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金屬熱處理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,。
/ M7 I2 x9 U' T5 | 金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一,,與其他加工工藝相比,,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,。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量,,而 一般不是肉眼所能看到的。
# q/ P& p7 N& o# U' k% I: `) { 為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能,、步進電機物理性能和化學(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,。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料,,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。 : K9 n+ v m" W# N2 _/ a e7 p
在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中,,熱處理的作用逐漸為 們所認(rèn)識,。早在公元前770~前222年,中 人在生產(chǎn)實踐中就已發(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。
" t/ [# U, ^( v" A- N! U6 i8 F 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,。 , k9 q" i. j" @: F/ L( F
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,。三國蜀人蒲步進電機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,。
" x! Q; j) `) f: k8 O6 T 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,,以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖,,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方法,,以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。
9 \' J3 i$ M# l! ^( F O2 H 1850~1880年,,對于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣,、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利,。1889~1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利,。 1 e4 q R3 b( W ]1 j8 j! G8 I* K
二十世紀(jì)以來,金屬物理的發(fā)展和直流電機其他新技術(shù)的移植應(yīng)用,,使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展,。一個顯著的進展是1901~1925年,在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳 ,;30年代出現(xiàn)露點電位差計,使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢達到可控,,以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法,;60年代,,熱處理技術(shù)運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,。
8 P: \/ G9 T4 C: h金屬熱處理的工藝
! Y, p6 D4 c- k; ]" w 熱處理工藝一般包括加熱、保溫,、冷卻三個過程,,有時只升降平臺有加熱和冷卻兩個過程,。這些過程互相銜接,不可間斷,。 2 r8 k3 ~& c8 @9 m, W4 C1 a
加熱是熱處理的重要工序之一,。金屬熱處理的加熱方法很多,最早是采用木炭和煤作為熱源,,進而應(yīng)用液體和氣體燃料,。電的應(yīng)用使加熱易于控制,且無環(huán)境污染,。利用這些熱源可以直接加熱,,也可以通過熔融的鹽或金屬,以至浮動粒子進行間接加熱,。 `9 B/ @ k/ i4 m
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金屬加熱時,,工件暴露在空氣中,常常發(fā)生氧化,、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),,同步電機這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護氣氛中,、熔融鹽中和真空中加熱,,也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。 2 V2 `# l" Z7 ]8 K. |9 n ~
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝數(shù)之一,,選擇和控制加熱溫度 ,,是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,,但一般 減速機都是加熱到相變溫度以上,,以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間,,因此當(dāng)金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,,還須在此溫度保持一定時間,使內(nèi)外溫度一致,, 使顯微組織轉(zhuǎn)變完全,,這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時,,加熱速度極快,,一般就沒有保溫時間,而化學(xué)熱處理的保溫時間往往較 ,。 |
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