焊接和热处理课件

1焊接1 1焊焊接接2焊接前言接前言 焊接是现代工业生产中不可缺少的先进制造技术，最早诞生于二十世纪二十年代，在此之前工业生产应用铆接工艺，谁着科学技术的发展，焊接工艺技术越来越受到各行各业的密切关注，广泛用于冶金、电力、锅炉和压力容器以及建筑、桥梁、船舶、汽车、航空、航天等领域。焊接在建筑业也有大量的应用，如高325米的深圳地王大厦、201米的大连远洋大厦都是钢制焊接结构，还有一类像体育场馆一类的大跨度建筑也采用金属焊接结构的网架屋盖。在三峡工程、秦山、大亚湾核电站建设、西气东输工程等国家一类重点建设工程中焊接技术均发挥着重要作用。现代焊接技术自诞生以来一直受到诸学科最新发展的直接影响与引导。众所周知，受材料、信息学科技术的影响，不仅导致了数十种焊接工艺的问世，而且也是焊接工艺操作经历着手工到自动化、智能化的过度，这已成为公认的发展趋势。2 2焊焊接前言接前言 焊焊接是接是现现代工代工业业生生产产中不可缺少的先中不可缺少的先进进制制3焊接的概念、优缺点及分类焊接的概念、优缺点及分类概念：焊接就是将两种或两种以上的同种或异种材料，用或不用 填充材料，通过加热或加压，形成原子间结合或分子间扩散而产生永久性连接接头的工艺方法。焊接 与 铆接 比较 优点：（1）节约材料、降低成本。（2）提高劳动生产率。（3）连接接头强度较大。（4）连接接头具有组织连续性。缺点：（1）容易产生各种焊接缺陷，如焊穿、咬边、气孔夹 渣、弧坑等。（2）连接接头强度受材料限制 3 3焊焊接的接的概概念、念、优优缺点及分缺点及分类类概概念：念：焊焊接就是接就是将两种将两种或或两种两种以上的同以上的同4分类：按焊接工艺过程中金属状态分类，大致为三大类，即熔化焊、压力焊和钎焊 1。熔化焊：焊接头加热至融化状态而不加压力完成的焊接方法。（1）电弧焊 a 手工电弧焊（焊条电弧焊）b 气体保护焊 CO2气保焊 全自动 MAG 半自动MAG 氩弧焊 钨极 TIG 非钨极 .MIG c.埋弧自动焊 （2）气焊 气焊是利用气体火焰作为热源的一种熔焊方法。常用氧气和乙炔混合燃烧的火焰进行焊接，又称为氧乙炔焊，这种熔焊方法在工业生产中应用较广。4 4分分类类：按：按焊焊接工接工艺过艺过程中金程中金属状属状态态分分类类，大致，大致为为三大三大类类，5 2.压力焊：对焊件施加压力（加热或不加热），而完成的焊接方法。（1）电阻焊 a 点焊 b 缝焊 c 对焊 （2）摩擦焊 （3）超声波焊 3钎焊：采用比母材熔点低的金属作钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料但低于母材熔点的温度，利用液态钎料充填接头间隙并与母材相互扩散而实现连接的方法。软钎焊（加热温度在450度以下，如锡焊）硬钎焊（加热温度在450度以上，如铜焊）5 2.5 2.压压力力焊焊：对焊对焊件施加件施加压压力（加力（加热热或不加或不加热热），而完成），而完成6总结 综上三大类焊接方法特点及应用截然不同，应结合生产需要和客观条件选择合适的焊接方法。近年来气保焊尤其CO2气保焊在某些领域生产中有着更为广阔的发展前景。除此之外，由于计算机的广泛应用，焊接机器人应运而生，也促进了焊接生产更大的发展。但手工电弧焊仍是应用最普遍的焊接方法，也是其它焊接方法的基础。因此手工电弧焊是本教学方案的重点，在实训中要进行实践操作与考核6 6总结总结 综综上三大上三大类焊类焊接方法特点及接方法特点及应应用截然不同，用截然不同，7手工电弧焊手工电弧焊 电弧焊的特点电弧焊的特点 手工电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，简称手弧焊。其特点：（1）设备简单 （2）操作灵活方便 （3）能进行全位置焊接，适合焊接 多种材料。（4）生产效率较低 （5）劳动强度较大7 7手工手工电电弧弧焊焊 电电弧弧焊焊的特点的特点8焊接工程术语焊接工程术语8 8焊焊接工程接工程术语术语9（1）电弧：在两极之间的气体介质中，强烈而持久的电离即产生 电弧。电 弧由三个区域组成，即阴极区2400K，阳极区2600K，弧柱区 6000-8000 K，交流产生电弧，两极区平均2500K。电弧在产 生高温同时产生强光。（2）熔池：焊接时因电弧的高温和吹力作用使焊件局部熔化，在被焊金属 上形成一个椭圆形充满液体金属的凹坑，这个凹坑称为熔池。（3）焊缝：随着焊条的移动熔池冷却凝固后而形成。（4）熔渣：焊缝表面覆盖的一层渣壳称为熔渣。（5）电弧长度：焊条熔化末端到熔池表面的距离。（6）熔深：从焊件表面至熔池底部的距离。9 9（1 1）电电弧：在弧：在两极两极之之间间的的气气体介体介质质中，强烈而持久的中，强烈而持久的电电离即离即产产10手弧焊的设备、工具手弧焊的设备、工具 设备设备：手弧焊的主要设备是电焊机，其实质是一种弧焊电源，按产生电流种类不同，分为弧手弧焊的主要设备是电焊机，其实质是一种弧焊电源，按产生电流种类不同，分为弧焊变压器（交流电焊机）和弧焊整流器（直流电焊机）。焊变压器（交流电焊机）和弧焊整流器（直流电焊机）。弧焊变压器弧焊变压器 a原理：是一种特殊的变压器，将原理：是一种特殊的变压器，将220V或或380V电源电压降到空载电电源电压降到空载电 压（压（60V-80V），根据），根据 需要调节电流大小（从几十安到几百安）。需要调节电流大小（从几十安到几百安）。b结构：一次线圈、二次线圈、固定铁芯、活动铁芯、电抗器等组成。结构：一次线圈、二次线圈、固定铁芯、活动铁芯、电抗器等组成。c特点：结构简单，维护方便，使用可靠，价格较低，缺点是电弧不稳定特点：结构简单，维护方便，使用可靠，价格较低，缺点是电弧不稳定。弧焊整流器弧焊整流器 a原理：利用整流器将交流电整流为直流电。原理：利用整流器将交流电整流为直流电。b结构：一次线圈、二次线圈、固、整流器定铁芯、活动铁芯、电抗器等组成。结构：一次线圈、二次线圈、固、整流器定铁芯、活动铁芯、电抗器等组成。C 特点：它弥补了交流弧焊机电流不稳燃烧的缺点，又比一般直流弧焊机发电机结构简特点：它弥补了交流弧焊机电流不稳燃烧的缺点，又比一般直流弧焊机发电机结构简 单，维修容易，噪声小。单，维修容易，噪声小。1010手弧手弧焊焊的的设备设备、工具、工具 设备设备：11111112电焊钳1212电焊钳电焊钳13焊条的结构以及作用焊条的结构以及作用焊条是由焊条是由焊芯焊芯和和药皮药皮构成构成1 1 焊芯的作用焊芯的作用 焊芯是具有一定长度和直径的专用金属丝，它的作用如下：焊芯是具有一定长度和直径的专用金属丝，它的作用如下：（1 1）作为焊接的电极，起到导电的作用，将电能转化成热能。）作为焊接的电极，起到导电的作用，将电能转化成热能。（2 2）起填充金属的作用。）起填充金属的作用。（3 3）维持电弧稳定燃烧。）维持电弧稳定燃烧。2 2 药皮的作用药皮的作用 （1 1）机械保护作用：利用药皮融化后肆放出的气体和形成的熔渣隔离空气。）机械保护作用：利用药皮融化后肆放出的气体和形成的熔渣隔离空气。（2 2）冶金处理作用：去除有害杂质（如氢、硫、氧、磷）和添加有益金属元素，使）冶金处理作用：去除有害杂质（如氢、硫、氧、磷）和添加有益金属元素，使 焊缝获得合乎要求的化学成分和机械要求。焊缝获得合乎要求的化学成分和机械要求。（3 3）改善焊接工艺性能：使电弧稳定燃烧，飞溅少，焊缝成形好，易脱渣等。）改善焊接工艺性能：使电弧稳定燃烧，飞溅少，焊缝成形好，易脱渣等。1313焊焊条条的的结结构构以及作用以及作用焊焊条条是由是由焊焊芯和芯和药药皮皮构构成成14牌号表示方法（碳钢焊条）牌号表示方法（碳钢焊条）（1 1）行业标准）行业标准 J422J422 J J：焊条：焊条 4242：熔敷金属抗拉强度的最小值：熔敷金属抗拉强度的最小值 2 2：药皮类型为酸性：药皮类型为酸性 （2 2）国家标准）国家标准 E4303E4303 E E：焊条：焊条 4343：熔敷金属抗拉强度的最小值：熔敷金属抗拉强度的最小值 0 0：焊条适于全位置焊接：焊条适于全位置焊接 0303：焊接电流种类（直流或交流）：焊接电流种类（直流或交流）焊条牌号焊条牌号1414牌牌号号表示方法（表示方法（碳碳钢焊钢焊条条）焊焊条条牌牌号号15手工电弧焊操作技术手工电弧焊操作技术 手工电弧焊是采用低电压，大电流放电产生电弧。手工电弧焊采用两种方手工电弧焊是采用低电压，大电流放电产生电弧。手工电弧焊采用两种方法引弧法引弧 1 1 划擦法划擦法 2 2 敲击法敲击法1515手工手工电电弧弧焊焊操作技操作技术术 手工手工电电弧弧焊焊是采用低是采用低电压电压，大，大电电流流162.2.运条运条 电弧引燃后，迅速将焊条提起2-4mm焊接，焊接时应有三个动作 （1）焊条中心向熔池逐渐前进，以维持一定弧长，焊条送进速度与熔化 速度相同，否则会产生断弧 或粘连现象。（2）焊条的横向摆动，以获得一定的焊缝宽度。（3）焊条沿焊接方向逐渐移动，移动速度快慢 影响焊缝成型。3.3.常用运条方法常用运条方法 （1）直线运条法 （2）锯齿形运条法 （3）环形运条法 162.162.运条运条17焊缝的起头和收弧焊缝的起头和收弧（1）起头 焊缝的起头就是指开始焊接的部分，由于引弧后不可能迅速使这部分金属焊缝的起头就是指开始焊接的部分，由于引弧后不可能迅速使这部分金属温度升高，所以起点部分的熔深较浅，焊缝余高较高，为了减少这种现象温度升高，所以起点部分的熔深较浅，焊缝余高较高，为了减少这种现象，可以采用较长的电弧对焊缝的起头处进行必要的预热，然后适当地缩短，可以采用较长的电弧对焊缝的起头处进行必要的预热，然后适当地缩短电弧的长度再转入正常焊接。电弧的长度再转入正常焊接。（2）收弧 焊缝的收弧时由于操作不当往往会形成弧坑，降低焊缝的强度，产生应力焊缝的收弧时由于操作不当往往会形成弧坑，降低焊缝的强度，产生应力集中或皱纹，为了防止和减少弧坑的出现，美观焊缝，焊接时通常采用二集中或皱纹，为了防止和减少弧坑的出现，美观焊缝，焊接时通常采用二种方法。种方法。a a 划圈收弧法：适于厚板焊接的收弧。划圈收弧法：适于厚板焊接的收弧。b b 反复断弧收尾法：适于薄板和大电流焊接的收弧。反复断弧收尾法：适于薄板和大电流焊接的收弧。1717焊缝焊缝的起的起头头和收弧和收弧 （1 1）起）起头头18焊接工艺参数焊接工艺参数（1 1）焊条直径）焊条直径 a a 工件厚度工件厚度，厚度较大的工件应选直径较大的焊条。，厚度较大的工件应选直径较大的焊条。b b 焊缝的位置，平焊应选用较大直径焊条，立焊、横焊、仰焊应采焊缝的位置，平焊应选用较大直径焊条，立焊、横焊、仰焊应采 用较小直径焊条，并配合小电流焊接。用较小直径焊条，并配合小电流焊接。（2 2）焊接电流）焊接电流 根据焊条直径与工件厚度选择根据焊条直径与工件厚度选择 平焊低碳钢时，平焊低碳钢时，I=KI=K I I：焊接电流：焊接电流 K K：经验常数（：经验常数（35-5535-55）：焊条直径（：焊条直径（mmmm）根据焊接位置选择，在焊条直径一定情况下，平焊位置应比其它位根据焊接位置选择，在焊条直径一定情况下，平焊位置应比其它位置选用的焊接电流大。置选用的焊接电流大。1818焊焊接工接工艺艺参数参数 （1 1）焊焊条条直直径径19 （3）电弧长度电弧长度 电弧电压大小由弧长决定，应采用短电弧焊接，弧长电弧电压大小由弧长决定，应采用短电弧焊接，弧长L焊条直径焊条直径，否则会产生电弧燃烧不稳，飞溅大，熔深小，以及未焊透、咬边和气孔等缺否则会产生电弧燃烧不稳，飞溅大，熔深小，以及未焊透、咬边和气孔等缺 陷。陷。（4）焊接速度焊接速度 即单位时间内完成的焊缝长度即单位时间内完成的焊缝长度 过快或过慢都将影响焊缝质量过快或过慢都将影响焊缝质量 原则：一原则：一 保证焊透；二保证焊透；二 保证焊缝尺寸保证焊缝尺寸 做法：应以合适的焊接速度施焊。做法：应以合适的焊接速度施焊。“合适合适”即均匀、协调、稳定。即均匀、协调、稳定。（5）焊条角度焊条角度 与焊缝的空间位置及结构、尺寸影响有关，平焊时焊条角度应与焊接方与焊缝的空间位置及结构、尺寸影响有关，平焊时焊条角度应与焊接方向呈向呈70度至度至80度夹角，从而有利于观察熔池状态及熔渣漂浮。度夹角，从而有利于观察熔池状态及熔渣漂浮。19 19 （3 3）电电弧弧长长度度20焊接工艺基础知识焊接工艺基础知识焊缝的接头形式焊缝的接头形式 对接 搭接 角接 T型焊接的空间位置焊接的空间位置 按焊缝的空间位置不同可分为 平焊：工件水平、焊缝水平 横焊：工件垂直、焊缝水平。立焊：工件垂直、焊缝垂直，自下而上施焊。仰焊：工件水平、倒悬平面，对工件的下平面施焊。上述四种空间位置平焊最容易，仰焊最难 2020焊焊接工接工艺艺基基础础知知识焊缝识焊缝的接的接头头形式形式21坡口坡口1 1 对接接头是应用最多接头形式对接接头是应用最多接头形式 为工件厚度为工件厚度 当当6 mm6 mm时，在焊接接头只要留有一定间隙即可焊透。时，在焊接接头只要留有一定间隙即可焊透。当当6 mm6 mm时，在焊接接头处需开设一定形状的坡口，以保证接头强度。时，在焊接接头处需开设一定形状的坡口，以保证接头强度。2 2 对接接头常见坡口形状对接接头常见坡口形状 （1 1）I I形坡口：对接接头双目施焊。形坡口：对接接头双目施焊。（2 2）V V形坡口；多层多道施焊。形坡口；多层多道施焊。(3)U (3)U型坡口：多层多道施焊，能减小焊接接头变形。型坡口：多层多道施焊，能减小焊接接头变形。(4)X (4)X型坡口：多层多道对称施焊。型坡口：多层多道对称施焊。3.3.选择坡口的原则选择坡口的原则(1)(1)连接接头是否焊透，从而保证连接强度。连接接头是否焊透，从而保证连接强度。(2)(2)是否容易加工，提高焊接效率。是否容易加工，提高焊接效率。(3)(3)是否节省材料、降低成本是否节省材料、降低成本 2121坡口坡口22常见焊接缺陷及产生原因常见焊接缺陷及产生原因 1 1 焊缝尺寸不符合要求焊缝尺寸不符合要求 主要是指焊缝过高或过低、过宽或过窄及不平滑过渡的现象。主要是指焊缝过高或过低、过宽或过窄及不平滑过渡的现象。产生的原因是：（产生的原因是：（1 1）操作时运条不当。）操作时运条不当。(2)(2)焊接电流不稳定。焊接电流不稳定。（3 3）焊接速度不均匀。焊接速度不均匀。（4 4）焊接电弧高低变化太大。焊接电弧高低变化太大。2 2 咬边咬边 主要是指沿焊缝的母材部位产生的沟槽式凹陷。产生原因是：主要是指沿焊缝的母材部位产生的沟槽式凹陷。产生原因是：（1 1）工艺参数选择不当，如电流过大、电弧过长。工艺参数选择不当，如电流过大、电弧过长。（2 2）操作技术不正确，如焊条角度不对，运条不适当。操作技术不正确，如焊条角度不对，运条不适当。3 3 夹渣夹渣 主要是指焊后残留在焊缝中的熔渣。产生原因是：主要是指焊后残留在焊缝中的熔渣。产生原因是：（1 1）焊接材料质量不好。）焊接材料质量不好。(2)(2)电流太小，焊接速度太快电流太小，焊接速度太快2222常常见焊见焊接缺陷及接缺陷及产产生原因生原因 1 1 焊缝焊缝尺寸不符合要求尺寸不符合要求234 4弧坑弧坑 产生原因是：操作生原因是：操作时熄弧太快，未反熄弧太快，未反复复向熄弧向熄弧处补充金充金属属。5 5焊穿穿 主要是指熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。主要是指熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。产生的原因是：产生的原因是：焊件装配不当，如坡口尺寸不合要求，间隙过大。焊件装配不当，如坡口尺寸不合要求，间隙过大。焊接电流太大。焊接电流太大。焊接速度太慢。焊接速度太慢。6.6.气孔气孔 主要是指熔池中的气泡凝固时未能逸出而留下来所形成的空穴。主要是指熔池中的气泡凝固时未能逸出而留下来所形成的空穴。产生的原因是产生的原因是 :焊件和焊接材料有油污，铁锈及其它氧化物。焊件和焊接材料有油污，铁锈及其它氧化物。焊接区域保护不好。焊接区域保护不好。焊接电流过小，弧长过长，焊接速度过快。焊接电流过小，弧长过长，焊接速度过快。234 234弧坑弧坑24气割气割 用氧气与乙炔气混合点燃后，对金属材料加热至熔化状态，然后打开割鋸切割氧气阀即用氧气与乙炔气混合点燃后，对金属材料加热至熔化状态，然后打开割鋸切割氧气阀即可将金属分割。可将金属分割。能够气割的金属材料能够气割的金属材料：低碳钢、纯铁、中碳钢、普通低合金钢。：低碳钢、纯铁、中碳钢、普通低合金钢。金属的切割条件金属的切割条件 金属的燃点应低于金属的熔点。金属的燃点应低于金属的熔点。金属燃烧时氧化物的熔点应低于金属的熔点。金属燃烧时氧化物的熔点应低于金属的熔点。金属燃烧时，应放出大量的热，且导电性较差。金属燃烧时，应放出大量的热，且导电性较差。2424气气割割25气体保护焊气体保护焊 随着焊接工艺技术的不断进步，各种焊接工艺方法广泛应用于工农业生产的各个领域，尤其是气体保护焊自诞生以来迅速得到普及与推广，近年来埋弧自动焊在压力、密封容器以及船舶制造等生产中应用也十分广泛。二氧化碳气体保护焊（）原理：原理：中性气体经电弧高温在熔池上形成热气膜，使熔池隔绝空气避免氧化。中性气体经电弧高温在熔池上形成热气膜，使熔池隔绝空气避免氧化。特点：（）提高焊接效率，降低成本，节约材料。（）焊缝表面光滑、平整、无熔渣。（）电流密度大，连接强度高，可以取代手工电弧焊的工艺特性。（）工件表面油污不必清理即可施焊。（）产生飞溅较严重，而且不适于在风力较大环境中作业。气保焊种类气保焊种类 （）半自动气体保护焊：适于各种空间位置焊接，可以取代手弧焊。（）全自动气体保护焊：适于较长水平直线或规则几何曲线焊缝的焊接。2525气气体保体保护焊护焊26埋弧自动焊埋弧自动焊 原理：在焊接过程中，焊剂（固体）将电弧埋住，使熔池隔绝空气，避免氧化，同时焊剂在电弧高温作用下发生高温化学反应，除向熔池增添有益合金元素，发生冶金反应外，同时生成内表面光滑的渣壳，从而保证焊缝表面光滑、平整、美观。特点（）焊接工艺参数自动控制，可以获得所需均匀尺寸的焊缝。（）焊波光滑、平整、美观，工作环境得到很大改善。（）可以实现单面焊，双面成形。（）适于较厚工件连接，减少开设坡口。（）适于较长水平直线或规则几何曲线焊缝的焊接。（）连接强度较高，焊接质量较好，缺陷较少，焊接效率较高。2626埋弧自埋弧自动焊动焊 原理：在原理：在焊焊接接过过程中，程中，焊剂焊剂（固体（固体27气焊与气割气焊与气割 水焊是气焊的一种，即用电石（碳化钙）加水制取乙炔气，再与氧气的混合气体点燃后对工件进行加热。用或不用添充金属对工件接头进行加热熔化待冷却凝固后形成焊缝的焊接方法。气焊应用与电弧焊比不是十分广泛，而且焊接质量控制不稳定，成本较高，效率低，操作不方便，而气割在工农业生产中应用却十分广泛。气焊火焰气焊火焰1常用气体：乙炔气C2H2，氧气O2 气焊火焰，根据二种气体比例不同可以分为三种火焰,内焰温度最高。（1）中性焰：C2H2：O21.1-1.2由焰心、内焰、外焰组成 3100度（2）碳化焰：C2H2：O20.85-0.95,2700-2900度（3）氧气焰：C2H2：O21.7以上 3300度 上述三种火焰，内焰温度最高，其中中性焰最常用，氧化焰适于黄铜焊接。2727气气焊焊与气与气割割 水水焊焊是是气气焊焊的一的一种种，即用，即用电电石（石（碳碳化化钙钙）28安全安全1 电 工业电380v 人体安全电压36v2弧光 紫外线 红外线 可见光3弧光热 手机 隐形眼镜4渣壳 5焊接母材 6气体7 飞溅2828安全安全1 1 电电 工工业电业电380v 380v 人体安全人体安全电电29热处理理2929热处热处理理30热处理的定义 是将钢在固态下加热加热到预定的温度，并在该温度下保持保持一段时间，然后以一定的速度冷却冷却下来的一种热加工工艺热加工工艺。热处理示意图 Tt保保温温加加热冷却冷却3030热处热处理的定理的定义义t t保保温温加加热热冷却冷却31铁碳碳相相图3131铁铁碳碳相相图图32热处理工理工艺参数参数加热加热：一般来说，温度最低应使钢铁材料达到奥氏体化，加热时形成奥氏体的化学成分，奥氏体的均匀化程度及晶粒的大小直接影响钢冷却后的组织和性能，因此，应严格控制加热的规范控制高温下的组织状态。保温保温：为了使温度更加均匀。冷却冷却：钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键工序，钢的热处理加热是为了获得均匀，细小的奥氏体晶粒，然而得到高温奥氏体组织不是最终目的，因为大多数零构件都要 在室温下工作，所以高温奥氏体状态最终总要冷却下来。钢的性能最终取决于奥氏体冷却转变的组织。因此，研究不同冷却条件下钢中奥氏体组织的转变规律，对于正确制定钢的热处理冷却工艺，获得预期的性能具有重要的实际意义。热加工热加工：我们所说的热加工，从金属学的角度来看，所谓热加工是指在再结晶温度以上的加工过程，在再结晶温度以下的加工过程称为冷加工。例如铅的再结晶温度低于室温，因此，在室温下对铅进行加工属于热加工，钨的再结晶温度约为1200，因此，即使在1000拉制钨丝也属冷加工。再结晶再结晶：指金属加热到一定温度(0.4T熔)之后，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。之所以称之为“再”是通常我们把金属从液态到凝固这个过程称为结晶，为了区别结晶，所以称之为“再”。3232热处热处理工理工艺艺参数参数加加热热：一般：一般来来说说，温温度最低度最低应应使使钢铁钢铁材料材料达达到到奥奥33热处理的作用热处理的作用1)可以显著提高钢的机械性能，延长零件的使用寿命。例如：用T7T7钢制造一把钳工用的錾 子(锯条)，若不热处理，即使錾子刃口磨得很好，在使用时刃口也很快发生卷刃，若将 已磨好錾子的刃口局部加热至一定温度，保温以后进行水冷或其它热处理工艺，则錾子将变得锋利而有韧性，在使用过程中，即使用榔头经常敲打，錾子也不易发生卷刃和崩裂现象。大幅度提高了机器零件的使用寿命，做到一个顶几个，顶十几个。2)恰当的热处理工艺可以消除铸，锻，焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。3)热处理也是机器零件加工工艺过程中的重要工序，例如用高速钢制造钻头，必须先经过预备热处理，改善锻件毛坯组织，降低硬度（207255HB），这样才能进行切削加工。加工后的成品钻头又必须进行最终热处理，提高钻头的硬度（HRC6065）和耐磨性，以切削其它金属。注：高速钢是指含有大量多种合金元素的高碳钢注：高速钢是指含有大量多种合金元素的高碳钢。4)还可使工件表面具有抗磨损，耐腐蚀等特殊的物理化学性能。3333热处热处理的作用理的作用1)1)可以可以显显著提高著提高钢钢的机械性能，延的机械性能，延长长零件的零件的34热处理原理理原理原理：原理：钢经过热处理后之所以发生如此重大的变化，是由于不同的加热和冷却过程中，钢的 内部组织结构发生了变化，因此钢中的组织转变规律，就是热处理的原理。钢为什么可以进行热处理？是不是所有的金属都能进行热处理呢？这个问题与合金相图有关。原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即只有固态相变发生的合金才能进行热处理。某些纯金属和单相合金等不能用热处理强化，一般只能采用加工硬化的方法。3434热处热处理原理原理：理原理原理：钢经过热处钢经过热处理后之所以理后之所以发发生如此重大的生如此重大的变变化，化，35热处理分类根据加热，冷却方式及获得组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分为：普通热处理（退火，正火，淬火和回火）表面热处理（表面淬火和化学热处理）形变热处理3535热处热处理分理分类类根据加根据加热热，冷却方式及，冷却方式及获获得得组织组织和性能的不同，和性能的不同，钢钢的的36钢的退火与正火钢的退火与正火 退火和正火是生产上应用很广泛的预备热处理工艺，前面已经讲过，在机器零件加工工艺过程中，退火和正火是一种先行工艺，具有承上启下的作用，大部分机器零件及工，模具的毛坯经退火或正火后，不仅可以消除铸件，锻件及焊接的内应力及成分和组织的不均匀性，而且也能改善和调整钢的机械性能和工艺性能，为下道工序组织性能准备。对于一些受力不大，性能要求不高的机器零件，退火和正火亦可作为最终热处理。事实上，对于铸件，退火和正火通常就是最终热处理。退火的工艺及目的 退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得平衡状态组织的热处理工艺。主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削性能，并为淬火做好准备。退火温度的选取跟钢的组织状态有关，一般来说，如果钢没有大的缺陷，仅仅想达到消除内应力及降低硬度的目的，可以采用去应力退火，温度一般为500600，对于偏析程度较轻的钢铸件，可以采取不完全退火或完全退火，一般温度在800900左右，而只有对于偏析程度非常严重的钢铸件才采用扩散退火，一般温度可高达1200，因为这种工艺消耗能量较大，工件氧化和脱碳严重，成本很高。3636钢钢的退火的退火与与正火正火 退火和正火是生退火和正火是生产产上上应应用很广泛的用很广泛的37正火的工艺及目的 正火是将钢加热到Ac3以上适当温度，保温以后在空气中冷却得到珠光体组织的热处理工艺。主要目的：细化晶粒，消除内应力，还可作为最终热处理，为某些受力较小，性能要求不高的的结构件提供合适的机械性能。与一般退火相比：正火的加热温度略高一些，但正火冷却速度较快，转变温度较低，因此，相同钢材正火后获得的珠光体组织较细，钢的强度，硬度也较高。正火是较简单，经济的热处理方法，主要应用以下几个方面：a)改善钢的切削加工性能对于低碳钢来说，退火后硬度较低，切削加工时容易粘刀，通过正火处理，使硬度提高到190HB，可以改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁度。b)消除热加工缺陷中碳钢构件锻，轧及焊接件在热加工后易出现魏氏组织，粗大晶粒等过热缺陷，通过正火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。c)消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火 d)提高普通结构零件的机械性能为某些受力较小，性能要求不高的的结构件代替调质处理并提供合适的机械性能。3737正火的工正火的工艺艺及目的及目的38退火和正火的选用对于低，中碳钢来说，通常采用正火代替退火，因为正火成本较低，生产效率高。对于高碳钢来说，因其含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火，难以进行切削加工，故一般采用退火3838退火和正火的退火和正火的选选用用39淬火淬火与与回火回火 钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要，也是用途最广泛的工序。淬火可以显著提高刚的强度和硬度，为了消除淬火钢的残余应力，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，所以淬火和回火又是不可分割的，紧密衔接在一起的两种热处理艺。(1)钢的淬火 将钢加热至临界点AC3或AC1以上一定温度，保温以后以大于临界冷却速度的方式进行冷却得到马氏体的热处理工艺叫淬火。目的：使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体并配以不同温度的回火获得各种需要的性 能。例如：淬火加低温回火可以提高工具，轴承或其它高强度耐磨零件的硬度和耐磨性；结构钢通过淬火加高温回火可以得到强韧结合的优良的综合机械性能；弹簧钢通过淬火加中温回火可以显著提高钢的弹性极限。3939淬火淬火与与回火回火 钢钢的淬火的淬火与与回火是回火是热处热处理工理工艺艺中最重要，也中最重要，也40淬火的特点淬火的特点A）淬火应力）淬火应力分为热应力和组织应力两种。热应力热应力：温差造成的热胀冷缩。组织应力组织应力：奥氏体珠光体贝氏体马氏体，比容逐渐增大，因而体积逐渐膨胀。B）淬火加热温度）淬火加热温度加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织。主要根据钢的临界温度而定。一般来说，含碳量越高，应采用较低的淬火温度，以防止奥氏体粗化，防止生成粗大的马氏体组织；对于低合金钢，考虑到合金元素的左右，为了加速奥氏体化，淬火温度应该偏高些。C）淬火冷却介质）淬火冷却介质钢从奥氏体状态冷至Ms点以下所用的冷却介质叫做淬火介质。理想的冷却介质：650以上应当缓慢冷却，以尽量降低淬火热应力；650400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。但是在400以下Ms点附近的温度区域，应当缓慢冷却以尽量减少马氏体转变时产生的组织应力。具有这种冷却介质特性的冷却介质可以保证在获得马氏体组织条件下减淬火应力，避免工件产生变形或开裂。水的冷却特性水的冷却特性：在需要快冷的650400区间，其冷却速度较小，不超过200/s，而在需要慢冷的马氏体转变温度区，其冷却速度又太大，可高达775/s，很容易造成淬火工件的变形或开裂。油的冷却特性油的冷却特性：优点是低温区的冷却速度比水小得多，从而可大大降低淬火工件的组织应力，减少工件变形和开裂倾向。缺点是在高温区冷却能力低，但对于过冷奥氏体比较稳定的合金钢，油是合适的淬火介质。4040淬火的特点淬火的特点A A）淬火）淬火应应力力41回火回火钢的回火 回火是将淬火钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却到室温的工艺过程。目的：减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高钢的韧性和塑性，获得硬度，强度，塑性和韧性的适当配 合，以满足各种用途工件的性能要求。对于一般碳钢和低合金结构钢，根据组织和性能要求，回火分为：A）低温回火 低温回火温度约为200，回火组织为回火马氏体，和淬火马氏体相比，回火马氏体即保持了钢的硬度，强度和良好的耐磨性，又适当提高了韧性。因此，低温回火特别适用于刀具，量具，滚动轴承等。B）中温回火 中温回火温度为400，回火组织为回火屈氏体，钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，良好的塑性和韧性。故中温回火主要应用于各种弹簧零件及热锻模具。C）高温回火 高温回火温度约为600，回火组织为回火索氏体。淬火和随后的高温回火叫做调质处理。经调质处理后，钢具有优良的综合机械性能。用来制造曲轴，连杆，机床主轴及齿轮等重要的机器零件。这些机器零件在使用中要求较高的强度并能承受冲击和交变负荷的作用。4141回火回火钢钢的回火的回火42淬火加热缺陷及其防止淬火加热缺陷及其防止a）淬火工件的过热和过烧 工件在淬火加热时，由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫做过热。由于过热不仅在淬火后得到粗大的马氏体组织，而且易于引起淬火裂纹。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来补救，严重的过热则需进行一次细化晶粒退火，淬火加热温度过高，使奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象叫做过烧。过烧是一种严重的加热缺陷，工件一旦过烧就无法补救，只能报废。过烧一般是设备失灵或操作不当造成的，所以必须加强设备的维修管理。定期校核，才能防止过烧事故。b）淬火加热时的氧化和脱碳 氧化使工件尺寸减少，表面光洁度降低，并演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。脱碳会降低淬火后钢的表面硬度，耐磨性。4242淬火加淬火加热热缺陷及其防止缺陷及其防止a a）淬火工件的）淬火工件的过热过热和和过烧过烧43钢的表面热处理钢的表面热处理表面淬火：是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得淬火组织的热处 理方法。例如：齿轮，凸轮，曲轴及各种轴类等零件在扭转，弯曲等交变载荷下工作，并承受摩擦和冲击，其表面要比心部承受更高的应力，因此，要求零件表面具有高的硬度，强度和耐磨性要求心部具有一定的强度，足够的塑性和韧性。采用表面淬火工艺可以达到这种表硬心韧的性能要求。4343钢钢的表面的表面热处热处理理表面淬火：是表面淬火：是将将工件快速加工件快速加热热到淬火到淬火温温度，然度，然44钢的化学热处理钢的化学热处理 将金属工件放入含有某种活性原子的化学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变其化学成分和组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。化学热处理后的钢件表面可以获得比表面淬火所具有的更高的硬度，耐磨性和疲劳强度，心部在具有良好的塑性和韧性的同时，还可获得较高的强度。通过适当的化学热处理还可使钢件表层具有耐磨，耐腐蚀等特殊性能。化学热处理种类很多，根据渗入元素不同，可分为渗碳(Fe3C)，渗氮，碳氮共渗等。4444钢钢的化的化学学热处热处理理 将将金金属属工件放入含有某工件放入含有某种种活性原子的化活性原子的化45化学热处理过程化学热处理过程化学热处理的一般过程通常是由分解，吸附和扩散三个基本过程组成。分解分解是在一定温度下从渗济中分解出含有被渗元素“活性原子”的过程。例如：渗碳就是渗济中的CO或CH4等分解出活性碳原子C的过程：2COCO2+C CH42H2+C CO+H2H2O+C又如气体渗氮，通入氨气与钢件表面产生如下反应：2NH33H2+2N具有高能状态的活性原子冲入铁晶格表面原子引力场范围之内，被铁表面晶格捕获并溶解的过程称为化学热处理的吸附吸附过程。扩散扩散是钢件表面吸收并溶解被渗元素活性原子后，由于造成表面和心部的浓度差而发生被渗元素的原子由高浓度表面向内部定向迁移的现象。4545化化学学热处热处理理过过程化程化学学热处热处理的一般理的一般过过程通常是由分解，吸附和程通常是由分解，吸附和扩扩46钢的渗碳钢的渗碳 将低碳钢件放入渗碳介质中，在900950加热保温，使活性原子渗入钢件表面并获得高渗碳层的工艺方法叫做渗碳。渗碳方法分为固态渗碳、气体渗碳和液体渗碳，常有的是前两种，尤其是气体渗碳应用最为广泛。固态渗碳固态渗碳:是将低碳钢件放入装满固体渗碳济的渗碳箱中，并用盖和耐火泥密封后送入炉中加热至渗碳温度保温，以便活性碳原子渗入工件表层。固体渗碳济由一定颗粒度的木炭加碳酸盐混合而成。渗碳温度一般为900左右，保温时间视渗碳层深度而定，常常需要十几个小时。气体渗碳气体渗碳:是把零件放入含有气体渗碳介质的密封高温炉罐中进行碳的渗入过程的渗碳方法。这种渗碳方法通常把煤油、苯、丙酮等液态碳氢化合物直接滴入高温渗碳炉中，使其热裂解为活性碳原子并渗入零件表面。渗碳温度一般为950左右，但是由于热裂分解出的活性碳原子过多，不能全部为零件所吸收而以碳黑的形式沉积于零件的表面，阻碍渗碳过程，因此近年来发展了滴注式可控气氛渗碳，即向高炉中滴入两种有机溶液，一种液体（如甲醇）产生的碳势较低，作为稀释气体，另一种液体（煤油）产生的碳势较高，作为富化气，通过改变两种液体的比例，使零件表面的含碳量控制在要求的范围内。4646钢钢的渗的渗碳碳