機械 構(gòu)件熱處理設(shè)計

1、機械構(gòu)件的熱處理設(shè)計機械構(gòu)件損壞原因機械構(gòu)件損壞原因1、疲勞2、磨損3、銹蝕4、沖擊5、強度不夠制造滿意的機械構(gòu)件三個關(guān)鍵點：如何設(shè)計如何選材料如何熱處理熱處理可以提高材質(zhì)均勻性、穩(wěn)定性和耐蝕性，改善材料的加工性。鋼的選用（一）鋼材選用原則：技術(shù)性和經(jīng)濟性技術(shù)性：零件服役條件和零件的加工工藝性。（二）根據(jù)淬透性1零件的截面積尺寸效應(yīng)：零件截面厚度不同，其外部與心部的熱處理效果發(fā)生差別的現(xiàn)象。尺寸效應(yīng)愈大，熱處理后表面和中心的性能相差越大。中碳鋼尺寸效應(yīng)很大。2鋼的淬透性：截面尺寸效應(yīng)主要受鋼的淬透性的影響，鋼接受淬火的能力，及截面上能淬火成馬氏體組織的深度。金屬元素含量對淬硬性沒有明顯影響，但

2、對鋼的淬透性的影響較大。（三）根據(jù)抗拉強度對于受靜載荷的機械零件，在選擇鋼種時一般是以其抗拉強度和屈服點為基準(zhǔn)的，當(dāng)然也需要適當(dāng)考慮伸縮和端面收縮率。1按照常溫抗拉強度考慮2按照高溫抗拉強度考慮熱鍛模、壓鑄模等熱作模具在高溫和激烈沖擊的苛刻條件下使用，因此要求材料不但有足夠的高溫抗拉強度、塑性韌性，而且要有很好的抗熱龜裂性。高溫抗拉強度大的鋼種，抗熱龜裂性很好，熱作模具用鋼的高溫強度按照含有鉻、鉻鉬、鎳鉻鉬的次數(shù)增加，抗龜裂性也依次增大。切削用工具鋼，使用中因切削而產(chǎn)生高熱量，因而除了常溫硬度和強度以外，必須重視高溫硬度和強度。高溫硬度依靠加進鎢、鈷、釩、鉻、錳等金屬合金元素而提高。鋼的選用（

3、四）根據(jù)抗蠕變性要求蠕變強度對于在高溫下長期使用的結(jié)構(gòu)零件很重要的性能。1、400以下的蠕變強度可選用低碳鋼，或者選用在低碳中加硅、鉻、鉬的合金鋼。2、 400以上的蠕變強度奧氏體鋼蠕變強度較高（五）根據(jù)耐疲勞性要求鋼的疲勞強度和它的抗拉強度成正比，及抗拉強度高的鋼，疲勞強度也高。鋼的疲勞強度和他的組織有關(guān)。（六）根據(jù)耐腐蝕性要求1、馬氏體系列不銹鋼馬氏體系列不銹鋼具有淬火硬化性能，因而用于需要機械強度高而用碳鋼則耐蝕性不夠的零件。2、鐵素體系列不銹鋼沒有淬火硬化性，因此多在退火狀態(tài)下使用。其耐蝕性、加工性和焊接性等位于馬氏體和奧氏體系列中間。3、奧式體系列不銹鋼高溫、常溫都是奧氏體的不銹鋼，

4、它完全沒有淬硬性，使用范圍極為廣泛。4、析出硬化型不銹鋼在Cr-Ni系中加入鋁、鈦、銅、磷、鈮等元素可獲得析出硬化性，這種不銹鋼經(jīng)過熱處理后得到良好的機械性能，因而也得到廣泛的使用。鋼的選用（七）根據(jù)低溫使用要求金屬在低溫的機械性能和其結(jié)晶構(gòu)造有密切的關(guān)系，其有體心立方晶格的碳鋼，低溫強度雖增加，但沖擊值卻顯著下降而發(fā)生脆化。一般用于低溫的材料應(yīng)具備1、在使用溫度的耐沖擊性好2、屈服點等機械性能高3、加工性和焊接性都好4、耐腐蝕性良好最主要的是抗脆性破裂的強度（八）根據(jù)加工性能要求1、切削加工性晶粒粗大的組織的切削加工性好。2、磨削加工性一般碳含量愈高，磨削加工性愈差含很多硬的釩碳化物的高釩高

5、速鋼，磨削加工相當(dāng)困難，磨削費用很高，也很難達到要求的磨削精度，但是由粉末冶金法制造的燒結(jié)高速鋼，即使是高釩的，也比大氣熔煉的磨削加工性好，是這種高速鋼的一大優(yōu)點。3、熱鍛性高溫變形抗力小和鍛造時不易發(fā)生質(zhì)量缺陷的材料。4、沖擊加工性鋼的選用(九)根據(jù)表面硬化處理要求在要求耐磨性、耐疲勞性、耐熱膠著性時，一般可根據(jù)要求分別進行滲碳、氮化、表面淬火等表面硬化處理。1滲碳用鋼滲碳用鋼要求淬火時心部不硬化，有韌性，一般選含碳量0.20%以下的。滲碳部分容易發(fā)生鐵素體軟點這種“不正常組織”的沸騰鋼，應(yīng)該避免作為滲碳鋼。2氮化用鋼氮化用鋼的必要條件是母材必須有足夠的機械性能而且有和氮的親和能力強的合金元

6、素以使硬化層能得到必要的足夠硬度。機械構(gòu)件的強度和熱處理（一）強度設(shè)計與熱處理有效地提高機械零件強度的熱處理方式：1、調(diào)質(zhì)（完全淬火并回火）2、表面熱處理（1）表面硬化（滲碳、氮化、高頻淬火等）（2）表面強化（軟氮化）（3）表面潤滑處理（滲流）3、復(fù)合熱處理（1）調(diào)質(zhì)加表面硬化（2）調(diào)質(zhì)加表面強化（3）調(diào)質(zhì)加表面潤滑處理（4）表面硬化加表面強化（5）表面硬化加表面潤滑處理（6）表面強化加表面潤滑處理機械構(gòu)件的強度和熱處理1、調(diào)質(zhì)在淬火后進行約400以上的回火操作，主要適用于碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。鋼在淬火狀態(tài)硬且脆，為了使其強韌化，要在400-650回火，這就是調(diào)質(zhì)。完全淬火后回火將使鋼更加強

7、韌，不完全淬火的回火，雖然調(diào)質(zhì)硬度相同，但其塑性和韌性的延伸率、斷面收縮率及沖擊值要降低1/3。淬火硬度主要取決于鋼的含碳量。要達到完全淬火，必須考慮零件壁厚的敏感性：碳素結(jié)構(gòu)鋼直徑超過20mm(厚度14mm)就不可能完全淬火。因此超過此尺寸的零件就必須采用合金結(jié)構(gòu)鋼。2、表面熱處理（1）表面硬化：滲碳、氮化 化學(xué)表面硬化：改變表層的化學(xué)成分和基體不同,耐磨性、耐疲勞性特別好。高頻淬火、火焰淬火 物理表面硬化：僅表層馬氏體化，因而提高耐疲勞性要比耐磨性更有效。表面硬化淬火不僅使表面層硬化，而且在表層還殘留壓應(yīng)力，對提高疲勞強度很有效果。（2）表面強化：提高耐疲勞性表面強化比硬化更有效。軟氮化：

8、軟氮化沒有氨氣氮化那樣硬，所以一般俗稱軟氮化。鹽浴軟氮化、氣體軟氮化（3）表面潤滑處理降低機械零件的表面摩擦系數(shù)，進而提高耐磨性的處理方法。滲硫：高溫鹽浴（570）：調(diào)質(zhì)件和低溫鹽?。?90）：低溫回火件機械構(gòu)件的強度和熱處理3復(fù)合熱處理（1）調(diào)質(zhì)加表面硬化基體材料由于調(diào)質(zhì)而強韌，對其表面強化以提高耐磨、耐疲勞性。表面淬火后進行低溫回火。（2）調(diào)質(zhì)加表面強化軟氮化溫度和調(diào)質(zhì)溫度相當(dāng)：可以調(diào)質(zhì)后軟氮化也可合并進行：提高耐疲勞性的零件。（3）調(diào)質(zhì)加表面潤滑處理對于發(fā)生摩擦或熱膠著的機械零件。（4）表面硬化加表面強化（5）表面硬化加表面潤滑處理（6）表面強化加表面潤滑處理提高耐磨性的熱處理零件因磨損

9、而失效的形態(tài)：劃痕磨損、粘附磨損、滾動磨損等一般認為硬度硬度愈高的材質(zhì)耐磨性愈好。因此，要提高耐磨性，提高材料表面的硬度是可取的方法：淬火硬化、滲碳、碳氮共滲、氮化、高頻淬火和火焰表面淬火。磨損是由于表面粘附造成：只要在鋼表面形成不容易發(fā)生粘附的薄層，改善耐磨性：軟氮化、滲硫和硫氮共滲。1、硬度和耐磨性硬度愈高耐愈磨含碳量高、淬透性好的鋼，淬火成為硬度高的馬氏體組織可提高其耐磨性。2、抑制表面層粘附作用的表面熱處理和耐磨性相同材料的配合，在磨損的過程中容易發(fā)生粘附或熔敷現(xiàn)象，因此避免這種現(xiàn)象的發(fā)生就能減輕磨損的程度。提高耐沖擊性的熱處理零件材料內(nèi)部和外形可能存在缺陷，在使用過程中這些缺陷就成為

10、疲勞裂紋源，當(dāng)材料耐沖擊性差時就會發(fā)生急劇的脆性裂紋。1、雜質(zhì)、偏析和鍛造對材料沖擊值得影響。材料含磷和氮會使沖擊值下降材料偏析將使耐沖擊性惡化結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼的鍛造比應(yīng)在4以上，高速鋼在6以上。2、退火、正火和淬火回火對沖擊值得影響正火比退火好，淬火回火更好3貝氏體等溫淬火鋼加熱到淬火溫度奧氏體化后，按照不同的鋼種在500-200的金屬浴或鹽浴中冷卻，并在此溫度等溫保持一定時間后，使材料內(nèi)部變成貝氏體組織，叫做貝氏體等溫淬火。4快速加熱淬火和快速加熱貝氏等溫淬火5形變熱處理提高耐低溫脆性的熱處理一般鋼在低于室溫的低溫，隨著溫度的下降，塑性變形抗力增加，抗拉強度、屈服強度、硬度都提高，相反，延伸

11、率、斷面收縮率和沖擊值下降。在低溫使用的一般結(jié)構(gòu)鋼，首先要經(jīng)過淬火以防止殘留的游離鐵素體，最好能成為完全的馬氏體，然后經(jīng)過回火成晶粒很細的索氏體組織，已達到很好的韌性。提高耐疲勞性的熱處理1、關(guān)于表面硬化鋼疲勞強度的基本概念2、心部強度和硬化層深度與疲勞強度的關(guān)系3、表面硬化和殘留應(yīng)力與疲勞強度的關(guān)系4、表面硬化鋼的疲勞破裂源和魚眼狀斑點5、各種表面硬化法對疲勞強度的影響（1）高頻淬火（2）滲碳淬火和碳氮共滲淬火（3）氣體氮化（4）軟氮化推測鋼的機械性能的估算方法1、求硬度2、求抗拉強度3、求屈強比4、從顯微組織求機械性能5、機械性能相互之間的關(guān)系（一）鋼的截面尺寸效應(yīng)和淬透性熱處理效果主要取

12、決于零件的截面尺寸效應(yīng)和所用鋼種的淬透性。碳素鋼的淬透性差，截面尺寸愈粗大就愈難于淬透到較深的厚度，其質(zhì)量效應(yīng)應(yīng)大。合金鋼的淬透性比碳鋼好，其質(zhì)量效應(yīng)較小，熱處理效果要比碳素鋼好。解決結(jié)構(gòu)鋼質(zhì)量效應(yīng)的主要方法是要查明鋼的淬透性。機械構(gòu)件設(shè)計和熱處理（二）零件圖上應(yīng)注明的熱處理技術(shù)要求1 、硬度布氏硬度、洛氏和表面硬度、維氏和努普硬度以及肖氏等2、制定熱處理要求的要點3、零件圖上應(yīng)注明的熱處理要求a.普通熱處理：對一般零件應(yīng)寫明熱處理的方法、硬度范圍；重要零件需提出不同部位的硬度，必要時應(yīng)提出零件不同部位的金相組織要求。b.表面淬火一般零件應(yīng)注明表面熱處理方法、硬度、表面淬火區(qū)域；重要零件須有熱

13、處理方法、表面淬火硬度、心部硬度、淬透層深度和表面淬火區(qū)域。c.滲碳一般零件應(yīng)注明硬度、滲碳層深度（按標(biāo)準(zhǔn)的確定滲碳層深度方法）；重要零件必要時提出表層滲碳濃度要求、心部硬度和金相組織。d、氮化一般零件包括表面和心部硬度、氮化層深度、氮化區(qū)域；重要零件則增加心部機械性能。必要時還要提出金相組織及氮化脆性要求的評定級別。e、重要機械零件處理和以上相同的項目外，對重要零件應(yīng)增加機械性能試樣的取樣部位及其相應(yīng)的機械性能范圍。機械構(gòu)件設(shè)計和熱處理（三）機械構(gòu)件的設(shè)計關(guān)鍵1、消除應(yīng)力集中部分應(yīng)力集中部分可分為設(shè)計形狀引起的和加工發(fā)生的兩大類。 設(shè)計形狀：缺口、急變的截面、鍵槽、油孔、螺紋部分、飛邊、毛刺

14、、突棱等。 加工發(fā)生：機械加工部精致、鉆孔、淬火裂紋、磨削裂紋、螺栓頭下的沉割槽、壓印標(biāo)記等。一般，零件承受載荷部分應(yīng)特別注意避免應(yīng)力集中，承受載荷小或沒有載荷的部位，應(yīng)力集中地影響較小。機械構(gòu)件設(shè)計和熱處理齒輪應(yīng)力集中度，以圓棒為1，則通常的平底的應(yīng)力集中系數(shù)為3.5，而做成圓底則為1.7，減少約一半。為此近來高強度齒輪都做成圓底。接合器的應(yīng)力集中度，其變化為直線式為2.1 ，20漸開線平底為1.8 ，30漸開線圓底為1.螺紋底的形狀：理想的螺紋底的形狀：圓底、連續(xù)曲線、R大而光滑，平底、不連續(xù)、小R、表面粗糙都不好。為了緩和應(yīng)力集中，有幾個應(yīng)力集中地妙法：1、在缺口方面：單純一個缺口要比幾

15、個缺口接近在一起的情況有害的多。2、R圓弧的重要性：銳角邊都改為R圓弧這一點很重要。銳角處動輒會發(fā)生應(yīng)力集中，而且是熱處理時淬裂的主要根源，在使用中是會發(fā)生突然破裂或疲勞破壞的起點。從關(guān)于R圓弧的事故例子的分析來看有如下情況a、設(shè)計上R圓弧過小或者沒有。b、設(shè)計的R圓弧沒有標(biāo)上尺寸。c、加工粗糙、有重復(fù)缺口，或者連續(xù)部分成缺口狀d、設(shè)計圖上標(biāo)注不確切，加工也不精致。3、殘留應(yīng)力的功過：一般，殘留拉應(yīng)力削弱材料的強度，殘留壓應(yīng)力提高材料的強度。殘留應(yīng)力，無論是拉伸或壓縮對于磨損都不是好事。如存在殘留應(yīng)力，即便硬度很高，磨損量也不小。因此，在受磨損的零件必須消除殘留應(yīng)力，這就是去應(yīng)力退火。（四）適

16、合于熱處理的形狀設(shè)計熱處理的效果受零件形狀的影響很大，從設(shè)計上看零件的形狀不論是多么滿意，如果在熱處理上看是不適當(dāng)，那就無實用價值，這就是形狀效應(yīng)。1 均勻的截面截面變化急劇的零件，淬火時由于發(fā)生的內(nèi)部應(yīng)力，常常會淬裂或變形。淬裂和變形的發(fā)生和截面形狀變化的程度以及淬火激烈程度都有關(guān)系。要求：（1）厚的部分和薄的部分不要做成一體，應(yīng)盡可能分開為組合裝配式。（2）對整塊后的部分如何可能要增加減薄厚度的孔。（3）使盲孔改為通孔（4）大件做成中空式2 銳角部分銳角部分的尖棱應(yīng)絕對避免，一定要加上圓角以防止淬火時的應(yīng)力集中，避免在使用中由于應(yīng)力集中造成的疲勞龜裂。如果尖角改為半徑3mm的圓角可使其影響

17、減半，如半徑為15mm圓角則影響可全部消除。圓角加在截面相差懸殊部分這一點特別重要，而且最好是以斜坡方式過渡。圓角半徑希望在3mm以上。3形狀因素造成的冷卻程度的差異零件淬火時冷卻速度的快慢隨零件的形狀而不同，球形冷的最快，板材最慢，其比例球：圓棒：板=4:3:2（五）為穩(wěn)定地良好地進行零件熱處理設(shè)計上的校核要點1、是否要在加工成零件狀態(tài)進行熱處理應(yīng)盡量使用熱處理過的原材料：沒有熱處理變形和氧化脫碳2、零件厚度是否均勻零件厚度不均勻則加熱和冷卻速度不可能均勻，熱處理時就易發(fā)生淬火變形。3、零件形狀是否對稱4、零件上，孔、溝、花鍵、銷槽等盡可能減少了嗎5、零件上尖角都沒有了嗎6、殘留應(yīng)力是否已消

18、除7、如用夾具淬火能達到適合的公差嗎8、零件都是整體的嗎熱處理設(shè)計提高材料均勻穩(wěn)定性的熱處理1、使組織成為平衡均勻狀態(tài)為了消除化學(xué)成分不均勻性，可在1100-1200高溫中長時間加熱，進行消除偏析退火。，但是，這時的奧氏體晶粒會發(fā)生粗化，以后還應(yīng)用正火處理來消除過熱處理的影響。2、消除內(nèi)應(yīng)力鋼在鑄造狀態(tài)、焊接狀態(tài)、熱塑性加工活冷塑性加工狀態(tài)，以及在淬火過程中，都存在著應(yīng)力、相變應(yīng)力、或塑性變形應(yīng)力的合成內(nèi)應(yīng)力。機械零件在經(jīng)過噴丸處理和碳氮共滲或冷處理后，表面會產(chǎn)生壓應(yīng)力，從而提高了疲勞強度。熱處理設(shè)計提高加工性能的熱處理1、提高冷作加工性2、提高切削性能表面硬化的優(yōu)點和缺點剝離和魚眼是表面硬化

19、的主要缺陷：表面硬化的零件只有表面層的強度提高，一旦受到純拉力時，其心部強度較低的部分最先先承受不了，最終整體完全破壞。因此，對于這些零件應(yīng)進行整體硬化。例如受純拉力的螺栓。只有在受到彎曲和扭轉(zhuǎn)的情況下進行表面硬化才是有利的。表面熱處理時基體的硬度表面硬化零件的強度主要取決于硬化層的硬度、硬化層深度和硬化層的殘留應(yīng)力等。硬化層的硬度隨著硬化層的含碳量而定，碳量愈高宇硬。硬化層的深度一般取決于加熱深度和加熱層的淬透性。硬化層過淺則不能承受外來壓力，將導(dǎo)致裂紋，甚至剝離。因而從外力造成的周期壓力來看，適當(dāng)?shù)挠不瘜由疃仁潜匾?。硬化層的殘留?yīng)力一般是壓應(yīng)力，其大小隨基體的含碳量而異?；w中碳量愈低則

20、基體的硬度愈低，表面殘留壓應(yīng)力就愈大。表層就不容易發(fā)生疲勞裂紋。表面硬化零件心部的強韌性是非常重要的。因此含碳量稍高的零件在表面硬化前最好進行淬火回火（調(diào)質(zhì)），使基體組織為索式體，適宜的索氏硬度大致為HRC20-30.高頻淬火零件的預(yù)先處理高頻淬火時降低奧氏體化溫度，并增加硬化層深度，作為預(yù)先處理，淬火回火（調(diào)質(zhì)）最好，其次是正火，退火是最不適宜的。硬化層深度和強度及耐磨性的關(guān)系硬化層深度：設(shè)計強度和經(jīng)濟性考慮。1、硬化層深度和疲勞強度的關(guān)系。硬化層過淺則表面層易成為不完全淬火組織硬化層過深則表面層易產(chǎn)生過熱而呈粗大組織這些都是造成疲勞強度下降的原因。2、硬化層深度和耐沖擊性關(guān)系一般，鋼的沖擊

21、值和硬度存在著反比的關(guān)系，因此，進行表面硬化處理時表層硬化就會相應(yīng)地降低其耐沖擊性。對于某些機械零件，為了提高強度而加厚硬化層，但是由于零件運行開始或驟然停止時造成的沖擊，常會導(dǎo)致該零件特別細的部分易折斷。如必須加深硬化層厚度來提高零件強度時，應(yīng)選擇沖擊值好的原材料。為了不降低零件的耐沖擊性，但又要不加深硬化層厚度卻能提高零件強度， 可采用心部強度高的材料。高頻淬火和火焰淬火，由于快速地只使表面加熱淬火，其內(nèi)部幾乎保持原來性能不變，因此如采用經(jīng)過調(diào)質(zhì)的鋼，其內(nèi)部的沖擊抗力較高，對零件性能起到支配作用，而硬化層深度和冷卻造成的內(nèi)應(yīng)力對耐沖擊性的影響一般認為很小。硬化層深度和強度及耐磨性的關(guān)系3、

22、硬化層深度和耐磨性的關(guān)系提高耐腐蝕性的表面處理1、覆蓋耐蝕性好的金屬（1）、擴散滲鍍法（2）、噴鍍法（2）、熱侵噴鍍法2、起替代陽極作用的覆蓋層（1）、擴散覆蓋法（2）、熱侵鍍法（3）、噴鍍法熱處理技術(shù)進展1、復(fù)相熱處理將鋼處理成不同比例、形貌和分布的兩相混合組織的一種熱處理技術(shù)。2、真空熱處理3、形變熱處理4、微處理機的應(yīng)用5、高能量密度表面強化6、鍍熱擴散處理7、復(fù)合處理8、殘留奧氏體的有效運用9、感應(yīng)熱處理10、聚合物淬火液的運用機械構(gòu)件的加工路線和熱處理的關(guān)系毛坯熱處理以后一般毛坯熱處理的目的是提高材料的均勻性和穩(wěn)定性，使其具有良好的加工性能，并為以后的熱處理作好準(zhǔn)備。1鑄鍛件對于重要

23、的鑄鐵件一般都要進行低溫退火處理2型材半成品熱處理對機械加工過的零件進行熱處理生產(chǎn)線上的熱處理確定加工路線的一般原則和示例確定加工路線的一般原則：1 零件圖紙上無技術(shù)要求的不重要的鑄、鍛、焊件可不進行第一次熱處理（毛坯熱處理）。較重要的中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛件和合金鋼鍛件均須進行第一次熱處理。2加工余量很大的鑄鍛件，有條件者可在粗加工后進行第一熱處理。3零件硬度小于HB300、鋼的淬透性較好或加工余量不大時，可以在鍛件或型材調(diào)質(zhì)后機械加工，否則需先機械加工，后再調(diào)質(zhì)。4需要表面硬化的零件，應(yīng)在機械加工到一定的留磨余量后進行。5局部滲碳件的不要滲碳部分的防滲措施，在批量大時可采用阻滲的防護措施，對于某些數(shù)

24、量不多的大件可采取在滲碳后緩冷。然后用機械加工方法去除不需要的滲碳層。對防滲要求不十分嚴(yán)格的也可采取機械防護法（堵塞或包扎方法）。6表面強化（軟氮化）和表面潤滑處理（滲硫）工序應(yīng)在工件加工完畢后進行。7為了防止某些精密度高的零件產(chǎn)生變形和尺寸不穩(wěn)定，可根據(jù)具體情況考慮在機械加工工序中增加去應(yīng)力熱處理。8彈簧、卡簧、彈簧墊圈等均需進行第二熱處理。精密儀表零件的加工路線和穩(wěn)定化處理精密儀表零件主要特點是穩(wěn)定化處理要求很高。精密儀表零件的加工路線和穩(wěn)定化處理精密儀表零件的加工路線和穩(wěn)定化處理精密儀表零件的加工路線和穩(wěn)定化處理精密儀表零件的加工路線和穩(wěn)定化處理精密儀表零件的加工路線和穩(wěn)定化處理第七章

25、重要焊接結(jié)構(gòu)的熱處理（一）焊接構(gòu)件熱處理的目標(biāo)和效果焊接后熱處理：去除焊接殘留應(yīng)力、穩(wěn)定構(gòu)件的形狀和尺寸，除去焊縫中的氣體，改善材料的金相組織，從而提高耐腐蝕性等。（二）消除殘留應(yīng)力后焊后熱處理消除或減輕焊接構(gòu)件殘留應(yīng)力的方法：加熱方法和機械法。對于大件和焊接接頭的構(gòu)件多采用加熱的方法即焊后熱處理的方法。各國規(guī)范上都規(guī)定了消除殘余應(yīng)力的低溫退火條件。規(guī)律：1隨著鋼中合金元素含量的增加，焊后熱處理溫度要高一些，這主要是為了能使熱影響區(qū)達到足夠的軟化效果。2日本HPI1971年規(guī)定的熱處理溫度比1968年規(guī)定的低，和ASME有關(guān)規(guī)定基本接近，這表明1968年規(guī)定的溫度可能偏高。3要求用于耐腐蝕性條

26、件和高溫的構(gòu)件，焊后熱處理溫度應(yīng)有所提高，這是為了使處理后殘留的應(yīng)力能更低一些，從而使鋼的組織穩(wěn)定性更好，以便更能適應(yīng)所使用的條件。4構(gòu)件制造過程中的中間焊后熱處理要比最終焊后熱處理溫度低，這是為了不致于過多地降低材料強度。低溫退火優(yōu)點，在正確掌握工藝條件下效果遍及構(gòu)件整體，而機械方法只能作用于局部。第七章 重要焊接結(jié)構(gòu)的熱處理（三）超厚焊接構(gòu)件的焊后熱處理1焊后熱處理的升溫、降溫速度及溫差出爐溫度最高值規(guī)定升溫降溫速度需緩慢，防止工件出現(xiàn)內(nèi)外溫差。2焊后熱處理的保溫時間3關(guān)于中間退火構(gòu)件愈厚，受到的應(yīng)力自然很大，發(fā)生焊接裂紋的傾向也增大。為了防止在制造過程中發(fā)生裂紋，要在每個焊接工序結(jié)束后進

27、行中間退火。但是增加中間退火次數(shù)要影響到構(gòu)件的機械性能。因而在加工前要將中間退火包括在總的焊后熱處理參數(shù)中。第七章 重要焊接結(jié)構(gòu)的熱處理（四）應(yīng)力腐蝕裂紋和焊后熱處理1應(yīng)力腐蝕裂紋：應(yīng)力和腐蝕同時作用金屬材料時發(fā)生的破壞現(xiàn)象。電化學(xué)機械造成的裂紋和氫脆裂紋最有代表性。應(yīng)力裂紋的經(jīng)驗：（1）純金屬不發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋（2）幾乎所有的金屬合金，在特點的腐蝕環(huán)境下都會發(fā)生腐蝕裂紋，即使是微量合金元素也不例外。（3）材料處于弱腐蝕性的環(huán)境下，表面存在腐蝕薄膜時容易發(fā)生裂紋，而在強腐蝕性、全面激烈腐蝕時反而不容易發(fā)生裂紋（4）應(yīng)力即使小到只產(chǎn)生滑動的程度也會發(fā)生裂紋。但是達到斷裂的應(yīng)力小時很長。（5）pH

28、的影響很大，在中性或稍微帶酸性使表面膜不穩(wěn)定時容易有裂紋。（6）溫度有很大影響（7）敏化處理奧氏體不繡鋼由Cl-或H2S的作用在常溫下也會有裂紋。（8）應(yīng)力小、腐蝕性弱時易生產(chǎn)晶界裂紋，應(yīng)力大、腐蝕性強時易生產(chǎn)晶內(nèi)裂紋。（9）面心立方晶格易生成晶內(nèi)裂紋，體心立方晶格易生晶界裂紋。第七章 重要焊接結(jié)構(gòu)的熱處理（四）應(yīng)力腐蝕裂紋和焊后熱處理2防止應(yīng)力腐蝕裂紋的焊后熱處理第八章 熱處理設(shè)計舉例（一）高強度螺栓1、汽車發(fā)動機用高強度螺栓（1）特點：熱處理到抗拉強度70kgf/mm2 ，即7000kgf/cm2 以上的螺栓。能大量生產(chǎn)、質(zhì)量要穩(wěn)定能充分滿足機械強度要求能充分滿足疲勞強度的要求扭矩系數(shù)K=

29、T/P*D（T：扭矩，P：軸向力，D：螺紋公稱直徑）的波動要小材料費用要便宜（2）材料選用冷鐓鍛成形7-8T螺紋要使用S35C以上的碳鋼9T以上的螺紋幾乎都是用淬透性高的合金鋼。合金鋼中用得最多的是硬度、韌性都很好、性能穩(wěn)定的Cr-Mo鋼。（3）制造工序a、原材料熱處理鉻鋼和鉻鉬鋼等合金鋼需在鍛前進行球化退火后鐓鍛不然易產(chǎn)生裂紋。b、冷鍛c、滾軋螺絲滾軋螺絲通常在熱處理前進行，只有在要求高的疲勞強度時才在熱處理后進行，但是這樣模具的使用壽命大幅度降低。兩次滾軋，熱處理前滾軋90%，熱處理后再滾軋其余部分：第一滾軋和第二次滾軋的螺紋底的位向和螺距往往不易完全吻合，甚至在螺紋底部發(fā)生皺紋，反而使疲

30、勞強度降低。（4）熱處理操作時要注意的是每個螺栓能完全淬火，為此螺栓的排列方式、淬火加熱的保溫時間，在成批生產(chǎn)前要預(yù)先作充分研究。第八章 熱處理設(shè)計舉例第八章 熱處理設(shè)計舉例第八章 熱處理設(shè)計舉例（一）高強度螺栓2、鋼結(jié)構(gòu)高強度螺栓（1）質(zhì)量要求（a）螺栓和螺帽應(yīng)有充分的強度和韌性（b）為了得到穩(wěn)定的連接力，螺栓、螺帽、墊圈間應(yīng)具備一定的潤滑機能（c）經(jīng)過長期使用連接力應(yīng)不變而松弛值?。╠）在長期高載荷狀態(tài)暴露在露天的鋼材中，應(yīng)當(dāng)不會發(fā)生偶而發(fā)生的脆性破裂及延遲斷裂。（2）技術(shù)條件從世界各國的規(guī)格：大都集中在8T、10T兩種。對于形狀尺寸，考慮到高的連接力，螺帽高度比一般螺栓大。（3）材料選擇

31、（4）熱處理第八章 熱處理設(shè)計舉例（二）齒輪1、船舶齒輪（1）特點船舶齒輪一般傳遞功率很大導(dǎo)致齒輪的尺寸和重量也很大、精度很高、很高的疲勞強度。（2）蒸汽輪機用齒輪蒸汽輪機的齒輪除了小型的或艦艇等特殊的以外，幾乎都采用調(diào)質(zhì)齒輪。由于隨著傳遞馬力增大導(dǎo)致齒輪尺寸增大，如采用表面硬化齒輪投入很大，故而采用調(diào)質(zhì)齒輪進行高精密切齒或剃齒加工。調(diào)質(zhì)齒輪的材料和熱處理要求：A、為增加耐點蝕強度要求高的硬度。B、為防止齒的折斷要有足夠的韌性。 C、大齒輪大都是焊接結(jié)構(gòu)，要有良好的焊接性。D、要有良好的機械加工、切齒加工的切削性能。E、零件厚度大，要材料的截面效應(yīng)小。F、要有耐循環(huán)載荷、足夠的耐磨性，半永久性

32、的疲勞強度。（3）柴油發(fā)動機用齒輪A、 滲碳部分的淬火硬度高，耐點蝕、耐擦傷和耐磨性都要好。B、非硬化部分的切削性好，而且要有一定程度的強韌性。 C、從表面到心部的含碳量的坡度要平緩，要達到平緩的硬度分布，因此心部硬度也要稍有提高。D、滲碳層深度應(yīng)較深，需要在滲碳溫度中有較長的加熱時間，因而要求心部晶粒尺寸穩(wěn)定，不發(fā)生粗化現(xiàn)象。E、齒輪形狀較大，容易增大淬火變形，因而要采取較低的淬火溫度。（二）齒輪（4）工藝過程和熱處理齒輪尺寸一般很大，毛坯鋼錠也很大，原材料出現(xiàn)的問題：A、成分偏析增大。B、長時間加熱造成的組織粗化。 C、由于冷卻速度不均勻造成的組織的不均勻和內(nèi)應(yīng)力增加。D、組織上的空隙、非

33、金屬夾雜物增加。E、殘留氫造成的白點，發(fā)生龜線裂紋等。對船用齒輪大件大都用大直徑的井式氣體滲碳爐。2、工業(yè)機械用齒輪工業(yè)齒輪在強度設(shè)計上共同的準(zhǔn)則：A、齒根處有足夠的強度，運行時所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不會造成疲勞破損。B、齒面受到的接觸應(yīng)力不致于發(fā)生點蝕。 C、齒面有足夠的硬度不致于發(fā)生顯著的磨損。D、嚙合齒輪的接觸面應(yīng)均勻等。齒輪設(shè)計一般按照機械的空間場所、圓周線速度等決定齒輪外形的大致大小，精度，然后再根據(jù)傳遞的馬力決定齒輪的規(guī)格。（1）熱處理方法和材料的確定一般齒輪的熱處理方式：淬火加回火、高頻淬火、滲碳淬火、氮化等。淬火加回火：齒輪材料考慮淬透性，按設(shè)計的強度、齒輪的大小來決定。高頻淬火：碳鋼滲碳淬火：滲碳鋼（2）設(shè)計制造方面的注意事項A、材料的技術(shù)條件B、熱處理技術(shù)條件硬度應(yīng)根據(jù)形狀、材料、熱處理作業(yè)的偏差規(guī)定合適的硬度范圍。C、制造技術(shù)對設(shè)計的要求（3）熱處理設(shè)計的研究齒輪的制造成本：滲碳淬火齒輪氮化齒輪高頻淬火齒輪淬火回火齒輪3、建筑機械齒輪齒輪失效大致分兩類：齒面損傷而失去齒輪機