退火、正火、淬火、回火工藝

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金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝方法。
    金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。
( J1 b' V: H# l/ V! ~9 D. f    為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。
# f* T) y' p, p: w    在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。早在公元前770～前222年，中國人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。
" X9 D+ J) X. C4 J. @    公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。
    隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。
    1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時(shí)，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。
$ E; J6 K, O1 c+ C# N5 C; N% Y% Z$ J8 `    1850～1880年，對于應(yīng)用各種氣體(如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。
    二十世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳 ；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。
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4 R4 N' s) Z4 V0 b- a二 金屬熱處理的工藝
    熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互相銜接，不可間斷。
    加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進(jìn)行間接加熱。
/ H% Q" n) j) T' b    金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。
0 e1 {! ^! Q5 [6 I, j    加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得需要的組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒有保溫時(shí)間或保溫時(shí)間很短，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長。
    冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。
' y( m  B! }) l) l: h5 T    金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。
8 W% d% k" @9 E( s* y1 X2 D" V! T    整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
4 U8 N' c5 _0 {7 Y' o- H  f    退火→將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻(冷卻速度最慢)，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。
正火→將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。
    淬火→將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。
    “四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。
    表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法，有激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。

# O6 \& [$ K2 V2 a    化學(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝�；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分�；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時(shí)間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝如淬火及回火�；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、復(fù)合滲等。
    熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能 ，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)行各種冷、熱加工。
- }, h, ^/ Y7 [! O- K" k4 y( `例如白口鑄鐵經(jīng)過長時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性 ；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。

三 鋼的分類
* @6 ^. D* D9 E5 t, i( @    鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。鋼是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中極為重要的金屬材料。鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼具有一定的機(jī)械性能，又有良好的工藝性能，且價(jià)格低廉。因此，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的多元合金。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應(yīng)用日益廣泛。
    由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)、保管、選用與研究，必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途、化學(xué)成分、質(zhì)量的不同，可將鋼分為許多類：
（一）． 按用途分類
! S+ l. @2 n2 [9 {) d" Q( c按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。
9 {9 `! `$ w4 Y1.結(jié)構(gòu)鋼：
（1）.用作各種機(jī)器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。
% _& Z3 ?; \5 V1 J5 s  A（2）．用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。
1 A: n$ `' Z. ~* e; _2.工具鋼：用來制造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。
4 d7 p$ Z& Q% x3 W; |3.特殊性能鋼：是具有特殊物理化學(xué)性能的鋼。可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。
（二）． 按化學(xué)成分分類
按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。
+ g! x' v. B3 V( m" W碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量≤0.25%）；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量≥0.6%）。
合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；中合金鋼（合金元素總含量=5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。此外，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。
3 I" |3 Q* ?' u, ^（三）． 按質(zhì)量分類
按鋼材中有害雜質(zhì)磷、硫的含量可分為普通鋼（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；優(yōu)質(zhì)鋼（磷、硫含量含硫量≤0.030%）。
; ?8 ]4 u1 {# v7 ?3 z% Z此外，還有按冶煉爐的種類，將鋼分為平爐鋼（酸性平爐、堿性平爐），空氣轉(zhuǎn)爐鋼（酸性轉(zhuǎn)爐、堿性轉(zhuǎn)爐、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼）與電爐鋼。按冶煉時(shí)脫氧程度，將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全），鎮(zhèn)靜鋼（脫氧比較完全）及半鎮(zhèn)靜鋼。
鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，往往將用途、成分、質(zhì)量這三種分類方法結(jié)合起來。如將鋼稱為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼等。均≤0.040%）；高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷量≤0.035%、

四 金屬材料的機(jī)械性能
金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機(jī)械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機(jī)械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。
0 @# I. |; C( \, S# z& T7 d* {在機(jī)械制造業(yè)中，一般機(jī)械零件都是在常溫、常壓和非強(qiáng)烈腐蝕性介質(zhì)中使用的，且在使用過程中各機(jī)械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為機(jī)械性能（或稱為力學(xué)性能）。金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。外加載荷性質(zhì)不同（例如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等），對金屬材料要求的機(jī)械性能也將不同。常用的機(jī)械性能包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。下面將分別討論各種機(jī)械性能。

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1． 強(qiáng)度
: Y# }7 b" w& L+ I, @4 B/ m強(qiáng)度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能。由于載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強(qiáng)度也分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。各種強(qiáng)度間常有一定的聯(lián)系，使用中一般較多以抗拉強(qiáng)度作為最基本的強(qiáng)度指標(biāo)。
2． 塑性
塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。
) d* A! Q1 `2 ]; A! o  `' `% \3． 硬度
. W- ^- Q' v) G0 G硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標(biāo)。目前生產(chǎn)中測定硬度方法最常用的是壓入硬度法，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。
常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度（HV）等方法。
, E( q0 o: n* n+ v4 \1 S4． 疲勞
2 H  k! H6 c9 `% k7 G前面所討論的強(qiáng)度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機(jī)械性能指標(biāo)。實(shí)際上，許多機(jī)器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會產(chǎn)生疲勞。
5． 沖擊韌性
以很大速度作用于機(jī)件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。
2 k5 l: \8 T5 Z3 p# ^( n7 S五 退火--淬火--回火
(一)．退火的種類
1． 完全退火和等溫退火
- {( z+ E4 N3 H1 O7 c4 }完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重要工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。
2． 球化退火
5 s; y" f! `* e8 {球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。
+ Y6 {/ {3 {' B+ Q, a3． 去應(yīng)力退火
去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時(shí)間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。
(二)．淬火
為了提高硬度采取的方法，主要形式是通過加熱、保溫、速冷。最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點(diǎn)，但卻易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。
' ~; Q8 A% X; Y3 e# e8 P8 V(三)．回火
1． 降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時(shí)回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。
4 G/ ], r$ c, ~& x4 B2． 獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。
3． 穩(wěn)定工件尺寸
4． 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工。

5 d' f0 W" t) j. a% }' i7 r
, H: _9 F4 S1 E! s1 A9 c4 k* D六 常用爐型的選擇
9 {2 o2 L* v- J4 f5 ~爐型應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來決定
0 \2 f! c) _3 Q* R1．對于不能成批定型生產(chǎn)的，工件大小不相等的，種類較多的，要求工藝上具有通用性、
3 I; N% g* D6 ^+ `4 Y3 T2 R( m多用性的，可選用箱式爐。
2 `9 F: N3 h, P* c2．加熱長軸類及長的絲桿，管子等工件時(shí)，可選用深井式電爐。
+ A* X/ K' m5 C/ D- s8 v3．小批量的滲碳零件，可選用井式氣體滲碳爐。
4．對于大批量的汽車、拖拉機(jī)齒輪等零件的生產(chǎn)可選連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線或箱式多用爐。
5．對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產(chǎn)時(shí)，最好選用滾動爐，輥底爐。
6．對成批的定型零件，生產(chǎn)上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐（推桿爐或鑄帶爐）
7．小型機(jī)械零件如：螺釘，螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐。
; G+ Z  R( a0 I, X& P0 H8．鋼球及滾柱熱處理可選用內(nèi)螺旋的回轉(zhuǎn)管爐。
9．有色金屬錠坯在大批量生產(chǎn)時(shí)可用推桿式爐，而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環(huán)加熱爐。
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七、表面處理資料
# z4 W# b5 |8 q6 L8 x# e（1）鋼結(jié)構(gòu)的防火處理
鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，它具有抗震、抗彎等特性。在實(shí)際應(yīng)用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設(shè)計(jì)美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業(yè)的青睞，單層、多層、摩天大樓，廠房、庫房、候車室、候機(jī)廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機(jī)械性能，如屈服點(diǎn)、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。 　　
9 M0 }3 Z7 y& h4 m( i" W    鋼結(jié)構(gòu)通常在450～650℃溫度中就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因過大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15分鐘左右。這一時(shí)間的長短還與構(gòu)件吸熱的速度有關(guān)。 　　
  X* g- u- C* U3 G: v　　要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實(shí)際應(yīng)用中克服防火方面的不足，必須進(jìn)行防火處理，其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的極限范圍。防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生形變塌落，其措施是多種多樣的，關(guān)鍵是要根據(jù)不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升、強(qiáng)度變?nèi)醯臅r(shí)間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。下面介紹幾種不同鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)措施。 　　
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0 a+ ]6 O, T$ p- L$ ^( @8 {　　一、外包層。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法。現(xiàn)澆成型的實(shí)體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強(qiáng)，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強(qiáng)度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護(hù)層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時(shí)外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。 　　
% [# \: z6 |- \% ~# y8 r& `* ^  u& o　　二、充水(水套)�？招男弯摻Y(jié)構(gòu)內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的防護(hù)措施。這種方法能使鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中保持較低的溫度，水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)，吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經(jīng)冷卻后可以進(jìn)行再循環(huán)，或由管道引入涼水來取代受熱的水。 　　
+ f$ m% [" }" a/ N! V2 a4 ]　　三、屏蔽。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)��?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達(dá)到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟(jì)的防火方法。 　　　　     
      四、膨脹材料。采用鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護(hù)構(gòu)件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等優(yōu)點(diǎn)，一般不需要添加輔助設(shè)施，且涂層質(zhì)量輕，還有一定的美觀裝飾作用，屬于現(xiàn)代的先進(jìn)防火技術(shù)措施。 　　
　　目前，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑日趨增多，尤其是一些超高層建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)材料更為廣泛。高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)事故，火不是在短時(shí)間內(nèi)就能撲滅的，這就要求我們在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，加大對建筑材料的防火保護(hù)，以增強(qiáng)其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制訂必要的應(yīng)急方案，以減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。
- Y; I0 T% N( g9 |: A（2）常用火焰噴涂塑料材料及性能
* M+ G" ^- n' F) m" A塑料種類很多，根據(jù)塑料受熱的性能，可分為熱塑性塑料及熱固性塑料兩大類�；鹧鎳娡坑盟芰戏勰┮话阌伤芰显�料加上改性材料制成，這些改性材料，包括各種填料、顏料、流平劑、增韌劑等。通過改性，使塑料粉末容易進(jìn)行火焰噴涂。使制成的涂層具有所要求的顏色和各種性能。
熱塑性塑料的特點(diǎn)是可隨溫度上升而變軟或熔化，冷卻后則凝固成型變硬，這個(gè)過程為可逆過程可反復(fù)進(jìn)行多次，通常熱塑性塑料，具有優(yōu)良的抗化學(xué)性、韌性和彎曲性能，火焰噴涂常用的熱塑性塑料主要有聚乙烯、尼龍、聚丙烯、聚苯硫醚、氯化聚醚、EVA等，其中以聚乙烯、尼龍應(yīng)用最多最廣。
熱固性塑料的特點(diǎn)是用某些較低聚合度的予聚體樹脂，在一定溫度下或加入固化劑條件下，固化成不能再次熔化或熔融的，質(zhì)地堅(jiān)硬的最終產(chǎn)物，溫度再升高，產(chǎn)品只能分解，不能再軟化。熱固性塑料分子量較低，所以具有較好的流平性、潤濕性；因而能很好地粘附在工件表面，并具有較好的裝飾性能�；鹧鎳娡砍Ｓ玫臒峁绦运芰戏勰┯协h(huán)氧、環(huán)氧/聚酯及聚酯粉末等。
1、聚乙烯(PE）
聚乙烯為白色透明物質(zhì)，外觀似石蠟，可著色，可彎曲，稍具延伸性。
. B1 p: K0 p7 _. o! U聚乙烯是乙烯的高分子聚合物，因生產(chǎn)方法不同，產(chǎn)品分為高密度 HDPE(低壓0.9411～0.965)。中密度MDPE(中壓0.926～0.940)低密度LDPE(高壓 0.910～0.025)。三者性質(zhì)相似，但高密度聚乙烯在無負(fù)載和短期內(nèi)耐溫較高些(HDPE為100℃，LDPE為 75℃)，高密度聚乙烯最高使用溫度為70℃，低密度聚乙烯為60℃，聚乙烯最低使用溫度為-70℃。
通常，聚乙烯隨密度增加，抗張強(qiáng)度、硬度、耐熱性均增高。
+ D' x. H9 c- Q2 w0 X聚乙烯有優(yōu)良的耐蝕性，對非氧化性酸(如鹽酸、稀硫酸、氫氟酸)、稀硝酸、堿、油(冷)和鹽溶液都有良好的耐蝕性，能耐極性有機(jī)物(醇、酮)、水。在室溫下耐一般溶劑，但在 60℃以上溶于芳烴、氯化溶劑及熔蠟中，有些溶劑能使其溶脹。
0 H9 w3 z* y8 B
聚乙烯不耐濃硝酸、濃硫酸和其它強(qiáng)氧化劑的腐蝕。
  w! Z+ Z" k1 R聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能如表 1。
$ \! _' e% f5 b; O表1聚乙烯粉末涂層的物理化學(xué)性能
7 O1 f5 H+ W( w0 [  Q: U+ ~
; k* V5 z  {1 {2 j4 o) P注：試驗(yàn)采用 1.5m鋼板，涂后在30～35℃條件下、酸堿浸漬10d溶劑油類分別浸漬30d和100d后測試。
7 F6 ]3 x2 Q/ E6 r9 z( O3 L聚乙烯粉末涂層與其它涂層性能比較見表 2
/ g$ a" n* u4 Q1 D' W  B表2聚乙烯等其它品種粉末涂層的性能比較
, c" }1 r- o8 \- {
2、尼龍(聚酰胺)
4 P. G0 b3 Z/ P9 m8 r
尼龍是一種應(yīng)用很廣的熱塑性塑料，最高應(yīng)用溫度為 80～120℃，最低使用溫度為-50～-60℃。
尼龍具有良好的耐蝕性，十分耐堿和大多數(shù)鹽水、稀酸。但不耐強(qiáng)酸和氧化性酸的腐蝕。對烴、酮、酯、油類抗蝕能力良好，不耐酚和甲酸的腐蝕。
尼龍強(qiáng)度高，堅(jiān)韌、耐磨損，有潤滑作用，所以常用作耐磨涂層，如:印刷機(jī)械中的鋼制墨輥、車床導(dǎo)軌、潤滑涂層如軸承等。
2 ?, R9 H- J4 Q& s) ?尼龍對生物侵蝕是惰性的，無毒，受細(xì)菌作用，可作食品和牛奶等容器表面涂層。
, w. H4 G! ?2 q" ?' [! b$ t& [) Q火焰噴涂常用的尼龍粉末有尼龍 11、尼龍12、尼龍1010及一些二元、三元共聚尼龍，尼龍層與金屬附著力好
+ B" r' L$ h# _1 I2 V3 P
續(xù)表 4 尼龍11涂層的耐化學(xué)品性能
' F+ B6 L2 B: M7 \3、聚丙烯
+ d3 h3 ?/ E( V聚丙烯是丙烯的高分子量聚合物，外觀似聚乙烯但比聚乙烯更輕更透明。聚丙烯密度低(0.90)耐蝕性和聚乙烯相似，且較低，應(yīng)用溫度范圍為-14～+120℃。除濃硝酸，發(fā)煙硫酸、氯磺酸等強(qiáng)氧化性酸外，能耐大多數(shù)的有機(jī)和無機(jī)酸、堿和鹽，對應(yīng)力腐蝕破裂的抗蝕性良好。80℃以下能耐有機(jī)溶劑，但能被某些強(qiáng)有機(jī)溶劑破壞。
聚丙烯強(qiáng)度高于聚乙烯，軟化點(diǎn)較高（180℃）。硬度接近尼龍，剛性好，常溫下耐沖擊性能良好。耐溫性高，在低應(yīng)力下可長期使用于110～120℃。

9 n3 v& G1 q& Q* Z+ H7 O4、聚苯硫醚（PPS）
聚苯硫醚通常指對苯基硫的聚合物。交聯(lián)前是一種線型結(jié)構(gòu)，呈熱塑性，是一類具有支鏈、無結(jié)晶熔點(diǎn)、高粘度聚合物、交聯(lián)后呈熱固性，若予以充分加熱，卻還能軟化到一定程度，因此并非真正熱固性塑料。
$ G/ l, ~% i9 J: w+ `+ O聚苯硫醚密度1.36，熔點(diǎn)288℃，是一種硬而脆、熱穩(wěn)定性優(yōu)良的熱塑性塑料，同時(shí)它具有優(yōu)良的電絕緣性和粘結(jié)性，適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，應(yīng)用溫度范圍為-148～+250℃。
+ E: X4 `" Q3 D/ G7 u& `聚苯硫醚的化學(xué)惰性及耐高溫性使它成為良好的耐腐蝕涂層。
8 f! m9 s. Q4 I* ?8 v$ X- m
聚苯硫醚防腐涂層可耐170℃下的各種溶劑，200℃下的各種酸堿、鹽和化學(xué)藥品，但易受鹵素和氧化性介質(zhì)，如游離氯、溴、硝酸、過氧化氫等腐蝕。聚苯硫醚的熔區(qū)寬300～420℃，故有良好的流動性，且無毒、不燃。與金屬的粘接力強(qiáng)，因此是一種良好的耐腐蝕涂層

364191599

5、氯化聚醚
" B* ?1 Q8 B" d. G2 T. `: D' @氯化聚醚是線型、高結(jié)晶度的熱塑性塑料，具有較高的熔點(diǎn)（180℃），優(yōu)良的耐熱、耐腐蝕性能以及良好的機(jī)械性能和電性能�？箾_擊強(qiáng)度高，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，吸水性小。應(yīng)用溫度范圍為-30～+120℃。
氯化聚醚的耐蝕性僅次于聚四氟乙烯，可與聚三氟氯乙烯媲美，除強(qiáng)氧化性酸如濃硫酸、濃硝酸外，能耐各類酸、堿、鹽及大多數(shù)有機(jī)溶劑的腐蝕，不耐液氯、氟、溴的腐蝕。
4 \2 l$ E1 q% F- F( A- _氯化聚醚的導(dǎo)熱系數(shù)低于大多數(shù)耐腐蝕熱塑性塑料，適宜作絕熱材料。
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9 D/ \5 g- c( K, T6、EVA（乙烯—醋酸乙烯酯共聚物）
EVA是乙烯與醋酸乙烯酯的共聚物，是一種具有橡皮似彈性的熱塑性塑料。EVA的性能與醋酸乙烯酯（VA）的含量有很大的關(guān)系，VA越少，越像低密度聚乙烯，而VA越多越像橡皮。EVA在較廣的溫度范圍（-45～70℃）質(zhì)堅(jiān)韌，加入填料能使剛性和硬度提高。填料增多，對其主要性能影響不大，耐紫外光及臭氧。
EVA熔點(diǎn)低，（80～100℃）密度0.93～0.95。施工方便，化學(xué)物理性能良好，耐稀酸、濃堿、不耐濃酸，50℃以上能溶于芳烴及氯化溶劑中。耐候性優(yōu)于聚乙烯。EVA還有良好的抗霉菌生長的特性，可作食品容器防護(hù)涂層。

7、氟塑料

氟塑料是各種含氟塑料的總稱，由含氟單體如四氟乙稀，六氟丙烯，三氟氯乙烯，偏氟乙烯，氟乙烯及乙烯等單體通過均聚或共聚反應(yīng)制得，按數(shù)量及用途來說，以聚四氟乙烯（F4）最為重要。其它還有聚三氟氯乙烯（F3），聚全氟代乙丙烯（F46）等。
氟塑料具有優(yōu)良的電絕緣性能，摩擦系數(shù)極低，與其它物質(zhì)親和力最小，具有優(yōu)良的不粘性。尤其是其化學(xué)性能優(yōu)異，熱穩(wěn)定性能好。如F4，除了金屬鈉、氟元素及其化合物對它有侵蝕作用外，其他諸如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、油脂、去污劑及有機(jī)溶劑等化學(xué)藥品均對它不起作用，使用溫度范圍為-200～+260℃。為抗蝕性最好的塑料。
+ j$ X+ `8 b3 W  {! y" x氟塑料本身無毒，但遇熱分解時(shí)，則產(chǎn)生劇毒，所以應(yīng)特別注意。

8、環(huán)氧粉末涂料
# w1 n) Y: ~0 A6 ]' W  z
/ X! r, [" Y( \4 [$ K. `1 E環(huán)氧樹脂是環(huán)氧基的高分子聚合物的通稱，未固化前它屬于熱塑性樹脂，加入固化劑后能發(fā)生一系列交聯(lián)反應(yīng)，形成具有附著力極佳，堅(jiān)韌度和抗化學(xué)性能均好的熱固性樹脂，環(huán)氧樹脂能耐一般溶劑，耐稀酸、稀堿、強(qiáng)堿，不耐強(qiáng)氧化劑如硝酸、濃硫酸等的腐蝕，耐水性非常好，最高使用溫度為90～100℃（一般型）、150℃（耐熱型）。
3 O: f+ G, Q; x# u+ l在熱固性粉末涂料中，環(huán)氧粉末涂料是首先應(yīng)用的一個(gè)品種，也是粉末涂料中，銷售量占首位的品種。
( i5 i/ a. k0 S& f6 _" i環(huán)氧粉末涂料有有光、半光、無光環(huán)氧粉末涂料（普通型）和防腐型環(huán)氧粉末涂料之分。普通環(huán)氧粉末密度1.5～1.8、熔點(diǎn)85～95℃。

9、環(huán)氧/聚酯粉末涂料

' n) C5 j" B( p& |環(huán)氧/聚酯粉末是由環(huán)氧、聚酯為主要原料的熱固性粉末涂料。它比環(huán)氧粉末具有更好的裝飾性、耐候性。
7 n. T3 U+ @  z$ f- x7 d0 ~* ^環(huán)氧/聚酯粉末密度1.4～1.8、熔點(diǎn)85℃～95℃。
) g- f  i+ K3 _( U( e6 P
（3）復(fù)合熱處理對CrWMn鋼組織的影響
1 O3 v4 p3 i( x5 p5 Q3 L內(nèi)容摘要:摘要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790℃/680℃循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強(qiáng)韌性明顯提高。復(fù)合熱處理。
摘　要：研究了CrWMn鋼經(jīng)復(fù)合熱處理后的組織變化。結(jié)果表明，采用790℃/680℃循環(huán)球化退火可代替常規(guī)等溫球化退火，并能縮短球化退火周期，節(jié)約能源。采用高溫固溶處理加790℃/680℃循環(huán)球化退火，可獲得高彌散度碳化物，使CrWnMn鋼的最終組織得到改善，強(qiáng)韌性明顯提高。
, s+ `* w* C9 G2 I7 y8 ~* P關(guān)鍵詞：CrWMn鋼；復(fù)合熱處理；球化退火；顯微組織
. V" ~4 X9 w6 a/ w- R. G
3 B( L9 i1 X- D0 J2 V0 j/ d1　前言
CrWMn鋼可用于制造各種形狀復(fù)雜的冷擠壓模和沖裁模，具有較高的淬透性，淬火和低溫回火后具有較高的硬度和耐磨性。但經(jīng)常規(guī)熱處理后此鋼易形成網(wǎng)狀碳化物，在模具的受力部位形成開裂和剝落。模具的失效主要是由磨損、強(qiáng)度和韌性不足而造成的。本文擬通過適當(dāng)?shù)膹?fù)合熱處理來改善CrWMn鋼的組織，提高其強(qiáng)度和韌性，以獲得較好的綜合性能。
2　試驗(yàn)過程
( s% h% E+ i7 R試驗(yàn)用CrWMn鋼為��40mm棒材，為淬火＋低溫回火態(tài)，硬度58HRC。其主要化學(xué)成分見表1。
表1　CrWMn鋼的主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))　w(%)
- o3 w* z: X1 `% }元素CCrWMnSi 含量0．90～
1．050．90～
2 ^- W  F9 E7 `/ ]9 G4 K1．201．20～
1．600．8～
2 s2 F7 x" P; ^! c" Y1．100．15～
0．35
/ ^! {, {* v5 i1 S對CrWMn鋼的復(fù)合熱處理分為兩個(gè)步驟，一是預(yù)處理，二是淬火＋低溫回火。預(yù)處理工藝見圖1。
( w5 S" h! |1 Y# Y% F. k5 A9 \$ M
! [3 S4 R. D; v! ], ^圖1　CrWMn鋼預(yù)處理工藝
. P- s) j  |; U1 }' F) |8 @$ O/ d$ ~" D(a)　常規(guī)退火(b)　等溫球化退火
(c)　循環(huán)球化退火(d)　高溫固溶＋循環(huán)球化退火
CrWMn鋼經(jīng)不同工藝預(yù)處理后，選擇組織形態(tài)、分布較好的試樣，在不同溫度條件下進(jìn)行淬火＋低溫回火的最終熱處理，觀察其組織形態(tài)與分布，測定硬度變化。最終熱處理工藝見圖2。
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圖2　CrWMn鋼淬火＋回火工藝
3　試驗(yàn)結(jié)果及分析
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圖3為CrWMn鋼經(jīng)不同預(yù)處理工藝處理后的顯微組織照片，CrWMn鋼經(jīng)常規(guī)退火后的硬度為180～190HB，經(jīng)圖1所示熱處理工藝處理后為180～200HB。
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  l% D$ n- ^: @; r- }# Q' K5 S圖3　CrWMn鋼預(yù)處理后組織
(a)　常規(guī)退火(b)等溫球化退火(c)　循環(huán)球化退火(d)　固溶＋循環(huán)球化退火
8 K2 `( \  w" c  D" c- _& U由圖3可看出，經(jīng)常規(guī)退火處理后的CrWMn鋼組織中碳化物呈片狀分布；經(jīng)810℃等溫球化退火處理后，碳化物呈不規(guī)則的顆粒狀分布在鐵素體基體上，分布不均勻；經(jīng)790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，顆粒狀碳化物尺寸變小，分布較為均勻；經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，碳化物呈細(xì)小顆粒狀析出且彌散程度高。
4 c/ S0 J: O2 N+ }$ z4 J2 p; X
6 m  P- q2 k+ z; R從工藝上看，在獲得相同硬度情況下，用790℃/680℃3次循環(huán)球化退火，不僅可代替830℃等溫球化退火，而且能改善組織中碳化物的形態(tài)和分布、縮短球化退火時(shí)間，節(jié)約能源。這是因?yàn)檠�環(huán)球化退火在Ac1(750℃)以上加熱保溫過程中，片狀珠光體中的碳化物從尖角處溶解破斷，而在Ar1(710℃)以下保溫過程中，在原片狀碳化物的平面處析出顆粒狀碳化物，從而加速了CrWMn鋼球化過程的進(jìn)行，改善了碳化物的形態(tài)和分布。在1050℃高溫條件下，CrWMn鋼中大量難溶的W、Cr等合金元素的碳化物溶入奧氏體中，經(jīng)油淬后得到馬氏體或下貝氏體組織，在隨后進(jìn)行的790℃/680℃循環(huán)球化退火過程中，則會彌散地析出點(diǎn)狀的W、Cr的碳化物。
) z4 d( g: \1 k" N) O7 B( z/ q
% e) E3 @+ W  |. N6 T因此，對于一般要求的CrWMn鋼，采用790℃/680℃3次循環(huán)球化退火工藝，既可滿足組織和硬度的要求，又能提高生產(chǎn)率，降低能耗；而對要求較高的可選用1050℃高溫固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火的預(yù)處理工藝。

7 Z4 a" l- `5 H8 S圖4為經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃3次循環(huán)球化退火處理后，經(jīng)不同溫度油淬低溫回火后的CrWMn鋼的顯微組織。

& L0 w$ {' ~; R( t$ N圖4　CrWMn鋼不同溫度淬火＋低溫回火后組織
+ p6 d: k4 s3 k! Z/ D8 i! H(a)　790℃淬火＋200℃回火(b)　830℃淬火＋200℃回火(c)　870℃淬火＋200℃回火(d)　900℃淬火＋200℃回火
4    結(jié)論
' k* h0 _6 x' u7 G. z3 J
9 j5 F0 X! O7 {+ m(1)　對CrWMn鋼采用790℃/680℃　3次循環(huán)球化替代常規(guī)退火、等溫球化退火，不僅可以改善其組織狀態(tài)和性能，而且還可以提高熱處理生產(chǎn)率，降低能耗。
(2)　1050℃固溶加790℃/680℃　3次循環(huán)球化退火，可進(jìn)一步改善CrWMn鋼的組織狀態(tài)分布，提高其性能。
0 z: I; a9 P8 v! l9 I3 @3 r# u(3)　經(jīng)1050℃固溶加790℃/680℃　3次循環(huán)球化退火處理后，再經(jīng)830℃油淬200℃回火處理，CrWMn鋼組織均勻而細(xì)小，碳化物彌散程度高，其耐磨性和綜合性能好�！�

作者簡介：陳文華(1963—)，男，碩士，講師。主要研究方向?yàn)榻饘俦砻娓男约敖饘俨牧虾附印Ｂ?lián)系電話：025-4892912(O)
作者單位：陳文華(南京航空航天大學(xué)，南京210016)
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3 Z( h' z! f# \6 |( D! B+ ~. F, h參考文獻(xiàn)：
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5 C+ ?! p8 P; f' N3 Y八、淬火介紹

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（1）鋼的淬火
: Z9 Y  d, a3 ]% S1 e. b- f0 o淬火時(shí)將鋼加熱到Ac3或Ac1以上，保溫一定時(shí)間使其奧氏體化，再以大于臨界冷卻速度快速冷卻，從而發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。淬火鋼得到的組織主要是馬氏體（或下貝氏體），此外，還有少量殘余奧氏體及未溶的第二相。淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性。
1、 淬火加熱溫度
    碳鋼的淬火加熱溫度可利用Fe-Fe3C相圖來選擇。
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. j% ]$ P/ n2 J! O& B8 ~對于亞共析碳鋼，適宜的淬火溫度為Ac3+30～50℃，使碳鋼完全奧氏體化，淬火后獲得均勻細(xì)小的馬氏體組織。對于過共析碳鋼，適宜的淬火溫度為Ac1+30～50℃。淬火前先進(jìn)行球化退火，使之得到粒狀珠光體組織，淬火加熱時(shí)組織為細(xì)小奧氏體晶粒和未溶的細(xì)粒狀滲碳體，淬火后得到隱晶馬氏體和均勻分布在馬氏體基體上的細(xì)小粒狀滲碳體組織。對于低合金鋼，淬火加熱溫度也根據(jù)臨界點(diǎn)Ac1或Ac3來確定，一般為Ac1或Ac3以上50～100℃。高合金工具鋼中含有較多的強(qiáng)碳化物形成元素，奧氏體晶粒粗化溫度高，故淬火溫度亦高。
2、淬火加熱時(shí)間
0 E6 D: X* K, \　　為了使工件各部分完成組織轉(zhuǎn)變，需要在淬火加熱時(shí)保溫一定的時(shí)間，通常將工件升溫和保溫所需的時(shí)間計(jì)算在一起，統(tǒng)稱為加熱時(shí)間。
, F* R/ t) S* m6 j) a+ k+ [    影響淬火加熱時(shí)間的因素較多，如鋼的成分、原始組織、工件形狀和尺寸、加熱介質(zhì)、爐溫、裝爐方式及裝爐量等。
　　鋼在淬火加熱過程中，如果操作不當(dāng)，會產(chǎn)生過熱、過燒或表面氧化、脫碳等缺陷。
- E3 @0 B4 S7 i# D　　過熱是指工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過高或時(shí)間過長，造成奧氏體晶粒粗大的現(xiàn)象。過熱不僅使淬火后得到的馬氏體組織粗大，使工件的強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆斷，而且容易引起淬火裂紋。對于過熱工件，進(jìn)行一次細(xì)化晶粒的退火或正火，然后再按工藝規(guī)程進(jìn)行淬火，便可以糾正過熱組織。
　　過燒是指工件在淬火加熱時(shí)，溫度過高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或出現(xiàn)局部熔化的現(xiàn)象，過燒的工件無法補(bǔ)救，只得報(bào)廢。
4 R# J  M4 z$ r% K（2）鋼的表面淬火
表面淬火是對工件表層進(jìn)行淬火的工藝。它是將工件表面進(jìn)行快速加熱，使其奧氏體化并快速冷卻獲得馬氏體組織，而心部仍保持原來塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬火后需進(jìn)行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。表面淬火可有效提高工件表面層的硬度和耐磨性，達(dá)到外硬內(nèi)韌的效果，并可造成表面層壓應(yīng)力狀態(tài)，提高疲勞強(qiáng)度，延長工件的使用壽命。
: i( P6 x8 }. [# x1 y) e1.感應(yīng)加熱表面淬火
    感應(yīng)加熱表面淬火法的原理如圖1-66（a）所示。把工件放入由空心銅管繞成的感應(yīng)線圈中，當(dāng)感應(yīng)線圈通以交流電時(shí)，便會在工件內(nèi)部感應(yīng)產(chǎn)生頻率相同、方向相反的感應(yīng)電流。感應(yīng)電流在工件內(nèi)自成回路，故稱為“渦流”。渦流在工件截面上的分布是不均勻的，如圖1-66（b）所示，表面電流密度最大，心部電流密度幾乎為零，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。由于鋼本身具有電阻，因而集中于工件表面的渦流，幾秒種可使工件表面溫度升至800～1000℃，而心部溫度仍接近室溫，在隨即噴水（合金鋼浸油）快速冷卻后，就達(dá)到了表面淬火的目的。
3 d& {5 A4 n; U& \  |    感應(yīng)加熱時(shí)，工件截面上感應(yīng)電流密度的分布與通入感應(yīng)線圈中的電流頻率有關(guān)。電流頻率愈高，感應(yīng)電流集中的表面層愈薄，淬硬層深度愈小。因此可通過調(diào)節(jié)通入感應(yīng)線圈中的電流頻率來獲得工件不同的淬硬層深度，一般零件淬硬層深度為半徑的1／10左右。對于小直徑（10～20mm）的零件，適宜用較深的淬硬層深度，可達(dá)半徑的1／5，對于大截面零件可取較淺的淬硬層深度，即小于半徑1／10以下。
2.火焰加熱表面淬火
    火焰加熱表面淬火法是用乙炔一氧火焰（最高溫度3200℃）或煤氣一氧火焰（最高溫度2000℃），對工件表面進(jìn)行快速加熱，并隨即噴水冷卻。淬硬層深度一般為2～6mm。適用于單件小批量生產(chǎn)以及大型零件（如大型軸類、模數(shù)齒輪等）的表面淬火�；鹧婕訜岜砻娲慊鸬膬�(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，成本低，靈活性大。缺點(diǎn)是加熱溫度不易控制，工件表面易過熱，淬火質(zhì)量不夠穩(wěn)定。
* ?  ~' K3 h5 p3.激光加熱表面淬火
, Z" g- N! S/ x( U! s    激光加熱表面淬火是以高能量激光束掃描工件表面，使工件表面快速加熱到鋼的臨界點(diǎn)以上，利用工件基體的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)自冷淬火，實(shí)現(xiàn)表面相變硬化。
    激光加熱表面淬火加熱速度極度快（105～106℃／s），因此過熱度大，相變驅(qū)動力大，奧氏體形核數(shù)目劇增，擴(kuò)散均勻化來不及進(jìn)行，奧氏體內(nèi)碳及合金濃度不均勻性增大，奧氏體中碳含量相似的微觀區(qū)域變小，隨后的快冷（104℃／s）中不同微觀區(qū)域內(nèi)馬氏體形成溫度有很大差異，產(chǎn)生細(xì)小馬氏體組織。由于快速加熱，珠光體組織通過無擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為奧氏體組織；由于快速冷卻，奧氏體組織通過無擴(kuò)散轉(zhuǎn)化為馬氏體組織，同時(shí)殘余奧氏體量增加，碳來不及擴(kuò)散，使過冷奧氏體碳含量增加，馬氏體中碳含量增加，硬度提高。
) D6 V& R' }% X    激光加熱表面淬火后，工件表層獲得極細(xì)小的板條馬氏體和孿晶馬氏體的混合組織，且位錯(cuò)密度極高，表層硬度比淬火＋低溫回火提高20％，即使是低碳鋼也能提高一定的硬度。
    激光淬火硬化層深度一般為0.3～1mm，硬化層硬度值一致。隨零件正常相對接觸摩擦運(yùn)動，表面雖然被磨去，但新的相對運(yùn)動接觸面的硬度值并未下降，耐磨性仍然很好，因而不會發(fā)生常規(guī)表面淬火層由于接觸磨損，磨損隨之加劇的現(xiàn)象，耐磨性提高了50％，工件使用壽命提高了幾倍甚至十幾倍。
    激光加熱表面淬火最佳的原始組織是調(diào)質(zhì)組織，淬火后零件變形極小，表面質(zhì)量很高，特別適用于拐角、溝槽、盲孔底部及深孔內(nèi)壁的熱處理，而這些部位是其它表面淬火方法極難做到的。
（3）淬火處理的常見問題
& v3 ?7 K& r4 D; I: v2 I7 SMs點(diǎn)隨C%的增加而降低,淬火時(shí)，過冷奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的溫度稱之為Ms點(diǎn)，轉(zhuǎn)變完成之溫度稱之為Mf點(diǎn)。C%含量愈高，Ms點(diǎn)溫度愈降低。0.4%C碳鋼的Ms溫度約為350℃左右，而0.8%C碳鋼就降低至約200℃左右。
0 Y  c$ |, n. I) R: A7 F淬火液可添加適當(dāng)?shù)奶砑觿?
( T% I$ a5 C, b1、水中加入食鹽可使冷卻速率加倍：鹽水淬火之冷卻速率快，且不會有淬裂及淬火不均勻之現(xiàn)象，可稱是最理想之淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以重量百分比10%為宜。
7 Q" t  F3 L, o6 m2、水中有雜質(zhì)比純水更適合當(dāng)淬火液：水中加入固體微粒，有助於工件表面之洗凈作用，破壞蒸氣膜作用，使得冷卻速度增加，可防止淬火斑點(diǎn)的發(fā)生。因此淬火處理，不用純水而用混合水之淬火技術(shù)是很重要的觀念。
3 l6 w# T; |6 s" E  e( [3、聚合物可與水調(diào)配成水溶性淬火液：聚合物淬火液可依加水程度調(diào)配出由水到油之冷卻速率之淬火液，甚為方便，且又無火災(zāi)、污染及其他公害之慮，頗具前瞻性。
. _- Q! Y" S- Z$ h* ]4、干冰加乙醇可用於深冷處理溶液：將干冰加入乙醇中可產(chǎn)生-76℃之均勻溫度，是很實(shí)用的低溫冷卻液。
3 {% G/ R9 d/ e% _（4）鋼淬火冷卻介質(zhì)
$ B% b" L: p. y6 a3 U淬火冷卻時(shí)，既要快速冷卻以保證淬火工件獲得馬氏體組織，又要減少變形，防止裂紋產(chǎn)生。因此，冷卻是關(guān)系到淬火質(zhì)量高低的關(guān)鍵操作。

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jsgs001

早點(diǎn)發(fā)啥，

jsgs001

不錯(cuò)不錯(cuò)，很有適用價(jià)值

劉致墉

謝謝LZ。已下載了，謝謝

大頭小成

像是在書上弄下來的!

少年游

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