一、热处理的定义
热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间,然后用一定速度冷却,以改变金属的组织结构,从而改变其性能(包括物理、化学和力学性能)的工艺。比如增加或者降低金属材料的硬度、强度、弹性、韧性、塑性等。钢的热处理是指钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
二、热处理的目的
消除毛坯(如铸件、锻件)中缺陷,改善其工艺性能,为后续工序加工做好准备;显著提高钢的力学性能,从而充分发挥钢材的潜力,提高零件的使用性能和使用寿命。
三、热处理炉的分类
3.1炉型分类
随着热处理工艺的越来越广泛,需要热处理的工件形状尺寸也逐渐呈现多样性,这就要求热处理炉的特性越来越多,所以市场上顺势出现了多种类型的产品。
热处理炉类型有哪些?这要根据不同的情况来划分:
(1)按最高温度分:炉温大于1000℃为高温热处理炉;650~1000℃为中温热处理炉;650℃以下为低温热处理炉;
(2)按机械化方式分:辊底式炉、步进式炉、台车式炉、外部机械化室式炉、链式炉、转底式炉、振底式炉、罩式炉等;
(3)按生产作业方式分:周期式和连续式热处理炉;
(4)按主要热处理工艺种类分:固溶、淬火、正火、回火、退火和渗碳等化学热处理炉;
(5)按加热方式分:分为直接加热方式,如明火炉等;间接加热方式,如辐射管炉、马弗炉等;
(6)按加热热源分:有以燃料燃烧为热源的燃煤炉、燃油炉和燃气炉;此外还有以电能为热源的电阻炉、电极炉、感应加热炉等;
(7)按炉内加热介质分:以气体为加热介质的,如空气、烟气、控制气氛、真空等;以液体为加热介质的,如熔盐、熔铅等;以固体为加热介质的,如流动粒子炉等。
3.2根据加热和冷却的方法不同的分类
3.3生产分类
在生产中,一般常把热处理分为预备热处理和最终热处理两类。一般比较重要的零件制造过程大致是:
上图中退火和正火就属于预备热处理,它是为了消除前道工序造成的缺陷,为随后的机械加工和最终热处理做好准备的热处理。
上图中淬火和回火(或表面热处理)就属于最终热处理,它是为了使零件满足使用性能要求的热处理。
四、热处理工艺
4.1基本热处理工艺曲线和流程
热处理的方法虽然很多,但任何一种热处理工艺都是由加热、保温、冷却三个阶段组成。下图为基本的热处理工艺曲线。
退火:将工件加热到适当温度,保持一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。根据钢的成分、退火的工艺与目的不同,退火常分为完全退火、等温退火、均匀化退火、球化退火和去应力退火等几种。
正火:将工件加热到相变点(Ac3、Accm)以上完全奥氏体化后,再在空气中冷却以得到以较细珠光体为主的组织的热处理工艺。
正火实质上是退火的一个特例,两者区别主要在于正火的冷却速度较快。正火与退火相比,钢的力学性能较高,生产周期短,能耗少。因此在满足要求的条件下,优先考虑采用正火。
淬火:将工件加热到Ac3或Ac1点以上某一温度,保温一定世间使其奥氏体化后,以大于马氏体临界冷却速度进行快速冷却,从而发生马氏体转变的热处理工艺。它是强化钢材的最重要的热处理方法。
回火:将淬火后工件重新加热到A1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。
淬火后马氏体在不同温度下可获得不同组织,从而有不同的力学性能,以满足各类零件的使用要求。所以一般淬火后必须要进行回火,淬火是为回火做好组织准备,回火则决定了工件热处理后的最终组织与性能。
按回火的温度范围,可将回火分为低温(150-250℃)、中温(350-500℃) 、高温(500-650℃)回火。调质就是指将淬火加高温回火相结合的热处理。
4.2热处理“四把火”的目的和区别
热处理四把火分别是:退火、正火、淬火、回火。
退火:在炉内将金属缓慢加热到一定温度,保持足够长时间,然后以适宜的速度冷却的一种金属热处理工艺,目的是使经过铸造、锻轧、焊接和切削的加工材料或工件软化,改善塑性和韧性,使化学成分均匀化,去除残余应力,或得到预期的物理性能。
退火的目的:消除应力、改善切削、降低硬度
正火:与退火的不同是冷却速度快,空气中冷却(理解成有电风扇再吹)
正火的目的:综合平衡
淬火:与退火的不同是加热后在水、油中冷却
淬火的目的:提高硬度;但是。韧性、塑性都会变差
回火:提高韧性,方法是淬火后重新加热到一定温度,保温后空冷
回火的目的是提高韧性,回火又分为低、中、高温三种方式:
低温:降低内应力、脆性降低
中温:提高弹性和强度
高温:提高综合性能
淬火、回火是两兄弟,一般是一起处理!
五、热处理的应用
热处理有各种炉体可供使用,可控气氛炉、渗碳、退火、发蓝等等,目前我们有业绩连续退火炉BAB炉(BAB-Burning-Annealing-Bluing),脱脂、退火、发蓝,还有一种是BB炉,脱脂、发蓝。
5.1 BAB炉:
脱脂:加热方法使工件表面的油脂挥发和燃烧而除去。
退火:将电炉金属缓慢加热到一定温度,保持足够长时间,然后以适宜的速度冷却的一种金属热处理工艺,目的是使经过铸造、锻轧、焊接和切削的加工材料或工件软化,改善塑性和韧性,使化学成分均匀化,去除残余应力,或得到预期的物理性能。
发蓝:黑色金属表面经“发蓝”处理后所形成的厚度约为0.5μm~1.5μm的蓝色氧化膜氧化膜,其外层主要是四氧化三铁,内层为氧化亚铁
5.2炉内气体CO、CO2、O2的浓度为什么需要检测?
1. 测量载体中CO浓度可以用来纠正炉子的碳势。
2. 测量CO和CO2浓度可发现可能存在的问题(如炭黑、漏水、漏气和辐射管泄漏)
3. 太多富余甲烷可较早的表明炉子有问题
4. 测量CO浓度反应甲醇裂化的效率。该反应的平衡与温度有关CH3OH - CO + 2H2
5. 辐射管破裂泄露会导致空气中氧气.水分进入炉内,氧气与铁高温反应生成氧化铁(Fe2O3),水分与铁高温反应生成四氧化三铁(Fe3O4),会直接导致炉内工件被氧化,产生不良品(废品)。
5.3炉内气氛分析
热处理炉残氧/CO/CO2/H2/CH4/露点在线分析系统
a、适应工况
取样距离 |
≤30m |
样气含尘浓度 |
≤50mg/m3 |
样气压力 |
0kPa~50kPa |
样气温度 |
≤200℃ |
取样点 |
炉内气体出口 |
b、工作条件
环境温度 |
4℃-45℃ |
环境相对湿度 |
≤85% |
供电电源 |
AC220V50Hz 200W |
信号电缆 |
RVVP4*0.75mm2 |
环境气压 |
海拔低于2500m |
空气流速 |
≤0.5m/s |
工作位置 |
水平 |
其他要求 |
1.无阳光直接辐射 2.无强电磁场干扰 3.无机械振动 |
c、分析单元TY-6061激光氧分析仪
型号 |
TY-6061 |
安装位置及方式 |
分析机柜内,与预处理系统连接。 |
基本参数: |
|
电源 |
220VAC 50/60HZ |
输出 |
4-20mA模拟输出(用于组分含量输出)或RS485串口信号输出 |
人机接口 |
前面板LED触摸屏 |
测量方法 |
TDLAS(可调谐半导体激光吸收光谱) |
量程 |
氧气:0-2%VOL |
分辨率 |
0.01% |
主机供电 |
220VAC±5%,50/60Hz |
样品压力 |
0 KPa至150 KPa |
响应时间 |
T90≤10s |
重复性 |
<1% F.S. |
样品温度 |
标准:-10℃至60℃ |
d 、分析单元TY-6300红外分析仪
型号 |
TY-6300 |
安装位置及方式 |
分析机柜内,与预处理系统连接 |
基本参数: |
|
电源 |
220VAC 50/60HZ |
输出 |
4-20mA模拟输出(用于组分含量输出)或RS485串口信号输出 |
人机接口 |
前面板LED触摸屏 |
认证 |
SIL2仪表功能安全认证、ISO9001质量体系认证 |
测量方法 |
激光、红外、热导、电化学 |
量程 |
CH4:0-30%VOL,CO2:0-25%VOL, H2:0-30%VOL,CO:0-60%VOL,根据实际需求量程发货前定制可调) |
分辨率 |
0.01% |
主机供电 |
220VAC±5%,50/60Hz |
样品压力 |
0KPa至50 KPa |
响应时间 |
T90≤15s |
测量精度 |
<±2% F.S. |
重复性 |
<1% F.S. |
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