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?金屬表面熱處理的基礎(chǔ)知識

發(fā)布時間:2016-06-20 瀏覽:3774

一、概念

    金屬熱處理:是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度,并在此溫度中保持一定時間后,又以不同速度冷卻的一種工藝。

二、金屬組織

    金屬:具有不透明、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小,富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體(即晶體)。

合金:由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成,具有金屬特性的物質(zhì)。

相:合金中成份、結(jié)構(gòu)、性能相同的組成部分。

固溶體:是一個(或幾個)組元的相:合金中成份、結(jié)構(gòu)、性能相同的組成部分。原子(化合物)溶入另一個組元的晶格中,而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體,固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種

固溶強(qiáng)化:由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn),使晶格發(fā)生畸變,使固溶體硬度和強(qiáng)度升高,這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。

化合物:合金組元間發(fā)生化合作用,生成一種具有金屬性能的新的晶體固態(tài)結(jié)構(gòu)。

機(jī)械混合物:由兩種晶體結(jié)構(gòu)而組成的合金組成物,雖然是兩面種晶體,卻是一種組成成分,具有獨(dú)立的機(jī)械性能。

鐵素體:碳在a-Fe(體心立方結(jié)構(gòu)的鐵)中的間隙固溶體。

奧氏體:碳在g-Fe(面心立方結(jié)構(gòu)的鐵)中的間隙固溶體。

滲碳體:碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物(Fe3c)。

珠光體:鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物(F+Fe3c含碳0.8%)

萊氏體:滲碳體和奧氏體組成的機(jī)械混合物(含碳4.3%)

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三、金屬熱處理工藝:

    1、金屬熱處理工藝是機(jī)械制造中的重要工藝之一,與其它加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分,而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織,或改變工件表面的化學(xué)成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量,而這一般不是肉眼所能看到的。

    2、為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用***廣的材料,鋼鐵顯微組織復(fù)雜,可以通過熱處理予以控制,所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外,鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能,以獲得不同的使用性能。

四、熱處理的發(fā)展史: 

    在從石器時代進(jìn)展到銅器時代和鐵器時代的過程中,熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。早在公元前770~前222年,中國人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn),銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。公元前六世紀(jì),鋼鐵兵器逐漸被采用,為了提高鋼的硬度,淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟,其顯微組織中都有馬氏體存在,說明是經(jīng)過淬火的。 

    隨著淬火技術(shù)的發(fā)展,人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀,相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了,同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206~公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15~0.4%,而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上,說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時作為個人“手藝”的秘密,不肯外傳,因而發(fā)展很慢。

    1863年,英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織,證明了鋼在加熱和冷卻時,內(nèi)部會發(fā)生組織改變,鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論,以及英國人奧斯汀***早制定的鐵碳相圖,為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時,人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護(hù)方法,以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。 

1850~1880年,對于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列**。1889~1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的**。 

    二十世紀(jì)以來,金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用,使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進(jìn)展是1901~1925年,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳;30年代出現(xiàn)**電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢達(dá)到可控,以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法;60年代,熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場的作用,發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝;激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用,又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。

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