Ⅰ.Det grundläggande konceptet för värmebehandling.
A. Det grundläggande konceptet för värmebehandling.
De grundläggande elementen och funktionerna ivärmebehandling:
1. Uppvärmning
Syftet är att få en enhetlig och fin austenitstruktur.
2. Hålla
Målet är att säkerställa att arbetsstycket är ordentligt uppvärmt och att förhindra avkolning och oxidation.
3.Kylning
Målet är att omvandla austenit till olika mikrostrukturer.
Mikrostrukturer efter värmebehandling
Under kylningsprocessen efter uppvärmning och hållning omvandlas austeniten till olika mikrostrukturer beroende på kylningshastigheten. Olika mikrostrukturer uppvisar olika egenskaper.
B. Det grundläggande konceptet för värmebehandling.
Klassificering baserad på uppvärmning och kylningsmetoder, samt stålets mikrostruktur och egenskaper
1. Konventionell värmebehandling (övergripande värmebehandling): härdning, glödgning, normalisering, härdning
2. Ytvärmebehandling: Ytsläckning, Induktionsvärme Ytsläckning, Flamvärme Ytsläckning, Elkontaktvärme Ytsläckning.
3.Kemisk värmebehandling: uppkolning, nitrering, karbonitrering.
4. Andra värmebehandlingar: Värmebehandling med kontrollerad atmosfär, vakuumvärmebehandling, deformationsvärmebehandling.
C. Kritisk temperatur på stål
Den kritiska omvandlingstemperaturen för stål är en viktig grund för att bestämma uppvärmnings-, håll- och kylprocesserna under värmebehandling. Det bestäms av järn-kol-fasdiagrammet.
Nyckelslutsats:Den faktiska kritiska omvandlingstemperaturen för stål ligger alltid efter den teoretiska kritiska omvandlingstemperaturen. Detta innebär att överhettning krävs under uppvärmning och underkylning krävs under kylning.
Ⅱ.Glödgning och normalisering av stål
1. Definition av glödgning
Glödgning involverar uppvärmning av stål till en temperatur över eller under den kritiska punkten Ac^ som håller det vid den temperaturen, och sedan långsamt kylning av det, vanligtvis inuti ugnen, för att uppnå en struktur nära jämvikt.
2. Syfte med glödgning
①Justera hårdhet för bearbetning: Uppnå bearbetningsbar hårdhet i intervallet HB170~230.
②Lättra kvarstående stress: Förhindrar deformation eller sprickbildning under efterföljande processer.
③ Förfina kornstrukturen: Förbättrar mikrostrukturen.
④Förberedelse för slutlig värmebehandling: Erhåller granulär (sfäroidiserad) perlit för efterföljande härdning och härdning.
3. Spheroidizing glödgning
Processspecifikationer: Uppvärmningstemperaturen är nära Ac₁-punkten.
Syfte: Att sfäroidisera cementiten eller karbiderna i stålet, vilket resulterar i granulär (sfäroidiserad) perlit.
Tillämpligt område: Används för stål med eutektoida och hypereutektoida sammansättningar.
4. Diffuserande glödgning (homogeniserande glödgning)
Processspecifikationer: Uppvärmningstemperaturen ligger något under solvuslinjen på fasdiagrammet.
Syfte: Att eliminera segregation.
①För låg-kolstålmed en kolhalt mindre än 0,25 % är normalisering att föredra framför glödgning som en förberedande värmebehandling.
②För medelkolstål med kolhalt mellan 0,25 % och 0,50 %, kan antingen glödgning eller normalisering användas som förberedande värmebehandling.
③För medel- till högkolhaltigt stål med kolhalt mellan 0,50 % och 0,75 % rekommenderas full glödgning.
④För hög-kolstålmed en kolhalt större än 0,75 %, används först normalisering för att eliminera nätverket Fe3C, följt av sfäroidiserande glödgning.
Ⅲ. Härdning och härdning av stål
A. Släckning
1. Definition av släckning: Släckning innebär att värma stål till en viss temperatur över Ac3- eller Ac₁-punkten, hålla det vid den temperaturen och sedan kyla det med en hastighet som är högre än den kritiska kylningshastigheten för att bilda martensit.
2. Syfte med härdning: Det primära målet är att erhålla martensit (eller ibland lägre bainit) för att öka stålets hårdhet och slitstyrka. Härdning är en av de viktigaste värmebehandlingsprocesserna för stål.
3.Bestämma härdningstemperaturer för olika typer av stål
Hypoeutektoid stål: Ac₃ + 30°C till 50°C
Eutektoid och hypereutektoid stål: Ac₁ + 30°C till 50°C
Legerat stål: 50°C till 100°C över den kritiska temperaturen
4. Kylegenskaper hos ett idealiskt släckmedium:
Långsam kylning före "nos"-temperatur: För att tillräckligt reducera termisk stress.
Hög kylkapacitet nära "nos"-temperatur: För att undvika bildning av icke-martensitiska strukturer.
Långsam kylning nära M₅-punkten: För att minimera stressen som induceras av martensitisk transformation.
5. Släckningsmetoder och deras egenskaper:
① Enkel härdning: Lätt att använda och lämplig för små, enkelt formade arbetsstycken. Den resulterande mikrostrukturen är martensit (M).
②Dubbelhärdning: Mer komplex och svår att kontrollera, används för komplext format högkolstål och större arbetsstycken av legerat stål. Den resulterande mikrostrukturen är martensit (M).
③Broken Quenching: En mer komplex process som används för stora, komplext formade arbetsstycken av legerat stål. Den resulterande mikrostrukturen är martensit (M).
④Isotermisk härdning: Används för små, komplext formade arbetsstycken med höga krav. Den resulterande mikrostrukturen är lägre bainit (B).
6. Faktorer som påverkar härdbarhet
Graden av härdbarhet beror på stabiliteten hos den underkylda austeniten i stål. Ju högre stabilitet den underkylda austeniten har, desto bättre härdbarhet och vice versa.
Faktorer som påverkar stabiliteten hos underkyld austenit:
Position för C-kurvan: Om C-kurvan skiftar åt höger, minskar den kritiska kylhastigheten för härdning, vilket förbättrar härdbarheten.
Nyckelslutsats:
Varje faktor som förskjuter C-kurvan åt höger ökar stålets härdbarhet.
Huvudfaktor:
Kemisk sammansättning: Förutom kobolt (Co) ökar alla legeringsämnen lösta i austenit härdbarheten.
Ju närmare kolinnehållet är den eutektoida sammansättningen i kolstål, desto mer skiftar C-kurvan åt höger, och desto högre härdbarhet.
7.Bestämning och representation av härdbarhet
① Sluthärdningstest: Härdbarheten mäts med testmetoden för sluthärdning.
②Kritisk härddiametermetod: Den kritiska härddiametern (D₀) representerar den maximala diametern på stål som kan härdas helt i ett specifikt härdningsmedium.
B. Härdning
1. Definition av Tempering
Anlöpning är en värmebehandlingsprocess där kylt stål återupphettas till en temperatur under A^-punkten, hålls vid den temperaturen och sedan kyls till rumstemperatur.
2. Syftet med härdning
Minska eller eliminera restspänningar: Förhindrar deformation eller sprickbildning av arbetsstycket.
Minska eller eliminera rester av austenit: Stabiliserar arbetsstyckets dimensioner.
Eliminera sprödhet hos kylt stål: Justerar mikrostrukturen och egenskaperna för att möta arbetsstyckets krav.
Viktig anmärkning: Stål bör härdas omedelbart efter härdning.
3. Härdningsprocesser
1.Låghärdning
Syfte: Att minska härdningsspänningen, förbättra arbetsstyckets seghet och uppnå hög hårdhet och slitstyrka.
Temperatur: 150°C ~ 250°C.
Prestanda: Hårdhet: HRC 58 ~ 64. Hög hårdhet och slitstyrka.
Användningsområden: Verktyg, formar, lager, uppkolade delar och ythärdade komponenter.
2.Hög temperering
Syfte: Att uppnå hög seghet tillsammans med tillräcklig styrka och hårdhet.
Temperatur: 500°C ~ 600°C.
Prestanda: Hårdhet: HRC 25 ~ 35. Goda övergripande mekaniska egenskaper.
Användningsområden: Axlar, kugghjul, vevstakar, etc.
Termisk raffinering
Definition: Släckning följt av högtemperaturhärdning kallas termisk raffinering, eller helt enkelt anlöpning. Stål som behandlats med denna process har utmärkt övergripande prestanda och används ofta.
Ⅳ.Ytvärmebehandling av stål
A. Ythärdning av stål
1. Definition av ythärdning
Ythärdning är en värmebehandlingsprocess utformad för att stärka ytskiktet på ett arbetsstycke genom att snabbt värma det för att omvandla ytskiktet till austenit och sedan snabbt kyla det. Denna process genomförs utan att förändra stålets kemiska sammansättning eller materialets kärnstruktur.
2. Material som används för ythärdning och efterhärdande struktur
Material som används för ythärdning
Typiska material: Mellankolstål och medelkollegerat stål.
Förbehandling: Typisk process: Härdning. Om kärnegenskaperna inte är kritiska kan normalisering användas istället.
Efterhärdningsstruktur
Ytstruktur: Ytskiktet bildar vanligtvis en härdad struktur som martensit eller bainit, vilket ger hög hårdhet och slitstyrka.
Kärnstruktur: Stålets kärna behåller i allmänhet sin ursprungliga struktur, såsom perlit eller härdat tillstånd, beroende på förbehandlingsprocessen och basmaterialets egenskaper. Detta säkerställer att kärnan bibehåller god seghet och styrka.
B.Karakteristika för induktionsythärdning
1.Hög uppvärmningstemperatur och snabb temperaturökning: Induktionsythärdning involverar vanligtvis höga uppvärmningstemperaturer och snabba uppvärmningshastigheter, vilket möjliggör snabb uppvärmning inom kort tid.
2. Fin austenitkornstruktur i ytskiktet: Under den snabba uppvärmningen och efterföljande härdningsprocessen bildar ytskiktet fina austenitkorn. Efter härdning består ytan i första hand av fin martensit, med hårdhet typiskt 2-3 HRC högre än konventionell härdning.
3. God ytkvalitet: På grund av den korta uppvärmningstiden är arbetsstyckets yta mindre benägen för oxidation och avkolning, och härdningsinducerad deformation minimeras, vilket säkerställer god ytkvalitet.
4.Hög utmattningshållfasthet: Den martensitiska fasomvandlingen i ytskiktet genererar tryckspänning, vilket ökar utmattningshållfastheten hos arbetsstycket.
5.Hög produktionseffektivitet: Induktionsythärdning är lämplig för massproduktion och erbjuder hög driftseffektivitet.
C.Klassificering av kemisk värmebehandling
Uppkolning, uppkolning, uppkolning, kromisering, silikonisering, silikonisering, silikonisering, karbonitrering, borokarburering
D. Gasförkolning
Gasförkolning är en process där ett arbetsstycke placeras i en förseglad gasförkolningsugn och värms upp till en temperatur som omvandlar stålet till austenit. Sedan droppas ett uppkolningsmedel in i ugnen, eller en uppkolande atmosfär införs direkt, vilket tillåter kolatomer att diffundera in i arbetsstyckets ytskikt. Denna process ökar kolhalten (wc%) på arbetsstyckets yta.
√Kolmedel:
•Kolrika gaser: Såsom kolgas, flytande petroleumgas (LPG) etc.
• Organiska vätskor: Som fotogen, metanol, bensen, etc.
√ Karbureringsprocessparametrar:
•Kolningstemperatur: 920~950°C.
•Kolningstid: Beror på önskat djup av det uppkolade lagret och uppkolningstemperaturen.
E. Värmebehandling efter uppkolning
Stål måste genomgå värmebehandling efter uppkolning.
Värmebehandlingsprocess efter uppkolning:
√Quenching + Lågtemperaturtempering
1.Direkt släckning efter förkylning + lågtemperaturhärdning: Arbetsstycket förkylas från uppkolningstemperaturen till strax över kärnans Ar₁-temperatur och härdas sedan omedelbart, följt av anlöpning vid låg temperatur vid 160~180°C.
2. Enkel härdning efter förkylning + lågtemperaturhärdning: Efter uppkolning kyls arbetsstycket långsamt till rumstemperatur och värms sedan upp igen för härdning och lågtemperaturhärdning.
3.Dubbelhärdning efter förkylning + lågtemperaturtempering: Efter uppkolning och långsam kylning genomgår arbetsstycket två steg av uppvärmning och härdning, följt av lågtemperaturhärdning.
Ⅴ.Kemisk värmebehandling av stål
1.Definition av kemisk värmebehandling
Kemisk värmebehandling är en värmebehandlingsprocess där ett stålarbetsstycke placeras i ett specifikt aktivt medium, värms upp och hålls vid temperatur, vilket tillåter de aktiva atomerna i mediet att diffundera in i arbetsstyckets yta. Detta förändrar den kemiska sammansättningen och mikrostrukturen på arbetsstyckets yta och förändrar därmed dess egenskaper.
2. Grundläggande process för kemisk värmebehandling
Nedbrytning: Under uppvärmning sönderdelas det aktiva mediet och frigör aktiva atomer.
Absorption: De aktiva atomerna adsorberas av stålets yta och löses upp i stålets fasta lösning.
Diffusion: De aktiva atomerna som absorberas och löses på stålets yta migrerar in i det inre.
Typer av induktion Ythärdning
a.Högfrekvent induktionsuppvärmning
Strömfrekvens: 250~300 kHz.
Härdat lagerdjup: 0,5~2,0 mm.
Användningsområden: Medelstora och små modulväxlar och små till medelstora axlar.
b.Mediumfrekvent induktionsuppvärmning
Strömfrekvens: 2500~8000 kHz.
Härdat lagerdjup: 2~10 mm.
Användningsområden: Större axlar och stora till medelstora modulväxlar.
c.Strömfrekvens induktionsuppvärmning
Strömfrekvens: 50 Hz.
Härdat lagerdjup: 10~15 mm.
Användning: Arbetsstycken som kräver ett mycket djupt härdat lager.
3. Induktion Ythärdning
Grundprincipen för induktion Ythärdning
Hudeffekt:
När växelström i induktionsspolen inducerar en ström på arbetsstyckets yta, koncentreras huvuddelen av den inducerade strömmen nära ytan, medan nästan ingen ström passerar genom det inre av arbetsstycket. Detta fenomen är känt som hudeffekten.
Principen för induktionsythärdning:
Baserat på hudeffekten värms arbetsstyckets yta snabbt upp till austenitiseringstemperaturen (stiger till 800~1000°C på några sekunder), medan det inre av arbetsstycket förblir nästan ouppvärmt. Arbetsstycket kyls sedan genom vattensprutning, vilket uppnår ythärdning.
4. Temperament sprödhet
Härdande sprödhet i släckt stål
Härdningssprödhet hänvisar till fenomenet där slagsegheten hos kylt stål avsevärt minskar när det anlöpas vid vissa temperaturer.
Första typen av härdande sprödhet
Temperaturområde: 250°C till 350°C.
Egenskaper: Om kylt stål härdas inom detta temperaturområde är det högst troligt att det utvecklar denna typ av härdningssprödhet, som inte kan elimineras.
Lösning: Undvik att härda kylt stål inom detta temperaturintervall.
Den första typen av anlöpningssprödhet är också känd som anlöpningssprödhet vid låg temperatur eller irreversibel härdningssprödhet.
Ⅵ.Anlöpning
1. Härdning är en sista värmebehandlingsprocess som följer efter härdning.
Varför behöver kylda stål härdning?
Mikrostruktur efter härdning: Efter härdning består mikrostrukturen av stål vanligtvis av martensit och restaustenit. Båda är metastabila faser och kommer att transformeras under vissa förhållanden.
Martensit egenskaper: Martensit kännetecknas av hög hårdhet men också hög sprödhet (särskilt i nålliknande martensit med hög kolhalt), vilket inte uppfyller prestandakraven för många applikationer.
Karakteristika för martensitisk transformation: Omvandlingen till martensit sker mycket snabbt. Efter härdning har arbetsstycket kvarvarande inre spänningar som kan leda till deformation eller sprickbildning.
Slutsats: Arbetsstycket kan inte användas direkt efter härdning! Anlöpning är nödvändig för att minska inre spänningar och förbättra segheten hos arbetsstycket, vilket gör det lämpligt för användning.
2. Skillnaden mellan härdbarhet och härdningskapacitet:
Härdbarhet:
Härdbarhet avser stålets förmåga att uppnå ett visst härdningsdjup (djupet på det härdade lagret) efter härdning. Det beror på stålets sammansättning och struktur, särskilt dess legeringselement och ståltypen. Härdbarhet är ett mått på hur väl stålet kan härda genom hela sin tjocklek under härdningsprocessen.
Hårdhet (härdningskapacitet):
Hårdhet, eller härdningskapacitet, avser den maximala hårdhet som kan uppnås i stålet efter härdning. Det påverkas till stor del av kolhalten i stålet. Högre kolhalt leder i allmänhet till högre potentiell hårdhet, men detta kan begränsas av stålets legeringselement och härdningsprocessens effektivitet.
3. Härdbarhet av stål
√Begreppet härdbarhet
Härdbarhet avser stålets förmåga att uppnå ett visst djup av martensitisk härdning efter härdning från austenitiseringstemperaturen. I enklare termer är det stålets förmåga att bilda martensit under härdning.
Mätning av härdbarhet
Storleken på härdbarheten indikeras av djupet av det härdade skiktet som erhålls under specificerade förhållanden efter härdning.
Härdat lagerdjup: Detta är djupet från arbetsstyckets yta till området där strukturen är halvmartensit.
Vanliga släckningsmedia:
•Vatten
Egenskaper: Ekonomisk med stark kylförmåga, men har en hög kylhastighet nära kokpunkten, vilket kan leda till överdriven kylning.
Användning: Används vanligtvis för kolstål.
Saltvatten: En lösning av salt eller alkali i vatten, som har en högre kylkapacitet vid höga temperaturer jämfört med vatten, vilket gör den lämplig för kolstål.
•Olja
Egenskaper: Ger en långsammare kylningshastighet vid låga temperaturer (nära kokpunkten), vilket effektivt minskar tendensen till deformation och sprickbildning, men har lägre kylförmåga vid höga temperaturer.
Användning: Lämplig för legerat stål.
Typer: Inkluderar kylolja, maskinolja och dieselbränsle.
Uppvärmningstid
Uppvärmningstiden består av både uppvärmningshastigheten (tiden det tar att nå önskad temperatur) och hålltiden (tiden som hålls vid måltemperaturen).
Principer för bestämning av uppvärmningstid: Säkerställ enhetlig temperaturfördelning i hela arbetsstycket, både inuti och utanför.
Säkerställ fullständig austenitisering och att den bildade austeniten är enhetlig och fin.
Grund för bestämning av uppvärmningstid: Uppskattas vanligtvis med empiriska formler eller bestäms genom experiment.
Släckande media
Två nyckelaspekter:
a. Kylhastighet: En högre kylningshastighet främjar bildningen av martensit.
b.Kvarvarande spänning: En högre kylningshastighet ökar kvarvarande spänning, vilket kan leda till en större tendens till deformation och sprickbildning i arbetsstycket.
Ⅶ.Normalisering
1. Definition av normalisering
Normalisering är en värmebehandlingsprocess där stål värms upp till en temperatur 30°C till 50°C över Ac3-temperaturen, hålls vid den temperaturen och sedan luftkyls för att erhålla en mikrostruktur nära jämviktstillståndet. Jämfört med glödgning har normalisering en snabbare kylningshastighet, vilket resulterar i en finare perlitstruktur (P) och högre hållfasthet och hårdhet.
2. Syftet med normalisering
Syftet med normalisering liknar det med glödgning.
3. Tillämpningar av normalisering
•Eliminera nätverksansluten sekundär cementit.
•Fungerar som den sista värmebehandlingen för delar med lägre krav.
•Fungera som en förberedande värmebehandling för konstruktionsstål med låg och medelhög kolhalt för att förbättra bearbetbarheten.
4.Typer av glödgning
Första typen av glödgning:
Syfte och funktion: Målet är inte att inducera fasomvandling utan att övergå stålet från ett obalanserat till ett balanserat tillstånd.
Typer:
•Diffusionsglödgning: Syftar till att homogenisera kompositionen genom att eliminera segregation.
•Omkristallisationsglödgning: Återställer duktiliteten genom att eliminera effekterna av arbetshärdning.
•Stressavlastningsglödgning: Minskar inre spänningar utan att förändra mikrostrukturen.
Andra typen av glödgning:
Syfte och funktion: Syftar till att förändra mikrostrukturen och egenskaperna, att uppnå en perlitdominerad mikrostruktur. Denna typ säkerställer också att fördelningen och morfologin av perlit, ferrit och karbider uppfyller specifika krav.
Typer:
•Fullglödgning: Värmer upp stålet över Ac3-temperaturen och kyler det sedan långsamt för att ge en enhetlig perlitstruktur.
•Ofullständig glödgning: Värmer upp stålet mellan Ac1 och Ac3 temperaturer för att delvis omvandla strukturen.
•Isotermisk glödgning: Värmer upp stålet till över Ac3, följt av snabb kylning till en isotermisk temperatur och håll för att uppnå önskad struktur.
•Sfäroidiserande glödgning: Producerar en sfäroidal karbidstruktur, vilket förbättrar bearbetbarheten och segheten.
Ⅷ.1.Definition av värmebehandling
Värmebehandling avser en process där metall värms upp, hålls vid en specifik temperatur och sedan kyls medan den är i fast tillstånd för att ändra dess inre struktur och mikrostruktur och därigenom uppnå önskade egenskaper.
2. Egenskaper för värmebehandling
Värmebehandling ändrar inte formen på arbetsstycket; istället förändrar det stålets inre struktur och mikrostruktur, vilket i sin tur förändrar stålets egenskaper.
3. Syfte med värmebehandling
Syftet med värmebehandling är att förbättra stålets (eller arbetsstycken) mekaniska eller bearbetningsegenskaper, utnyttja stålets potential fullt ut, förbättra arbetsstyckets kvalitet och förlänga dess livslängd.
4. Nyckelslutsats
Huruvida ett materials egenskaper kan förbättras genom värmebehandling beror kritiskt på om det sker förändringar i dess mikrostruktur och struktur under uppvärmning och kylning.
Posttid: 2024-aug-19