热处理及化学热处理.PDF

第七章 热处理及化学热处理 内容提要 金属的加热 常见热处理工艺 化学热处理 7.1 金属的加热 工件在加热过程中，除了和周围介质发生热交换以外，还会发 生其他的物理化学变化。 热源： 从邻近的发热体进行热交换而获得，如一般加热炉加热； 从其他形式的能量转变为共建的热能，如直接通电加热、离子 轰击加热或者感应加热等； 一般加热炉加热 激光加热 感应加热 7.1.1金属加热的物理过程 一、加热介质与传热过程 1、对流传热 对流传热时单位时间内加热介质传输给工件的热量有 以下关系： 影响对流给热系数α 因素： c （1）流体运动的情况：分为静止和强迫流动两种状态； （2 ）流体的物理性质：导热系数、比热及密度越大，给热 系数越大； （3 ）工件表面形状及其在炉内放置的位置。 2、对流传热 物体在单位时间内表面积辐射的能量为： 3、传导传热 热传导过程的强弱以单位时间内通过单位等温面的热量，即 热流量密度，q表示 负号表示热流量方向和温度梯度方向相反 4、综合传热 实际工件加热过程中，上述三种传热方式一般同时存在。传 热效果为三种效果之和。即 二、工件内部的热传导过程 传热强度用比热流量表示： 热传导系数的数值，对钢来说和它的化学成分、组 织状态和加热温度有关。 热传导系数与温度关系近似呈线性关系： 三、热处理加热时间的确定 加热时间包括两个部分： 工件达到热处理规范所要求的时间 完成组织转变及其他热处理目的所要求的组织结构状态变 化所需要的时间 温度场表达式： 热处理所需要的加热时间可采用计算方法或者是经验 公式计算，而热处理时影响加热因素很多，所以通常用的 是经验计算方法，可以通过实验来确定。 7.1.2 加热时常见的物理化学现象 一、金属在加热时的氧化反应 工件在热处理加热时和氧化性气体发生作用，使表面 氧化，并在表面形成氧化皮。 以钢为例，Fe在加热温度低于570℃时： 当加热温度高于570℃时： 二、钢在加热时的脱碳过程 1、加热时的脱碳、增碳平衡 常见的反应有： 2、炉气碳势及其测定： 在吸热式气氛中，影响碳势的主要成分有CO、H 、 2 CO 、H O、CH 等，它们之间的反应有： 2 2 4 3、钢加热时的脱碳过程及脱碳曾的结构 （1）脱碳过程分为两个阶段： 钢件表面的碳与炉气发生化学反应，形成含碳的气体逸出。 工件表面与内部发生碳浓度差，从而发生碳有内部向表面 的扩散。 （2 ）根据脱碳程度可将脱碳层分为全脱碳层和半脱 碳层。 全脱碳层：钢表面碳基本被烧毁，表层呈现全部铁素体晶 粒。 半脱碳层：钢件表面的碳被部分烧毁，但表层含碳量低于 刚才平均含碳量。 7.2 常见热处理工艺 锅炉输气管爆裂失效分析 某企业使用的锅炉输气导管，材料为12Cr1MoV钢，输气管内所通气 体规定控制在400 ℃以下，预期寿命为1年，实际在更换新管使用不到1周 后爆裂。断口位于弯管内侧，呈轴向分布，断口附近产生明显塑性变 形，管壁变薄，断口表面被一层氧化物覆盖。通过实验分析找出输气管 爆裂的原因。 问题： 钢硬度高，切削加工困难 大变形后强度硬度增加，使继续变形困难 成分不均匀，偏析 形成网状渗碳体 冷加工切削后存在较大应力 如何解决？ 7.2.1 钢的退火（ Annealing ） 退火是钢的热处理工艺中应用最广，花样最多的 一种工艺。 目的：降低硬度、改善组织、提高加工性能。 退火是将钢加热到适当的温度，经过保温后以适 当的速度冷却的一种处理 退火的分类 完全退火 等温退