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金属热处理:您需要知道的一切

发布时间:2023-08-08 作者:材料类科研服务平台 阅读量:283



热处理是在各个阶段使用加热和冷却操作来改变金属(微观结构)的物理性能的过程,包括强度、成型性、弹性、硬度、延展性和可加工性。这种处理的主要目的是改善金属的某些特定用途或未来工作的物理和结构性能。


热处理工艺种类繁多,包括表面硬化、退火、回火、脱碳、正火、表面硬化、时效、淬火等。虽然这些热处理中的每一个都会在金属中带来不同的结果,但它们都涉及三个基本步骤。这些步骤包括加热、浸泡和冷却。


金属热处理的优点
在制造业中,通常使用金属的热处理,它是一种精确控制的加热和冷却过程。热处理不仅使金属更硬,而且还使金属更软。软化允许金属进行冷锻、机加工、深冲等工作操作。


金属的热处理优点包括以下内容

提高机械加工性或可加工性
热处理有助于提高金属的可制造性。这是通过消除以前的制造工艺(如热加工、冷加工、机加工、焊接和冲压)的内应力来完成的。例如,如果金属非常难以弯曲或加工,则可以对其进行退火或应力消除。这将有助于降低这种材料的硬度。如果材料在加工时变形,为了防止其变形,可以对材料进行退火或消除应力。使用感应或火焰的热处理也可用于软化金属的特定区域,使金属的其余部分保持不变。

提高耐久性和耐磨性
有几种热处理工艺。其中一些工艺可用于通过硬化所涉及的金属来提高耐磨性。钛、钢、铬镍铁合金和某些铜合金等金属可以在表面上硬化(表面硬化)或通过硬化(通过硬化)硬化。这样做是为了使材料更坚固、更耐用、更坚韧、更耐磨。这种方法是通常用于提高廉价钢(包括1018或A-36)耐久性的佳方法。

局部淬火可以通过感应或火焰完成。这也有助于硬化特定部件,使材料的其余部分保持不变。后,氮化用于在低温下硬化零件表面以减少变形。

提高韧性和强度
韧性和强度是一种权衡,因为通过硬度来衡量增加强度有助于降低韧性并引入脆性。因此,热处理会影响拉伸强度、屈服强度和断裂韧性。通过硬化或表面硬化将有助于提高材料的强度。但是,需要对材料进行拉回或回火以减少脆性。回火的程度取决于零件所需的极限强度。此外,如果收到的材料太脆,可以对其进行热处理,重新回火或退火以使其更有用(延展性)。

改善磁性
包括316或1008在内的许多金属倾向于获得磁性,这被测量为磁导率。这主要是在使用加工、冲压、成型和弯曲等方法对相关材料进行加工硬化时获得的。除了获得磁性外,还有一种特定类型的退火过程有助于降低磁导率。如果零件在电子环境中具有应用,则执行这一点很重要。


哪些金属可以热处理
在热处理领域,黑色金属占热处理材料的大部分。大约80%的热处理黑色金属是不同等级的钢。其他可热处理的黑色金属包括不锈钢和铸铁。然而,其他金属包括镁、铝、镍、钛、黄铜、铜合金等都是可热处理的。

热处理铝
热处理铝
铝的热处理有助于加强和硬化铝合金的特定子集。这包括可沉淀硬化的锻造合金和铸造合金。这些可沉淀硬化的铝合金包括 2XXX、6XXX、7XXX 和 8XXX 牌号。对于在成形过程中经过应变硬化的零件,也可能需要退火。铝的典型热处理包括退火,自然和人工时效,均质化和固溶热处理。虽然铝的热处理不同于钢等其他金属,但其炉温可以在 240 到1000 之间。


钢的热处理
如前所述,热处理多的黑色金属是钢。钢碳含量的调整是钢简单的热处理。这有助于改变钢的机械性能。热处理还可以完成其他变化,例如通过奥氏体到铁素体的转变点加快冷却速度。此外,将珠光体钢(0.77%碳)的冷却速率提高到约200°每分钟C产生约300的DPH,冷却速度为400°每分钟C将DPH提高到约400。硬度的增加归因于形成更细的珠光体和铁素体微观结构,可以在环境空气下缓慢冷却时获得。

通常,钢常用的热处理工艺包括退火,淬火,回火,渗硼,渗碳,表面硬化,氮化,脱碳,氰化物硬化等等。然而,并非每个钢种都需要经过上述所有热处理,但所有钢都需要进行处理。

热处理不锈钢
另一种可热处理的金属是不锈钢。对于不锈钢,它们通常根据等级或合金类型进行处理。包括硬化、应力消除和退火在内的热处理方法有助于在制造过程中增强不锈钢的耐腐蚀性和延展性。它还有助于产生可以抵抗磨损和高机械应力的硬结构。不锈钢的热处理大多在受控条件下进行,以防止不锈钢表面脱碳、渗碳和结垢。不锈钢热处理的常用方法包括退火(淬火退火、工艺退火和稳定退火)、硬化、消除应力等等。

热处理钛

热处理钛
钛及其合金经过热处理,以减少制造过程中产生的残余应力(应力消除),还能得到生产尺寸稳定性和可加工性(退火)的佳组合。此外,为了增加钛及其合金的强度,还可以使用溶液处理和老化。

热处理铜
铜作为一种金属表现出重要的特征是其高导热性和导电性、强度、可加工性、良好的耐腐蚀性、非磁性和易于制造。其产品包括电缆和电线、带材、棒材、管材、铸件、粉末冶金形状、板材、板材、棒材、锻件等。上述产品使用铜及其合金制造,可以进行热处理以用于多种用途。

常用的铜热处理方法包括均质化、应力消除、退火、沉淀硬化等等。

常用热处理方法
退火
退火是一种热处理方法,包括将金属加热到特定温度,然后以缓慢的速度冷却相同的金属,从而产生精细的微观结构。这个过程可以通过分离成分来全部或部分完成。这种方法通常用于软化冷加工金属,以增强其特性或性能,例如可加工性、导电性、延展性和韧性。

它有利于减轻由于先前的冷加工过程而产生的金属应力。在重结晶过程中,当金属温度超过临界温度上限时,发生的塑性变形被去除。

使用这种热处理方法,要热处理的零件可能会经过各种各样的技术。这些技术包括但不限于部分退火、完全退火、重结晶和终退火。

铁合金可以进行退火或完全退火。在这种情况下,退火过程涉及更快的冷却速率,包括正火以产生均匀的微观结构。另一方面,完全退火涉及缓慢冷却以产生粗珠光体形式。

对于有色金属,它们大多经过各种各样的退火方法。这包括部分退火、完全退火、重结晶退火和终退火。

正火
当需要消除内应力时,使用正火热处理技术。这种应力可能是由铸造、焊接或淬火等过程引起的。此过程需要将金属部件加热到40°C大于其临界温度上限。


消除应力

应力
当某些零件经过成型、轧制、矫直或机加工等过程时,它会在零件上留下一些特定的内应力。为了消除这种内应力,使用了应力消除热处理技术。应力消除热处理技术用于减少或消除由于先前对零件进行技术活动而在零件中积累的应力。它主要是通过将零件加热到低于临界温度的温度,然后均匀冷却来完成的。应力消除热处理技术用于锅炉、空气罐、压力容器等物品。

老化
时效也称为沉淀硬化。这种热处理技术主要以其在提高可锻金属屈服强度方面的应用而闻名。该技术的作用机制在金属的晶粒结构内产生均匀分散的颗粒,从而导致性能变化。

在达到高温的热处理技术之后,沉淀硬化。另一方面,老化只会将温度升高到佳水平并再次迅速降低。

虽然有些金属会自然老化(在室温下),但其他金属会人为老化——本质上是高温。在较低温度下储存自然老化的金属非常容易。在某些应用中,自然老化的合金保存在冰箱中,以避免硬化,直到使用为止。可以进行沉淀硬化的合金包括铝合金(2000系列,6000系列和7000系列),钢(马氏体时效钢)等等。

淬火
淬火涉及将零件加热到其临界温度上限以上,使零件的温度迅速恢复到室温。通过将铁水放入油、盐水、溶解在水中的聚合物或其他合适的液体中以完全硬化结构,即可恢复到室温。这个过程在快速状态下进行。对黑色合金和有色合金进行淬火。有色金属生产比普通零件更软的零件,而铁合金生产较硬的零件。

所需零件的淬火硬度取决于所使用的淬火方法和金属的化学成分。淬火适用于黑色金属(包括铁和钢)和有色金属(包括镍、铜、铝等合金)。然而,大多数有色金属在淬火时会产生相反的效果。这些材料包括铝、铜或镍、奥氏体不锈钢,如 316 和 304。

硬化
在热处理领域,淬火是用于增加零件硬度的常见技术。在某些情况下,只有这些零件的表面被硬化。为此,通过热处理将热处理所需的零件硬化到指定温度,然后通过插入冷却介质来快速冷却。使用的冷却介质包括但不限于盐水、水或油。通过硬化进行热处理的终产品将增加强度和硬度,但是,材料的脆性将同时增加。

回火
回火是一种热处理技术,用于增加铁基合金(如钢)的弹性。虽然铁基合金显示出很高的硬度,但它们通常太脆而无法用于大多数应用。因此,回火用于改变延展性、硬度、强度和脆性,使其更易于加工。为此,零件在临界点以下进行热处理,因为较低的温度会降低脆性,同时保持零件的硬度。另一方面,如果需要以较低的硬度和强度增加塑性,则需要更高的温度。

脱碳
脱碳涉及通过正常的氧化老化过程或加热从所需部件表面去除碳。是钢的热处理和锻造中的表面降解现象。它也可以被描述为一种冶金过程,其中钢的表面碳含量耗尽。这主要是通过化学作用或将钢部件加热到较低的临界温度以上来完成的。金属的碳含量会影响金属的硬度。在脱碳过程中,碳从金属表面扩散,从而导致金属变弱。虽然该工艺降低了金属的强度,但它也增加了金属表面以下的剪切应变。它还降低了抗疲劳性,同时增加了磨损率和裂纹扩展。

常用热处理工艺
制造领域使用的热处理技术种类繁多。每种热处理技术都有不同的结果,但它们具有共同的步骤,包括:
加热
浸泡
冷却

加热
在大多数热处理工艺中,加热是第一步。许多可热处理合金在加热到特定温度时都会改变结构。在室温下,合金的结构可以是固溶体机械混合物,也可以是机械和固溶混合物的组合。例如,机械混合物可以比作混凝土,就像沙子和砾石通过水泥粘合在一起一样。同样,在机械混合物中,元素和化合物是可见的,并且由贱金属基质结合在一起。

固溶体是指两种或多种金属被另一种金属吸收形成一体的溶液。因此,当合金呈固溶体形式时,构成该件的元素和化合物相互吸收。

在室温下,金属在其机械混合物中进入部分溶液,或加热时的固溶体。在此过程中,工件的化学性质和成分可以改变晶粒尺寸和结构。

浸泡
该阶段也被视为保持阶段,将经过热处理的金属保持在所需的温度。金属必须保持在此温度下,直到热量均匀分布,这称为浸泡。在此温度下花费的时间持续时间取决于要求。例如,零件的质量越高,浸泡零件所需的时间就越长。影响持续时间的另一个因素是材料的类型。

冷却
零件正确浸泡后,下一步是冷却它。在这里,零件结构可能会从一种化学成分到另一种化学成分发生变化,它可能会恢复其原始形式,或者保持不变。根据冷却速率和金属类型,固溶金属在冷却过程中可能保持不变,更改为两者的组合,或更改为机械混合物。一个有趣的事实是,结果是可预测的,因此预测该部分将按预期结束。因此,可以制造各种各样的金属以符合特定的结构,以增加其韧性、硬度、拉伸强度、延展性等等。

热处理的必要设备
间歇式炉:由具有加热系统、钢壳和通道的绝缘室组成。
钟型炉:由称为钟的可拆卸盖子组成,可以通过起重机在负载和炉膛上降低
箱式炉:大多数已升级为半连续间歇炉,其特点包括慢冷室和集成淬火罐。
车式炉:也称为台车炉,是一种非常大的批量炉,带有可移动的绝缘车,可以进出炉膛。
升降式炉:炉膛和轿厢在炉下轧制到位,与轿厢炉不同
流化床炉:由高温合金制成的圆柱形蒸馏器。
井式炉:熔炉建在坑中,并延伸到地面或略高于地面
盐浴炉:使用多种盐进行热处理

感谢您阅读金属热处理。希望大家能对金属热处理有更好的了解。 如果您想了解更多关于金属科研材料的信息,请收藏我们的网站鑫康新材料https://www.xk-materials.cn/。


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