热处理论文:组织热处理的理论及工艺论文

在实际热处理中，较多的是采用连续冷却热处理。为了对在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变进行定性分析，可以将铸铁的冷却曲线绘制到C曲线上。如图4所示，当冷却速度为V1时，冷却曲线与C曲线有b1和a1两个交点，分别表示珠光体转变结束和开始。将冷却速度提高到V2，转变温度降低，转变开始和结束时间都缩短。如果将冷却速度提高到临界冷却速度V''''c以上，则冷却曲线与转变终了线不相交，这说明一部分奥氏体转变为珠光体，而其余部分被过冷到Ms点以下转变为马氏体。虽然应用C曲线可以定性地分析过冷奥氏体连续冷却转变，但是由于连续冷却时奥氏体转变的孕育期与等温转变有所不同，上述分析在数值上存在着一定的偏差。因此，在分析过冷奥氏体连续冷却时比较多的是采用过冷奥氏体的连续冷却转变曲线（CCT曲线）。图5是共析成分奥氏体连续冷却转变曲线，为便于对比，图中还画出了C曲线。与其C曲线相比，连续冷却时转变开始时间和开始温度降低。图中CC''''线为转变中止线，表示冷却曲线与此线相交时转变并未完成，但奥氏体分解停止，剩余部分被冷却到更低的温度下转变为马氏体。许多因素都会影响奥氏体连续冷却转变曲线，如奥氏体化温度、化学成分、加热速度。因此，实际铸铁的连续冷却转变曲线与图5有比较大的出入。图6是一种球墨连续冷却转变曲线，冷却曲线下面的数据为硬度（HV10）。

铸铁的正火处理主要是为了增强其强度和耐磨性，主要用于灰铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。下面重点探讨灰铸铁、球墨铸铁的正火处理。（1）灰口铸铁的正火工艺灰口铸铁在提高加热温度后，可使奥氏体碳含量增加，从而使冷却后珠光体量增加，具体的加热温度根据灰口铸铁共晶渗碳体量不同而有所不同，当共晶渗碳体较多时，温度为900~950℃；当较少时，温度为850~900℃。保温时间一般为1~3小时。保温后采用冷却，这样可以使珠光体含量增加，冷却方式可采用喷雾冷却、风冷或空气冷却。（2）球墨铸铁的正火处理球墨铸铁的正火处理主要分四种：高温奥氏体化正火和两阶段正火所得到的基体组织都为少量铁素体（牛眼状）和少量铁素体；部分奥氏体化正火和高温不保温正火所得到的基体组织都为铁素体（破碎状）和珠光体。这四种球墨铸铁正火处理的目的和处理规范，如图7所示。

淬火是为了提高铸件的各种性能，如提高其耐磨性、硬度等。而回火是为了降低淬火中产生的应力，是一种后处理方法。（1）抗磨白口铸铁的淬火及回火工艺以不同牌号的抗磨白口铸铁为例。KmT-BCr2Mo1Cu1抗磨白口铸铁，转化退火工艺为：940~960℃保温1~6h，缓冷至760~780℃保温4~6h，缓冷至600℃以下出炉空冷，淬火工艺：960~1000℃保温1~6h，出炉空冷；回火工艺为：200~300℃保温4~6h，出炉空冷；KmTBCr15Mo2-DT抗磨白口铸铁，转化退火工艺：920~960℃保温1~8h，缓冷至700~750℃保温4~8h，缓冷至600℃以下出炉空冷，淬火工艺：920~1000℃保温2~6h，出炉空冷，回火工艺：200~300℃保温2~8h，出炉空冷；KmT-BCr20Mo2Cu1抗磨白口铸铁，转化退火工艺：920~960℃保温1~8h，缓冷至700~750℃保温4~10h，缓冷至600℃以下出炉空冷，淬火工艺：960~1020℃保温2~6h，出炉空冷，回火工艺：200~300℃保温2~8h，出炉空冷。（2）球墨铸铁的淬火及回火工艺球墨铸铁的淬火分为部分及完全奥氏体化后淬火两种。部分奥氏体化后淬火：加热到共析转变温度范围内（即加热时共析转变的上、下限之间），在淬火后为马氏体和少量分散分布的铁素体，再回火。270~350HB，aK20~40J/cm2；完全奥氏体化后淬火：一般加热到Ac1（加热时共析转变温度）上限以上30~50℃，普通球墨铸铁850~880℃，淬火后为马氏体组织，再回火。HRC＞50，aK10~20J/cm2。球墨铸铁的回火分为以下三种：低温回火（140~250℃）：马氏体逐渐分解，析出碳化物微粒，形成含碳量比淬火马氏体少的回火马氏体。最终组织为球墨、残余奥氏体和细针状回火马氏体；中温回火（350~500℃）：马氏体分解终了，形成一种混合组织，又称屈氏体，为细小弥散渗碳体质点和铁素体的混合物；高温回火（500~600℃，一般550~600℃）：马氏体析出的渗碳体显著地聚集长大，称为索氏体或回火索氏体。（3）等温淬火等温淬火可以最大限度地发挥材料潜力，使其具有较高的韧性、硬度、塑性和强度。等温淬火在白口铸铁生产过程中，可用于多种铸件的热处理，如衬板、犁铧、抛丸机叶片等。白口铸铁等温淬火的工艺：先将其在900℃奥氏体化，然后在等温转变温度下等温1~1.5小时后空冷。等温淬火在灰铸铁、蠕墨铸铁及球墨铸铁生产过程中主要是来获得残余奥氏体基体组织和贝氏体。要掌握好等温淬火时间，时间过短会使转化的贝氏体不足；时间过长会对材料的韧性产生影响。灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁等温淬火工艺是将铸铁加热到奥氏体化温度，保温后进行等温淬火。等温淬火温度要根据过冷奥氏体等温转变动力学曲线确定，提高奥氏体化温度，有利于形成上贝氏体组织，增加奥氏体化保温时间，可以提高材料的韧性。

总而言之，在改变基体组织时，必须严格按照有关理论知识和相关工艺，控制好正火、淬火和回火才能够有效增强基体组织的强度和耐磨性，提高铸件的各种性能（耐磨性、硬度等）。由此可知，改变基体组织热处理是铸铁热处理主要方法之一。

本文作者：王群陈志坚房应荣工作单位：科美（杭州）机械有限公司

热处理论文:钢热处理论文

的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。

第一节钢的热处理原理

热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）

1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；

2、表面热处理：包括表面淬火、物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)等；

3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

热处理的三阶段：加热、保温、冷却

一、钢在加热时的转变

加热的目的：使钢奥氏体化

（一）奥氏体（A）的形成

奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则Wc＝0.0218％（体心立方晶格F）Wc＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T上升到Ac1后Wc＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。

珠光体向奥氏体转变示意图

a)形核b)长大c)剩余渗碳体溶解d)奥氏体均匀化

（二）奥氏体晶粒的长大

奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1～10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

影响A晶粒粗大因素

1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理）

2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。

二、钢在冷却时的转变

生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却

（一）过冷奥氏体的等温转变

A在相变点A1以上是稳定相，冷却至A1以下就成了不稳定相。

1、共析碳钢奥氏体等温转变产物的组织和性能

共析钢过冷奥氏体等温

转变曲线的建立示意图

1）高温珠光体型转变：A1～550℃

（1）珠光体（P）A1～650℃粗层状约0.3μm<25HRC

（2）索氏体（S）650～600℃细层状0.1～0.3μm，25～35HRC

（3）屈氏体（T）600～550℃极细层状约0.1μm，35～40HRC

2）中温贝氏体型转变：550℃～Ms

（1）上贝氏体（B上）550～350℃羽毛状40～45HRC脆性大，无使用价值

（2）下贝氏体（B下）350~Ms黑色针状45～55HRC韧性好，综合力学性能好

（3）低温马氏体型转变：Ms～Mf当A被迅速过冷至Ms以下时，则发生马氏体（M）转变，主要形态是板条状和片状。（当Wc＜0.2％时，呈板条状，当Wc＞1.0％呈针片状，当Wc＝0.2％～1.0％时，呈针片状和板条状的混合物）

（二）过冷奥氏体的连续冷却转变

1．共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和性能

（1）随炉冷P170～220HBS（700～650℃）

（2）空冷S25～35HRC（650～600℃）

\共析碳钢连续冷却转变曲线应用等温转变曲线分析奥氏体在连续冷却中的转变

2．马氏体转变

当冷速>马氏体临界冷却速度VK时，奥氏体发生M转变，即碳溶于α—Fe中的过饱和固溶体，称为M（马氏体）。

1）转变特点：M转变是在一定温度范围内进行（Ms～Mf）,M转变是在一个非扩散型转变(碳、铁原子不能扩散）,M转变速度极快（大于Vk）,M转变具有不完全性（少量的残A）,M转变只有α－Fe、γ－Fe的晶格转变.

（2）M的组织形态

Wc（％）M形态σb/Mpaσs/MPaδ(%)Ak/JHRC

0.1-0.25板条状1020－1530820－13309－1760－18030－50

0.77片状2350204011066

(3)M的力学性能

①M的强度与硬度随C的上升M的硬度、强度上升

②M的塑性与韧性：低碳板条状M良好；板条状M具有较高的强度、硬度和较好塑性和韧性相配合的综合力学性能；针片状M比板条M具有更高硬度，但脆性较大，塑、韧性较差。

第二节钢的退火

1、概念：将钢件加热到适当温度(Ac1以上或以下)，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，

（2）细化晶粒，消除组织缺陷

（3）消除内应力

（4）为淬火作好组织准备

3、类型：根据加热温度可分为在临界温度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火、均匀化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。

（1）完全退火：

1）概念：将亚共析钢（Wc＝0.3％～0.6％）加热到AC3+（30～50）℃，完全奥氏体化后，保温缓冷（随炉、埋入砂、石灰中），以获得接衡状态的组织的热处理工艺称为完全退火。

2）目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工艺：完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在Ar1以下较主温度范围内转变为珠光体。工件在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，即工件心部达到要求的加热温度，而且要保证全部看到均匀化的奥氏体，达到完全重结晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至600℃左右即可出炉空冷。

4）适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、锻、轧制件等。

（2）球化退火

1）概念：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化退火。

2）工艺：一般球化退火工艺Ac1+(10～20)℃随炉冷至500～600℃空冷。

3）目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。

4）适用范围：主要用于共析钢、过共析钢的刃具、量具、模具等。

（3）均匀化退火（扩散退火）

1）工艺：把合金钢铸锭或铸件加热到Ac3以上150～100℃，保温10～15h后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。

2）目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。由于加热温度高、时间长，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。

3）适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。

4）注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高。只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。

（4）去应力退火

1)概念：为去除由于塑性变形加工、焊接等而造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。

2)工艺：将工件缓慢加热到Ac1以下100～200℃（500～600℃）保温一定时间（1～3h）后随炉缓冷至200℃，再出炉冷却。

钢的一般在500～600℃；铸铁一般在500～550℃超过550℃容易造成珠光体的石墨化；焊接件一般为500～600℃。

3）适用范围：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。

第三节钢的正火

1、概念：将钢件加热到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保温适当时间后；在静止空气中冷却的热处理工艺称为正火。

2、目的：细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。

3、组织：共析钢P、亚共析钢F+P、过共析钢Fe3CⅡ＋P

4、工艺：正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准

，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。

5、应用范围：

1）改善钢的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工时易于“粘刀”，通过正火处理，可以减少自由铁素体，获得细片状P，使硬度提高，改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。

2）消除热加工缺陷。中碳结构钢铸、锻、轧件以及焊接件在加热加工后易出现粗大晶粒等过热缺陷和带状组织。通过正火处理可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。

3）消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火。过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于机械加工并为淬火作好组织准备。但当过共析钢中存在严重网状碳化物时，将达不到良好的球化效果。通过正火处理可以消除网状碳化物。

4）提高普通结构零件的机械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可以代替调质处理，作为零件的最终热处理。第四节钢的淬火

1、定义：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间。然后以适当速度冷却获得M或B组织的热处理工艺。2、目的：显著提高钢的强度和硬度。

3、淬火温度的选择

1）碳钢的淬火加热温度由Fe－Fe3C相图来确定，其目的是为了①淬火后得到全部细小的M；②淬火后希望硬度高。

①亚共析钢Ac3+(30～50)℃,可获得细小的均匀的M，如温度过高则有晶粒粗化现象，淬火后获得粗大的M，使钢的脆性增大；如温度过低则淬火后M+F，有铁素体出现，淬火硬度不足。

②共析钢与过共析钢Ac1+(30～50)℃，由于有高硬度的渗碳体和M存在，能保证得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Accm将会使碳化物全部溶入A中，使A中的含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢的硬度和耐磨性；淬火温度过高，奥氏体晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有显微裂纹的粗片状马氏体，使钢的脆性增大。

2）合金钢

①对含有阻碍奥氏体晶粒长大的强碳化物形成元素（如Ti、Nb等），淬火温度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，获得较好的淬火效果.

②对含有促进奥氏体晶粒长大的元素（如Mn等），淬火加热温度应低一些，以防止晶粒粗大。

理想冷却速度：650℃以上应当慢冷，以尽量降低淬火热应力。650～400℃之间应当快速冷却，以通过过冷奥氏体最不稳定的区域，避免发生珠光体或贝氏体转变。400以下至Ms点附近应当缓以尽量减小马氏体转变时产生的组织应力。具有这种冷却特性的冷却介质可以保证在获得M组织条件下减少淬火应力、避免工件产生变形或开裂。

4、淬火介质

淬火介质：钢从奥氏体状态冷至Ms点以下所用的冷却介质。常用的有三种：

水：650～400℃范围内冷却速度较小，不超过200℃/s，但在需要慢冷的马氏体转变温度区，其冷却速度又太大，在340℃最大冷却速度高达775℃/s，很容易引起工件变形和开裂。此外，水温对水的冷却特性影响很大，水温升高，高温区的冷却速度显著下降，而低温区的冷却速度仍然很高。因此淬火时水温不应超过30℃，加强水循环和工件的搅动可以加速工件在高温区的冷却速度。水虽不是理想淬火介质，但却适用于尺寸不大、形状简单的碳钢工件淬火。

油：在650～550℃内冷却较慢，不适用于碳钢，300～200℃范围内冷很慢，有利于淬火工件的组织应力，减少工件变形和开裂倾向。与水相反，提高油温可以降低粘度，增加流动性，故可以提高高温区的冷却能力。但是油温过高易着火，一般应控制在60～80℃。适用于对过冷奥氏体比较稳定的合金钢。

水与油作为淬火介质各有优缺点，但均不是属于理想的冷却介质。水的冷却能力很大，但冷却特性不好；油冷却特性较好，但其冷却能力又低。由于水是价廉、容易获得、性能稳定的淬火介质，因此

目前世界各国都在发展有机水溶液作为淬火介质。美国应用浓度为15％聚乙烯醇、0.4％抗粘附剂、0.1％防泡剂的淬火介质，以及国内使用比较广泛的新型淬火介质有过饱和硝盐水溶液等。它们的共同特点是冷却能力介于水、油之间，接近于理想淬火介质。主要用于贝氏体等温淬火，马氏体分级淬火，常用于处理形状复杂、尺寸较小和变形要求严格的工件。

5、淬火方法（常用的淬火方法：单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火）

1、单介质淬火

优点：操作简单、易实现机械化、应用广泛。

缺点：水中淬火变形与开裂倾向大；油中淬火冷却速度小，淬透直径小，大件无法淬透。

2、双介质淬火

优点：减少热应力与相变应力，从而减少变形、防止开裂。

缺点：工艺不易掌握，要求操作熟练。

适用于中等形状复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢工件。

3、局部淬火

为了避免工件其它部分产生变形或开裂，即可用局部淬火。

4、马氏体分级淬火

优点：使过冷奥氏体在缓冷条件下转变成马氏体，从而减少变形。

缺点：只适用于尺寸较小的零件，否则淬火介质冷却能力不足，温度也难于控制。

5、马氏体等温度淬火优点：下贝氏体的硬度略低于马氏体，但综合力学性能较好，应用广泛。

6、钢的淬透性与淬硬性

（一）淬透性：决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，即应该是全淬成马氏体的深度。

1.影响淬透性因素

（1）钢的化学成分。除Co以外的合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体稳定性，降低马氏体临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。

（2）奥氏体化条件。提高奥氏体的温度，延长保温时间，使奥氏体晶粒粗大，成分均匀，残余渗碳体和碳化物的溶解彻底，使过冷奥氏体起稳定，使C曲线越向右移，马氏体临界冷却速度就越小，则钢的淬透性越好。

2.淬透性表示方法。常用临界直径大小来定理的比较不同钢种的淬透性大小。临界直径是指钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体（或50％马氏体）组织的最大直径。用Dc表示。在同一冷却介质中，钢的临界直径越大，其淬透性越好；但同一钢种在冷却能力大的介质中，比冷却能力小的介质中所得的临界直径要大些。

牌号临界直径/mm

淬水淬油

4513～16.55～9.5

20Cr12～196～12

3.淬透性的实用意义：

1）淬透——性能均匀一致

2）未淬透——韧性降低

（二）钢的淬硬性：钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。

值得注意的：钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。淬透性好的钢其淬硬性不一定高，而淬火后硬度低的钢也可能是具有高的淬透性。

7、钢的淬火缺陷及其防止措施

1.淬火工件的过热和过烧

过热：工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷。

由于过热不仅在淬火后得到粗大马氏体组织，而且易于引起淬火裂纹，因此，淬火过热的工件强度和韧性降低，易于产生脆性断裂。轻微的过热可用延长回火时间补救。严重的过热则需进行一次细化晶粒退火，然后再重新淬火。

过烧：淬火加热温度太高，使奥氏体晶界局部熔化或者发生氧化的现象。

过烧是严重的加热缺陷，工件一旦过烧无法补救，只能报废。过烧的原因主要是设备失灵或操作不当造成的。高速钢淬火温度高容易过烧，火焰炉加热局部温度过高也容易造成过烧。

2.淬火加热时的氧化和脱碳

淬火加热时，钢件与周围加热介质相互作用往往会产生氧化和脱碳等缺陷。氧化使工件尺寸减小，表面光洁度降低，并严重影响淬火冷却速度，进而使淬火工件出现软点或硬度不足等新的缺陷。工件表面脱碳会降低淬火后钢的表面硬度、耐磨性，并显著降低其疲劳强度。因此，淬火加热

时，在获得均匀化奥氏体时，必须注意防止氧化和脱碳现象。在空气介质炉中加热时，防止氧化和脱碳最简单的方法是在炉子升温加热时向炉内加入无水分的木炭，以改变炉内气氛，减少氧化和脱碳。此外，采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面，或是在工件表面热涂硼酸等方法都可有效地防止或减少工件的氧化和脱碳。

3.淬火时形成的内应力

有两种情况：①工作在加热或冷却时，引起的热应力。

②由于热处理过程中各部位冷速的差异引起的相变应力。

当两力相复合超过钢的屈服强度时，工件就变形；当复合力超过钢的抗拉强度时，工件就开裂。

解决办法：①工件在加热炉中安放时，要尽量保证受热均匀，防止加热时变形；

②对形状复杂或导热性差的高合金钢，应缓慢加热或多次预热，以减少加热中产生的热应力；

③选择合适的淬火冷却介质和淬火方法，以减少冷却中热应力和相变应力。

但淬火不是最终热处理，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度和韧性配合的性能，需要配以不同温度的回火。钢淬火后再经回火，是为了使工件获得良好的使用性能，以充发挥材料的潜力。所以淬火和回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。

第五节钢的回火

1、定义：钢件淬火后，再加热到A1以下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。

2、目的：

1）稳定组织，消除淬火应力

2）调整硬度、强度、塑性、韧性

3、淬火钢在回火时组织的转变

1）马氏体的分解（＞100℃）

2）残余奥氏体的转变（200～300℃）

3）碳化物的转变（250～450℃）

4）渗碳体的聚集长大和铁素体再结晶（＞450℃）

4、钢在回火时性能变化

1）回火方法：

（1）低温回火（150～250℃），组织是回火马氏体，和淬火马氏体相比，回火马氏体既保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性，又适当提高了韧性。硬度为58～64HRC，主要用于高碳钢，合金工具钢制造的刃具、量具、模具及滚动轴承，渗碳、碳氮共渗和表面淬火件等。

（2）中温回火（350～500℃），组织为回火屈氏体，对于一般碳钢和低合金钢，中温回火相当于回火的第三阶段，此时碳化物开始聚集，基体开始回复，淬火应力基本消除。硬度为35～50HRC，具有高的弹性极限，有良好的塑性和韧性，主用于弹性件及模具处理。

（3）高温回火（500～650℃），组织为回火索氏体，硬度为220～330HBS。淬火和随后的高温回火称为调质处理，经调质处理后，钢具有优良的综合机械性能。因此，高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢，用来制作汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿

轮等重要的机器零件。钢经正火后和调质后的硬度很相近，但重要的结构件一般都要进行调质而不采用正火。在抗拉强度大致相同情况下，经调质后的屈服点、塑性和韧性指标均显著超过正火，尤其塑性和韧性更为突出。

2）回火时间：一般为1～3h

3）回火冷却：一般空冷。一些重要的机器和工模具，为了防止重新产生内应力和变形、开裂，通常都采用缓慢的冷却方式。对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。

5、回火脆性

第一类回火脆性：300℃左右，无法消除，低温回火脆性。产生这类回火脆性的原因，一般认为在此回火温度范围内碳化物以断续的薄片沿马氏体片或马氏体条的界面析出，这样硬而脆的薄片与马氏体间结合较弱，降低了马氏体晶界处强度，因而使冲击韧性降低。

第二类回火脆性：400～500℃，，高温回火脆性。产生这类原因是由于经高温回火后缓冷通过脆化温度区所产生的脆性。办法：快冷；提高钢的纯洁度，减少有害元素的含量等。

第六节实习心得

“纸上得来终觉浅，绝知此事需躬行”通过这次到工厂参观实习让我了解了很多。真的，有许多东西看似已经懂了，但真正到了实际却又是另一种情况。有时自己认为自己已掌握的东西可能仅是一些肤浅的表面或总体的一个方面，甚至有时是错误的认识，而如果没有实地考察实践，我们是无法发现这些问题的。这次实习给我们每个人一个很好的机会学习那些书本上不能学到的知识，通过我们自己的参观，还查找各种图书资料以及到网上搜寻相关资料，使我们的知识得以巩固和完善，不仅增长了我们的见识，而且对生产操作有了一定的直观认识，对工人也有了一中全新的认识。感谢领导、老师给我们这次充实自己、增长见识的机会！同时我也希望系里能为我们提供更多的实习机会，让我们在实际生产中得到锻炼。

热处理论文:发电机集电环发热处理论文

电刷在集电环上运行时，在其接触面上形成一层均匀、适度、稳定的氧化膜，这是电机运行良好的主要标志之一。因为这层氧化膜的存在，改变了电刷与集电环的接触特性、减少了摩擦、降低磨损、延长使用寿命。氧化膜是一种复合薄膜，其组成成分与电刷型号及集电环的材料成分有关。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范围内，一般为25nm.用电子显微镜观察发现，电刷与集电环接触面是由无数个点相接触，一般接触面只有电刷总面积的千分之几左右。接触面积的大小，由电机的转速、集电环材质的硬度、加工精度、偏摆度、电刷的材质、电刷上的压力大小等因素来决定。

有研究发现，外加电压小时，氧化膜绝缘，当电压升高到一定值时，氧化膜被击穿。当击穿后，不管电流如何增加，由于导电点的增加、导电面积的扩大，则接触电压保持恒定。

氧化膜具有非常好的润滑性能，电刷与集电环接触表面起润滑作用的润滑层主要是石墨膜，这层石墨膜，将电刷与集电环分开，使摩擦在石墨润滑层间进行，降低了摩擦系数，减少了摩擦热的产生，减少了电刷的磨损。电刷的过热故障，很多情况是由于氧化膜被破坏且无法重新建立导致的。

一、电刷及集电环常见故障的原因及解决办法

电刷在运行中最常见的故障为发热、产生火花、严重的烧损电刷刷握及集电环。从产生过热故障的原因看，主要有以下几个方面：

1、由于通风不良导致的发热：通风不良主要是因为冷却风道堵塞，集电环表面通风沟、通风孔堵塞、循环风扇风量下降等原因，尤其是当运行中集电环表面温度过高时，导致电刷磨损加剧，碳粉积聚增加，有可能会堵塞上述集电环表面的散热通道。因此在大小修时，应对集电环表面通风沟、孔以及冷却风道滤网进行清理，保持通畅。对于经过多次车削的集电环，如果集电环表面的通风沟高度不到5mm，已经车削到径向限制孔时，就应当按照说明书根据最小使用外径进行更换，以保证集电环的机械及散热可靠性。

2、由于接触电阻过大或分布不均匀而产生的发热：集电环和电刷是通过相互滑动接触导通励磁电流的，根据容量及型号的不同，每个集电环上大约分布着数十只电刷，由于接触电阻的不同，电流分配的差异，会导致发热不均匀，有以下几个原因：（1）电刷与滑环表面接触电阻、电刷与刷辫接触电阻、刷辫与刷架引线接触电阻过大。可通过测量单个电刷总压降、电刷接触压降、刷体压降、联结压降、刷辫压降进行相互间对比来检查。同时检查回路中各螺丝是否紧固。检查电刷接触面的清洁程度，是否存在油污污染。（2）电刷压力不均匀或不符合要求，可能有电刷过短、弹簧由于过热变软老化失去弹性等原因。应使用弹簧秤检查电刷压力。恒压弹簧应完整无机械损伤，压力应符合其产品的规定，同一极上的弹簧压力偏差不宜超过5％；非恒压的电刷弹簧，有规定时压力应符合其产品的规定，当无规定时，应调整到不使电刷冒火的最低压力，一般为140－250g/cm2，同一刷架上每个电刷的压力应均匀。（3）集电环与转子引线接触电阻过大，这种情况应对集电环与转子引线间的紧固螺丝进行加固。（4）电刷材质不良、导电性能差、使用的型号不符合要求或者使用了不同型号的电刷。同一电机上应使用同一型号、同一制造厂的电刷，对于外观检查有明显差异的电刷应更换。

3、由于机械及摩擦等原因造成的过热：集电环与电刷过热故障中，很大一部分是由于机械及摩擦等原因导致的过热，如果在开机时还未加励磁，就已经发现集电环与电刷温度高，或者在运行中温度过高，拔出几只电刷后，温度反而降低，那就基本可以肯定是由于机械及摩擦原因导致的。机械及摩擦导致发热的情况很复杂，主要有以下几个方面：（1）电刷接触面研磨不良或运行中一次更换过多的电刷。运行中更换电刷，在同一时间内，每个刷架上只允许更换1－2个电刷。换上的新电刷应事先在与集电环直径相同的模型上研磨好，且新旧牌号须一致。如果在大修时一次更换的电刷很多，应当在投运前冲转时，为电刷表面形成氧化膜留够充足的时间。（2）电刷与集电环接触面过小，接触面积一般不应小于单个电刷截面的75％。（3）电刷在刷盒中摇摆或动作卡涩。电刷在刷握内应能上下自由移动，其间隙应符合产品的规定，当无规定时，其间隙可为0.10－0.20mm.电刷外形要方正，上下端尺寸误差不得大于0.05mm.（4）刷握与集电环表面间隙过大。由于电刷材质较脆，当刷握与集电环表面间隙过大时，运行中电刷不能整体接触集电环，与集电环呈斜面接触，容易造成电刷崩裂的情况。刷握与集电环表面的间隙应符合产品技术要求，当产品无规定时，其间隙可调整为2－3mm.调整间隙时，可使用一层2－3mm厚的橡胶垫附在集电环表面，将刷握抵到橡胶垫上，然后上紧定位螺丝，取出橡胶垫。

二、几起集电环、电刷故障的分析及建议

1、加强对电刷表面氧化膜的认识，创建其形成和正常工作的条件：近期发生的几起故障，主要原因是因为电刷表面的氧化膜润滑层无法形成，氧化膜的形成需要一些条件，当条件不满足时，氧化膜无法形成或形成不良，主要有以下几个原因：（1）温度过高：电刷的氧化膜一般在70℃左右较易形成，当集电环、电刷出现过热故障时，通常温度都在150℃以上，此时即便换上新的电刷，氧化膜也不易形成，无法起到润滑作用，电刷磨损将加剧，导致温度继续升高，成为恶性循环。此时可采取外部强迫降温的方法，譬如涂抹凡士林、大功率风扇通风等手段，使集电环温度降到正常范围内，持续一段时间，让电刷表面氧化膜逐渐形成，使之进入良性循环状态。（2）冷却空气中有污染性杂质：空气中的杂质对电刷表面氧化膜的形成将带来不利影响，这些杂质包括：硫化物或卤族元素的腐蚀性气体、空气中油气混合物、粉尘、铁屑、铁锈粉尘、碳粉等其他杂质。电刷磨损时，本身会产生碳粉的粉尘杂质，可采用在刷架罩冷却通风循环通道上安装过滤装置来改善刷架罩内的空气质量。（3）空气湿度太低或含氧量太低：电刷表面氧化膜的形成需要空气中有一定的水分含量，即空气湿度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要与空气中的氧气发生氧化作用而产生，当含氧量过低时也不利于氧化膜的形成。

氧化膜无法形成或形成不良除与上述因素有关外，还有电刷过度研磨、使用溶剂进行擦拭、集电环表面光洁度不良以及碳刷材质不合格等原因。

2、电刷及刷架产品在选购过程中应严格控制质量：目前同一品牌的电刷，都是在各个不同的地方、不同的工厂加工的。这就要求我们在进货过程中对产品质量严格把关，对生产厂家的工艺和质量检测手段及程序进行了解。

3、生产运行中加强对集电环及电刷的维护管理：加强电刷、集电环系统的专职维护制度，提高专责人的技术水平，严格按照《汽轮发电机运行规程》的要求对集电环、电刷进行检查和运行维护，一次更换电刷的数量要严格控制。另外要积极运用红外热成像技术进行集电环、电刷日常的巡检检查以及对故障部位有怀疑时作为辅助分析的工具。

另外，本次会议还就定子绝缘引水管结垢提出分析建议：

1、当发现绝缘引水管结垢很严重时，或者已经影响到常规预试结果时，建议全部更换新的绝缘引水管。

2、发电机每次大修结束后，开机前定子水系统应使用除盐水进行带压力反复冲洗，直至排水清澈无颗粒，电导率合格。

3、发电机正常运行期间累积运行时间达到两个月遇有停机机会时，对定、转子内冷水系统进行反冲洗。

4、完善发电机整个冷却水系统，应尽可能使其密闭循环，运行中水质含铜量高，绝缘引水管内壁脏污结垢主要成分为铜，是因为水路不密闭，长期氧化腐蚀铜管导致。

5、加强运行中水质监控，内冷水质应严格按照运行规程执行。

6、对于水系统问题的解决应主要从平时运行维护抓起，各专业间应进行必要的沟通交流，对相互专业交叉知识部分应当有一定的了解。发电机是一个综合设备，关系到很多的专业层面，在某一个专业看来很重要的问题，也许并不能得到其他专业的重视，这就对设备的安全运行造成了很多隐患。

热处理论文:金属材料热处理技术的发展趋势

摘要：随着社会不断发展，人们对机械制造行业的重视程度逐渐提升，其根本原因在于机械制造行业与其他行业之间存在一定关联性，这也从侧面说明，保证机械制造行业稳定发展，对提升当地经济发展水平起到不可忽视的作用。金属材料作为机械制造行业中常见材料，对促使机械制造行业发展有着无可替代的作用。对于机械制造行业再来说，热处理是金属材料加工过程中常用手段，这项技术手段能够实现金属材料自身性能优化改善的目的。当前金属材料热处理技术已然成为机械制造行业重点研究对象，在实施金属材料热处理过程中引入新型工艺手段和设备，能够避免金属材料热处理过程中出现问题，对促使机械制造行业发展具有一定现实意义。

关键词：金属材料；热处理；现状；发展

在机械制造行业不断发展的条件下，我国环境问题越来越严重，能源消耗速度大幅度提升，这对我国社会发展等方面都有很大的影响。而金属材料热处理能够有效缓解环境污染和能源物质消耗速率过大等问题，有效实现机械制造行业可持续发展的目的。

1金属材料的应用金属材料

根据用途以及自身性能可分为多种类型。大多数金属材料具有较强的硬度以及优良的可塑性，同时在耐高压、耐冷热、可导性、可塑造和锻造等方面都具有其他材料不可比拟的优势。金属材料是国家的重要物资，是机械工业发展的基础。以下以多孔金属材料和纳米金属材料的应用来做简单分析。

1.1多孔金属材料

在目前所有金属材料的应用中，多孔金属材料的使用占有金属材料主要市场，同时它也是在众多金属材料中发展最快的一种，由于多孔金属材料自身的多功能性，使得它能够较容易的进行孔径大小的调节而形成良好的“承受力度”，尤其在耐腐蚀、耐高温以及耐高压方面表现的尤为优异。因此，多孔金属材料被大量生产于防燃防爆、高性能的过滤器以及各种液体试液容器中，应用于现代医疗、能源、原子能等方面。

1.2纳米金属材料

纳米金属材料是由纳米技术所支持，制造出具有纳米和金属性能的材料，可以说纳米金属材料的产生是对金属材料性能进行了一次“革命”，纳米技术融入金属材料中，从而大幅度提高了金属材料的综合力学性能以及理化性能。从性能的提升方面看，纳米金属材料具有更高的强度以及耐磨性，纳米技术改变金属材料的内在构造和组织，以至于纳米金属材料的摩擦力几乎为零，大大减少了材料在使用过程中的损耗。另外纳米技术材料由于表面及其的“光滑”，使大多数的接触物不能附着在上面。纳米金属材料所具有的这些优良的特性，已被广泛的应用于精密产品的生产中，尤其是航空、医疗、机械等方面的需求。

2我国金属材料热处理技术的现状

众所周知，金属材料热处理的根本作用在于改善金属材料自身属性和结构状态，使得金属材料符合机械制造行业全部需求。一般来说，在实施金属材料热处理技术时，还需要在其中添加一些特殊材料，确保金属材料稳定性、刚性等性能指数有所提升。对于金属材料热处理技术来说，不仅仅包括对金属材料进行加热处理，还包括保温和冷却处理两个方面，因此，在实施金属材料热处理时，需要对金属材料原有性能综合分析，并按照机械制造行业要求制定金属材料热处理方案，降低金属材料在热处理工程中出现问题的可能。就目前来看，我国机械制造行业在实施金属热处理技术时，还存在一些不完善的地方，这对金属材料热处理效果和材料自身性能等方面都有难以磨灭的影响，以下笔者将针对于金属材料热处理过程中存在的问题进行详细的论述。

2.1能源消耗大，能源利用率低

相关数据表明，在社会不断发展的过程中，国有金属材料热处理企业的数量呈现秩序上涨的趋势，迄今为止，我国现存金属材料热处理企业已经达到2万多家。这一数据表明在金属材料热处理企业同时运行过程中，势必造成资源消耗速度提升，对国有资源储量等方面有着不可忽视的影响。加上金属材料属于有限资源的一种，在金属材料不断消耗的条件下，势必造成金属材料供不应求现象，对各个企业发展也有很大的影响。理论上来说，我国机械制造行业发展与发达国家相比还存在一定差距，而且我国各个行业对资源利用率的重视程度不高，诸多因素导致各个行业在实施金属材料热处理过程中消耗大量能源物质，对生态环境和企业整体效益等方面都有非常严重的影响。

2.2设备落后，技术水平较低

在进行金属材料热处理时，按照金属材料原有性能选取适当的设备至关重要，这样能够避免金属材料在热处理过程中出现问题，对提升金属材料热处理效率也起到不可忽视的作用。由于金属材料热处理设备昂贵，很多企业在实施金属材料热处理过程中仅仅采用较为陈旧的设备，而且相应工作人员对金属材料热处理技术的了解程度不足，实施设备操作技术水平低下，种种因素都会影响金属材料热处理效果。由于大多数金属材料热处理企业的规模较小，在实施金属材料热处理过程中，受到企业规模和企业资金持有量的限制，导致金属材料热处理技术不能发挥自身最大的作用，对我国机械制造行业发展产生阻碍。另外，利用落后的设备进行金属材料热处理，还会加大环境污染力度，造成金属能源物质大规模消耗，不符合金属可持续发展战略要求。

2.3专业技术人员匮乏

对于金属材料热处理来说，这一技术手段本身涵盖多个环节，因此，在实施金属材料热处理之前，需要相关工作人员对金属材料内部分子结构和金属材料物理形态等方面有一个全面的了解，严格控制金属材料热处理过程中出现问题的可能。除此之外，相关人员在实施金属材料热处理技术之前，需要对相关人员进行综合培训，培训目的在于提升相关人员专业技术水平，确保金属材料热处理技术效果能够充分发挥出来。但是大多数企业为了减少员工培训支出。没有按照相关规定对工作人员进行培训，导致相关工作人员技术水平低下，甚至有部分小型企业缺乏金属材料热处理专业技术人员，影响金属材料热处理技术效果。就目前来看，机械制造行业相关人员专业技术水平较低，老员工数量较多，这些工作人员对新型设备的了解严重不足，在实施金属材料热处理技术时出现问题的可能性大大提升。而且，新老技术人员之间的沟通力度不强，一旦金属材料热处理技术在实施过程中出现问题，由于技术人员之间的沟通力度不足，会导致金属材料热处理技术问题无限扩大，影响该项技术手段实施效果。针对于这一点，在机械制造行业不断发展的过程中，必须引进专业技术人才，实现企业改革创新的目的，确保金属材料热处理技术在机械制造行业中发挥自身最大的作用。

3金属材料热处理技术的发展

传统的金属材料热处理技术在本质上还存在一些问题，这些问题对金属材料热处理技术效果和技术处理的顺利性等方面都有很大的影响，基于此，在实施金属材料热处理技术时，需要按照机械制造行业要求引入金属材料热处理新技术和新型处理设备，降低金属材料热处理过程中出现问题的可能，借以促使金属材料热处理技术得到更好的发展。

3.1金属材料热处理新工艺

在社会和科学技术不断发展的今天，传统金属材料热处理技术有很大的创新，金属材料热处理新工艺逐渐取代传统金属材料热处理技术，在我国机械制造行业中占据举足轻重的地位。而且引用新型金属材料热处理技术，能够改善金属材料固有性能的同时，使得金属材料隐藏性能显现出来，确保金属材料在机械制造行业中有更加广泛的应用。大多数机械制造企业在实施金属材料热处理技术时，要求保留金属材料化学成分，在这个过程中需要应用到离子束表面改性技术，其根本原因在于这项技术手段能够在实现金属材料热处理的过程中，保留材料固有性质，降低金属材料损耗度。对金属材料表面进行离子束改造，使得金属材料表面性能得以改善，借以满足机械制造行业的全部需求。除了离子束表面改性技术，金属材料热处理新工艺还包括化学热处理薄层渗透技术、激光热处理技术和真空热处理技术这三种，这三种技术能够在一定条件下实现金属材料整体性能提升的目的，降低机械制造过程中金属材料出现形变现象的可能。为提升相关工作人员对这三项金属材料热处理新工艺的了解程度，以下笔者将对这三项新型技术手段进行详细的论述。

3.1.1化学热处理薄层渗透技术

在对化学热处理薄层渗透技术深入研究中，明确这一技术手段能够在根本的角度上保证金属材料整体性能。对于传统金属材料热处理技术来说，在实施金属材料热处理时所添加的化学元素，会导致金属材料本身性能受到影响。而化学热处理薄层渗透技术的出现，能够从一定程度上降低化学元素对金属材料造成对的影响，确保金属材料在机械制造加工过程中有广泛的应用。而且化学热处理薄层渗透技术，还能够在一定程度上减少金属材料热处理过程中产生对的化学污染，进一步实现金属材料热处理节能减排效果，对于推动机械制造行业可持续发展也起到不可忽视的作用。

3.1.2激光热处理技术

激光热处理技术顾名思义就是利用激光手段实施金属材料热处理，这种技术手段只能改对金属材料表面性质进行改善处理。也就是说采取激光热处理技术，能够在一定程度上避免金属材料整体性能发生改变，实现保障金属材料自身性能的目的。另外，在实施激光热处理技术的同时，金属材料表面性质发生很大的改变，使得金属材料的硬度、强度和其他物理性质得以优化，在一定程度上弥补传统金属热处理技术上的不足。将激光热处理技术与计算机技术进行有效结合，能够在保证金属材料热处理效果的同时，实现金属材料热处理技术向着自动化方向转变的目的，减少金属材料热处理过程中人力和时间的投入量。

3.1.3真空热处理技术金属氧化现象

作为金属热处理工艺中常见问题，这种现象对金属材料自身性质和加工稳定性等方面都有很大的影响。为降低金属材料在热处理加工时出现金属氧化现象的可能，应在真空条件下进行金属材料热处理工艺，这样不仅仅能够避免金属材料氧化，还能够实现节约金属资源的目的。对于真空热处理技术来说，具体做法在于对金属材料热处理环境进行空气抽取，并在这个过程中添加适当的惰性气体，从根本的角度上降低金属材料热处理过程中出现金属氧化现象的可能。

3.2金属材料热处理新设备为保证新型工艺手段

在金属材料热处理中发挥自身最大的作用，引入适当的新型设备至关重要。在实施金属材料热处理新工艺时，需要对新型设备结构和设备所处环境等因素综合分析，确保新型设备具备真空和耐高温高压的特性，借以满足金属材料热处理新工艺的全部需求。另外，不同金属材料热处理设备所表现的形式和热处理效果不尽相同，因此在实施金属材料热处理技术之前，应按照机械加工行业要求选取适当的金属材料热处理新设备，降低金属材料热处理过程出现问题的可能。目前热处理设备的使用来看，低压离子渗碳炉能够进行离子碳氮的渗透、冷却、淬炼等；低压渗碳双室高压气淬炉能够快速的进行产品冷却以及准确的淬炼；密封渗碳高压气淬炉、涌泉式淬火槽等都是金属材料热处理的常用设备，这些设备都有各自的特点，能够针对某一金属特性进行加工生产。

3.3热处理的新型辅助材料

目前的金属材料热处理不仅具有新工艺和新设备，而且还有新的热处理材料。如生态淬火剂，是利用植物油生产的一种天然的淬火剂，因而在进行催化燃烧淬炼的时候能够进行充分的燃烧，从而提供巨大的能量。还有一种Ni3AL金属间化合物，节能效果显著，在降低材料以及设备的损耗方面有着重要的作用。结束语热处理技术的发展，大大提升了机械制造水平与能力。目前金属材料的热处理不再遵循传统的技术，进一步突破金属材料属性的限制，让其性能发挥到了极致。

作者：王婷 单位：咸阳师范学院

热处理论文:钢丝热处理明火炉控制系统的设计及实现

摘要：钢丝冷加工后，其硬度与强度会越来越高，塑性、韧性明显降低，阻止钢丝进一步形变，所以，钢丝冷加工后，需经过热处理才可以塑性，但热处理需要建立明火炉控制系统。本篇文章是以钢丝热处理明火炉控制系统为切入点，分析其设计与实现。

关键词：钢丝热处理；明火炉控制系统；设计；实现

0引言

热处理炉是工业炉的一种，用于金属制品的生产，决定产品的生产的数量与质量，以及投入的成本，并设计出控制系统，但其存在的问题是：产量、种类变化时不易控制，有高能耗的特点，所以需提高设计的水平与质量，并在实际生产中应用。

1钢丝热处理明火炉控制系统的设计

对钢丝热处理过程中明火的控制，会直接影响最后的生产效率与质量，而控制中会受到很多因素的影响，比如煤气流量、空燃比等，需克服这些因素的影响，提高燃烧率，让钢丝均匀加热。由此，需优化控制系统的设计。

1.1总体结构的设计

该控制系统使用的是两种控制系统，即基础与过程控制，可自动调节炉内温度、压力、空燃比等。整个系统中，基础控制的设计是控制实际操作的设备的运行与远程控制，以现场总线为媒介，和系统的PLC与CPU通讯，而PLC和HMI之间则会用以太网连接，传输数据。过程与基础控制都用工业以太网通讯。同时，其软件设计是把整个系统分成四个部分。第一个是人机交互，动态检测设备的操作，第二个是通信模块，把工艺参数传动到底层设备中，由计算机操作完成，第三个是自动燃烧控制，根据参数与用户提出的要求，决定控制数据，以控制明火的燃烧，第四个是维护知识库[1]。

1.2部分结构的设计

（1）温度控制的设计。该控制系统内有很多变量，如果采用一种控制方式，很难保证系统的稳定，无法把控系统响应花费的时间与精度差，所以，为了达到生产工艺的要求，其会使用PID控制、改进型双交叉限幅控制等，设计温度控制系统。

（2）炉压控制设计。炉压控制是，如果炉压控制不当，冷气会进入燃烧炉，这些冷空气只有加热后才会从炉内排出，增加燃烧系统的负担，且燃料过度消耗，无法控制炉内压力，而炉膛内压力的增加，也会减少明火炉的使用时间。由此，炉压控制系统的设计是用线路把压力控制器、调节发与热处理炉连接，再用压力检测、变动器检测压力值，并把压力指传输到控制站。

（3）控制系统的硬件设计。控制系统使用的硬件包括PLC柜、仪表柜等，其设计方式是：PLC柜有主站与从站之分，包含多个输入与输出的模板，互相配合；仪表柜是使用多个智能手操器，主站与从站会用总线连接，完成数据交换，当控制系统不响应时，可以手动控制。

2钢丝热处理明火炉控制系统设计的实现

工业控制软件在整个控制系统中有非常重要的作用，负责管理、决策与控制，适应不同的环境，搜集并处理数据，并显示在屏幕上，实现人机交互。所以，软件的品质直接影响系统运行的效果，间接影响产品质量，由此，钢丝热处理明火控制系统会实时对数据进行监控，控制明火炉的燃烧[2]。

2.1上位机监控系统的功能

人机交互的进行有利于实现人与计算机的对话，有便捷的操作。其功能实现主要体现在以下几方面：随着生产的进行，实时显示生产过程的数据与设备运行的状态，检测控制参数，及时发出预警并修改信息，确保手动控制与自动控制可随意切换。即整个系统页面会显示各空气调节阀的运行状态，包括预热段、加热垫、均热锻等，查看实际运行的参数，并与设定参数对比，同时，随着情况的变化，选择不同的控制方式。

2.2燃烧控制算法

控制算法模块可以处理采集的数据，根据既定算法运算。其第一次运行后，会按照初始程序的设计，计算控制炉温的周期与流量跟踪周期的参数，输入到计算表中，而为了保证炉温测量参数的准确，会采用三段炉温测量法，设定在30s后，读取测量值。同时，为及时接收升温、降温的指令，定时器设定的时间多为10秒钟。如果炉温的偏差在60°的范围内，使用模糊PID控制与改进型双交叉限幅控制[3]。

2.3热处理明火炉系统的调试

该控制系统是以WinCC系统平台为基础，控制系统的操作，并提高了自动化控制的水平。系统经过调试后，会得到良好的控制效果，自动控制系统，如果各参数被外界干扰，系统能够自动调节，确保明火燃烧达到最佳的状态。

2.3.1钢丝金相组织均匀，提高生产质量

原有的钢丝热处理结束后，钢丝出炉的温差在40°左右，有些温差甚至会超过100°，但钢丝经过明火炉的热加工后，温差可以控制在5°以内，炉内温度平均分布，钢丝的金相组织也更加稳定。

2.3.2缩小钢丝强度的散差

明火炉钢丝热处理后，钢丝的强度虽然有散差，但范围在30MPa以内，明显小于原有钢丝热处理后的强度散差，为后续生产打下基础，使钢丝更具稳定性与耐疲劳性。

2.3.3实现节能减排

该控制系统运用后，空燃比的比率在1.02到1.1之间，提高了设备的燃烧率，实现节能减排。即实际操作中，可把炉温控制在一定的范围内，控制的温差变小，减少了燃料的使用。同时，它也提高了系统的性能，缩小系统参数的误区，让系统更具优越性。

3结语

热处理明火炉控制系统具有一定的复杂性，其系统设计与功能的实现，可提高系统运行的稳定性，降低各类因素对系统运行的影响，自动控制，提升产品质量，降低能耗，实现了节能减排的要求。但该系统仍需不断调试，进一步完善。

作者：赵斌 单位：无锡盛力达科技股份有限公司

热处理论文:无缝钢管热处理工艺及设备选型探讨

摘要：经济的高速发展带动了科技的进步，此时我们国家的很多行业都开始使用新技术和新工艺，比如工业生产中的无缝钢管热处理工艺。作者具体阐述了该工艺的处理目的以及制度和流程等等的相关知识，并且阐述了处理原理以及它的优势和缺陷等等。其目的在于为广大的投资人和有关的技术工作者提供一定的参考。

关键词：无缝钢管；热处理工艺；设备选型；产品大纲；优化设计

众所周知，无缝钢管自身的品质会受到很多要素的影响，比如它的生产方法和成分以及组织形态等等。要想提升其品质的话就要从这几方面入手。一般来讲，如果保持它的生产方法和成分组成不改变的前提之下，要想提升它的品质，完善它的性能的话就只能改变它的形态，而使用热处理工艺就能够发挥这一功效，符合生产标准以及技术规定。

1无缝钢管热处理目的

第一，确保产品性能符合规定。比如石油油管、石油套管、钻杆、高压锅炉用无缝钢管等经过热处理的钢管，能够直接的被用到项目之中。第二，符合深加工规定。像是轴承钢管以及机械用管之类，使用人可以依据使用方向对其进行深加工。第三，提升钢级性能指数。借助该技术，确保一些钢级较低的管线能够提升钢级，通过此方法能够明显节省合金材料的使用量，能够缩减成本。

2常用的无缝钢管热处理工艺

目前市面上有种类繁多的钢管，其运用的钢种也有很大差别，就算是相同类型的钢管它们的化学组成也有明显的不同之处，不过再经过热处理以后它们的技术标准都符合规定。具体来讲，按照产品生产标准，目前的热处理工艺有如下几种类型。

（1）淬火+高温回火（又称调质处理）：把钢管加热直至其符合淬火所需的气温，此时钢管组织会变成奥氏体，以设定好的气温高速冷却，这时候钢管的组织就会变成马氏体，借助高温回火使得它的组织最终变成我们所需的回火索氏体组织。该工艺的优势非常明显，不但能够明显的提升材料的强度，还能够增加硬度，同时还可以把材料的强度以及韧性等完美融合，符合生产企业的生产规定。

（2）正火（又称常化）：具体来讲该工艺指的是加热钢管直至其符合正火温度，此时它的组织变为奥氏体，然后借助空气对其冷却。经由正火处理之后我们会得到类型不一的金属组织，像是贝氏体以及珠光体或是其混合体等。它的优点是能够将晶粒细化，而且能够保证成分一致，最主要的是可以提升它的硬度，强化切削能力。

（3）正火+回火：具体来讲该工艺是加热钢管直至其符合正火温度，此时它的组织变为奥氏体，然后借助空气对其冷却，最后对其进行回火处理的一种工艺。它的组织类型多样，比如回火铁素体+珠光体，或铁素体+贝氏体，或回火贝氏体，或回火马氏体，或回火索氏体。它的优点是能够提升组织的稳定性，同时还能够增加塑性以及韧度。

（4）退火：该工艺指的是把钢管加热直到其符合退火温度为止，然后对其适当保温一段时间，之后逐渐冷却到所需的气温然后再出炉的一种处理方法。钢管退火工艺可分为：球化退火、完全退火、去应力退火等。它的优势是能够降低材料硬度，提升它的塑性指数。同时还能够使得晶粒变小，确保组织成分均匀，提升材料性能。最关键的是能够消除应力，避免变形现象发生。

（5）固溶处理（主要应用于18-8型奥氏体不锈钢的生产）：该工艺指的是将钢管升温到固溶所需的气温，此时碳化物以及其他的元素等都会溶解，然后冷却处理，确保其中的元素不被析出，这时候得到的就是我们所需的单一奥氏体组织。它的优点是能够确保组织结构均匀，能够避免硬化，最关键的是具有强大的抗腐蚀能力。当前市面上的无缝钢管的类型非常多，不一样的级别其对热处理的要求也完全不一样，要想确保新生产线符合所有品质的生产规定，就要认真研究热处理制度。

3热处理工艺流程及平面布置、设备选型

3.1工艺流程及平面布置

在开展生产线的建设等工作的时候，必须结合大纲规定的钢管类型以及规格等全方位分析热处理生产线的工艺流程及平面布置。在开展热处理工作的时候，其所有的工序都由对应的设备完成。其平面布置形式有两种。第一种主要适合用于小规模生产，具体来讲指的是依据工艺步骤单独布置单体设备，当设备完成本身的工序之后借助行车把管材运输到另外的设备上开展后续的工序处理活动。第二种方式适合用于大规模生产，即按照次序将所有的单体设备串联到一起，组成一个统一的生产线。在布置平面的时候必须认真分析品种结构以及工艺类型等要素。

3.2设备选型

根据无缝钢管热处理制度及无缝钢管检验、检测等要求，热处理生产线的设备一般有加热炉、冷却系统、矫直机、探伤机、切断机、检查装置、标记机、打捆包装装置等。

3.2.1加热炉（淬火炉、回火炉）。在钢管热处理工艺中，对钢管加热质量要求为：淬火炉加热温差±10℃，回火炉加热温差±5℃，而且要依据工艺规定和钢材类型等进行对应温度的保温和加热等活动。目前使用几率较高的加热设备有两种，分别是步进横移式加热炉、纵向通过式加热炉。

3.2.2高压水除鳞装置。为了确保钢管能够均匀的淬火，通常在淬火以前要使用高压水将其表层的氧化铁皮除掉。高压水安装在淬火加热炉出口处。

3.2.3淬火装置。对于整个热处理生产线来讲，淬火装置有着其独特的存在意义。只有正确选择淬火工艺以及装置，才可以确保钢管的淬透能力强大，才能够得到我们所需的组织特性。对于淬火装置我们有着严格的规定，要确保淬火之后肉眼不会发现弯曲现象，保证气温<70℃、硬度均匀性≤3HRC，而且不能有任何新增缺陷。由于标准不同因此具体的规定有细微差别。

3.2.4定径机。在加热钢管的时候，其直径以及圆度等会改变，为了确保上述指标符合规定，就要对回火处理之后的钢管定径，定径机型式为3机架三辊定径机。定径机布置在回火炉后，钢管定径温度在500～680℃，定径后钢管外径精度满足相关标准规定。

3.2.5冷床。冷床是对钢管表面质量、管体直线度影响较大的辅助设备，热处理生产线冷床有以下4类。（1）步进式冷床。（2）双链式冷床。（3）单链式冷床。（4）螺旋杆冷床。

3.2.6矫直机。通常钢管受热或是受冷的话就会发生变形，为了确保其制度符合规定，就要在热处理以后对其适当矫直。由于矫直的气温不一样，因此其可以分成冷矫直和热矫直两个类型。石油油管、石油套管类钢管对钢管矫直温度有特殊要求，在热处理生产线矫直机的选型上尤为重要。假如方案中的钢管的使用方向和石油有关的话，在矫直的时候最好是以热矫直机为主，冷矫直机为辅，如果资金较为紧张的话，可以把冷矫直机当成预留设备，将热矫直机放到加热炉出口的地方；相反的情况下，可以只设置冷矫直机。矫直机选择立式斜置六辊全传动液压快开机型。

3.2.7吸灰装置。在对钢管探伤以前一定要将其表层的氧化铁皮去除，这主要是因为铁皮的存在会对探伤的精确性等产生很大的干扰。此时就需要用到吸灰装置。吸灰装置有两种形式：吸灰方式；吹灰+吸灰方式。

3.2.8管体探伤机。为了确保热处理之后的产品品质达标，就要认真检查管材表面以及内在的品质，常用的检查形式是钢管全长探伤。假如大纲中的钢管的使用方向和石油有关的话，管体探伤装置可采用超声波+漏磁探伤方式组合或采用超声波+涡流探伤方式组合；相反的情况下管体探伤装置可采用单一的超声波、漏磁或涡流中的任何一种。

3.2.9管端探伤机。当利用探伤机处理钢管的时候，两侧有大约长度200～300mm的管端盲区，对此只可以缩短禁止消除。为了确保钢管的品质符合规定，就要对该区域探伤。具体探伤的时候要依据产品大纲规定来开展配置工作。如果是钢管的用途和石油有关的话，就需要使用磁粉探伤；相反的就要使用电磁超声方法。

3.2.10取样锯。要想获知热处理性能，必须对其取样处理。为了节省投资，可以使用带锯机取样。除此之外，其还可以被用来切除有缺陷区域。

3.2.11测长/称重/喷印装置。要想确保成品管材在存储以及输送等的过程中不会出现混乱情况，且便于我们查询信息，就要对其进行长度测量、重量称取以及喷印处理。具体来讲，对于那些必须在厂区进行深加工的管材，只需要喷印就可以了，目的是为了便于识别。对于那些出厂的管材则必须进行整套的测长、称重、喷印。

4结束语

经过热处理之后的钢管的组织形态会发生很大的变化，能够明显的提升它的使用性能，而且还可以节省合金元素的使用量，能够为相关企业创造更多的价值。在实际的工作中，我们必须依据它的类型以及级别和使用方向等选择对应的热处理工艺。作为企业的投资者或是技术工作者，更是要结合大纲做好相关工作，确保产品符合使用规定。当确定好处理制度以及布置好工艺平面以后，还要结合企业当前的状态做好设计优化，确保相关要素配合最佳化，只有这样才能够获取更多利润。

作者：刘兴权 单位：哈尔滨电机厂有限责任公司

热处理论文:金属材料在航天领域的应用及热处理工艺

【摘要】随中国科技的发展，中国航天技术已跻身进入世界领域，航天技术的发展使得我国各个领域都有很大的进步，对我国的经济发展以及人民生活水平提高具有重大意义，在各个领域的成果也是十分丰富。在我国航天领域中，金属材料的应用以及热处理都有很大的作用，优秀的金属材料是我国航天技术发展的前提，本文针对航天领域的金属材料进行举例并陈述，例如钛合金、铝合金、镁合金等进行了简单介绍，以及其热处理工艺。

【关键词】金属材料；航天领域；热处理；应用

1前言

航天技术的发展不仅带动了我国经济的发展而且还提高人民生活质量，增强我国国防力量，当今经济全球化，信息交往、各地之间业务往来，通信、交通等等都离不开航天技术所带来的科技成果。金属材料是我国航天领域发展不可或缺的材料，它比其他分子材料硬度高，耐热性能好，与无机非金属材料相比，金属材料有具有很好的韧性，因此在我国航天领域应用非常广泛，为了更加了解用于航天技术的金属材料，本文选择了几种常见的金属进行讲述其在航天领域当中的应用以及相应的热处理工艺。

2铝合金

2．1铝合金在航天领域的应用

铝合金材料是航天领域用量最大的金属材料，随着科技的发展，各种复合材料都在不断的发展，其性能也是优越与一般金属材料，虽然如此，但在航天领域铝合金的使用依然占有很大比例，铝合金具有优越的耐磨性以及良好的抗撞击性能总体性能优越于一般金属材料，，并且价格便宜，一般在航天领域的承载结构中都使用铝合金比如一些承载壁板，舱体结构等。所以在航天领域具有很大的用处。

2．2铝合金的热处理工艺

在我国科学技术不断发展的前提下，航天技术对铝合金的要求越来越严格，如何提高铝合金的综合性能是非常重要的任务之一，在研究过程中一方面是设计新型合金，一方面是对其热处理的更新，利用先进技术通过对铝合金加热处理，使得在高温环境下变形，在经过挤压，使得铝合金内部微观结构更加紧密化，内部的结晶程度更高，从而使得铝合金在应用中综合性能更加优秀。

3钛合金

3．1钛合金在航天领域的应用

钛合金在航天领域中具有很多用处，他与一般金属相比，具有耐高温、耐磨性能强，抗疲劳性能等优点，一般在航天领域中，钛合金运用于机舱的主承力结构，压气机叶片等等，在钛合金的试用下，无论是高温环境，还是超低温环境都能保证长时间持久的工作。因此随着航天领域科技的不断发展，钛合金的使用量也是逐渐增多，是具有前景的一种金属材料。

3．2钛合金的热处理工艺

钛合金的热处理工艺十分复杂，根据航天领域的不同需求，钛合金的热处理工艺也就不同，比如普通退火会使得钛合金内部的可塑性变高但与此同时也使得其强度变小，一般适用于一些飞行机器的零件，再比如双重退火，其工艺应用相比较而言稍微麻烦，处理之后的钛合金硬度会升高，但其可塑性相对降低，适用于需求较高的飞行零件。钛合金的热处理工艺还包括等温退火和固溶时效，根据航天领域不同需求以及应用的不同领域，来选择不同的热处理工艺。

4超高强度钢

4．1超高强度钢在航天领域的应用

超高强度钢具有很强的硬度及韧性，正因为其性能也使得该金属在航天领域的应用量保持持续上升，一般该金属适用于火箭发动机的壳体，飞行装备的推动器等所需高硬度的地方，正因如此对于在这种高压强度下的金属材料，其耐腐蚀性成为审核金属实用性的一项重大指标，如何提高超高强度钢的韧性是当前研究金属工艺的重要课题。

4．2超高强度钢的热处理工艺

一般超高强度钢都应保持其高强度的特性，针对该金属材料进行热处理时一般先进行淬火，在960度左右的高温下进行淬取，使其内部的含碳量降至最低，然后进行低温回火，提高材料的强度，随着科技的发展，在高强度钢的热处理工艺中也有先进的技术提高金属的性能，比如奥氏体加工、马氏加工，诱发相变等等。在经过热处理后的金属一般适用于机器的整体构架，高强度的零件等等。

5镁合金

5．1镁金属材料在航天领域的应用

镁金属材料在航天领域具有自身独特的性能良好的导热、导电性能以及对电磁的屏蔽性能使得镁金属在众多金属材料中脱颖而出，但镁金属却又一定的缺陷，那就是不耐腐蚀，也正是因为该缺点使得镁金属在应用当中，一些领域不能涉及当中，比如产品的储存、产品出制造都会带来影响，镁金属适用于工艺复杂的大型铸件，是我国金属材料航天领域非常重要的文件，比如通信卫星所使用的天线等等。

5．2镁金属材料的热处理工艺

镁金属材料的处理工艺非常复杂，根据所需性能的不同其热处理的加工工艺也就不同。一般镁金属的处理分为退火和固溶时效两大类。在实际应用中不同的淬火能力会使镁金属的性能得到不同程度的增减，从而应用到各个领域。

6结语

我国航天技术的飞速发展，使得我国经济水平并不断提高，人民生活水平得到翻天覆地的变化，军事力量也跻身进入世界前列，是我国国防实力的一大利器，由此可见航天技术的重要性，本文讲述了关于航天领域的几种金属，以及其性能，作用等等，随着科技的发展，航天技术的不断提高，我们应研发更加适合航天技术的金属材料，比如金属间化合物、高温合金等等，使得我国真正成为航天大国，实现中国的伟大复兴。

作者：喻天罡 单位：中国航空综合技术研究所

热处理论文:热处理工艺对驱动轮轴静扭矩的影响

摘要：对S38MnSiV驱动轮工艺轴的3种结构形式（光轴工艺轴，带齿条、键槽工艺轴，去齿条、键槽工艺轴），在JB－50型静扭试验机上进行驱动轮工艺轴静扭试验．试验得出：光轴工艺轴的扭矩水平最高，去齿条、键槽工艺轴的扭矩水平次之，带齿条、键槽工艺轴的扭矩水平最低．对引起扭矩变化的热处理工艺分析可知，零件存在淬火过渡区时扭矩水平急剧下降，且其扭矩水平低于未经表面淬火的零件．表面淬火和回火能够减缓尖角效应，而喷丸处理降低了表面压应力，致使抛丸零件的扭矩水平低于低温回火的零件．

关键词：驱动轮工艺轴；静扭矩；淬火过渡区；回火

驱动轮轴是拖拉机的关键零部件，使用中要承受复杂的弯曲－扭转载荷和较大的冲击载荷，服役条件比较苛刻，是失效频次较高和失效类型较多的零部件［1］．其不同部位经常发生诸如脆断或疲劳、扭转或弯曲、正应力或剪切应力断裂等失效形式．因此，驱动轮轴本身必须具有较高的疲劳强力、较高的硬度和良好的耐磨性．随着拖拉机载重量的提高和实际工况的改变，驱动轮轴的直径和感应淬火有效硬化层深度也逐步被加大［2－3］．扭转试验虽不能显示金属的体积缺陷，但能够反映表面硬化层的性能及表面缺陷，可用于研究各种表面强化工艺，检查零件热处理的表面质量．在零件表面机加工质量符合技术要求的情况下，表面硬化层深度对静扭强力和扭转疲劳寿命的影响较大．因此，本文拟通过静扭试验为驱动轮轴表面感应淬火工艺设计及表面硬化层深度的合理确定提供依据．

1S38MnSiV工艺轴静扭试验

1．1试验用工艺轴设计原则

由于原驱动轮轴扭矩的一端是靠花键传递，另一端是靠驱动轮轴与相关件（轴瓦）之间的摩擦力来实现的，与试验机夹具之间无法实施连接，进行试验扭矩的传递，因此必须根据试验机夹具的结构重新设计出可以和试验机之间进行扭矩传递的试验工艺轴．试验工艺轴的设计原则为：轴两端都为花键结构，且进行加粗；花键底径尺寸不小于齿条外圆尺寸；花键模数与原结构花键模数相同，使试验工艺轴的薄弱部位与驱动轮轴实际使用中断裂部位相符，即薄弱部位为轴的齿条根部、凸缘处和键槽尾部．

1．2试验材料与结构

新设计的驱动轮轴工艺试验用轴简称驱动轮工艺轴．驱动轮工艺轴所用材料为S38MnSiV非调质钢．S38MnSiV驱动轮工艺轴包括3种结构形式：光轴工艺轴（图1），带齿条、键槽工艺轴，去齿条、键槽工艺轴．后两种被统称为键槽工艺轴（图2）．

1．3试验过程

在国家拖拉机质量监督检验中心强力试验室进行驱动轮工艺轴静扭试验．驱动轮工艺轴静扭试验是在JB－50型静扭试验机上进行的（图3）．该试验机能实现试验数据的实时采集、扭转曲线的自动绘制以及数据显示和报告打印等功能．试验机机械部分由主轴驱动系统（扭矩输出）、装夹机构、角度及扭矩测量系统组成．进行扭转试验时，将驱动轮工艺轴一端安装在试验机的扭矩输出端，另一端安装在试验机平台支撑尾座上，使试验轴的轴线与试验机轴线同轴．试验时按一定的方向缓慢连续施加扭矩，用检测装置自动记录扭矩及相应的扭转角，并绘制扭矩－扭转角曲线，直至轴发生破坏．

2试验数据的分析

2．1光轴工艺

轴光轴工艺轴（无键槽、台阶、齿条工艺轴）共6组15件．光轴工艺轴静扭试验数据如表1所示．圆柱形试样在扭转试验时，整个试样长度方向的塑性变形始终是均匀的，没有颈缩现象．其截面及平行长度基本上保持了原尺寸．与试样轴线成45°的两个斜面上承受最大正应力，与试样轴线平行和垂直的平面上承受最大切应力．扭转时试样中的正应力与切应力在数值上大体相等，二者的比值接近于1．正火态未感应淬火的光轴工艺轴及存在感应淬火过渡区的光轴工艺轴断裂位置均在未感应淬火无淬硬层处．其断裂面与试件轴线垂直，断口平整，有回旋状塑性变形痕迹，是由切应力造成的切断．表面感应淬火通淬的光轴工艺轴，断口起始于表面感应淬火层．其断裂面与试件轴线约成45°螺旋状，是在正应力作用下产生的正断，为扭转正应力的脆性断裂，表现出对较深的有效硬化层深和高的扭转应力相关性，是一种硬化层内高聚集的弹性变形能量释放结果．对光轴工艺轴不同感应淬火区静扭试验数据分析可知：光轴工艺轴表面感应淬火通淬后扭矩水平最高；正火态未感应淬火的次之．表面感应淬火是将钢的表层加热至临界温度以上，然后快速冷却，得到硬的马氏体表层．该硬层的体积较基体大，在零件表层形成残余压应力，而残余压应力的存在可抵消零件表面实际承受的一部分拉应力即残余压应力，能够提高材料的扭转强力，因此零件抗扭水平提高．

2．2带齿条、键槽工艺

轴带齿条、键槽工艺轴（共6组17件）的静扭试验数据.对带齿条、键槽工艺轴静扭试验数据分析可知：由于缺口效应（零件表面的沟槽、棱角、截面的急剧变化处产生应力集中，使强力下降，即缺口效应）［4－5］，带齿条、键槽工艺轴的齿条尾部、键槽底部的尖角是轴杆最薄弱的部位，成为扭转断裂的裂纹源．表面感应淬火和抛丸强化均在零件表层形成残余压应力．抛丸强化使材料表面产生的强化层深度有限，约为0．2～0．5mm，在强化层内形成残余压应力，强化层－未强化层之间为过渡拉应力区，而表面感应淬火产生的硬化层深度远大于抛丸强化，表面感应淬火硬化层内的残余压应力因与抛丸强化层过渡区的拉应力抵消而降低，即抛丸强化反而使表面感应淬火硬化层残余压应力有所降低．因此，带齿条、键槽工艺轴表面通淬＋抛丸处理后的扭矩水平比表面感应淬火通淬后的扭矩水平有所降低．表面感应淬火可降低缺口敏感度，提高抗扭强力，而且带齿条、键槽工艺轴表面感应淬火的过渡区相对于淬硬层而言，同样是薄弱部位，成为扭转断裂的裂纹源．因此，带齿条、键槽工艺轴在键槽底部、齿条尾部存在表面感应淬火过渡区的扭矩水平均低于表面感应淬火通淬后的扭矩水平，在相同断裂部位与正火态未感应淬火的扭矩水平相接近．通过表面感应局部淬火来提高零件扭矩水平的作法不可取，设计零件表面感应淬火工艺时应尽量避免过渡区．

2．3去齿条、键槽工艺

轴去齿条、键槽工艺轴（共7组17件）的静扭试验数据.对去齿条、键槽工艺轴静扭试验数据分析可知：去齿条、键槽工艺轴表面感应淬火通淬后硬化层深符合方案要求的，其扭矩水平最高，且在低温回火磨削后其扭矩水平有所降低；表面通淬＋抛丸处理后，其扭矩水平降低；表面感应淬火通淬后硬化层浅而不符合方案要求的工艺轴扭矩水平较低；正火态未感应淬火的扭矩水平最低．由于缺口效应，去齿条、键槽工艺轴的键槽底部尖角以及试件回火磨削终端台阶处是轴杆最薄弱的部位，成为扭转断裂的裂纹源．在去齿条、键槽工艺轴表面感应淬火通淬后且硬化层符合方案要求的前提下，试件回火磨削后的扭矩水平降低且断裂位置均位于回火磨削终端台阶处，说明回火磨削终端台阶处应力集中程度大于键槽底部尖角处应力集中程度．表面感应淬火硬化层深度对静扭强力的影响规律为：随着硬化层深度的增加，残余压应力相应增大，极限扭转强力上升，承担扭矩的能力大幅度提高；表面感应淬火形成的残余压应力可降低缺口敏感度，降低应力集中程度．

抛丸强化在零件表层形成的残余压应力，也能起到降低表面缺口效应的作用［6－7］．去齿条、键槽工艺轴表面通淬＋抛丸处理后扭矩水平比表面感应淬火通淬后扭矩水平有所降低的原因在于：表面感应淬火和抛丸强化均在零件表层形成残余压应力；抛丸强化使材料表面产生的强化层深度有限，约为0．2～0．5mm，在强化层内形成残余压应力，强化层－未强化层之间为过渡拉应力区，而表面感应淬火产生的硬化层深度远大于抛丸强化，表面感应淬火硬化层内残余压应力因与抛丸强化层过渡区拉应力抵消而降低，即抛丸强化反而使表面感应淬火硬化层残余压应力有所降低．由于抛丸强化使表面感应淬火硬化层残余压应力的降低大于低温回火减少的残余压应力，因此去齿条、键槽工艺轴表面通淬＋抛丸处理后的扭矩水平低于表面感应淬火通淬低温回火后的扭矩水平．

3静扭试验结论

驱动轮工艺轴不同结构相同处理状态下静扭试验数据表明：光轴工艺轴的扭矩水平最高，去齿条、键槽工艺轴的扭矩水平次之，带齿条、键槽工艺轴的扭矩水平最低．从试验结果可得出如下结论：①表面淬火零件的过渡区相对于淬硬层而言是个薄弱环节，是扭曲断裂的裂纹源．零件存在的淬火过渡区扭矩水平急剧下降，其扭矩水平低于未经表面淬火的零件，零件设计者和工艺人员在设计零件表面淬火要求时，应尽量避免过渡区．②含有键槽、齿条的零件存在尖角敏感度，是裂纹的起源．其表面通淬后表层形成了压应力，降低了尖角敏感度，减缓了尖角效应．同时，零件回火后，降低了尖角敏感度，减缓了尖角效应．因此，存在尖角的零件必须回火，技术要求允许时应提高回火温度．③表面淬火后，抛丸处理降低了表面压应力；抛丸减少的压应力大于低温回火减少的压应力，致使抛丸零件的扭矩水平低于低温回火的零件．

作者：张晓伟1；张沈洁2 单位：1．机械工业第六设计研究院有限公司，2．第一拖拉机股份有限公司

热处理论文:钻杆焊区热处理工艺简述

[摘要]在石油钻杆制造中，焊接区域的热处理工艺至关重要，决定了产品制造是否合格。本文结合热处理工艺，利用铁碳合金相图进行分析，以便掌握热处理工艺对焊区的影响。

[关键词]钻杆焊接；热处理；淬火；高温回火

石油钻杆制造是在一根钻杆管体的两端采用摩擦焊接技术，分别焊接内螺纹接头和外螺纹接头，并通过机械加工、热处理、无损检测和防腐等工艺完成钻杆制造过程。摩擦对焊钻杆主要以5英寸G105钻杆为主。生产工艺流程成熟，其中焊接区域的热处理工艺至关重要，决定了产品制造是否合格。现结合热处理工艺，利用铁碳合金相图进行分析，以便掌握热处理工艺对焊区的影响。

1钻杆焊区热处理工艺简述

在完成G级钻杆对焊后，通过中频炉加热方式对焊区进行热处理。焊区热处理是钻杆生产制造过程中的关键工艺，目的是使产品达到符合要求的机械性能，良好地应用于钻井生产。因此，热处理工艺水平的高低直接决定了钻杆对焊结果的优劣，决定了钻杆的质量性能。

1.1钻杆产品对焊制造过程经过惯性

摩擦焊机对焊，管体和接头熔为一体，并在焊缝区域产生两条焊接飞边。

1.2热处理工艺

钻杆焊区热处理工艺依次为退火（之后切削掉焊接飞边）、淬火、高温回火。①退火：将焊区加热到680℃，保温190s左右，然后在空气中冷却至室温。目的是降低硬度，改善切削性能，同时消除部分金属内应力。②淬火：飞边切削完成后，将焊区加热到890℃（临界温度以上的某一温度），保温90s后，在淬火介质中急速喷淋冷却。目的是显著提高硬度，但此时塑性和韧性都较差。③高温回火：将焊区加热到680℃（临界温度以下的某一温度，高于500℃已属于高温回火），保温360s后，随炉冷至室温。目的是消除内应力，降低脆性，提高韧性，达到使用性能（既有一定的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性）。

1.3后序检验

经过热处理工序后，对焊缝区域进行打磨，加工至适当的粗糙度。经过目视检验和几何尺寸测量后，检定硬度，最终经过磁粉和超声探伤后，完成产品。按照相应要求，定期定量选取试样送检，通过试验，对拉伸、弯曲、冲击功、硬度、化学成分、金相分析等六项指标进行检验，以此检定产品质量，同时也是对热处理工艺的检定。

2钻杆焊区热处理工艺分析

钻杆焊区热处理工艺基于合理准确的设计，依靠稳定的中频炉设备和管体接头材料，形成一套完整细致的热处理流程。在已知管体和接头材料以及热处理流程的设计参数下，结合铁碳合金相图，简要分析焊缝区域在热处理过程中随温度而变化的情况。管体材料为26CrMo4Si2，通常C元素含量（%）为0.23～0.29，Cr元素含量（%）为0.75～1.2，S和P的含量低于0.03，在图3中，柱状阴影部分为C元素含量（%）为0.23～0.29钢件在淬火和回火过程中的温度变化区域。点M为淬火过程中，管体钢件加热到临界温度以上的大致区域点（890℃），点N为高温回火过程中，管体钢件加热到临界温度以下的大致区域点（680℃）。现对淬火和高温回火过程中，金相组织情况进行分析。

2.1淬火过程分析。在淬火过程中，当加热温度达到890℃时，M点已经落入A区（即奥氏体区域），奥氏体是一种高温组织，稳定存在于图示区域内，此时表现出的主要特点是硬度低，塑性较高，经过保温过程，使钢件完全奥氏体化后，在淬火介质中迅速冷却，目的是在温度降至F（铁素体）+P（珠光体）获得马氏体组织以及贝氏体组织（在260～400℃温度区域）。获得马氏体组织后，马氏体是一种不太稳定相，是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因，表现出硬度高，塑性、韧性差的特点，所以，淬火后的钢件不能直接使用，需通过回火才能使用。

2.2高温回火过程分析。在高温回火过程中，再次加热温度达到680℃（低于727℃这一临界温度），在F（铁素体）区域，淬火后获得的马氏体经过较长时间保温和缓慢冷却过程后，演变成一种回火组织，即回火索氏体，是一种平衡稳定组织，是热处理过程后，想要获得的组织。此时钢件表现出良好的韧性和塑性，同时具有较高的强度，力学性能良好。在试样的金相分析中，还会反映正常存在铁素体组织和存在少量贝氏体组织以及良好的晶粒度情况。在分析热处理工艺后，通过不断优选和调试参数，可以达到提高生产效率、扩大产品系列和强化产品合格率的目的。

作者：徐刚 单位：大庆钻探工程公司钻技一公司

热处理论文:热处理工艺对高压气瓶内胆性能的影响探讨

摘要：主要介绍了6061铝合金的塑性成形技术和热处理技术，并分析这两种技术对高压气瓶性能的影响。此外，对各种固溶时效模式下制造的高压气瓶铝内胆进行拉伸试验，测得内胆的抗拉强度、屈服强度和延展率；并研究了在不同的热处理时间和温度下内胆性能的改变。

关键词：热处理；固溶时效处理；拉伸强度；屈服强度；高压气瓶

0引言

目前，高压气瓶在航空航天、建筑、汽车制造等领域都得到广泛的应用，所以工程中对高压气瓶制造技术的要求越来越严格，企业需要制造性能更好、使用寿命更长、成本更低的高压气瓶以满足市场需求。影响高压气瓶寿命和制造成本的因素包括材料的塑性成形工艺、热处理工艺、旋压收口工艺和纤维铺层等。由于铝合金具有良好塑性成形技术，因此其逐渐取代了钢材作为内胆材料。高压气瓶的热处理技术是指固溶时效处理，在高压气瓶的制造中，固溶时效热处理可提高高压气瓶内胆的塑性成形能力和强度。

16061铝合金塑性成形性能

为了提高高压气瓶的寿命和工作压力，在高压气瓶的制造过程中，需要对其进行自紧。当对高压气瓶施加自紧压力（约为1．5倍的工作压力）时，如果自紧压力超过内胆的屈服极限，内胆将发生塑性变形［1］。因为自紧，所以选取具有良好的塑性成形能力的6061铝合金作为内胆材料。6061铝合金是经热处理预拉伸工艺生产的高品质铝合金产品，具有加工性能极佳、抗腐蚀性良好、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷、氧化效果极佳等优良特点。6061除了含有镁和硅两种合金元素，还含有一定的锰与铬，能够抵抗铁的坏作用；此外，有时还含有少量的铜或锌，可以提高合金强度。由于6061铝合金优良的塑性加工性能，因此各国的制造企业普遍采用6061铝合金作为CNG－3型气瓶的内衬，其作用主要包括两方面：①支撑芯模，为外层纤维提供形状芯模以及缠绕时作为支撑工装；②防止渗漏，为瓶内高压存储的气体介质提供密封内衬，以及为瓶口阀门连接提供金属螺纹密封。内衬的主要机械加工成形过程为：铝锭挤压拉伸成杯形体旋压减薄齐口裁切旋压收口热处理螺纹加工。可见，内衬塑性加工的步骤较多，且变形较大。另一方面，作为特种设备的高压气瓶，需要在服役期内经受多达15000次以上的高低压充装过程，且不得出现泄漏和开裂失效。由此可见，内衬的塑形加工质量是气瓶整体使用性能的重要保障，使用6061铝合金作为内胆，不仅可提高高压气瓶的使用寿命，而且节约了原材料。

2热处理工艺分析

热处理技术对高压气瓶的寿命有着很大的影响。对铝内胆的设计要求为：抗拉强度大于325MPa，屈服强度大于276MPa，延伸率大于12％，对所选的6061铝合金内胆进行固溶时效处理［2］。铝合金的固溶热处理是将铝合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解并快速冷却的热处理工艺方法。在固溶过程中，使各相成分相互溶解，强化固溶体，消除软化。进行固溶热处理主要是为了改善铝合金的韧性和塑性并为以后沉淀硬化处理做准备。铝合金热处理中的固溶热处理和钢的淬火在工艺上是相似的，淬火是为了获得马氏体，从而提高工件的强度和硬度，往往与回火在一起成为一道工序，而固溶热处理主要为了消除析出相。时效热处理分为自然时效和人工时效［3］两种方法，自然时效是将工件置于露天的场地半年以上，使其慢慢地发生变形，从而使残余应力减少或消除；人工时效是将铸件加热到550℃～650℃进行残余应力去除，它比自然时效去除应力的时间短，去除的较为彻底，获得的零件性能更好，所以在铝内胆热处理时采用人工时效方法。时效强化是铝合金在固溶热处理后进行的，可以很大程度地提高铝合金的强度，固溶时效强化是高压气瓶制造中重要的技术之一。

3热处理工艺对铝内胆性能的影响

固溶时效处理影响着铝合金内胆的力学性能，本文对不同的固溶时效热处理模式下制造的高压气瓶进行拉伸试验，测试内胆的抗拉强度、屈服强度、延展率。

4结论

本文分析了6061铝合金的塑性成形技术和热处理技术与高压气瓶内胆性能的关系，研究了固溶时效热处理工艺对高压气瓶内胆性能的影响，并选择合适的固溶时效热处理，使所试制的高压气瓶金属内胆能够获得更好的性能，对于低压或高压气瓶的制造都有很大的帮助，降低了在制造过程中的不良品率，节约了成本，提高了气瓶内胆的使用寿命。

作者：陈瀟洒；卢敏 单位：南京航空航天大学

热处理论文:金属材料与热处理教学改革途径

摘要：近些年来，《金属材料与热处理》该门课程教学水平得到了进一步提升，但仍然存在一些问题，例如学生学习兴趣不高，注意力不集中等等，这些问题的存在，严重阻碍了学生综合素质的提高，不利于学生今后的学习和就业。本人系统的阐述了《金属材料与热处理》该门课程的教学改革路径旨在进一步提高课堂教学水平，实现高职院校的全面发展。

关键词：金属材料；教学改革；学习兴趣

作为一门专业基础课程，《金属材料与热处理》对于学生来说至关重要，其主要研究的是金属材料的相关知识，包括金属材料成分以及组织等等。金属材料热处理，通常情况下是通过改变金属材料的成分和组织形式来实现金属材料的热处理，从而达到我们预期的目的。通过该门课程，学生能够对金属材料的性能有所了解，并在此基础上熟练掌握金属材料热处理的工艺方式。因此我们必须对《金属材料与热处理》该门课程进行教学改革，进一步提高学生的学习积极性，实现教学的可持续发展。

1培养学生学习兴趣，提高学生注意力

教师在具体教学活动中，应当从学生的实际情况出发，灵活的应用多元的教学方式，使学生掌握金属材料热处理的相关技能。例如教师在教学活动中，可以通过举例论证和类比论证等方式实现教学，将教学内容从学生的生活实际有机结合在一起。在向学生介绍金属材料时，教师应当避免概念的照搬，应从学生的生活情况出发举例论证，例如易拉罐是用铝做的，电视线是铜芯的，金项链是金做的等等，这样可以使广大学生了解金属材料的性质，并明确金属材料的应用范围。与此同时，教师还一可以将所要教授的内容同我国历史实际情况结合在一起。众所周知，“淬火”这一概念早在我国古代时期就已经兴起，并以热处理的发展史为线索得到了进一步的发展，在讲述着一支试试，教师就可以引用三国时期诸葛亮带兵打仗这一典故，将这一支是灌输给学生。这样有利于培养学生的学习兴趣，进一步提高学生学习的注意力，使学生养成良好的学习习惯。

2加强实验教学，打造校企合作教学模式

《金属材料与热处理》单门课程存在较为严重的重理论轻实践现象。理论课程占所有课程的比重为3/4以上，而实践课程的学时占所有课时的比重仅为1/4，这种现象导致学生实践能力不强，学生学习兴趣不高的现象。很多学生表示，在其看来《金属材料与热处理》这门课程仅仅是一门理论课程，考试时仅注意理论知识的学习就可以达到很高的分数，这在一定程度上造成了学生对该门课程的认识偏差。为此，各院校应当进一步加强实验室建设，为广大学生添置大量的实习实验设备，并在此基础上将教室搬到实验室，这样做一方面可以满足学生不断提升自身实践能力的需求，另一方面，也可以进一步加强对学生的培训力度，可以说是一举多得。与此同时，各院校还应当与企业进行联系，打造校企合作教学模式。之所以这样做的主要原因在于，该门课程的绝大多数实验难以在学校实现，需要企业参与到教学活动中来，这样可以弥补院校实验能力不足的问题。教师在校企合作模式中，应当充分发挥自身的作用，带领学生到企业进行实习，了解企业的运行模式以及企业在金属材料热处理中的发展趋势，并其带头作用，与学生进行广泛的沟通和交流，了解学生在学习过程中遇到的问题并给予解决，这样学生能够快速的掌握该门技术。

3建立全方面的评价体系，加强对学生的评价

传统考核评价大多以知识评价为主，纪在学期末的时候，通过一张试卷了解学生的学习情况，这种考核模式虽然能够体现学期内该门课程的教学水平，但也暴露出一些问题，例如导致学生对该门课程存在认识偏差，对学生考核不全面等问题。在这种考核模式下，学生仅会死读书，而不会将所学知识应用到具体实践当中去，这样做不利于学生的成长。笔者通过长期的研究与实践认为，评价体系应当成为公认的衡量教学效果的标准，应对学生的实际情况进行全面考核，只有这样才能够发挥其应有的作用。为此应当建立健全评价体系，将课堂考察和课堂提问以及口头测验和实践活动等内容融入到课堂评价体系中，增强广大学生的自律意识，进一步提高其主动学习的积极性，使学生做到认识自我，不断的调整自我，促进学生发展。除此之外，在考核命题上，广大教师应当做到与职业资格考试接轨，尽可能的减少理论考核内容，增加主观分析类型的考核，使学生在学习理论知识的基础上，能够对行业资格考试有所了解，并实现对学生理论与实践技能的全方面考察。

4结语

总而言之，我们可以通过举例教学和类比教学等方式实现学生注意力的集中，充分调动学生学习的积极性，培养学生的学习兴趣，活跃课堂气氛。当然我们也应当充分意识到，罗马非一日建成，《金属材料与热处理》该门课程的教学改革也非一日之功，但千里之行始于足下，我们可以从点滴小事做起，通过调动学生学习积极性等方式使学生感知知识，牢固的掌握知识。

作者：蔡英 单位：柳州职业技术学院

热处理论文:雨刮轴热处理工艺探析

摘要：对比几种不同的热处理工艺，通过选择合适的感应线圈，选用PAG水溶性淬火剂并匹配PAG水溶性淬火剂浓度，同时改进最终高频淬火工艺，使轴的相关性能满足产品要求。

关键词：高频淬火工艺；PAG水溶性淬火剂；PAG水溶性淬火剂浓度；感应线圈

雨刮轴主要用于传递刮水器电机输出力矩给雨刮机构直至雨刮臂，轴材料一般为SAE1144或40Cr，但轴螺纹处抗扭力矩设计要求大于30N．m且无损伤。在不经过任何处理方式的情况下，轴螺纹抗扭力矩是不能满足设计要求的。

1选择热处理工艺

热处理工艺就是将材料在固态下通过加热、保温和冷却，使其内部组织结构发生变化，以获得预期的性能。但是，热处理工艺有很多种，如退火及正火、淬火、回火及失效、表面淬火、化学热处理、形变热处理，采取何种热处理方式更经济更适用，且又能满足产品要求呢？为此，采取了三种方案加工雨刮摆轴：①采用SAE1144经过高频淬火；②采用SAE1144经过调质处理；③采用40Cr材料经过调质处理。三种方案存在的问题：第一种方案经济实惠，就现有的设备及加工工艺，采取目前的相关设备仪器及工艺方法加工的零件螺纹处力矩没有到达要求就脆断，滚花处经过铆接后，淬火层掉块，扭矩不满足设计要求；第二种方案加工工艺流程冗长，调质处理需要外委，加工周期长，半成品堆积时间长，而且扭矩达不到设计要求，零件还有脆断的风险；第三种方案扭矩虽然能满足设计要求，但是零件还有脆断的风险，而且调质处理需要外委，加工周期长，产品产量大，半成品堆积时间长。分析三种方案存在的问题，结合生产现状，为了减少物流环节，降低生产成本，合理使用高效设备和启用闲置设备即高频淬火炉，必须采用第一种方案。

2热处理高频淬火工艺可行性的分析及工艺存在问题

2．1高频淬火工艺可行性的分析

（1）高频淬火的原理是将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。采用高频淬火有如下优点：①热源在工件表层，加热速度快，热效率高。②工件因不是整体加热，变形小，可以用在零件精加工后进行。③工件加热时间短，表面氧化脱碳量少。④工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料的潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命。

（2）对材料成分适用于高频淬火可行性进行分析，通过对SAE11144材料成本的分析，该材料含碳量为0．37％－0．45％之间，还有Mn、P、S、Si等，属于中碳易切削钢，完全可以采用高频淬火。该材料高频淬火后的最终热处理分析，高频处理将材料零件加热到临界点以上某一温度（相当于45号钢淬火温度为840－860℃，），保持一定的时间，得到奥氏体，然后以适当的冷却速度获得马氏体组织。马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差，因此必须经过回火处理，为了不降低钢的硬度，以及厂内现有回火设备，采用低温回火主要是消除内应力，降低钢的脆性。回火温度初选择165℃～178℃，在这个温度回火可以得到回火马氏体。

2．2工艺中存在问题

（1）确定高频淬火的有效区域。作为高频淬火的有效区域的依据是：根据产品使用情况，螺纹及滚花处是需要承受抗扭力矩的，需要进行高频处理为高频有效区域外，其余部分不需要进行高频淬火，原材料就能满足产品性能要求。

（2）高频淬火硬化层深度分析，一般硬化层深度δ＝（10～20）％D，D为工件的有效直径，因此取硬化层深度δ＝（10～20）％D＝（0．1～0．2）×6＝0．6～1．2，取中间值0．9，经过对高频设备参数的摸索及加工经济性，采用功率1、功率3都不满足硬化层深度要求，只有功率2，刻度对8满足要求。

（3）初步实施高频淬火，采用目前使用的感应线圈，淬火剂为水淬，回火设备，调试程序参数：采用功率2，刻度对8，走刀速度600～800，加热停顿时间1s，高频有效区按图示进行，回火温度165℃～178℃，保温2～2．5小时，虽说硬化层深度约0．8mm，高频有效区域硬度分布为HRC37～57，虽然轴螺纹处力矩有所提高，但有10％脆断的风险，硬度分布范围大，还是不满足图纸要求。

（4）通过上述验证和查阅相关高频淬火技术资料；1、轴螺纹经过高频淬火后脆断原因：①采用高频感应电流快速对材料进行加热，使零件表层瞬间形成奥氏体，由于加热后还要通过感应线圈才能冷却，因此在保温这段时间，奥氏体晶粒继续长大，过了感应线圈却又用水快速冷却，奥氏体晶粒越大，冷却后的组织越粗大，使材料的力学性能尤其是冲击韧性变坏。冷却速度快，会使钢中内应力增大，引起钢件的变形，甚至开裂。2、硬度不均匀原因：没有配备稳压电源，同时启用多台机床，电压不稳定造成。感应线圈与工件之间的间隙越大，热效率越低，还参杂空气气流，会导致加热扩散。

3高频淬火技术问题的改进及效果验证

3．1改进方案

（1）采购与雨刮摆轴匹配的感应线圈，理论要求间隙为1～3（不大于5），实际采购内径感应线圈与零件外径配合间隙在2．5－2．75之间。

（2）采购与SAE1144材料匹配的淬火剂（PAG水溶性淬火剂）。

（3）采购检测PAG水溶性淬火剂浓度的折光仪，用来控制剂浓度。

（4）配备稳压电源。

3．2实施方案

（1）控制程序：采用功率2，刻度对8，走刀速度600～700，螺纹处加热停顿时间1s，滚花加热处停顿时间2s，高频有效区按图示加工。

（2）配制淬火济浓度8％。

（3）回火温度：使用温度均匀的烘箱，零件放置于烘箱，随炉升问温至165℃～178℃，保温2～2．5h，取出零件，自然冷却。

（4）配备稳压电源。

3．3方案效果验证

硬度高频表面局部淬火后再经低温回火后，零件组织为淬硬层加心部组织，其中淬硬层又分为：表面层及过渡层，用金相显微镜测量淬硬层深度0．916mm，零件经过表面处理后，其各层的硬度是不同的，从表面、过渡层到心部，硬度逐渐降低。隐针状马氏体，一般中碳钢快速加热时，会得到极细的奥氏体晶粒，淬火之后得到极细的条状和片状马氏体的混合组织，在显微镜下看不出马氏体的形态特征，是一种隐针状马氏体，该马氏体具有优良的强韧性能，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，其αk值和KIC值均比较高，冷脆性转变温度较低，在生产中是广为应用的理想淬火组织，是一种强韧化组织。对轴的螺纹力矩及滚花处力矩进行3个不同批次并每批次测试20件，轴螺纹抗扭力矩都能达到30N．m以上，滚花处力矩满足设计要求，且较为稳定。通过更改加热的感应线圈内径，增加适量的PAG水溶性淬火剂，以及更改回火参数，得到极细的条状和片状马氏体的混合组织，在显微镜下看不出马氏体的形态特征，是一种隐针状马氏体，该马氏体具有优良的强韧性能，既有较高的强度，又有良好的塑性和韧性，能使轴螺纹的抗扭力矩达到30N．m以上，满足设计要求，且较为稳定。

作者：杨治英 单位：贵阳万江航空机电有限公司

热处理论文:金属材料与热处理课程教学探析

摘要：

金属材料与热处理是机械类专业的基础课，内容涉及面广，专业术语多，教学难度大。根据多年的教学实践及知识间的内在联系，以提高教学效果为目的，提出行之有效的教学方法，为提高该课程的教学质量提供参考。

关键词：

教学方法；实验；多媒体；学习兴趣

金属材料与热处理是机械类专业必修的技术基础课，理论性和实践性都很强，课程内容涉及面广，且专业术语和抽象性概念较多，学生很难理解和掌握，其中晦涩难懂术语的掌握难度最大。针对以上情况，教师应深入研究教学方法，采取多种教学方法达到教学目。根据多年的教学实践及知识间的内在联系，以提高教学效果为目的，研究多样化的教学方法，为提高该课程的教学质量提供参考。

1把握教学重点金

属材料与热处理课程由2个部分组成，分别是金属材料和热处理。以材料性能为例，重点解析教学的重点内容。在实践中，学生首先接触的是材料用途。材料用途和工作条件对材料性能提出相应的要求，如刀具硬度要高，坦克履带的耐磨性要好。材料性能会随周围介质的变化而变化，这取决于其内部组织结构对周围介质的适应性。周围介质的组织结构不同，材料的性能也不同；在液态组织和固态组织中，材料的性能也不同。材料性能不同的主要原因是成分比例配对不同。只有找到合适的比例，才能配对出适用的材料。在教学中，老师应掌握“要了解材料用途必须先了解材料性能”这个关键，抓住教授课程的重点内容，一层一层地深入研究，并把这些理论传授给学生。

2改进课堂教学方法

2．1运用生活实例讲课

在教学中，教师可选择学生熟悉且与教学内容有关的生活实例，激发学生的兴趣，使学生们参与到课堂教学中，提高教学质量。例如，老师讲解金属材料的概念时，不应只局限于教材，而是应该引导学生列举生产、生活中熟悉的金属制品，如铸铁制做的铁锅、黄铜制做的弹壳、镁铝合金制做的照相机和计算机外壳等，增加学生对金属材料的感性认识。此后再讲解金属的导电性、导热性、耐高温性时，学生们就会兴趣盎然。

2．2多用多媒体教学

随着现代网络技术的飞速发展，多媒体教学方法得到普遍应用。多媒体教学具有信息容量大、直观形象、易于接受等特点。在进行金属材料与热处理课程教学时，可以收集大量与教学内容紧密相关的短片、图片及三维动画，展示材料组织结构、合金的凝固与扩散过程、钢的加热及冷却、铁碳合金相图等，把抽象的内容通过生动的视频表达出来，加强学生对教学内容的理解。工厂生产、加工设备工作过程及具体工艺操作，通过视频演示可以极大地发学生的学习兴趣，巩固传统理论教学效果。

2．3培养学生查阅资料能力

学生在学习或工作中，只有不断提高自身的职业素养和职业技能，才能更好地服务于企业。其中，查阅和应用资料手册是学生必须掌握的技能之一。在教学过程中，教师有目的地布置应用、查阅表格、图表、手册的任务，可以逐渐加强学生查阅和应用资料的能力。在讲课过程中，老师应借用曲线、图像、表格等内容表达、分析授课内容，并指导学生查表、对照、换算，培养其相关能力。例如，要求学生对所选择材料的热处理加热温度、冷却方式及能达到的性能等进行比较。这样的查阅训练，可使学生加深图像、表格、曲线的认知程度，加强常用钢材热处理规范及其性能等数据的查询熟练度。

3增强实践教学环节

金属材料与热处理课程与生产实践密切相关，是一门实践性很强的学科。在学院实验设施和经费不足的情况下，为激发学生的学习兴趣、提高教学质量，老师应积极创造条件，设计一些易于操作的实验内容，通过实验来验证理论内容。

3．1增加课堂实验

在讲授金属材料的力学性能———硬度时，可以让同学们比较石头和粉笔的硬度。用简单易做的实例展示不同材料的硬度差别，既浅显又易懂，还有助于提升学生的学习兴趣。

3．2加强实训操作

可在钳工实训室进行钢火花鉴别实验。老师课前先做好准备工作：粗的低碳钢铁钉及报废的中碳钢车刀柄、高碳钢錾子、高速钢白钢条，让学生在砂轮机上磨削这4种合金钢，让其观察合金钢火花的形态、亮度、色彩差别，老师再对钢火花鉴别实验进行分析、归纳、总结，使学生明确其鉴别原理和方法。采用这种方法，可以使学生的知识得到巩固、消化和升华。

3．3参观科研院所

目前，辽宁省铁岭技师学院机械专业的教学条件有限，实验设备和师资力量比较匮乏。在此情况下，教师可以与一些科研机构取得联系，带领学生到科研机构的实验室参观，即弥补实验教学不足，增长学生见识。如在讲授金属力学性能时，可以带领学生去科研机构参观，材料拉伸实验、硬度测试、冲击韧性实验、用光谱议检测元素等，都可以采用参观的方式教学。参观及科研人员讲解，可使学生验证理论，开拓知识视野。

3．4增设综合性实验

综合性和设计性实验可以把实验和理论知识串连起来，有效巩固所学知识，激发学生的参与意识，提高他们分析问题、解决问题的能力。比如在进行金相组织观察实验时，为避免单纯利用显微镜观察枯燥，可对实验内容进行适当调整，选择一些材料加工企业热处理后的报废、过热和过烧零件，让学生将其与合格零件进行比较，先完成性能检测，再观察金相组织，最后依据所学理论加以解释。要完成这些工作，必须查阅相关文献资料或与教师进行讨论，可使学生的参与兴趣得到极大提高，对实际零件的不同处理状态有更深层次认识。

4结语

在金属材料与热处理课程教学中，教师必须深入研究教学方法，根据课程特点采用行之有效的效学方法，充分调动同学们的学习兴趣和主动性。采用举例、多媒体、实验教学的目的是激发学生的学习兴趣和求知欲望，提高他们的综合素质，为现代社会培养高技能人才。

作者:刘智生 单位:辽宁省铁岭技师学院

热处理论文:金属材料热处理节能技术的应用

摘要：

随着我国环境问题的日益突出，在制造业中，产能提升和环境保护成为了普遍的共识。在制造业中，运用科学的金属材料热处理技术，能够减少污染气体的排放量，可以有效地提升金属制造业的环境效益。在制造业激烈竞争的当下，制造技术的先进是产品竞争能力的保证，热处理技术的先进程度则是保证机械产品质量的关键因素，文章将着重分析金属材料的热处理节能技术及发展趋势。

关键词：

金属材料；热处理；节能技术；应用进展

制造业是国民经济发展的重要支柱，制造业在生产过程中会衍生出很多污染性气体，同时制造业的节能环保效益也不高。随着金属制造业的快速发展，在制造业生产与发展过程中，注重其环保节能性，优化其低碳持续性成为了制造业持续发展的关键，更是推动我国制造业全面发展的保障。在制造业中，金属材料热处理是金属制造的关键与核心，同时这一热处理会产生比较大的能源消耗，特别是电能消耗。为优化金属材料的热处理节能技术，必须采取科学有效的热处理技术，不断提升热处理的能力，综合性提升金属材料热处理的节能环保性。

1我国金属材料热处理节能技术发展的现状分析

随着制造业的快速发展，金属材料的热处理技术成为了制造业中的主流，热处理钢铁材料占钢材总量的40%以上。金属材料的热处理虽然是制造业中的主要技术，但金属材料的热处理同时也是制造业中高能耗的主要环节。金属材料的热处理对电能的消耗特别大，是制造业中的主要用电区域。同时，在金属材料热处理技术中，还会产生比较严重的材料碎屑，造成较大的固体垃圾污染，同时也会造成比较严重的空气污染。随着我国制造业的快速发展，金属材料的热处理技术得到了长远的进步与发展，但当前我国大部分制造企业的金属材料热处理能力并不高，仍属于产能落后的环节，金属材料的热处理能力难以满足对材料的利用，设备负荷率低，装炉量明显不足，加热设备落后，无效热消耗多，生产工艺比较落后等。近年来，随着我国对产能落后的制造业的约束性发展，随着一大批产能落后的制造业退出历史舞台，我国制造业的金属材料热处理能力得到改善与发展，金属材料的热处理能力不断优化与改进，极大程度地提升了产能效益。

2金属材料热处理技术节能技术的应用进展

金属材料热处理技术是制造业生产中的主要技术，金属材料热处理技术同时也是用电大户。鉴于当前金属材料热处理技术的明显不足及热效率低下，以及金属材料热处理技术应用中存在着的较大环境问题，必须结合制造业的发展现状，不断提升金属材料热处理的综合产能，全面提升金属材料热处理的节能环保性。当前金属材料热处理节能技术的应用发展主要包括以下方面：

2.1化学热处理薄层渗入技术

在金属材料热处理技术的实践运用中，由于设备落后、效益不高、污染严重等，不仅无法提升制造业的生产效率，同时还容易造成巨大的能源消耗。特别是在金属材料热处理技术的运用中，采用传统的深层渗透法，不仅容易造成巨大的能源浪费，也不利于提升金属材料热处理的生产效益。同时，在实际的加热环节中，由于加热时间的无法把控或者过热等问题，还容易造成严重的生产浪费及环境污染。鉴于此，在金属材料热处理技术的运用中，运用化学热处理薄层渗入技术，可以综合性地提升制造业的生产效率，同时还能够有效地保护环境，减少污染气体的排放。

2.2工具零件超硬涂层技术

在制造业金属材料热处理技术的运用中，由于这种金属材料热处理技术的节能效果不好，同时会产生比较大的材料损耗，因此，为优化金属材料热处理技术的整体效能，应该采用工具零件超硬涂层技术，这种技术在使用中需要对工具进行涂层处理，这种处理方法不仅能够提升金属材料热处理的整体效能，同时还能够实现热处理的节能高效，减少废弃物的产生，减少污染气体的排放。此外，这种技术还能够实现有效地化学处理，提升化学处理的效能。

2.3振动时效处理技术

在金属材料热处理的过程中，材料因机械作用会产生比较大的振动力，这种振动力的存在是造成材料在切割等工艺实施中出现位移或者错位等问题，同时还会到刀具造成一定的影响。一旦出现这种问题，那么金属材料的工艺将受到严重的影响，金属材料的质量也会降低。鉴于此，在金属材料热处理的过程中，必须注重振动力的存在，采取一定的措施来规避振动力的负面影响。这种热处理节能技术，能够有效地提升金属材料的生产质量，规避金属材料在加工环节中出现的位移或者差错，同时还能够有效地保障金属材料的整体性，避免金属材料因强大的切削作业发生较大的误差或者裂缝。此外，在金属材料热处理技术的运用中，为规避热处理技术带来的负面影响，往往需要采用传统的抵抗振动效应的技术，但传统技术的作用效果有限，在实际作用中往往会造成比较严重的电能消耗，不利于节能减排目标的实现。

2.4基于计算机的CAD技术

在金属材料的热处理中，为了优化热处理的效能，为了充分提升热处理的节能减排效果，在计算机技术不断发展的今天，一种新型的金属材料热处理技术得以发展起来，并成为当前运用于金属材料热处理中的核心技术。在实践运用中，这种先进的热处理技术主要是基于计算机平台来实现的，依托于计算机技术的先进性和科学性，可以实现热处理环节的模拟性和线上性，通过模拟操作能够准确计算出金属材料热处理中可能带来的能源消耗及材料损耗。为了提升热处理技术的节能性与环保性，可以在计算机平台上，有效设置相关的技术参数，不断提升参数的精确性。此外，这种先进的计算机技术还能够实现热能的分析与处理，精准判断金属材料热处理中可能出现的多余的热量，并将这些热量有效回收利用好，避免热量的流失以及热量的浪费，全面降低金属材料热处理的能耗。

2.5无氧作业的热处理技术

在制造行业中，金属材料热处理技术是关键技术，但由于受技术限制及工艺流程的限制，使得金属材料热处理多在有氧的状态下进行，这种热处理方式，使得金属材料与周围的气体等物质会发生一定的反应，一旦发生氧化反应等化学反应，将降低金属材料的整体性能。随着金属材料热处理技术的不断发展，随着热处理节能技术的深入发展，一种无氧状态下的热处理技术应用而生，并成为当前先进的金属材料热处理技术。这种先进的热处理技术在实际的运用过程中，可以减少工艺流程，避免繁琐流程带来的生产材料的浪费，同时还能够有效地提升设备的使用效果，提升设备的生产效率。

2.6激光热处理技术的运用

相比以上几种金属材料热处理技术，这种热处理技术具有非常高的效率，在实际运用中，这种热处理技术不仅能够有效地改变和调整金属材料表面的成分，还能够有效地弥补和完善其他材料无法匹配的效果。激光热处理技术可以充分借助于激光强大的穿透能力，同时还能够提升金属材料的性能，使得热处理的效果更加的明显，节能效果更加可观。此外，激光热处理的时间较短，可以减少金属材料热处理中可能发生的变形、错位等质量问题。

3结束语

随着制造业的快速发展，金属材料热处理技术成为了制造业发展的重要基础，在制造业快速发展的过程中，金属材料的热处理发挥着重要的作用，但传统的热处理技术无论是节能效果，还是降低能耗等都无法达到满意的效果。为推动制造业的可持续发展，不断提升制造业的发展高度，必须注重金属材料热处理节能技术的运用，运用一系列先进的金属材料热处理节能技术，不断提升热处理的效果与质量，实现制造业的健康可持续发展。

作者:赵力默 葛张学 潘佳奇 单位:沈阳理工大学

热处理论文:热处理工艺对球墨铸铁性能的影响

摘要：

热处理工艺在球墨铸铁的生产过程中起到重要作用。在对其进行淬火时的典型做法是：第一步，使球墨铸铁全部进行奥氏体化，第二步，迅速把球墨铸铁放进一定温度的盐溶液当中，进行等温处理，防止其在高温状态下转变成珠光体，持续一段时间后再拿到空气中制冷，达到室温即可。本篇文章就通过对球墨铸铁的热处理进行实验，对其球墨铸铁的各种性能进行分析与讨论。

关键词：

热处理工艺；球墨铸铁；组织；性能

作为最近30年以来，在铸铁冶金行业做出突出贡献，经过热处理工序而产生的球墨铸铁，是在新形势下产生的新的材料产物，该材料具有成本低廉、各方面综合性好、韧性强、强度大等优势，所以，在未来的发展过程中它必定会大放异彩，成为备受人们瞩目的材料之一。现在加大热处理工艺对球墨铸铁影响的研究，是顺应发展趋势的一种行为，必将为人们带来丰厚的回报。

1试验材料与方法

在试验过程中，我们所使用的材料大多是铸态球墨铸铁，其中所含成分见下表1。在对热处理进行试验样本制备的时候，基本上采用经过手工砂型的铸造从而得到的标准的材料Y型试块，在Y型试块的底面切下来2个部分，作为标准拉伸的试验样本。把制作完成的实验样本[1]，放在电阻中进行加热，温度达到900℃时进行保温处理，使其奥氏体化，之后马上把它放进硝酸盐溶液中进行等温操作，温度分别为335℃、350℃、380℃，时间大约是1小时30分钟，最后将其取出放在空气中冷却，达到室温即可[2]。经过热处理之后，要对其进行粗磨和细磨，之后再用达到20%的冰醋酸和达到80%的高氯酸的混合溶液对实验样本进行抛光，时间大约为10秒钟，最后，利用仪器对实验样本残留的奥氏体的含量进行测量，同时，对其中奥氏体的含碳量进行计算。

2试验结合与分析

2.1对残余奥氏体温及含碳量的影响

对试验样本中的碳含量以及奥氏体的残余量进行计算得出，在335～380℃这段的等温时间里，实验样本球墨铸铁能够得到非常多的残余奥氏体，并且，在残余奥氏体当中，其碳含量基本上都处于1.75%~2.00%之间，含有这些数量碳的残余奥氏体，拥有非常稳定的结构，在热力学上不易发生变化，并且，在收到外力作用的时候，也不会轻易地向马氏体进行转变。在330~380℃这段温度范围里，贝氏体的等温的温度在不断地上升，而与之相伴的是残余奥氏体不断增加的体积分数，在其达到最大值时为50%，但是其中残余奥氏体的碳含量会在开始时急速上升，最后缓慢的下降[3-5]。

2.2对球墨铸铁组织和力学性能的影响

根据图1能够看出，在经过试验的处理之后，其中包含的组织有贝氏体、残余奥氏体、石墨以及马氏体。当等温的温度特别高时，会形成像羽毛似的上贝氏体，贝氏体具有非常粗大的形态。当等温的温度特别低时，会形成像针一样的下贝氏体。其中的残余奥氏体的形态则是一直呈现不规则的形状。

2.2.1抗拉强度

当对球墨铸铁进行热处理时，主要是在试验样本中的贝氏体的形态和含量影响其强度。从实验数据中能够看出，在330℃到380℃之间，贝氏体的等温温度越高，抗拉强度就会越小。这是因为，当温度很低的时候，碳原子的就不会很快的扩散，而且贝氏体也会拥有较慢的增长速度，这个时候产生的贝氏体大部分是针形状的，特别小，拥有特别高的相界面的结合力，所以就会使强度得到提升。温度越来越高，贝氏体也就会增快自身生长速度，它的形状也会发生改变。当等温的温度很高时，会形成像羽毛一样的上贝氏体，抗拉强度得到增加。当等温温度特别低的时候，就会产生像针一样的下贝氏体，抗拉强度也会相应下降。

2.2.2伸长率

材料当中的碳含量和残余奥氏体的含量对伸长率有着非常严重的影响，而在残余奥氏体当中，它的碳含量的多少还将决定着自身的稳定性。从测量得到的数据中能够看到，在330~380℃的范围内，贝氏体的等温温度不断上升，伸长率开始时增大之后逐渐减小。造成这种现象的原因是，当温度不高时，碳原子不会拥有特别高的扩散速度，残余奥氏体很少，并且其中有一些的碳含量特别低，没有稳定的性能，致使在空气冷却、机器加工或者是进行拉伸使其受力的时候，都会有一些转变为马氏体，而就因为这些马氏体，大大影响了延伸率，所以导致此时非常低的延伸率。

2.2.3拉伸断口形貌

通常来讲，断口形貌能够反映实验样本的韧塑性的好坏。在球墨铸铁当中，石墨就好比是基体上的一个空洞，会严重影响强度，在受到拉应力的时候，会导致不是特别圆的石墨球的边缘部位产生一定程度的裂纹。

3讨论

（1）在规定的温度范围之内，贝氏体的等温温度越高，材料的抗拉强度就会越低，其伸长率的变化是开始增大之后减小。

（2）在试验中，球墨铸铁里面拥有很多的残余奥氏体，大约在17%~49%之间，它们的碳含量都在1.7%~1.9%以内，而且残余奥氏体也大多是碳含量丰富而且较为稳定的奥氏体。

（3）当等温温度非常低的时候会形成像针一样的下贝氏体；而当等温温度非常高的时候就会形成像羽毛一样的上贝氏体。

（4）在实验样本进行拉伸后，其断口表现为非常多的韧窝状，是非常明显的韧性断裂。

4总结

本文通过在不同贝氏体温度下对球墨铸铁的力学性能、微观组织以及残余奥氏体的影响的研究，发现在规定温度内，贝氏体的等温温度越高，其抗拉强度就越低；延伸率则是开始上升后来下降。残余奥氏体则随温度升高而上升，但是其中的含碳量就是先上升后下降。

作者:王静平 王建国 孙志敏 单位:内蒙古机电职业技术学院冶金与材料工程系

热处理论文:金属材料热处理工艺研究

摘要:

简要介绍了金属材料的应用及金属材料热处理新工艺与技术，并对金属材料热处理工艺与技术进行了展望。

关键词:

金属材料;热处理;工艺技术

1金属材料

金属材料在日常生活中应用广泛，在现代各行各业中发挥着重要作用。其具有强度高、塑性好及韧性强等特点，且较为耐热、耐寒，还有良好的导电性和导热性。近些年来，多孔金属材料和纳米金属材料得到了极大的发展，二者的应用领域正在不断的拓展，市场需求逐渐增大。

1．1多孔金属材料

多孔金属材料是一种具有良好渗透性，可以调节孔径，耐腐蚀、高温和高强度等诸多优点于一身的功能性材料。在诸多行业都得到了广泛的应用。多孔金属材料还可以用于能量吸收，从起落架到安全垫，都可以看到多孔金属材料的身影。由于多孔金属材料的多孔性，其表面积很大，因此，多孔金属材料也广泛应用于热交换器和散热器。另外，多孔金属的吸收电磁性能要比普通金属高的多，使得多孔金属材料广泛应用于移动电磁设备上。

1．2纳米金属材料

随着纳米技术的不断发展与进步，纳米金属材料也被广泛的研究和应用。众所周知，当物质的尺寸小到纳米程度时，物质的物理性质和化学性质都将发生翻天复地的变化。通过纳米技术，能够使金属材料的纳米组织和架构变得格外细小，从而使金属材料的物理性能和整体功能得到很大改善。目前，铝基纳米复合材料以其良好的强度和抗疲劳性能成为广泛应用的一种纳米－非晶体复合材料。另外，电沉积纳米晶体广泛应用于管道内覆和修复蒸汽发电机叶轮等方面。

2热处理新工艺与技术

2．1热处理新工艺与技术优点

近几年来，金属材料热处理工艺与技术不断的更新和发展，新发展的工艺与技术具有许多优点。新发展的工艺与技术不仅具有了更高的有效性和准确性，提升了金属材料加工的质量、整体性能和使用年限，还大大降低了企业能耗。在国家建设生态文明的大环境下，新工艺与技术比以前更加注重环境的保护和改善，致力于减少废气、废液和废渣的排放。

2．2热处理CAD技术

热处理CAD技术是利用电子计算机进行的一种智能模拟技术。当加工人员对金属材料进行加工时，结合金属的具体情况和加工要求，热处理CAD技术可以帮助加工人员来做还原，做出更科学、合理的热处理步骤和工序。加工人员以热处理CAD技术做出的具体分析为依据，挑选合适的加工材料，就可以实现理想的效果。热处理CAD技术大大提升了工作效率，缩减了工作时间，减少了工作失误和损失。

2．3化学热处理薄层渗透技术

化学热处理薄层渗透技术是在解决热处理技术的各种不足基础上诞生的。化学热处理薄层渗透技术不仅能够节约成本和能耗，还能够提高加工材料的整体性能。该技术不仅在改善金属表面性能上有很大进步，而且大大减少了加工过程中的环境污染。

2．4激光热处理技术

自20世纪60年代以来，激光技术获得了异乎寻常的飞快发展，激光热处理技术也应运而生。激光热处理技术就是使用激光对材料热处理。激光被称为“最快的刀”，具有穿透力强的特点，激光的热处理效果也比其他技术强。使用激光热处理技术加工的金属材料，表面硬度得到明显提升，整体性能得到明显增加。

2．5真空热处理技术

真空热处理技术，顾名思义，是通过真空来进行金属热处理的。真空热处理技术具有高效率，节约加工时间，而且还能够有效控制加工产生的有毒废气，具有良好的环境保护效果。

2．6超硬涂层技术

超硬涂层技术是目前应用最广泛的热处理工艺与技术之一。超硬涂层技术可以大幅增加金属材料的表面硬度，延长材料使用年限，提升材料整体性能。目前，采用电子计算机配合的超硬涂层技术，可以对材料加工进行实时监控，提高了超硬涂层技术的有效性，应用更加广泛。2．7振动时效处理技术振动时效处理技术具有有效防止金属材料的功能，这一点弥补了以往多数热处理工艺与技术的不足。振动时效处理技术还可以与电子计算机联用，实时监控金属加工过程，缩短了加工时间，提高了加工效率，降低了能耗和成本。

3热处理工艺与技术展望

金属材料热处理工艺与技术在不断的进步和发展，许多新工艺与新技术投入生产使用，其中之一就是可控气氛热处理工艺。可控气氛热处理工艺，是使用一种能够控制和保护金属材料的气氛介质。可控气氛热处理工艺使热处理过程更加的平稳和完备，是因为可控气氛可以保护金属材料的表面性能不消退。目前，可控气氛热处理工艺应用越来越普遍，但仍存在许多不足，在不断的应用中，可控气氛热处理工艺越来越得到完善和发展。因此，金属材料热处理工艺与技术要想获得更大的进步和发展，工艺与技术的广泛应用尤为重要。

4结语

随着科学技术不断的发展，金属材料热处理工艺与技术同样也在逐渐的进步和发展。金属材料热处理工艺与技术不仅要保障有效性和高准确性，还要降低企业能耗，注重环境保护，减少废气、废液和废渣的排放。目前，许多热处理技术依旧存在着不足，因此，在日后的工艺与技术发展中，进一步发展和完善非常重要。

作者:杨雪婷 单位:浏阳市第一中学

热处理论文:金属材料与热处理工艺探析

摘要：

随着我国现代化工业的迅速发展，工业机械生产自动化技术得到了较大的提高。工业机械行业生产需要大量金属材料，有些需要将金属材料通过高温加工方式进行热处理后方可使用。本文简略讲述了工业金属材料结构和组织，简述了热处理工艺技术的基本慨念和热处理过程中出现的腐蚀问题对社会环境的影响及应对方法。

关键词：

金属；材料；热处理

1金属材料的结构和组织

早在几千年前的铁器时代，我们的祖先就已经会使用一些矿石加工成金属材料，然后用这些金属材料制作成生产劳作工具或其他器具，并且先人们渐渐认识到热处理的作用。在当时的历史时期我国金属材料加工生产工艺基本走在世界的前茅。建国后，随着我国工业科技产业的发展，在工业生产中，很多地方要用到金属材料，其中用量最大的材料是合金材料。某些金属材料或者是合金材料，经过高温热处理的方式可以改变其内部组成结构的排序，但热处理加工工艺一般不会改变金属材料构建的外部形状和构建的化学成分，仅仅只会改变金属构建内部的显微组织或表面一些化学成分，使所用性能能得以改善[1]。

2金属热处理的基本概念

热处理其实就是将某种金属的材料放在相应的容器内，对它进行加热、保温、冷却，在通过改变材料的表面或者是内部的结构组织，来控制它的性能的一种工艺。这种热处理新工艺，它是为了把一些零部件的的耐磨损和抗疲劳防破裂心能增强，提高了零件使用的强度，可以更久的使用。还可以提升一定经济利益，更多的节约能源，增强环保避免对环境造成过多过大的污染。从石器时代开始一直进展到铜器和铁器时代的过程中，热处理慢慢的被人们一点一点的认识、熟悉，以及使用，而且中国人在生产中很早就已经发现，对铜、铁或者是某种金属物质进行一定温度的加工、加热、加压，会使材料的形状发生变化，从而在铜器、铁器时代，才会制造出来大量青铜、铁质的武器或器皿。热处理流程就是工人将金属工件加热到一定的、适当的温度，并根据材料不同大小相应采取不同的保温时间，然后再进行冷却。淬火是将材料加热、保温后，把材料在水里进行快速冷却。从水里拿出来后金属材料的材质的硬度将会提高，但同时脆度也会加强。所以为降低物体脆性，把淬火后的金属工件进行一定时间温度的保温，之后再进行冷却[2]。

3金属材料保管和锈蚀问题

金属在加热过程中或加热后冷却处理的时候，如果对某种金属材料进行拉伸会改变材料本身的内部组织结构和一些机械性能，材料本身会因为环境的影响而改变，如钢筋拉伸后存放一段时间表面会出现铁锈，这种铁锈钢筋如不及时清除表面的铁锈，久而久之会腐蚀它的内部结构，最终导致金属材料的脆性发生从而产生断裂。金属材料的存放方法也很重要，一些材料长时间的放置，或者是放在阴暗、潮湿的环境里，材质的本身也会发生变化，材料表面会生锈，如果不及时的清理，会慢慢的腐蚀材料，这些铁锈会越积越厚、面积越来越大，最后使材料的表面不光滑，内部结构不完整，表面的硬度降低，钢铁生锈、铜器泛绿、银具变黑等都是金属材料长时间的放置或不规范保存所产生的问题。所以日常工作中，对一些金属材料的保管或存放应及时进行检查或定期进行清理，对尚未使用的原材及时清理表面上的铁锈再投入使用。对已经生产完好的工件应妥善的保管，对已经安装的构建应及时涂上防锈涂层，以免材料发生形状的变化或结构变化而导致无法使用[3]。金属材料如果不及时的清理那些锈渍，很容易造成人员伤亡事故或对环境造成污染。如2005年10月26日，广东某石油化工焦化厂车间的管道突然开裂，高温油气从管道里喷射出来，正值上班时间，许多员工还在工作，突发事件使人无暇迎接，这次事故造成了较严重的人员伤亡和设备损坏。由于日常设备管理的疏漏，对管道的检查忽略了点点锈蚀，未经处理的点点锈蚀将管道慢慢的腐蚀，长期的腐蚀，这是一种“慢性病”，没有具体的预防措施和防护，管理人员也不太重视，才导致悲剧的发生。又如2007年8月在美国的一座高速公路桥上，桥梁结构也因常年的腐蚀突然产生桥身倒塌，造成了7死30几人受伤。同时腐蚀也在威胁着我们生活的环境，金属材料在腐蚀的同时，腐蚀的产物必定会有一部分流入到河水、土壤等自然环境中，所以这对自然环境带来了严重的影响。流到了河流里，影响农田灌溉，影响动物、植物和人们生活用水，流进土壤影响农作物或植物生长和健康。若流到海洋里，对海洋里的生物、鱼类等有生命的一切都会稀来巨大的威胁。所以我们要重视起腐蚀带来的危害，要控制好放置材料的环境，保证储存空间的温度、湿度以及通风良好，或者是用缓蚀剂来减少和防止对金属的腐蚀。这样才可以保证金属材料的材质，减少经济损失，保障自然环境不受损害。

4热处理过程中材料开裂的应对

一些金属材料在进行热处理加工过程中，经常会出现断裂的现象。对金属材料进行热处理工艺加工的关键会直接影响材料再结晶效果，温度的高低是加工过程的关键，所以工作人员在工作时应注意控制金属材料热处理加工过程中的温度，保证材料断裂韧性的承受能力，保证温度达到一定程度，形成结晶。

5金属热处理工艺展望

随着改革的进一步深化，国家现代化建设进一步发展，我国每天的能源消耗量非常之大，工业自动化、农业现代化、农村城镇化、城市基础设施建设均离不开机械设备、零件加工、机械制造等，国防建设投入的增大，使很多大型的重工业也不断发展，热处理对中国的机械制造业发展也具有相当重要的影响。无论城镇、农村目前均离不开热处理加工技术，市场经济的快速发展也会对热处理行业的发展带来巨大的前景。虽然热处理行业的前景看似良好，但是这个行业仍具有一定的危险性，因为是金属或者是其他金属材料进行必须进行高温加工，一些生产加工设备没有及时更新换代，不是现代化、自动化数控进行生产，难免存在安全隐患，难免会有员工因工作失误造成伤害，并且金属材料在进行高温加工、加热时会产生一些有害气体，这些气体长期被吸入，对人的身体健康会产生一定的伤害。由于热处理行业仍是污染型行业，无论国企还是民营在建设此类加工场所时，应考虑环境保护问题，应严格执行国家环评的最新规定，不得建立在在居民区、商业区、旅游区、蔬菜和粮食等农作物种植区域、以及水资源保护区，防止对人类的伤害、对环境的污染。

6结语

随着工业科技的飞速发展，我国的工业技术水平越来越高。机械制造、仪器仪表、航天事业等现代化的工业都在继续向前发展，高温热处理技术和金属材料品质已经达到了一个全新的水平。但愿今后的金属材料和热处理加工工艺步入世界先进行列，实现数控化、智能化、机器人生产加工的现代化工作手段，达到高效生产、安全生产的目的。

作者:酉芳敏 单位:常德烟草机械有限责任公司

热处理论文:U型换热管弯管段热处理工艺研究

摘要：

对U型换热管冷弯后热处理工艺进行了介绍，分析了热处理后表面出现少量氧化皮且弯管段外侧壁的氧化皮比其余部位多的原因。通过力学性能试验、化学成分分析、晶相分析、表面硬度检测等试验，验证了热处理后换热管表面出现少量氧化皮对换热管的各项性能无影响。

关键词：

U型换热管；Q345E；热处理；氧化皮；理化试验

引言

U型管式换热器是管壳式换热器的一种，是石油化工生产中普遍应用的典型工艺设备。随着石油化工装备的大型化以及火电、核电技术的发展，U型管式换热器以其热补偿性能好、传热性能好、承压能力强、结构简单、便于检修和清洗、造价便宜等优点得到更为广泛的应用。但是，由于因管束中间部分的管子难以更换，且U型换热管在弯制过程中容易产生椭圆度、残余应力等现象，会影响换热管的使用寿命。因此，按标准要求，对有耐应力腐蚀要求或要求消除残余应力时，碳钢和低合金钢U型换热管弯管检验合格后，对其弯管段及至少150mm的直管段应进行消除应力热处理。热处理后，再逐根进行水压试验，以保证换热管的各项性能。本文针对某U型换热器设备换热管冷弯后热处理工艺进行了介绍，并分析热处理后表面出现少量氧化皮的原因。通过试验论证了在选择的热处理参数和热处理方法下，换热管表面出现的少量氧化皮对换热管的各项性能无影响［1－2］。

1换热管材料介绍

某换热器设备管程介质为液氨，设计压力为23．3MPa，设计温度为70／（－33）℃，U形换热管材质为Q345E，规格为Φ19mm×3mm，材料的化学成分见表1，力学性能见表2。

2弯管段热处理工艺

换热管采用工装进行冷弯，冷弯后成型工艺满足尺寸公差的要求。合格后，按标准对弯管段及直管段至少150mm范围内进行消除应力热处理。热处理后，再逐根进行水压试验。换热管弯管合格后按组摆放在一起，管头处采用保温棉塞住管口，以防热处理过程中加热段管内壁发生氧化。弯管处采用履带式局部消除应力热处理，履带宽度为450mm，覆盖弯管段及直边段150mm范围内的管子，并采用保温棉覆盖保温，测温热电偶置于履带内表层与履带直接接触的换热管壁上，防止与履带直接接触的部分换热管出现过热。按设定升温速度升温，在（620±20）℃温度条件下保温15min。保温后，按设定降温速度降温，当温度小于400℃以后，去除保温棉，在空气中空冷［3］。具体热处理工艺路线如图1所示。

3试验

换热管热处理后表面出现少量氧化皮，弯管段外侧比其余部位氧化皮略多。由于换热管在弯管过程中外侧存在拉应力，造成弯管段外表面氧化皮没有弯管前致密，因此热处理过程中铁会往表层扩散；而氧则相反，通过氧化皮薄膜会往金属里面扩散，从而进一步氧化而出现较厚的氧化皮，在表面残余应力作用下会出现部分氧化皮脱落现象［4－5］。为确定热处理后出现的氧化皮对换热管使用性能是否有影响，利用备用换热管进行试验，截取部分换热管，在热处理炉内按原热处理工艺参数进行热处理后，表面也同样出现氧化皮。采用万能拉伸试验机对热处理后的试样进行了全截面拉伸试验，结果如表3所示。采用里氏硬度计对试样进行了表面硬度测试，测试结果如表4所示。由表3可知，试验管在室温条件下的拉伸强度平均值为508MPa，比要求的最低抗拉强度值高出18MPa；屈服强度平均值为349MPa，比要求值高；断后延伸率也达到30％，满足要求。说明换热管在热处理后的力学性能符合要求。从表4中可知，热处理后换热管表面硬度也在标准要求范围内，说明热处理过程中降温速度控制合理，未出现表面脆硬而导致的硬度超标现象。另外，为确定热处理后材料的组织成分是否发生变化，首先采用牛津直读光谱仪对热处理后的换热管进行化学成分测试，测试结果见表5。并对热处理前、后换热管横截面采用4％硝酸酒精侵蚀后，在金相显微镜下观察其金相组织，见图2。从化学成分表中可见，各元素含量符合标准要求，未见因温度过高而出现化学元素烧损。对热处理前、后材料金相组织图对比分析发现，材料组织皆为珠光体和铁素体组成，并未因温度过高而出现珠光体退化现象。

4结论

1）采用合理的热处理参数和热处理方法，换热管冷弯后残余应力的释放和碳化物的均匀析出，使得弯管段组织比较均匀、硬度值相差不大、化学成分未发生变化、力学性能满足要求，验证了热处理后换热管表面出现少量氧化皮对其力学性能和组织成分没有影响。

2）对Q345E换热管冷弯后采用履带局部消除应力热处理，工艺简单、操作方便。通过选择合适的热处理方法和热处理参数，保证了热处理效果，为同类换热器设备U型换热管的热处理工艺提供了经验和理论依据。

作者:李亚鹏 周印梅 吴和斌 裴飞飞 单位:山西阳煤化工机械有限公司