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什么是热处理?方法与福利

什么是热处理?方法与福利

热处理是加热和冷却金属的方法,使用特定的预定方法获得所需的性能。两个都黑色金属以及有色金属在将它们使用之前进行热处理。

随着时间的推移,已经开发了许多不同的方法。即使在今天,冶金主义者也一直在努力提高这些过程的结果和成本效率。

为此,他们开发了新的附表或者循环生产各种等级。每个时间表是指不同的加热速率,保持和冷却金属。

当精心遵循时,这些方法可以产生不同标准的金属,具有显着特异性的物理和化学性质。

好处

进行热处理有各种原因。有些程序使金属柔软,而其他程序则增加硬度。它们还可能影响这些材料的电和导热率。

一些热处理方法释放早期冷工艺中诱导的应力。其他人对金属进行理想的化学性质。选择完美的方法真的归结为金属类型和所需的属性。

在某些情况下,金属部分可以通过几种热处理程序。例如,飞机制造业中使用的一些超合金可以经历六种不同的热处理步骤,以优化应用。

热处理工艺步骤

简单来说,热处理是加热金属的过程,将其保持在该温度下,然后将其冷却回来。在此过程中,金属部件将在其机械性能下进行变化。这是因为高温改变了金属的微观结构。而微观结构在材料的机械性能下起重要作用。

最终结果取决于许多不同的因素。这些包括加热时间,将金属部件保持在一定温度,冷却速率,周围条件等。参数取决于热处理方法,金属类型和零件尺寸。

在这个过程的过程中,金属的性质将改变。这些性质是电阻,磁性,硬度,韧性,延展性,脆性耐腐蚀性。

加热

金属零件放入炉子
喷气发动机零件进入炉子

如我们已经讨论的那样,合金的微观结构将在热处理过程中改变。加热符合规定的热曲线。

在加热时,合金可以存在于三种不同状态之一中。它可以是一个机械混合物,固溶体或两者的组合

机械混合物类似于混凝土混合物,其中水泥在一起结合沙子和砾石。砂和砾石仍然可见作为单独的颗粒。用金属合金,机械混合物通过基础金属保持在一起。

另一方面,在固溶体中,所有组分都是均匀的。这意味着即使在显微镜下也不能单独识别它们。

每个州都带来了不同的品质。根据相图,可以通过加热来改变状态。但是,冷却确定了最终结果。合金可以在三种州之一中最终取决于该方法。

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保持

在保持或浸泡阶段期间,金属保持在实现的温度下。这是取决于要求的持续时间。

例如,壳体硬化仅需要对金属表面的结构变化以增加表面硬度。同时,其他方法需要统一的属性。在这种情况下,保持期更长。

浸泡时间也取决于材料类型和零件尺寸。较大的部件需要更多的时间,均匀性质是目标。大部分核心达到所需温度只需要更长的时间。

冷却

在浸泡阶段完成后,必须以规定的方式冷却金属。在这个阶段,也发生了结构变化。根据各种因素,冷却的固体溶液可以保持相同的,完全或部分地成为机械混合物。

不同介质如盐水,水,油或强制空气控制冷却速度。上面命名的冷却介质序列是降低有效冷却速率的顺序。盐水吸收最快,而空气是最慢的。

还可以在冷却过程中使用熔炉。当需要缓慢冷却时,受控环境允许高精度。

相图

每个金属合金都有自己的相图。如前所述,根据这些图表进行热处理。它们显示出在不同温度和不同化学成分的结构变化。

让我们以铁碳相图为例,因为这是大学最着名和广泛教导的。

铁碳相图

铁碳相图是在进行热处理时学习不同碳钢行为的重要工具。X轴显示合金中的碳含量,Y轴显示温度。

请注意,2.14%的碳是钢铁铸铁的极限,

该图显示不同的各种区域,其中包含不同的金属微米酸盐如奥氏体,渗碳,珠光体。这些区域标有边界A1,A2,A3和ACM。在这些界面处,当温度或碳含量值通过它们时发生相变。

A1:渗碳石/铁氧体相的上限。

A2:铁失去其磁性的极限。金属失去其磁性的温度也称为居里温度。

A3:将奥氏体+铁氧体相的界面与γ(γ)奥氏体相分离。

ACM:将γ奥氏体与奥氏体+渗碳岩场分离的界面。

相位图是考虑热处理是否有益的重要工具。每个结构沿着对最终产品的某些质量带来,并根据该产品进行热处理的选择。

常见的热处理方法

有相当多的热处理技术可供选择。其中每一个都沿着某些品质带来。

最常见的热处理方法包括:

  • 退火
  • 正常化
  • 硬化
  • 老化
  • 压力缓解
  • 回火
  • 碳化碳

退火

在退火时,金属被加热超过鞋面临界温度然后以缓慢的速度冷却。

进行退火以软化金属。它使金属更适合冷加工和成型。它还提高了金属的可加工性,延展性和韧性。

退火也可用于缓解由于现有的冷工艺引起的部分引起的应力。当金属温度穿过上临界温度时,在重结晶期间除去存在的塑性变形。

金属可以经历过血清退火技术,例如重结晶退火,全退火,部分退火和最终退火。

正常化

标准化是用于缓解由焊接,铸造或淬火等工艺引起的内应力的热处理过程。

在该过程中,将金属加热至高于其上临界温度的40℃的温度。

该温度高于用于硬化或退火的温度。在这个温度下握住它的指定时间段后,它在空气中冷却。归一化在整个部分中产生均匀的晶粒尺寸和组成。

归一化钢更稠密,比退火钢更强。事实上,在其规范化的形式中,钢比任何其他条件更强硬。这就是为什么需要冲击强度或需要支持大规模外部负载的部件几乎总是正常化的。

硬化

最常见的热处理过程,硬化用于增加金属的硬度。在某些情况下,只能硬化表面。

通过将其加热到指定温度来硬化工作片,然后通过将其浸入冷却介质中快速冷却。可以使用油,盐水或水。得到的部分将具有增加的硬度和强度,但脆性同时增加。

外壳硬化是一种硬化过程,其中仅硬化工作片的外层。所用的过程是相同的,但随着薄的外层经受该过程,所得到的工件具有硬外层,而是具有更柔软的芯。

这对于轴很常见。硬外层保护它材料磨损。安装A.轴承到轴上,它可能会损坏表面并漂移一些颗粒,然后加速磨损过程。硬化表面提供保护,核心仍然具有处理疲劳应力的必要性质。

感应硬化
感应硬化

其他类型的硬化方法包括感应硬化,差动硬化和火焰硬化。然而,火焰硬化可能导致一个热影响区域一旦零件冷却,就会创建。

老化

铝热处理时间表
铝合金6061老化时间表

老化或沉淀硬化是一种热处理方法,主要用于增加可延长金属的屈服强度。该方法在金属的晶粒结构中产生均匀分散的颗粒,其具有关于性质的变化。

沉淀硬化通常在另一个达到较高温度的热处理过程之后。然而,老化只会将温度升高到中等水平并再次使其迅速地延伸。

一些材料可以自然(室温)年​​龄(在室温下),而其他材料只有人工,即在升高的温度下。对于天然衰老材料,将它们储存在较低温度下可能方便。

压力缓解

锅炉零件,空气瓶,蓄电池等应力缓解尤其常见。该方法将金属置于低于其临界边界下方的温度。冷却过程缓慢,因此是均匀的。

这样做是为了减轻由于早期的工艺而建立在部件中的应力,例如成型,加工,轧制或矫直。

回火

回火是在硬化过程中引起过量硬度,因此脆性的过程。内部应力也被释放。正在进行此过程可以使金属适用于需要此类属性的许多应用。

他的温度通常远低于硬化温度。所使用的温度越高,最终工作件的更柔和。冷却速率不会影响回火期间的金属结构,并且通常,金属在静止空气中冷却。

碳化碳

案例碳化工学
案例碳化工学

在该热处理过程中,金属在释放碳的另一种材料的存在下加热。

释放的碳被吸收到金属表面中。表面的碳含量增加,使其比内芯更难以。

什么金属适合热处理?

虽然黑色金属占大多数热处理材料,但铜合金,镁,铝,镍,黄铜和钛也可能进行热处理。

大约80%的热处理金属是不同的钢等级。可热处理的黑色金属包括铸铁,不锈钢和各种等级的工具钢

硬化,退火,标准化,应力缓解,壳体硬化,氮化和回火等方法通常在黑色金属上进行。

铜和铜合金经受热处理方法,如退火,老化和淬火。

铝适用于热处理方法,如退火,溶液热处理,天然和人工老化。铝的热处理是一种精密工艺。必须建立过程范围,并且应该在每个阶段进行仔细控制所需特征。

显然,并非所有材料都适用于热处理的形式。类似地,单个材料不一定从每种方法中受益。因此,应单独研究每种材料以达到所需的结果。使用相位图和有关效果的可用信息,上述方法具有起点。

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