| 將鋼加熱到一定的溫度,，經(jīng)一段時(shí)間的保溫，然后以某種速度冷卻下來,，通過這樣的工藝過程能使鋼的性能發(fā)生改變,。 1,、碳鋼的普通熱處理工藝方法 1）鋼的退火 鋼的退火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上,，保溫一段時(shí)間，然后緩慢地隨爐冷卻,。此時(shí),，奧氏體在高溫區(qū)發(fā)生分解，從而得到比較接近平衡狀態(tài)的組織,。一般中碳鋼（如40,、45鋼）經(jīng)退火后消除了殘余應(yīng)力，組織穩(wěn)定,，硬度較低（HB180～220）有利于下一步進(jìn)行切削加工,。 2）鋼的正火 鋼的正火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac3或Accm線以上，保溫一段時(shí)間,，然后進(jìn)行空冷,。由于冷卻速度稍快，與退火組織相比,，組織中的珠光體量相對(duì)較多,，且片層較細(xì)密，故性能有所改善,，細(xì)化了晶粒,，改善了組織，消除了殘余應(yīng)力,。對(duì)低碳鋼來說,，正火后提高硬度可改善切削加工性，提高零件表面光潔度,；對(duì)于高碳鋼,，則正火可消除網(wǎng)狀滲碳體，為下一步球化退火及淬火作好組織準(zhǔn)備,。 3）鋼的淬火 鋼的淬火通常是把鋼加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上,，保溫一段時(shí)間，然后放入各種不同的冷卻介質(zhì)中快速冷卻(V冷＞V臨),，以獲得具有高硬度,、高耐磨性的馬氏體組織。 4）鋼的回火 鋼的回火通常是把淬火鋼重新加熱至Ac1線以下的一定溫度,，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間的保溫后,，冷卻到室溫的一種熱處理工藝。由于鋼經(jīng)淬火后得到的馬氏體組織硬而脆，并且工件內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力,，如果直接進(jìn)行磨削加工則往往會(huì)出現(xiàn)龜裂,，一些精密的零件在使用過程中將會(huì)引起尺寸變化從而失去精度，甚至開裂,。因此,，淬火鋼必須進(jìn)行回火處理。不同的回火工藝可以使鋼獲得各種不同的性能,。 2,、碳鋼普通熱處理工藝 1）加熱溫度 碳鋼普通熱處理的加熱溫度，原則上按加熱到臨界溫度Ac1或Ac3線以上30～50℃選定,。但生產(chǎn)中,，應(yīng)根據(jù)工件實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整。熱處理加熱溫度不能過高,，否則會(huì)使工件的晶粒粗大,、氧化、脫碳,、變形,、開裂等傾向增加。但加熱溫度過低,，也達(dá)不到要求,。 表2-1碳鋼普通熱處理的加熱溫度 方 法 加 熱 溫 度 (℃) 應(yīng)用范圍 退 火 Ac3+(20~60) 亞共析鋼完全退火 Ac1+(20~40) 過共析鋼球化退火 正 火 Ac3+(50~100) 亞共析鋼 Accm+(30~50) 過共析鋼 淬 火 Ac3+(30~70) 亞共析鋼 Ac1+(30~70) 過共析鋼 回火 低溫回火 150~250 刃具、模具,、量具,、高硬度零件 中溫回火 350~500 彈簧、中等硬度零件 高溫回火 500~650 齒輪,、軸,、連桿等綜合機(jī)械性能零件 表2-2 常用碳鋼的臨界點(diǎn) 鋼號(hào) 臨 界 點(diǎn) (℃) Ac1 Ac3 Accm 20鋼 735 855 —— 45鋼 724 780 —— T8鋼 730 —— —— T12鋼 730 —— 820 2）加熱時(shí)間 熱處理的加熱時(shí)間（包括升溫與保溫時(shí)間）與鋼的成分、原始組織,、工件的尺寸與形狀,、使用的加熱設(shè)備與裝爐方式及熱處理方法等許多因素有關(guān)。因此,，要確切計(jì)算加熱時(shí)間是比較復(fù)雜的,。在實(shí)驗(yàn)室中，熱處理加熱時(shí)間（包括加熱,、保溫時(shí)間）通常按工件有效厚度,，用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算加熱時(shí)間： T =αD 式中：T——加熱時(shí)間（min）； α——加熱系數(shù)（min/mm）,； D——工件有效厚度（mm）,。 當(dāng)碳鋼工件D≤50 mm,，在800~960℃箱式電阻爐中加熱時(shí)，α=1~1.2（min/mm）,?；鼗鸬谋貢r(shí)間要保證工件熱透并使組織充分轉(zhuǎn)變。實(shí)驗(yàn)時(shí)組織轉(zhuǎn)變時(shí)間可取0.5h,。 3）冷卻方法 （1）退火冷卻方式：鋼退火時(shí),，一般采用隨爐冷卻到600～550℃以下再出爐空冷。 （2）正火冷卻方式：鋼正火時(shí),，一般采用在空氣中冷卻,。 （3）淬火冷卻方式：鋼淬火時(shí)，鋼在過冷奧氏體最不穩(wěn)定的范圍內(nèi)（650～550℃）的冷卻速度應(yīng)大于臨界冷卻速度,，從而保證工件不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織,；而在Ms點(diǎn)附近的冷卻速度應(yīng)盡可能低,，從而降低淬火內(nèi)應(yīng)力,，減少工件變形與開裂。因此,，淬火時(shí),，除了要選用合適的淬火冷卻介質(zhì)外，還應(yīng)改進(jìn)淬火方法,。對(duì)形狀簡(jiǎn)單的工件,，常采用簡(jiǎn)易的單液淬火法，如碳鋼用水或鹽水液作冷卻介質(zhì),，合金鋼常用油作冷卻介質(zhì),。 （4）回火冷卻方式：碳鋼回火時(shí)，一般采用在空氣中冷卻,。 一．退火的種類 1． 完全退火和等溫退火 完全退火又稱重結(jié)晶退火,，一般簡(jiǎn)稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄,，鍛件及熱軋型材,，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重工件的最終熱處理,，或作為某些工件的預(yù)先熱處理,。 2． 球化退火 球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具,，模具所用的鋼種）,。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性,，并為以后淬火作好準(zhǔn)備,。 3． 去應(yīng)力退火 去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火）,，這種退火主要用來消除鑄件，鍛件,，焊接件,，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力,。如果這些應(yīng)力不予消除,，將會(huì)引起鋼件在一定時(shí)間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋,。 二．淬火時(shí),，最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油,。鹽水淬火的工件,，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點(diǎn),，但卻易使工件變形嚴(yán)重,，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火,。 三．鋼回火的目的 1． 降低脆性,，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性,，如不及時(shí)回火往往會(huì)使鋼件發(fā)生變形甚至開裂,。 2． 獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大,，為了滿足各種工件的不同性能的要求,，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性,，得到所需要的韌性,，塑性。 3． 穩(wěn)定工件尺寸 4． 對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼,，在淬火（或正火）后常采用高溫回火,，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低,，以利切削加工,。 加熱缺陷及控制 一、過熱現(xiàn)象 我們知道熱處理過程中加熱過熱最易導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大,，使零件的機(jī)械性能下降,。 1.一般過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時(shí)間過長(zhǎng)，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱,。粗大的奧氏體晶粒會(huì)導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性降低,，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高,，增加淬火時(shí)的變形開裂傾向。而導(dǎo)致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發(fā)生的）,。過熱組織可經(jīng)退火,、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細(xì)化,。 2.斷口遺傳：有過熱組織的鋼材,，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細(xì)化,，但有時(shí)仍出現(xiàn)粗大顆粒狀斷口,。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭(zhēng)議較多，一般認(rèn)為曾因加熱溫度過高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體并富集于晶界面,，而冷卻時(shí)這些夾雜物又會(huì)沿晶界面析出,，受沖擊時(shí)易沿粗大奧氏體晶界斷裂。 3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體,、貝氏體,、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時(shí)，以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度,，甚至再低一些,，其奧氏體晶粒仍然是粗大的,，這種現(xiàn)象稱為組織遺傳性,。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理,。 二,、過燒現(xiàn)象 加熱溫度過高，不僅引起奧氏體晶粒粗大,，而且晶界局部出現(xiàn)氧化或熔化,，導(dǎo)致晶界弱化，稱為過燒,。鋼過燒后性能嚴(yán)重惡化,，淬火時(shí)形成龜裂。過燒組織無法恢復(fù),，只能報(bào)廢,。因此在工作中要避免過燒的發(fā)生。 三,、脫碳和氧化 鋼在加熱時(shí),，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫,、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng),，降低了表層碳濃度稱為脫碳,，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低,，而且表面形成殘余拉應(yīng)力易形成表面網(wǎng)狀裂紋,。 加熱時(shí)，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)（或氣氛）中的氧,、二氧化碳,、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化,，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現(xiàn)淬火軟點(diǎn),。 為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱,、采用鹽浴爐加熱,、采用保護(hù)氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內(nèi)碳勢(shì)）,、火焰燃燒爐（使?fàn)t氣呈還原性） 四,、氫脆現(xiàn)象 高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時(shí)出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為氫脆。出現(xiàn)氫脆的工件通過除氫處理（如回火,、時(shí)效等）也能消除氫脆,，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆,。 幾種常見熱處理概念 1． 正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn)AC3或ACM以上的適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻,，得到珠光體類組織的熱處理工藝。 2． 退火annealing：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度,，保溫一段時(shí)間后,，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝 3． 固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中,，然后快速冷卻,，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝 4． 時(shí)效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時(shí),，其性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象,。 5． 固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能,，消除應(yīng)力與軟化,，以便繼續(xù)加工成型 6． 時(shí)效處理：在強(qiáng)化相析出的溫度加熱并保溫，使強(qiáng)化相沉淀析出,，得以硬化,，提高強(qiáng)度 7． 淬火：將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定的范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝 8． 回火：將經(jīng)過淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)AC1以下的適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間,，隨后用符合要求的方法冷卻,，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝 9． 鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過程,。習(xí)慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應(yīng)用較為廣泛,。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度,，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主,，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性,。 10． 調(diào)質(zhì)處理quenching and tempering：一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件,，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿,、螺栓、齒輪及軸類等,。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織,，它的機(jī)械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān),，一般在HB200—350之間,。 11． 釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝 回火的種類及應(yīng)用 根據(jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同,，可將回火分為以下幾種： （一）低溫回火（150－250度） 低溫回火所得組織為回火馬氏體,。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性,，以免使用時(shí)崩裂或過早損壞,。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具,，冷沖模具,，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等,，回火后硬度一般為HRC58－64,。 （二）中溫回火（350－500度） 中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度,，彈性極限和較高的韌性,。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理,，回火后硬度一般為HRC35－50,。 （三）高溫回火（500－650度） 高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理,，其目的是獲得強(qiáng)度,，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能,。因此,，廣泛用于汽車,，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件,，如連桿,，螺栓，齒輪及軸類,?；鼗鸷笥捕纫话銥镠B200－330。 鈹青銅的熱處理 鈹青銅是一種用途極廣的沉淀硬化型合金,。經(jīng)固溶及時(shí)效處理后,，強(qiáng)度可達(dá)1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其熱處理特點(diǎn)是：固溶處理后具有良好的塑性,，可進(jìn)行冷加工變形,。但再進(jìn)行時(shí)效處理后，卻具有極好的彈性極限,，同時(shí)硬度,、強(qiáng)度也得到提高。 （1） 鈹青銅的固溶處理 一般固溶處理的加熱溫度在780-820℃之間,，對(duì)用作彈性元件的材料,，采用760-780℃，主要是防止晶粒粗大影響強(qiáng)度,。固溶處理爐溫均勻度應(yīng)嚴(yán)格控制在±5℃,。保溫時(shí)間一般可按1小時(shí)/25mm計(jì)算，鈹青銅在空氣或氧化性氣氛中進(jìn)行固溶加熱處理時(shí),，表面會(huì)形成氧化膜,。雖然對(duì)時(shí)效強(qiáng)化后的力學(xué)性能影響不大，但會(huì)影響其冷加工時(shí)工模具的使用壽命,。為避免氧化應(yīng)在真空爐或氨分解,、惰性氣體、還原性氣氛（如氫氣,、一氧化碳等）中加熱,，從而獲得光亮的熱處理效果。此外,，還要注意盡量縮短轉(zhuǎn)移時(shí)間（此淬水時(shí)）,，否則會(huì)影響時(shí)效后的機(jī)械性能。薄形材料不得超過3秒,一般零件不超過5秒,。淬火介質(zhì)一般采用水（無加熱的要求）,，當(dāng)然形狀復(fù)雜的零件為了避免變形也可采用油。 （2） 鈹青銅的時(shí)效處理 鈹青銅的時(shí)效溫度與Be的含量有關(guān)，含Be小于2.1%的合金均宜進(jìn)行時(shí)效處理,。對(duì)于Be大于1.7%的合金,，最佳時(shí)效溫度為300-330℃，保溫時(shí)間1-3小時(shí)（根據(jù)零件形狀及厚度）,。Be低于0.5%的高導(dǎo)電性電極合金,，由于溶點(diǎn)升高，最佳時(shí)效溫度為450-480℃,，保溫時(shí)間1-3小時(shí),。近年來還發(fā)展出了雙級(jí)和多級(jí)時(shí)效，即先在高溫短時(shí)時(shí)效,，而后在低溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí)效,，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是性能提高但變形量減小。為了提高鈹青銅時(shí)效后的尺寸精度,，可采用夾具夾持進(jìn)行時(shí)效,，有時(shí)還可采用兩段分開時(shí)效處理。 （3） 鈹青銅的去應(yīng)力處理 鈹青銅去應(yīng)力退火溫度為150-200℃,，保溫時(shí)間1-1.5小時(shí),，可用于消除因金屬切削加工、校直處理,、冷成形等產(chǎn)生的殘余應(yīng)力,，穩(wěn)定零件在長(zhǎng)期使用時(shí)的形狀及尺寸精度。 熱處理應(yīng)力及其影響 熱處理殘余力是指工件經(jīng)熱處理后最終殘存下來的應(yīng)力,對(duì)工件的形狀,&127;尺寸和性能都有極為重要的影響,。當(dāng)它超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí),&127;便引起工件的變形,超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)使工件開裂,這是它有害的一面,應(yīng)當(dāng)減少和消除,。但在一定條件下控制應(yīng)力使之合理分布,就可以提高零件的機(jī)械性能和使用壽命,變有害為有利。分析鋼在熱處理過程中應(yīng)力的分布和變化規(guī)律,使之合理分布對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的實(shí)際意義,。例如關(guān)于表層殘余壓應(yīng)力的合理分布對(duì)零件使用壽命的影響問題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視,。 一、鋼的熱處理應(yīng)力 工件在加熱和冷卻過程中,由于表層和心部的冷卻速度和時(shí)間的不一致,形成溫差,，就會(huì)導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力,即熱應(yīng)力,。在熱應(yīng)力的作用下,由于表層開始溫度低于心部,收縮也大于心部而使心部受拉,當(dāng)冷卻結(jié)束時(shí)，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進(jìn)行而使表層受壓心部受拉,。即在熱應(yīng)力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉,。這種現(xiàn)象受到冷卻速度,材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當(dāng)冷卻速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷卻過程中在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大,最后形成的殘余應(yīng)力就愈大,。另一方面鋼在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),因比容的增大會(huì)伴隨工件體積的膨脹,&127;工件各部位先后相變，造成體積長(zhǎng)大不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力,。組織應(yīng)力變化的最終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力,心部受壓應(yīng)力,恰好與熱應(yīng)力相反,。組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度,形狀，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。 實(shí)踐證明,任何工件在熱處理過程中,&127;只要有相變,熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都會(huì)發(fā)生,。&127;只不過熱應(yīng)力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了,，而組織應(yīng)力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的,在整個(gè)冷卻過程中,熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果,&127;就是工件中實(shí)際存在的應(yīng)力。這兩種應(yīng)力綜合作用的結(jié)果是十分復(fù)雜的,受著許多因素的影響,如成分,、形狀,、熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型,即熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,作用方向相反時(shí)二者抵消,作用方向相同時(shí)二者相互迭加,。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個(gè)應(yīng)力應(yīng)有一個(gè)占主導(dǎo)因素,熱應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受拉,表面受壓,。&127;組織應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉。 二,、熱處理應(yīng)力對(duì)淬火裂紋的影響 存在于淬火件不同部位上能引起應(yīng)力集中的因素(包括冶金缺陷在內(nèi)),對(duì)淬火裂紋的產(chǎn)生都有促進(jìn)作用,但只有在拉應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)(&127;尤其是在最大拉應(yīng)力下)才會(huì)表現(xiàn)出來,&127;若在壓應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)并無促裂作用,。 淬火冷卻速度是一個(gè)能影響淬火質(zhì)量并決定殘余應(yīng)力的重要因素,也是一個(gè)能對(duì)淬火裂紋賦于重要乃至決定性影響的因素。為了達(dá)到淬火的目的,，通常必須加速零件在高溫段內(nèi)的冷卻速度,并使之超過鋼的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織,。就殘余應(yīng)力而論,這樣做由于能增加抵消組織應(yīng)力作用的熱應(yīng)力值,故能減少工件表面上的拉應(yīng)力而達(dá)到抑制縱裂的目的。其效果將隨高溫冷卻速度的加快而增大,。而且,在能淬透的情況下,截面尺寸越大的工件,雖然實(shí)際冷卻速度更緩,開裂的危險(xiǎn)性卻反而愈大,。這一切都是由于這類鋼的熱應(yīng)力隨尺寸的增大實(shí)際冷卻速度減慢,熱應(yīng)力減小,&127;組織應(yīng)力隨尺寸的增大而增加,最后形成以組織應(yīng)力為主的拉應(yīng)力作用在工件表面的作用特點(diǎn)造成的。并與冷卻愈慢應(yīng)力愈小的傳統(tǒng)觀念大相徑庭,。對(duì)這類鋼件而言,在正常條件下淬火的高淬透性鋼件中只能形成縱裂,。避免淬裂的可靠原則是設(shè)法盡量減小截面內(nèi)外馬氏體轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性。僅僅實(shí)行馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)的緩冷卻不足以預(yù)防縱裂的形成,。一般情況下只能產(chǎn)生在非淬透性件中的弧裂,雖以整體快速冷卻為必要的形成條件,，可是它的真正形成原因,卻不在快速冷卻(包括馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi))本身,而是淬火件局部位置(由幾何結(jié)構(gòu)決定),在高溫臨界溫度區(qū)內(nèi)的冷卻速度顯著減緩,因而沒有淬硬所致&127;。產(chǎn)生在大型非淬透性件中的橫斷和縱劈,是由以熱應(yīng)力為主要成份的殘余拉應(yīng)力作用在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心處,首先形成裂紋并由內(nèi)往外擴(kuò)展而造成的,。為了避免這類裂紋產(chǎn)生,，往往使用水--油雙液淬火工藝。在此工藝中實(shí)施高溫段內(nèi)的快速冷卻,目的僅僅在于確保外層金屬得到馬氏體組織,&127;而從內(nèi)應(yīng)力的角度來看,這時(shí)快冷有害無益,。其次,冷卻后期緩冷的目的,主要不是為了降低馬氏體相變的膨脹速度和組織應(yīng)力值,而在于盡量減小截面溫差和截面中心部位金屬的收縮速度,從而達(dá)到減小應(yīng)力值和最終抑制淬裂的目的,。 三、殘余壓應(yīng)力對(duì)工件的影響 滲碳表面強(qiáng)化作為提高工件的疲勞強(qiáng)度的方法應(yīng)用得很廣泛的原因,。一方面是由于它能有效的增加工件表面的強(qiáng)度和硬度,，提高工件的耐磨性，另一方面是滲碳能有效的改善工件的應(yīng)力分布,在工件表面層獲得較大的殘余壓應(yīng)力,&127;提高工件的疲勞強(qiáng)度,。如果在滲碳后再進(jìn)行等溫淬火將會(huì)增加表層殘余壓應(yīng)力,使疲勞強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高,。有人對(duì)35SiMn2MoV鋼滲碳后進(jìn)行等溫淬火與滲碳后淬火低溫回火的殘余應(yīng)力進(jìn)行過測(cè)試其 結(jié)果如表1 熱處理工藝 殘余應(yīng)力值（kg/mm2) 滲碳后880-900度鹽浴加熱，260度等溫40分鐘 -65 滲碳后880-900度鹽浴加熱淬火,，260度等溫90分鐘 -18 滲碳后880-900度鹽浴加熱,，260度等溫40分鐘,，260度回火90分鐘 -38 表1.35SiMn2MoV鋼滲碳等溫淬火與滲碳低溫回火后的殘余應(yīng)力值 從表1的測(cè)試結(jié)果可以看出等溫淬火比通常的淬火低溫回火工藝具有更高的表面殘余壓應(yīng)力。等溫淬火后即使進(jìn)行低溫回火,其表面殘余壓應(yīng)力,，也比淬火后低溫回火高,。因此可以得出這樣一個(gè)結(jié)論,即滲碳后等溫淬火比通常的滲碳淬火低溫回火獲得的表面殘余壓應(yīng)力更高,從表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)疲勞抗力的有利影響的觀點(diǎn)來看，滲碳等溫淬火工藝是提高滲碳件疲勞強(qiáng)度的有效方法,。滲碳淬火工藝為什么能獲得表層殘余壓應(yīng)力?滲碳等溫淬火為什么能獲得更大的表層殘余壓應(yīng)力?其主要原因有兩個(gè)：一個(gè)原因是表層高碳馬氏體比容比心部低碳馬氏體的比容大,淬火后表層體積膨脹大,而心部低碳馬氏體體積膨脹小,制約了表層的自由膨脹,&127;造成表層受壓心部受拉的應(yīng)力狀態(tài),。而另一個(gè)更重要的原因是高碳過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）,比心部含碳量低的過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度（Ms）低。這就是說在淬火過程中往往是心部首先產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變引起心部體積膨脹,并獲得強(qiáng)化,而表面還末冷卻到其對(duì)應(yīng)的馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Ms）,故仍處于過冷奧氏體狀態(tài),&127;具有良好的塑性,不會(huì)對(duì)心部馬氏體轉(zhuǎn)變的體積膨脹起嚴(yán)重的壓制作用,。隨著淬火冷卻溫度的不斷下降使表層溫度降到該處的（Ms）點(diǎn)以下,表層產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變,引起表層體積的膨脹,。但心部此時(shí)早已轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而強(qiáng)化,所以心部對(duì)表層的體積膨脹將會(huì)起很大的壓制作用,使表層獲得殘余壓應(yīng)力。&127;而在滲碳后進(jìn)行等溫淬火時(shí),，當(dāng)?shù)葴販囟仍跐B碳層的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）以上,心部的馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（&127;Ms）點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度等溫淬火,比連續(xù)冷卻淬火更能保證這種轉(zhuǎn)變的先后順序的特點(diǎn)(&127;即保證表層馬氏體轉(zhuǎn)變僅僅產(chǎn)生于等溫后的冷卻過程中),。&127;當(dāng)然滲碳后等溫淬火的等溫溫度和等溫時(shí)間對(duì)表層殘余應(yīng)力的大小有很大的影響。有人對(duì)35SiMn2MoV鋼試樣滲碳后在260℃和320℃等溫40&127;分鐘后的表面殘余應(yīng)力進(jìn)行過測(cè)試,其結(jié)果如表2,。 由表2可知在260℃行動(dòng)等溫比在320℃等溫的表面殘余應(yīng)力要高出一倍多 表2,。 35SiMn2MoV鋼不同等溫溫度的表面殘余應(yīng)力 可見表面殘余應(yīng)力狀態(tài)對(duì)滲碳等溫淬火的等溫溫度是很敏感的。不僅等溫溫度對(duì)表面殘余壓應(yīng)力狀態(tài)有影響,而且等溫時(shí)間也有一定的影響,。有人對(duì)35SiMn2V鋼在310℃等溫2分鐘,10分鐘,90分鐘的殘余應(yīng)力進(jìn)行過測(cè)試,。2分鐘后殘余壓應(yīng)力為-20kg/mm,10分鐘后為-60kg/mm,60分鐘后為-80kg/mm,60分鐘后再延長(zhǎng)等溫時(shí)間殘余應(yīng)力變化不大。 從上面的討論表明,滲碳層與心部馬氏體轉(zhuǎn)變的先后順序?qū)Ρ韺託堄鄳?yīng)力的大小有重要影響,。滲碳后的等溫淬火對(duì)進(jìn)一步提高零件的疲勞壽命具有普遍意義,。此外能降低表層馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）點(diǎn)的表面化學(xué)熱處理如滲碳、氮化,、氰化等都為造成表層殘余壓應(yīng)力提供了條件,如高碳鋼的氮化--淬火工藝,由于表層,&127;氮含量的提高而降低了表層馬氏體開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Ms）,淬火后獲得了較高的表層殘余壓應(yīng)力使疲勞壽命得到提高,。又如氰化工藝往往比滲碳具有更高的疲勞強(qiáng)度和使用壽命,也是因氮含量的增加可獲得比滲碳更高的表面殘余壓應(yīng)力之故。此外,&127;從獲得表層殘余壓應(yīng)力的合理分布的觀點(diǎn)來看,單一的表面強(qiáng)化工藝不容易獲得理想的表層殘余壓應(yīng)力分布,而復(fù)合的表面強(qiáng)化工藝則可以有效的改善表層殘余應(yīng)力的分布,。如滲碳淬火的殘余應(yīng)力一般在表面壓應(yīng)力較低,最大壓應(yīng)力則出現(xiàn)在離表面一定深度處,而且殘余壓力層較厚,。氮化后的表面殘余壓應(yīng)力很高,但殘余壓應(yīng)力層很溥,往里急劇下降。如果采用滲碳--&127;氮化復(fù)合強(qiáng)化工藝,則可獲得更合理的應(yīng)力分布狀態(tài),。&127;因此表面復(fù)合強(qiáng)化工藝,如滲碳--氮化,滲碳--&127;高頻淬火等,都是值得重視的方向,。 根據(jù)上述討論可得出以下結(jié)論; 1、熱處理過程中產(chǎn)生的應(yīng)力是不可避免的,而且往往是有害的&127;,。但我們可以控制熱處理工藝盡量使應(yīng)力分布合理,就可將其有害程度降低到最低限度,甚至變有害為有利,。 2、當(dāng)熱應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)應(yīng)力分布為心部受拉表面受壓,當(dāng)組織應(yīng)力占主導(dǎo)地時(shí)應(yīng)力分布為心部受壓表面受拉,。 3,、在高淬透性鋼件中易形成縱裂,在非淬透性工件中往往形成弧裂,在大型非淬透工件中容易形成橫斷和縱劈。 4,、滲碳使表層馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）點(diǎn)下降,可導(dǎo)至淬火時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變順序顛倒,心部首先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而后才波及到表面,可獲得表層殘余壓應(yīng)力而提高抗疲勞強(qiáng)度,。 5,、滲碳后進(jìn)行等溫淬火可保證心部馬氏體轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行以后,表層組織轉(zhuǎn)變才進(jìn)行,。&127;使工件獲得比直接淬火更大的表層殘余壓應(yīng)力,可進(jìn)一步提高滲碳件的疲勞強(qiáng)度,。 6、復(fù)合表面強(qiáng)化工藝可使表層殘余壓應(yīng)力分布更合理,可明顯提高工件的疲勞強(qiáng)度 |
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