我國金屬熱處理的發(fā)展綜述

1、.：.；我國金屬熱處置的開展綜述引言金屬熱處置是利用固態(tài)金屬相變規(guī)律，采用加熱、保溫、冷卻的方法，改善并控制金屬所需組織與性能(物理、化學(xué)及力學(xué)性能等)的技術(shù)。熱處置是金屬加工工藝中的一項重要根底技術(shù)，通常金屬資料都是要經(jīng)過熱處置的，而且，只需選材適宜，熱處置得當(dāng)，就能金屬資料的性能成倍、甚至十幾倍的提高，收到事半功倍的效果。熱處置工藝普通包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只需加熱和冷卻兩個過程。熱處置對于充分發(fā)揚金屬資料的性能潛力，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，節(jié)約資料，減少能耗，延伸產(chǎn)品的運用壽命，提高經(jīng)濟效益都具有非常重要的意義。 建國以來，我國的熱處置技術(shù)有了很大的開展。目前我國在熱處置的根底實

2、際研討和某些熱處置新工藝、新技術(shù)研討方面，與工業(yè)興隆國家的差距不大，但在熱處置消費工藝程度和熱處置設(shè)備方面卻存在著較大的差距，還沒有完全改動熱處置消費工藝和熱處置設(shè)備落后、工件氧化脫碳嚴重、產(chǎn)質(zhì)量量差、消費效率低、能耗大、本錢高、污染嚴重的局面。為促進我國熱處置技術(shù)的開展，我們應(yīng)全面了解熱處置技術(shù)的現(xiàn)狀和程度，掌握其開展趨勢，大力開展先進的熱處置新技術(shù)、新工藝、新資料、新設(shè)備，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)的熱處置技術(shù)，實現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、降耗、無污染、低本錢、專業(yè)化消費，力爭趕上工業(yè)興隆國家程度。熱處置工藝引見 金屬熱處置是機械制造中的重要過程之一，與其他加工工藝相比，熱處置普通不改動工件的外形和整

3、體的化學(xué)成分，而是經(jīng)過改動工件內(nèi)部的顯微組織，或改動工件外表的化學(xué)成分，賦予或改善工件的運用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這普通不是肉眼所能看到的，所以，它是機械制造中的特殊工藝過程，也是質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)。 為使金屬工件具有所需求的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用資料和各種成形工藝外，熱處置工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中運用最廣的資料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以經(jīng)過熱處置予以控制，所以鋼鐵的熱處置是金屬熱處置的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以經(jīng)過熱處置改動其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的運用性能。熱處置開展史在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，

4、熱處置的作用逐漸為人們所認識。早在商代，就曾經(jīng)有了經(jīng)過再結(jié)晶退火的金箔飾物。公元前770前222年，中國人在消費實際中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而 變化。白口鑄鐵的柔化處置就是制造農(nóng)具的重要工藝。 公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速開展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，闡明是經(jīng)過淬火的。隨著淬火技術(shù)的開展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這闡明中國在古代就留意到不同水質(zhì)的冷卻才干了，同時也留意了油和尿的冷卻才干。中國出土

5、的西漢(公元前206公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.150.4%，而外表含碳量卻達0.6%以上，闡明已運用了滲碳工藝。但當(dāng)時作為個人“手藝的，不肯外傳，因此開展很慢。1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展現(xiàn)了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改動，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)實際，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處置工藝初步奠定了實際根底。與此同時，人們還研討了在金屬熱處置的加熱過程中對金屬的維護方法，以防止加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。18501880年，對于運用各種氣體(諸如氫氣、

6、煤氣、一氧化碳等)進展維護加熱曾有一系列專利。18891890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處置的專利。二十世紀以來，金屬物理的開展和其他新技術(shù)的移植運用，使金屬熱處置工藝得到更大開展。一個顯著的進展是19011925年，在工業(yè)消費中運用轉(zhuǎn)筒爐進展氣體滲碳 ；30年代出現(xiàn)露點電位差計,使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢到達可控，以后又研討出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處置技術(shù)運用了等離子場的作用，開展了離子滲氮、滲碳工藝 ；激光、電子束技術(shù)的運用，又使金屬獲得了新的外表熱處置和化學(xué)熱處置方法。我國熱處置的開展趨勢 3.1新的加熱源 在新的加熱源中，以高能率熱源最為引人注目

7、。高能率熱處置在減小工件變形、獲得特殊組織性能和外表形狀方面具有很大的優(yōu)越性，可以提高工件外表的耐磨性、耐蝕性，延伸其運用壽命。高能率熱處置近年來開展很快，是金屬資料外表改性技術(shù)最活潑的領(lǐng)域之一，其中激光熱處置和離子注入外表改性技術(shù)在國外已進入消費階段。我國一汽、二汽、西安內(nèi)燃機配件廠等單位，都已建立了汽車發(fā)動機缸套的激光外表淬火消費線，但由于高能率熱處置的設(shè)備費用昂貴等緣由，目前我國尚未大量運用，但其開展前景寬廣，今后將會成為很有出路的熱處置工藝。 3.2新的加熱方式 在熱處置時實現(xiàn)少無氧化加熱，是減少金屬氧化損耗、保證工件外表質(zhì)量的必備條件，而采用真空和可控氣氛那么是實現(xiàn)少無氧化加熱的主要

8、途徑。 在外表加熱方面，感應(yīng)加熱具有加熱速度快、工件外表氧化脫碳少、變形小、節(jié)能、公害小、消費率高、易實現(xiàn)機械化和自動化等優(yōu)點，是一種經(jīng)濟節(jié)能的外表加熱手段，主要用于工件的外表加熱淬火。高能率加熱具有加熱速度快、外表質(zhì)量好、變形小、能耗低、無污 3.1 改良原有的淬火介質(zhì)，采用新型淬火介質(zhì) 淬火介質(zhì)是實施淬火工藝過程的重要保證，對熱處置后工件的質(zhì)量影響很大。正確選擇和合理運用淬火介質(zhì)，可以減小工件變形，防止開裂，保證到達所要求的組織和性能。 在熱處置消費中，常用的淬火介質(zhì)有水、油、鹽類等，它們各有優(yōu)缺陷。如用油淬火，雖然對減小工件變形和開裂很有利，但對淬透性較差或尺寸較大的工件淬不硬，且油易老

9、化，對周圍環(huán)境的污染大，有發(fā)生火災(zāi)的危險。為此，要對原有淬火介質(zhì)的性能進展改良，并積極開發(fā)運用冷卻速度介于水和油之間、并可根據(jù)需求調(diào)整冷卻速度，同時又經(jīng)濟、平安、無污染的新型淬火介質(zhì)。 無機物水溶液淬火劑和有機聚合物淬火劑是新型淬火介質(zhì)的開展重點，特別是有機聚合物淬火劑的研討和運用尤為引人注目，其優(yōu)點是無毒、無煙、無臭、無腐蝕、不熄滅、抗老化、運用平安可靠、且冷卻性能好、冷卻速度可調(diào)、適用范圍廣、工件淬硬均勻、可明顯減少淬火變形和開裂傾向。從提高工件質(zhì)量、改善勞動條件、防止火災(zāi)和節(jié)能的角度思索，有機聚合物淬火劑有逐漸取代淬火油的趨勢，是淬火介質(zhì)的主要開展方向，尤其是對于水淬開裂、變形大，油淬不

10、硬的工件，采用有機聚合物淬火劑更是勝利的選擇。目前，世界上運用最多的是聚烷撐乙二醇(PAG類)淬火劑，它具有逆溶性，冷卻速度在鹽水和冷油之間，適用的淬火鋼種范圍廣，運用壽命長。還有聚丙烯酸鹽(ACR類)淬火劑、聚氧化吡咯烷酮(PVP類)淬火劑和聚乙基惡唑啉(PEO類)淬火劑等，也獲得一定程度的運用。 多年來，我國在淬火介質(zhì)的研討和運用方面，做了大量的任務(wù)，獲得了一定的成果，根本上滿足了熱處置消費的需求，但與國外的先進程度相比差距很大，并落后于熱處置其它技術(shù)領(lǐng)域的開展，是熱處置行業(yè)中的一個薄弱環(huán)節(jié)，今后該當(dāng)給予注重和加強。 3.2 改良老的淬火方法，采用新的淬火方法 為了使工件實現(xiàn)理想的冷卻，獲

11、得最正確的淬火效果，除根據(jù)工件所用的資料、技術(shù)要求、服役條件等，來合理選用淬火介質(zhì)外，還需不斷改良現(xiàn)有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高壓氣冷淬火法、劇烈淬火法、流態(tài)床冷卻淬火法、水空氣混合劑冷卻法、沸騰水淬火法、熱油淬火法、深冷處置法等，均能改善淬火介質(zhì)的冷卻性能，使工件冷卻均勻，獲得很好的淬硬效果，有效地減少工件的變形和開裂。 3.3 新資料與熱處置工藝的嚴密結(jié)合 低碳馬氏體是低碳低合金鋼經(jīng)劇烈淬火急冷后得到的一種顯微組織構(gòu)造，具有優(yōu)良的綜合機械性能以及良好的冷加工性和可焊性。近二十年來，我國開展了低碳馬氏體及其運用研討任務(wù)，獲得了很大的成果。例如，低碳馬氏體的強度比中碳調(diào)質(zhì)鋼高1/

12、3以上，且綜合性能良好，用來替代某些中碳調(diào)質(zhì)鋼(如高強度螺栓等)，可使構(gòu)件分量成倍減輕；低碳馬氏體還具有很高的耐磨性能，可用來制造某些要求耐磨性好的零件(如遷延機履帶板等)?？傊?，低碳馬氏體在石油、煤炭、鐵道、汽車、遷延機等部門運用廣泛，收到了提高性能、減輕分量、延伸運用壽命、簡化工藝、節(jié)約能源、節(jié)約合金元素、降低本錢等技術(shù)經(jīng)濟效果。 貝氏體鋼可以空冷自硬，并將冶金熱加工工序與產(chǎn)品成型制造工序相銜接，具有良好的強韌性配合、消費工序簡單、節(jié)約能源、污染少、本錢低等優(yōu)點，因此引起廣泛的注重。至今國際上空冷貝氏體鋼系列有兩類：一類是以英國P.B.Pickering為首于50年代發(fā)明的MO-B系貝氏體

13、鋼，但因鉬的價錢昂貴而使其開展遭到限制；另一類是以我國清華大學(xué)方鴻生教授為首于70年代初期發(fā)明的MN-B系貝氏體鋼，現(xiàn)己開展有低碳、中低碳、中碳、中高碳系列十多個鋼種，運用到耐磨鋼球、襯板、齒板、沖擊錘、刮板、截齒、離心鑄管、汽車前軸、連桿、液壓支架等，獲得了很好的技術(shù)效果和顯著的經(jīng)濟效益，成為貝氏體鋼開展的重要方向。目前我國MN-B系貝氏體鋼己到達年產(chǎn)15萬噸的規(guī)模，在“九五末期將到達70萬噸/年，占到全國特殊鋼產(chǎn)量的5%10%。 大連鐵道學(xué)院戚正風(fēng)教授等研制勝利無萊氏體高速鋼，其合金元素與普通高速鋼一樣，碳含量那么降低到鋼水凝固時不構(gòu)成共晶碳化物(萊氏體)、而又能在淬火回火后整體具有足夠的

14、強度、韌性與硬度的程度。這種鋼加工成刀具后，經(jīng)過滲碳，使表層得到70HRC的高硬度和6004次回火后仍能堅持 67HRC的紅硬性，同時得到55HRC高強韌性的心部，可使刀具運用壽命提高幾倍。 70年代我國與美國、芬蘭等國家同時研制勝利A-B球鐵，并獲得了實踐運用，由于A-B球鐵既具有較高的強度和硬度，又具有良好的塑性和韌性，因此被廣泛用于汽車、遷延機、內(nèi)燃機的齒輪、連桿、軸類等構(gòu)造件以及礦山磨球、錘頭等耐磨零件。80年代以后，國內(nèi)外又從A-B球鐵化學(xué)成分與熱處置工藝兩個方面深化進展研討。前者經(jīng)過提高合金成份來得到鑄態(tài)A-B球鐵，以期取消本錢高、工效低的等溫淬火工藝；后者那么努力完善熱處置工藝，

15、提高機械化和自動化程度，以提高消費效率。 3.4 熱處置的節(jié)能和環(huán)保 熱處置是機械制造業(yè)中耗能最多的工藝之一，在工業(yè)興隆國家，熱處置消費本錢的25%40%是能源本錢。 據(jù)統(tǒng)計，我國的熱處置設(shè)備中，電爐約占90%，裝機總?cè)萘考s為600萬KW，熱處置的年用電量近90億KW . H。由于我國的熱處置工藝和設(shè)備比較落后，能源利用率低，熱處置能耗程度為5001000KW . H/T，比工業(yè)興隆國家多23倍，因此節(jié)能的潛力很大。熱處置節(jié)能的途徑主要有：(1) 在熱處置工藝方面，改良老工藝，推行運用先進的節(jié)能新工藝；(2)在熱處置設(shè)備方面，改造或淘汰耗能高的落后設(shè)備，開展新型高效節(jié)能的新設(shè)備；(3)在消費組

16、織管理方面，合理組織熱處置的批量消費，力求集中和延續(xù)性消費，不斷提高熱處置的專業(yè)化消費程度。而搞好熱處置，努力提高熱處置質(zhì)量，延伸工件的運用壽命，那么是最大的節(jié)能。 開發(fā)和推行運用非調(diào)質(zhì)鋼，是80年代熱處置節(jié)能技術(shù)的一項艱苦進展。運用非調(diào)質(zhì)鋼，不僅能顯著節(jié)能，而且減少了消費工序，節(jié)省了資料耗費，降低了本錢，還可防止淬火時帶來的變形和開裂，提高了工件的質(zhì)量和運用壽命。目前，非調(diào)質(zhì)鋼多用于取代調(diào)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼，今后的開展趨勢是用非調(diào)質(zhì)強韌鋼來取代調(diào)質(zhì)合金構(gòu)造鋼，進一步擴展非調(diào)質(zhì)鋼的運用范圍。 熱處置消費對環(huán)境呵斥的污染很大，包括排出的廢氣、廢水、廢液、廢渣、粉塵、噪聲、電磁輻射等，且隨著消費的開展，

17、其危害也日益嚴重。研討和采用無污染、無公害的熱處置技術(shù)，并對排放的有害物質(zhì)進展有效控制和綜合治理，是消除熱處置污染的主要措施。 1989年結(jié)合國環(huán)境署決議在全世界推行清潔消費技術(shù)。所謂清潔消費技術(shù)，就是經(jīng)過對消費過程和產(chǎn)品的綜合防治，減少廢棄物產(chǎn)生，最大限制地維護自然環(huán)境和利用自然資源，即選取清潔的原料，采用清潔的工藝，實現(xiàn)清潔的消費過程，制造出清潔的產(chǎn)品。日本東京金屬技術(shù)研討所金武典夫博士經(jīng)過分析引起全球性的溫室效應(yīng)、空氣污染、酸雨等對環(huán)境呵斥的影響，提出了一種“節(jié)能-高效-環(huán)保型熱處置的綜合體系，它包括了預(yù)處置、熱處置、后處置、技術(shù)保證體系和環(huán)境管理體系，而其關(guān)鍵是將高新技術(shù)運用于熱處置消

18、費中。我國已把環(huán)境維護作為一項根本國策，并從1992年開場推進清潔消費技術(shù)。根據(jù)清潔消費技術(shù)的要求，我國現(xiàn)階段熱處置消費的主要控制目的應(yīng)是少無污染、少無氧化和節(jié)能，并應(yīng)把真空熱處置和可控氣氛熱處置作為熱處置行業(yè)“九五期間重點推行運用的清潔消費技術(shù)。 3.5 熱處置消費的自動化和專業(yè)化 電子計算機在熱處置中的運用，包括計算機輔助設(shè)計(CAD)、計算機輔助消費(CAM)、計算機輔助選材(CAMS)、熱處置事務(wù)辦公自動化(OA)、熱處置數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)等，它為熱處置工藝的優(yōu)化設(shè)計、工藝過程的自動控制、質(zhì)量檢測與統(tǒng)計分析等，提供了先進的工具和手段。計算機在熱處置中的運用，最初主要用于熱處置工藝程序和工

19、藝參數(shù)(溫度、時間、氣氛、壓力、流量等)的控制，如今也用于熱處置設(shè)備、消費線和熱處置車間的自動控制和消費管理，還有的用計算機進展熱處置工藝、熱處置設(shè)備、熱處置車間設(shè)計中的各種計算和優(yōu)化設(shè)計。在熱處置中引入計算機，可實現(xiàn)熱處置消費的自動化，保證熱處置工藝的穩(wěn)定性和產(chǎn)質(zhì)量量的再現(xiàn)性，并使熱處置設(shè)備向高效、低本錢、柔性化和智能化的方向開展。計算機在熱處置中的運用國外已非常普遍，例如，日本一家摩托車廠的熱處置車間，有延續(xù)式滲碳爐、周期式滲碳爐、延續(xù)軟氮化爐等共37臺設(shè)備，從開場送料，到最終產(chǎn)品檢驗，全部由計算機控制，每班只需求三個人操作，一人在計算機室內(nèi)擔(dān)任全部消費、技術(shù)和質(zhì)量管理，一人在現(xiàn)場巡回檢查

20、，一人擔(dān)任產(chǎn)質(zhì)量量檢驗，消費效率極高。我國在熱處置行業(yè)中運用計算機還是近十多年的事情，目前國內(nèi)研制消費的熱處設(shè)備已越來越多地引入了微機控制，極大地提高了設(shè)備的自動化程度和消費效率。在熱處置工藝過程的實時控制、計算機輔助設(shè)計、計算機模擬和數(shù)學(xué)模型的開發(fā)運用等方面，也獲得了一定的成果。機器人在熱處置中的運用，可以有效地改善工人的勞動條件，提高產(chǎn)質(zhì)量量和勞動消費率。目前主要是用來進展自動裝卸料。由于熱處置的消費環(huán)境差、勞動強度較大，也由于熱處置消費向自動化、集成化、柔性化的方向開展，因此，今后機器人在熱處置消費中的運用將日趨增多。 專業(yè)化消費是現(xiàn)代工業(yè)的根本特征之一，也是促進熱處置行業(yè)技術(shù)提高的一種

21、重要手段。目前工業(yè)興隆國家的熱處置專業(yè)化程度已到達80%以上，而且工業(yè)越是興隆的國家，其專業(yè)化程度也越高，而我國只需20%左右。即使這些為數(shù)不多的熱處置專業(yè)廠，也由于組織管理不善，設(shè)備利用率較低，新技術(shù)、新工藝采用不多，熱處置規(guī)范貫徹執(zhí)行不夠，能耗較高，產(chǎn)質(zhì)量量較差。因此，今后要有目的、有重點地扶持一批有條件的熱處置廠和車間，使其成為熱處置專業(yè)廠和協(xié)作點。對熱處置專業(yè)廠要進一步加強管理，積極采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，嚴厲按照規(guī)范化、規(guī)范化組織消費，構(gòu)成技術(shù)、經(jīng)濟和效力上的優(yōu)勢，充分發(fā)揚專業(yè)化消費的優(yōu)越性。此外，熱處置工藝資料，如各種淬火介質(zhì)、滲劑、維護涂料、清洗劑、加熱鹽、維護氣氛和可控氣氛的氣源等，也要固定消費單位，進展專業(yè)化消費，不斷提高質(zhì)量和擴展種類，并盡能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)格化、規(guī)范化、系列化。小結(jié) (1)我國的熱處置技術(shù)已得到了長足的開展，在熱處置的根底實際和某些熱處置新工藝、新技