加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多,最早是採用木炭和煤作為熱源,進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易於控制,且無環境汙染。利用這些熱源可以直接加熱,也可以通過熔融的鹽或金屬,以至浮動粒子進行間接加熱。
金屬加熱時,工件暴露在空氣中,常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對於熱處理後零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用塗料或包裝方法進行保護加熱。
冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求,例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程,有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接,不可間斷。
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一,選擇和控制加熱溫度,是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間,因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時,還須在此溫度保持一定時間,使內外溫度一致, 使顯微組織轉變完全,這段時間稱為保溫時間。採用高能密度加熱和表面熱處理時,加熱速度極快,一般就沒有保溫時間,而化學熱處理的保溫時間往往較長。
熱處理加熱溫度三種現象。
1 一般過熱:熱處理加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長,引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導致鋼的強韌性降低,脆性轉變溫度升高,增加淬火時的變形開裂傾向。而導致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料(常為不懂工藝發生的)。過熱組織可經退火、正火或多次高溫回火後,在正常情況下重新奧氏化使晶粒細化。
2 斷口遺傳:熱處理有過熱組織的鋼材,重新加熱淬火後,雖能使奧氏體晶粒細化,但有時仍出現粗大顆粒狀斷口。產生斷口遺傳的理論爭議較多,一般認為曾因加熱溫度過高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體並富集於晶界面,而冷卻時這些夾雜物又會沿晶界面析出,受衝擊時易沿粗大奧氏體晶界斷裂。
3 粗大組織的遺傳:有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時,以慢速加熱到常規的淬火溫度,甚至再低一些,其奧氏體晶粒仍然是粗大的,這種現象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性,可採用中間退火或多次高溫回火處理。
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