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鋼熱處理產(chǎn)生缺陷原因分析論文

時間:2024-08-20 09:14:35 論文范文 我要投稿
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鋼熱處理產(chǎn)生缺陷原因分析論文

  摘 要:熱處理是保證產(chǎn)品或零件使用性能的重要工序。如果熱處理不當(dāng),就會產(chǎn)生各種各樣的熱處理缺陷,使產(chǎn)品或零件達不到預(yù)期的使用性能,產(chǎn)生不合格品或廢品。熱處理前由于設(shè)計不良、原材料或毛坯缺陷,熱處理中因工藝不當(dāng)、操作不當(dāng)、設(shè)備和環(huán)境條件不合適,以及熱處理后因后續(xù)加工工序不當(dāng)或者使用不當(dāng),都可能產(chǎn)生與熱處理有聯(lián)系的缺陷。

鋼熱處理產(chǎn)生缺陷原因分析論文

  關(guān)鍵詞:熱處理;工藝;缺陷;分析

  1、熱處理缺陷一般按缺陷性質(zhì)分類

  主要包括熱處理裂紋、變形、殘余應(yīng)力、組織不合格、性能不合格、脆性及其他缺陷七大類。缺陷中最常見的是熱處理變形,包括尺寸變化和形狀畸變;最危險的是裂紋,包括淬火裂紋、延遲裂紋、冷處理裂紋、回火裂紋、時效裂紋、磨削裂紋和電鍍裂紋等。

  1.1、退火與正火常見缺陷:軟化不充分、退火脆性、滲碳體石墨化、氧化、脫碳、過熱、過燒、魏氏組織、網(wǎng)狀碳化物等;

  1.2、淬火常見缺陷:吹火裂紋、淬火表形、硬化不充分、軟點、氧化、脫碳、過熱、過燒、放置裂紋、放置變形等;

  1.3、回火常見缺陷:回火裂紋、回火脆性、回火變形、殘余應(yīng)力過大等;

  1.4、滲碳與碳氮共滲常見缺陷:滲碳過度、滲碳不均勻、反常組織、內(nèi)氧化、剝落、表面硬度不足、表面碳化物不合格、心部組織不合格、滲碳層深度不足、心部硬度不合格、表面硬度不足、表面脫碳等;

  1.5、滲氮與氮碳共滲常見缺陷:白層、剝落、滲層硬度低、滲層深度不足、滲層網(wǎng)狀或脈沖組織、變形、心部硬度低、滲層脆性、耐蝕性差、表面氧化等;

  1.6、滲金屬常見缺陷:滲層過厚或不足、漏滲、滲層損傷、氧化、腐蝕、滲層分層、鼓包等;

  2、主要熱處理缺陷產(chǎn)生原因分析

  2.1、產(chǎn)生熱處理裂紋原因分析

  熱處理裂紋依據(jù)裂紋擴展的程度不同,分為阻斷裂紋和可發(fā)展裂紋。阻斷裂紋尺寸一般小于臨界裂紋長度,因為應(yīng)力場的變化及裂紋擴展阻力的變化等復(fù)雜因素的綜合影響,使得裂紋難以繼續(xù)擴展,裂紋存在在工件上,并未形成宏觀的斷裂;可發(fā)展裂紋尺寸大于臨界裂紋長度,造成宏觀的完整破壞,呈現(xiàn)脆性斷裂。斷裂可分為兩種類型,脆性斷裂和韌性斷裂。絕大多數(shù)熱處理裂紋的斷口屬于脆性斷裂,斷口具有灰亮色的金屬光澤,且沒有宏觀塑性變形。

  2.2、產(chǎn)生熱處理變形原因分析

  工件的熱處理變形,主要是由于熱處理應(yīng)力造成的。其次,工件的結(jié)構(gòu)形狀、原材料質(zhì)量、熱處理前的加工狀態(tài)、工件的自重以及工件在爐中加熱和冷卻時的支承或夾持不當(dāng)?shù)纫蛩匾材芤鹱冃。熱處理變形分為尺寸變化(體積變形)和形狀畸變兩種形式。

  2.3、產(chǎn)生熱處理殘余應(yīng)力原因分析

  工件在加熱和冷卻過程中,由于熱脹冷縮和相變時前后相比體積差異而發(fā)生體積變化,由于工件表層和心部存在溫度差和相變時間差以及相變量的不同,致使工件表層和心部的體積變化不能同步進行,因而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。按照內(nèi)應(yīng)力的成因可將其分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。熱應(yīng)力是指由表層心部的溫度差引起的熱脹冷縮不均勻而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,組織應(yīng)力是由相變引起的比體積變化,又稱相變應(yīng)力。

  殘余應(yīng)力的大小取決于工件的成分、淬透性、形狀尺寸和熱處理工藝。隨著工件尺寸增大,殘余應(yīng)力向熱應(yīng)力型轉(zhuǎn)化;形狀復(fù)雜或尺寸突變時,在尺寸突變部位殘余應(yīng)力增大;淬透時冷卻越快,熱應(yīng)力越大;未淬透時由組織應(yīng)力和熱應(yīng)力綜合作用。表面淬火件的殘余應(yīng)力表現(xiàn)為表層為壓應(yīng)力,心部為拉應(yīng)力;經(jīng)滲碳、碳氮共滲的零件,表層產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力、心部產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。

  2.4、產(chǎn)生熱處理力學(xué)性能不合格原因分析

  熱處理力學(xué)性能不合格分為硬度缺陷、拉伸性能和疲勞強度不合格、耐腐蝕性能不足及持久蠕變性能不合格等。其原意一般是因為材料的固有缺陷、熱處理的工藝參數(shù)不合理、加熱和冷卻方式不當(dāng)、熱處理工藝執(zhí)行不嚴(yán)等因素造成的。

  硬度缺陷主要表現(xiàn)為硬度不足、硬度不均等;淬火工件硬度偏低一般是由于淬火加熱不足、淬火冷卻速度不夠、表面脫碳、鋼材淬透性不夠、淬火后殘余奧氏體過多或回火不足等因素造成的;硬度不均通常是由于淬火加熱不均勻或淬火冷卻不均勻所引起的。淬火和回火作為最后熱處理工藝,對工件的性能影響很大,決定著工件的內(nèi)在質(zhì)量,淬火不充分或淬透層深度不足,會導(dǎo)致工件的拉伸性能和疲勞強度下降。

  2.5、產(chǎn)生熱處理脆性原因分析

  工件斷裂前不發(fā)生或只有少量宏觀塑性變形,稱為脆性斷裂,與熱處理有關(guān)的常見的材料脆性有回火脆性、低溫脆性、氫脆性、滲氮層脆性等。

  回火發(fā)生的脆性分為兩類,第一類回火脆性發(fā)生在淬火馬氏體于200-400℃回火區(qū)間,在碳鋼和合金鋼中都會出現(xiàn),它與回火后的冷卻速度無關(guān),也叫低溫回火脆性(不可逆回火脆性、回火馬氏體脆性)。第二類回火脆性是發(fā)生在某些合金鋼中,在高于600℃回火,在450-550℃間緩冷,或直接在450-550間回火發(fā)生的脆性(可逆回火脆性、高溫回火脆性或回火脆性)。這類脆性可采取重新加熱至600℃以上,隨后快冷予以消除。

  工件隨著溫度降低,在某一溫度范圍內(nèi),缺口沖擊試樣的斷裂形式由韌性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔,通常用一個特定的轉(zhuǎn)變溫度來表示該轉(zhuǎn)變,該轉(zhuǎn)變溫度在一定意義上表征了材料抵抗低溫脆性斷裂的能力。這種隨溫度降低材料由韌性向脆性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象稱為低溫脆性或冷脆。隨著溫度的降低和工件的有效尺寸、加速速率及應(yīng)力集中的增大,脆性斷裂傾向增大。這些因素屬于外部因素,與熱處理無關(guān)。

  結(jié)語:如今我國機械產(chǎn)品和世界先進水平之間存在的差距達20年,熱處理裝備與技術(shù)還十分落后,和美國的水平存在著很大的差距,顯然,我國熱處理技術(shù)趕超世界先進水平任重而道遠。

  參考文獻:

  [1] 《金屬材料與熱處理工藝關(guān)系的探討》論文 劉小軍.

  [2] 《中國機械工程學(xué)會熱處理學(xué)會編,熱處理手冊(第四版)第1卷 工藝基礎(chǔ),機械工業(yè)出版社,2008.

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