锈钢,具有良好的耐大气,有机和无机化学物质的性能。这种材料由于其优异的耐晶间腐蚀性能,良好的冷变形性,良好的深冲性和可焊接性而被广泛使用。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图3)

  1.4306(X2CrNi19-11)和1.4307(X2CrNi18-9)是1.4301的超低碳版本。目的是提高焊接后的耐腐蚀性,并长时间防止因应力释放而导致碳化物沉淀。

  EN X5CrNi18-10在退火状态下是非磁性的,但由于在冷加工或焊接过程中添加了马氏体或铁素体,可能会变得略带磁性。

  下表和列表给出了SS 1、4301数据表,包括化学成分,物理性质和机械性质等

  1.4301化学成分:⑴碳C:≤0.8,⑵硅Si:≤1.00,⑶锰Mn:≤2.00,⑷磷P:≤0.045,⑸硫S:≤0.030,⑹铬Cr:18.00~20.00,⑺镍Ni:8.00~11.00,⑻钼Mo:—,⑼氮N:—,⑽铜Cu:—,⑾其它元素:—。

  EN 1.4301不锈钢可以通过各种常规焊接方法轻松焊接,但是由于该材料在焊接后不耐晶间腐蚀,因此,如果需要焊接较大的零件并且在焊接后无法进行固溶退火,则应选择1.4307不锈钢。表面状态对钢的耐腐蚀性具有相对较大的影响,因此抛光表面通常具有比粗糙表面优异的耐腐蚀性。

  DIN EN 1.4301不锈钢在高达300°C的温度下具有良好的耐大气腐蚀性能,并且对许多(轻度腐蚀)有机和无机化学品具有良好的耐受性。它也可以在非常低的温度下使用,但是在海洋,沿海和含氯溶液中存在一些限制。

  由于具有良好的耐腐蚀性,可加工性和可焊性,EN 1.4301不锈钢广泛用于化学,餐具,手表,汽车零件,医疗设备,建筑装饰,航空航天和电器。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图4)

  高强度螺栓的疲劳强度一直以来都是受到重视的问题。有数据表明高强度螺栓的失效绝大多数是由于疲劳破坏引起的,且疲劳破坏时螺栓几乎无征兆,因此重大事故很容易在产生疲劳破坏时发生。

  那么,热处理能够提升紧固件材料性能吗?使其疲劳强度提高多少?针对高强度螺栓越来越高的使用要求,通过热处理提高螺栓材料的疲劳强度更显十分重要。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图5)

  1、疲劳裂纹最先开始的地方称为疲劳源。疲劳源对于螺栓微观结构组织很敏感,能在很小的尺度下萌生疲劳裂纹。

  2、一般在3~5个晶粒尺寸内,螺栓表面质量问题是主要的疲劳源,大部分的疲劳始于螺栓表面或者亚表面。

  3、螺栓材料晶体内部存在的大量位错和一些合金元素或杂质,晶界强度差异,这些因素都有可能导致疲劳裂纹萌生。

  研究表明,疲劳裂纹易发位置有:晶界、表面夹杂物或第二相颗粒、空洞,这些位置都与材料复杂多变的微观组织有关。如果热处理后能够改善微观组织,那么就能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳强度。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图6)

  在对螺栓疲劳强度进行分析时,发现提高螺栓的静载荷承受能力可通过提高硬度来实现,而疲劳强度的提高并不能通过提高硬度的方法。

  因为螺栓有缺口应力会引起较大的应力集中,对于没有应力集中的样品提高硬度是能够提高其疲劳强度的。

  1、硬度是衡量金属材料软硬程度的指标,是材料抵抗比它更硬物体压入的能力,硬度高低也同样反映了金属材料的强度、塑性的大小。

  2、螺栓表面的应力集中会降低其表面强度,在受到交变的动载荷时,在缺口应力集中部位不断发生微变形和恢复的过程,且其受到的应力远远大于无应力集中的部位,从而容易导致疲劳裂纹的产生。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图7)

  紧固件通过热处理调质改善显微组织,并具有优良的综合力学性能,可以提高螺栓材料的疲劳强度。

  在材料内部如果存在一定量的晶须或第二项颗粒,这些加入的相便可以在一定程度上阻止驻留滑移带的滑移,从而阻止了微裂纹的萌生和扩展。

  在热处理过程中,要根据螺栓性能来具体确定热处理工艺。初始疲劳裂纹的产生是由于螺栓材料微观组织缺陷导致应力集中引起的。

  热处理是一种优化紧固件组织的方法,能在一定程度上提高螺栓材料的疲劳性能,提高产品的寿命。

BB电子官方网站金属材料热处理的方法及其作用(图8)

  螺栓表面脱碳会降低淬火后螺栓的表面硬度、耐磨性,并显著降低螺栓疲劳强度。

  1、GB/T3098、1标准中就有针对螺栓性能的脱碳试验,并规定最大脱碳层深度。大量的文献资料表明,由于不当的热处理方式,使得螺栓表面脱碳和表面质量下降,从而使其疲劳强度降低。

  2、在分析42CrMoA风电机组高强度螺栓断裂失效原因时,发现在头杆交接处是因为存在脱碳层。Fe3C在高温下能与O2、H2O、H2发生反应导致螺栓材料内部Fe3C的减少,从而增加了螺栓材料的铁素体相,降低螺栓材料强度,容易引发微裂纹。

  在热处理过程中控制好加热温度,同时必须采用可控气氛保护加热能够很好地解决这一问题。从长远看能够节约资源,符合可持续发展战略。

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