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热处理工艺和设备评定

Heat treatment process and equipment evaluation

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中文:北京中咨文景技术发展有限公司

英文:Beijing zhongzi Wenjing Technology Development Co., Ltd

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热处理工艺和设备评定
     一、热处理的分类
    金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同,每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺,可获得不同的组织,从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属,而且钢铁显微组织也最为复杂,因此钢铁热处理工艺种类繁多。 
    整体热处理是对工件整体加热,然后以适当的速度冷却,以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 
    退火是将工件加热到适当温度,根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间,然后进行缓慢冷却,目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态,获得良好的工艺性能和使用性能,或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却,正火的效果同退火相似,只是得到的组织更细,常用于改善低碳材料的切削性能,也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 
    淬火是将工件加热保温后,在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬,但同时变脆。为了降低钢件的脆性,将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温,再进行冷却,这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”,其中的淬火与回火关系密切,常常配合使用,缺一不可。 
    “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同,又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性,把淬火和高温回火结合起来的工艺,称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后,将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间,以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。 
    把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行,使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理;在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理,它不仅能使工件不氧化,不脱碳,保持处理后工件表面光洁,提高工件的性能,还可以通入渗剂进行化学热处理。 
    表面热处理是只加热工件表层,以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部,使用的热源须具有高的能量密度,即在单位面积的工件上给予较大的热能,使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理,常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。 
    化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热,保温较长时间,从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后,有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。 
    热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。它可以控制工件的各种性能 ,如耐磨、耐腐蚀、磁性能等。还可以改善毛坯的组织和应力状态,以利于进行各种冷、热加工。 
    例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁,提高塑性 ;齿轮采用正确的热处理工艺,使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高;另外,价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能,可以代替某些耐热钢、不锈钢;工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。 
    二、热处理工艺评定
    (一)目的
    规范热处理工艺评定,确保热处理产品质量。
    (二)适用范围
    适用于热处理生产中热处理工艺质量的验证。
    (三)评定的提出
    1.新材料投入生产时,由热处理责任工程师提出;
    2.新工艺应用于生产时,由热处理责任工程师提出;
    3.外部反馈较大热处理质量事故时,由质量管理部门提出;
    4.关键件、重大件首次生产时,由热处理责任工程师提出;
    5.产品质量出现较大波动时,由热处理工艺施工员提出;
    6.其它认为应该进行热处理工艺评定时,由相关人员提出。
    (四)评定准备
    1.在接到评定通知后,热处理责任工程师准备评定的具体实施,并提出具体方案交相关部门会签。
    2.评定申请由公司管理者代表审批。
    3.评定的实施由热处理工序负责实施,相关单位配合。 
    4.在评定前,必须进行热处理过程确认,确保过程质量。
    (五)评定程序
    1.评定应达到的要求
    ⑴新材料应用,应达到相应材料标准的最低要求;
    ⑵新工艺应用,要达到相应工艺方案的最低要求;
    ⑶外部反馈较大热处理质量事故,在达到杜绝质量事故的要求;
    ⑷关键件、重大件,要达到图纸或技术规范提最低要求;
    ⑸产品质量出现较大波动,要达到质量稳定可靠;
    ⑹其它热处理工艺评定要达到相应评定的最低要求。
    2.热处理工序按批准的工艺评定方案进行相应热处理。
    3.热处理工艺施工员对整个工艺评定过程进行详细质量跟踪。
    4.试验检测
    ⑴过程无误后,进行理化等相关试验、检测。
    ⑵理化检测项目按热处理工艺评定方案进行规定的检验和试验,一般情况下至少要进行组织评级、性能测试。
    ⑶理化检测按技术要求的位置取样,并对取样位置的正确性负责;无取样位置规定时,按相应性能试验取样规定进行取样。
    ⑷在试样加工或制取过程中要注意不要改变试样的性能。
    ⑸按相应专业规定进行试验并出据试验报告。
    (六)评定结果处理
    1.热处理责任工程师组织相关专业人员对评定数据进行综合判定。评定结果达到要求,至少重复进行一次再评定,检测评定的重现性。
    ⑴当重复评定能够达到要求时,可视为评定有效。
    ⑵当评定结果与首次评定结果有差异时,要识别是正常的波动还是异常波动。必要时可以进行第三次评定,以重复验证评定结果。
    2.评定结果不满足评定要求时,应查找原因,重新制定评定方案并实施。
    3.评定结果符合要求后,由热处理工艺施工员负责收集整理评定资料并保存;相应的热处理工艺方案由热处理责任工程师批准后纳入热处理质量管理体系文件。
    三、与热处理有关的名词解释
    金属
    具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小,富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体(即晶体)。 
    金属
    合金
    由两种或两种以上金属或金属与非金属组成,具有金属特性的物质。 
    相
    指金属或合金中化学成分相同、晶格结构相同,或原子聚集状态相同,并与其他部分之间有明确界面的独立均匀组成部分。 
    组织
    组织是指用肉眼可直接观察的,或用放大镜、显微镜能观察分辨的材料内部微观形貌图像。 
    固溶体
    固溶体是一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中,而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体,固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 
    固溶强化
    由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点,使晶格发生畸变,使固溶体硬度和强度升高,这种现象叫固溶强化现象。 
    化合物
    合金组元间发生化合作用,生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 
    珠光体
    机械混合物
    机械混合物 由纯金属、固溶体、金属化合物这些合金的基本相按照固定比例构成的组织称为机械混合物。 
    铁素体
    碳在α-Fe(体心立方结构的铁)中的间隙固溶体。 
    奥氏体
    碳在γ-Fe(面心立方结构的铁)中的间隙固溶体。 
    渗碳体
    碳和铁形成的稳定化合物(Fe3C)。 
    珠光体
    铁素体和渗碳体组成的机械混合物(Fe+Fe3C 含碳0.77%) 
    莱氏体
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