熱處理工藝 第一章.ppt

1、第一章 金屬的加熱,一、 金屬加熱的物理過程,三種傳熱方式 傳導(dǎo)：加熱介質(zhì)與加熱工件表面接觸時，或受熱工件表面與心部之間、受熱工件的某一部位與未受熱部分之間發(fā)生的熱量傳輸 對流：依靠液態(tài)或氣態(tài)加熱介質(zhì)的分子相對運動形成的熱量傳輸（600700以下） 輻射：通過加熱體在高溫下產(chǎn)生的電磁波來傳遞能量的現(xiàn)象（700，無需介質(zhì)）,1.1 金屬加熱的物理過程及其影響因素,二、加熱方式與加熱介質(zhì),真空加熱,加熱速度緩慢 截面溫差小、應(yīng)力、變形小 充入惰性氣體強制循環(huán)；預(yù)熱升溫 氧化作用被抑制 表面凈化 脫氣作用 蒸發(fā)現(xiàn)象,三、影響加熱因素及確定熱處理加熱規(guī)范的一般原則,加熱的基本工藝參數(shù) 加熱的溫度（T）

2、 加熱速度（V） 加熱的時間（）,加熱溫度,基本依據(jù)：材料相變的臨界點 綜合考慮因素 熱處理工藝目的 零件尺寸 零件加工過程 正火：亞共析AC33050；過共析ACcm3050 退火：亞共析AC32040；過共析AC12030 淬火：亞共析AC33050；過共析AC13050,加熱速度,一般不限制加熱速度（考慮經(jīng)濟性） 對合金含量高、大型鑄、鍛件需特別規(guī)定分級等溫、控制加熱速度。,加熱時間,定義： 升 透 保 升：取決于爐子熱功率、加熱介質(zhì)、裝爐量、零件尺寸、加熱制度（隨爐升溫、到溫入爐、高溫入爐、高溫入爐到溫出爐、階梯加熱）。 透 ：取決于零件截面尺寸、材料導(dǎo)熱性、爐溫高低。 保：取決于一定

3、的熱處理工藝要求（消除內(nèi)應(yīng)力、均勻化、溶解難溶碳化物等）。,加熱時間的計算 厚件可用傳熱學(xué)、有限元分析 薄件可用經(jīng)驗公式估算 薄件：T爐400，d300mm； T爐800，d200mm； T爐1000，d100mm； 加熱KW（W：幾何因素）,四、工件表面?zhèn)鳠徇^程,熱處理加熱工序大多在各種熱處理爐中進行，在加熱過程中爐膛和工件之間建立溫度梯度，在溫度場中，工件主要依靠輻射、對流、傳導(dǎo)傳熱。 1：傳導(dǎo)傳熱： 熱量直接由工件的一部分傳遞至另一部分，或由加熱介質(zhì)把熱量傳遞到與其相鄰的工件而無需媒介質(zhì)點移動的傳熱過程。 熱傳導(dǎo)的規(guī)律由傅立葉熱傳導(dǎo)定律描述 熱傳導(dǎo)系數(shù)； -溫度梯度。 負號表示熱流量方向

4、和溫度梯度方向相反。,四、工件表面?zhèn)鳠徇^程,2：輻射傳熱： 由電磁波傳遞能量過程。物體受熱后向各個方向放射輻射能，被另一物體吸收后又轉(zhuǎn)化為熱能而實現(xiàn)加熱。 注意：在高于700主要是輻射傳熱。,四、工件表面?zhèn)鳠徇^程,3：對流傳熱： 主要在600700以下進行，它主要依靠工件四周氣體或液體質(zhì)點的相對移動將受熱質(zhì)點傳到給較冷的金屬表面進行加熱。 一般有 單位時間內(nèi)通過熱交換表面對流傳熱給工件的熱量，J/h;,3：對流傳熱：,介質(zhì)溫度， 工件表面溫度， 對流給熱系數(shù)， ； 熱交換面積（工件與流體接觸面積）； 。,影響 的因素：,（1）流體流動情況。 （2）流體的物理性質(zhì)：導(dǎo)熱系數(shù)，比熱及密度等。 （3

5、）工件在爐中位置情況：放置位置不同，給熱系數(shù)也不同。工件形狀和放置位置對流體流動越有利，則給熱系數(shù)愈大。,4：需要說明的是： 實際工件在傳熱過程中，三種傳熱方式同時存在，所不同的是有的場合以這種傳熱方式為主，有的場合以另一種傳熱方式為主。,五、工件內(nèi)部的熱傳導(dǎo)過程,工件內(nèi)部傳熱主要以傳導(dǎo)傳熱，工件表面獲取能量后，表面溫度升高，在表面和心部存在溫度梯度，發(fā)生傳導(dǎo)傳熱。 傳熱強度以比熱流量表示 為熱傳導(dǎo)系數(shù)：表示材料具有單位溫度梯度時所允許通過的流量密度。,影響 的因素：,1、鋼的化學(xué)成分：合金元素及碳含量一般降低傳熱系數(shù)。 2、組織狀態(tài)：隨鋼中組織組成物，按A 、M淬、M回、P順序增大。 3、加

6、熱溫度：熱傳導(dǎo)系數(shù)與溫度的關(guān)系近似地呈線性關(guān)系 溫度為t 時的熱傳導(dǎo)系數(shù)； 溫度為0 時的熱傳導(dǎo)系數(shù)； b熱傳導(dǎo)溫度系數(shù)，與鋼的化學(xué)成分與組織狀態(tài)有關(guān)。,1-2 金屬及合金在不同介質(zhì)中加熱時常見的物理化學(xué)現(xiàn)象及加熱介質(zhì)選擇,工件在不同介質(zhì)中加熱時，必定要和周圍介質(zhì)發(fā)生作用，即化學(xué)反應(yīng)，最典型是氧化，脫碳。,一、金屬在加熱時的氧化和脫碳,氧化：鋼的表面金屬與加熱介質(zhì)中的氧、氧化性氣體、氧化性雜質(zhì)相互作用形成金屬氧化物層的過程。 脫碳：工件在加熱過程中表層的碳與介質(zhì)中的脫碳氣體（O2、H2、CO2、H2O）相互作用而燒損的現(xiàn)象。 內(nèi)氧化：在工件內(nèi)部沿晶界形成氧化物相或脫碳區(qū)的現(xiàn)象。 生鐵腫脹：鑄件在氧化性介質(zhì)中加熱時，沿表層下晶界及石墨夾雜迅速發(fā)生氧化，從而導(dǎo)致體積增大的現(xiàn)象。,氧化,氧化層結(jié)構(gòu) 570：Fe2O3|Fe3O4|基體 570： Fe2O3|Fe3O4 |FeO|基體 對性能的影響 降低表面光潔度 出現(xiàn)淬火軟點 影響因素 加熱溫度、加熱時間、氧化氣氛氧化速度 加入Cr、Al、Si等形成致密氧化物可提高抗氧化能力,脫碳,組織結(jié)構(gòu) 全脫碳層：全部晶粒 半脫碳層：表面C%平均C% 對性能的影響 機械性能下降（強度、硬度、耐磨性） 脫碳層具有殘余拉應(yīng)力，易出現(xiàn)淬火裂紋 影響因素 化學(xué)成分、加熱溫度、加熱時間、介質(zhì),氧化與脫碳的控制