【钢的热处理产生缺陷原因分析与研究2400字】原因分析

时间:2019-09-09 18:00:06 来源:易达学习网 本文已影响 易达学习网

钢的热处理产生缺陷原因分析与研究2400字

钢的热处理产生缺陷原因分析与研究2400字 热处理是保证产品或零件使用性能的重要工序。如果热处理不当,就会产生 各种各样的热处理缺陷,使产品或零件达不到预期的使用性能,产生不合格品或 废品。热处理前由于设计不良、原材料或毛坯缺陷,热处理中因工艺不当、操作 不当、设备和环境条件不合适,以及热处理后因后续加工工序不当或者使用不当, 都可能产生与热处理有联系的缺陷。

摘 要:
热处理;
工艺;
缺陷;
分析 热处理缺陷一般按缺陷性质分类,主要包括热处理裂纹、变形、残余应力、 组织不合格、性能不合格、脆性及其他缺陷七大类。缺陷中最常见的是热处理变 形,包括尺寸变化和形状畸变;
最危险的是裂纹,包括淬火裂纹、延迟裂纹、冷 处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹等。

1.1、退火与正火常见缺陷:软化不充分、退火脆性、渗碳体石墨化、氧化、 脱碳、过热、过烧、魏氏组织、网状碳化物等;

1.2、淬火常见缺陷:吹火裂纹、淬火表形、硬化不充分、软点、氧化、脱 碳、过热、过烧、放置裂纹、放置变形等;

1.3、回火常见缺陷:回火裂纹、回火脆性、回火变形、残余应力过大等;

1.4、渗碳与碳氮共渗常见缺陷:渗碳过度、渗碳不均匀、反常组织、内氧 化、剥落、表面硬度不足、表面碳化物不合格、心部组织不合格、渗碳层深度不 足、心部硬度不合格、表面硬度不足、表面脱碳等;

1.5、渗氮与氮碳共渗常见缺陷:白层、剥落、渗层硬度低、渗层深度不足、 渗层网状或脉冲组织、变形、心部硬度低、渗层脆性、耐蚀性差、表面氧化等;

1.6、渗金属常见缺陷:渗层过厚或不足、漏渗、渗层损伤、氧化、腐蚀、 渗层分层、鼓包等;

2、主要热处理缺陷产生原因分析 2.1、产生热处理裂纹原因分析热处理裂纹依据裂纹扩展的程度不同,分为阻断裂纹和可发展裂纹。阻断裂 纹尺寸一般小于临界裂纹长度,因为应力场的变化及裂纹扩展阻力的变化等复杂 因素的综合影响,使得裂纹难以继续扩展,裂纹存在在工件上,并未形成宏观的 断裂;
可发展裂纹尺寸大于临界裂纹长度,造成宏观的完整破坏,呈现脆性断裂。

断裂可分为两种类型,脆性断裂和韧性断裂。绝大多数热处理裂纹的断口属于脆 性断裂,断口具有灰亮色的金属光泽,且没有宏观塑性变形。

2.2、产生热处理变形原因分析 工件的热处理变形,主要是由于热处理应力造成的。其次,工件的结构形状、 原材料质量、热处理前的加工状态、工件的自重以及工件在炉中加热和冷却时的 支承或夹持不当等因素也能引起变形。热处理变形分为尺寸变化(体积变形)和 形状畸变两种形式。

2.3、产生热处理残余应力原因分析 工件在加热和冷却过程中,由于热胀冷缩和相变时前后相比体积差异而发生 体积变化,由于工件表层和心部存在温度差和相变时间差以及相变量的不同,致 使工件表层和心部的体积变化不能同步进行,因而产生内应力。按照内应力的成 因可将其分为热应力和组织应力。热应力是指由表层心部的温度差引起的热胀冷 缩不均匀而产生的内应力,组织应力是由相变引起的比体积变化,又称相变应力。

残余应力的大小取决于工件的成分、淬透性、形状尺寸和热处理工艺。随着 工件尺寸增大,残余应力向热应力型转化;
形状复杂或尺寸突变时,在尺寸突变 部位残余应力增大;
淬透时冷却越快,热应力越大;
未淬透时由组织应力和热应 力综合作用。表面淬火件的残余应力表现为表层为压应力,心部为拉应力;
经渗 碳、碳氮共渗的零件,表层产生很大的压应力、心部产生很大的拉应力。

2.4、产生热处理力学性能不合格原因分析 热处理力学性能不合格分为硬度缺陷、拉伸性能和疲劳强度不合格、耐腐蚀 性能不足及持久蠕变性能不合格等。其原意一般是因为材料的固有缺陷、热处理 的工艺参数不合理、加热和冷却方式不当、热处理工艺执行不严等因素造成的。

硬度缺陷主要表现为硬度不足、硬度不均等;
淬火工件硬度偏低一般是由于淬火加热不足、淬火冷却速度不够、表面脱碳、钢材淬透性不够、淬火后残余奥 氏体过多或回火不足等因素造成的;
硬度不均通常是由于淬火加热不均匀或淬火 冷却不均匀所引起的。淬火和回火作为最后热处理工艺,对工件的性能影响很大, 决定着工件的内在质量,淬火不充分或淬透层深度不足,会导致工件的拉伸性能 和疲劳强度下降。

2.5、产生热处理脆性原因分析 工件断裂前不发生或只有少量宏观塑性变形,称为脆性断裂,与热处理有关 的常见的材料脆性有回火脆性、低温脆性、氢脆性、渗氮层脆性等。

回火发生的脆性分为两类,第一类回火脆性发生在淬火马氏体于200-400℃ 回火区间,在碳钢和合金钢中都会出现,它与回火后的冷却速度无关,也叫低温 回火脆性(不可逆回火脆性、回火马氏体脆性)。第二类回火脆性是发生在某些 合金钢中,在高于600℃回火,在450-550℃间缓冷,或直接在450-550间回火 发生的脆性(可逆回火脆性、高温回火脆性或回火脆性)。这类脆性可采取重新 加热至600℃以上,随后快冷予以消除。

工件随着温度降低,在某一温度范围内,缺口冲击试样的断裂形式由韧性断 裂转变为脆性断裂,通常用一个特定的转变温度来表示该转变,该转变温度在一 定意义上表征了材料抵抗低温脆性断裂的能力。这种随温度降低材料由韧性向脆 性转变的现象称为低温脆性或冷脆。随着温度的降低和工件的有效尺寸、加速速 率及应力集中的增大,脆性断裂倾向增大。这些因素属于外部因素,与热处理无 关。

结语:如今我国机械产品和世界先进水平之间存在的差距达20年,热处理装 备与技术还十分落后,和美国的水平存在着很大的差距,显然,我国热处理技术 赶超世界先进水平任重而道远。

[1] 《金属材料与热处理工艺关系的探讨》论文 刘小军. [2] 《中国机械工程学会热处会编,热处理手册(第四版)第1卷 工艺基础, 机械工业出版社,2008.

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