热处理工艺及设备 授课教案

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1、热处理工艺及设备授课教案刘强2009-157学习本课程的目的、任务及要求本课程是金属材料及热处理专业的一门必修课。其任务是通过学习来掌握各种基本的热处理工艺原理及热处理工艺对金属合金组织与性能的影响规律，熟悉主要的热处理工艺了解我国发展热处理技术的方向、任务和当代热处理工艺科学的最新成就，为分析、制订热处理工艺和探索发展新的工艺打下基础。本课程是从一般相变原理到解决具体热处理工艺技术之间的桥梁。学完本课程后，应达到下列要求：一、掌握钢铁热处理的基本工艺：退火、正火、淬火、回火、感应热处理、化学热处理的原理。二、熟悉提高机械零件

2、、工具等产品质量和寿命所应采取的各种热处理方法及其强化规律和适用范围。三、熟悉钢铁热处理后的各种主要的组织形态及性能。四、了解当代化学热处理及表面热处理新技术发展的领域及趋势，熟悉真空热处理、可控气氛热处理、辉光离子热处理和复合热理等新技术的原理及特点。 1.金属的加热1.1 金属加热的物理过程及其影响因素一、加热介质和工件表面传热过程      热处理加热工序大多在各种热处理炉中进行，在加热过程中炉膛和工件之间建立温度梯度。在温度场中，工件主要依靠辐射、对流、传导传热。 1、传导传热：   热量直接由工件的一部分传递至另一部

3、分，或由加热介质把热量传递到与其相邻的工件而无需媒介质点移动的传热过程。    热传导的唯象规律由傅立叶热传导定律描述                                上式中——热传导系数，；  ---温度梯度。负号表示热流量方向和温度梯度方向相反。572、辐射传热：   是由电磁波传递能量过程。物体受热后向各个方向放射辐射能，被另一物体吸收后又转化为热能而实现加热。注意：在高于700度主要是辐射传热。3、对流传热：   主要在600～700度以下进行，它主要依靠工件四周气体或液体质点的相对移动将受热质点传到给较

4、冷的金属表面进行加热。一般有               上式中－－－单位时间内通过热交换表面对流传热给工件的热量，J/h;     ------介质温度，     －－－工件表面温度，     －－－对流传热系数，；     －－－热交换面积（工件与流体接触面积）；。 影响的因素：（1）流体流动情况（2）流体的物理性质:导热系数 ，比热C，及密度等。 （3）工件在炉中位置情况：放置位置不同，给热系数也不同。工件形状和放置位置对流体流动越有利，则给热系数愈大。4、需要说明的是：实际工件在传热过程中，三种传热方式同时存在，所不同

5、的是有这种传热方式为主，有的场合以另一种传热方式为主。二、工件内部的热传导过程：    工件内部传热主要以传导传热，工件表面获取能量后，表面温度升高，在表面和心部存在温度梯度，发生传导传热   传热强度以比热流量表示                  为热传导系数：表示材料具有单位温度梯度时所允许通过的流量密度。  影响的因素：  1：钢的化学成分:合金元素及碳含量一般降低传热系数。  2：组织状态：随钢中组织组成物，按AM淬M回P顺序增大  3：加热温度：热传导系数与温度的关系近似地呈线性关系 57  上面         

6、      －－－温度为t度时的热传导系数；              －－－温度为0度时的热传导系数；              b－－－热传导温度系数，与钢的化学成分与组织状态有关。1-2金属及合金在不同介质中加热时常见的物理化学现象及加热介质选择   工件在不同介质中加热时，必定要和周围介质发生作用，即化学反应，最典型是氧化，脱碳。一、金属在加热时的氧化反应及氧化过程：1、氧化:材料中金属元素与氧化性气氛形成氧化物层。其危害是不仅使工件表面变色，失去光泽，而且使机械性能变坏（如疲劳性能）因此要防止氧化。2、氧化反应：对于

7、铁来说，根据加热温度不同，常见的氧化反应也不同，    在加热温度570℃时，发生如下反应        Fe＋2          3/4Fe+1/4+              3/4Fe+1/4+    在加热温度570℃时，发生下列反应：           Fe＋1/2FeO              Fe+FeO+           Fe+FeO+3、氧化物的组织形式：     （1）：磁性氧化铁，在570度以下形成，组织严密，一旦形成氧化速度较慢，如步枪枪支要氧化处理。     （2）：当T570度时，由于氧原

8、子扩散加快，逐渐形成无磁性氧化铁。    （3）FeO：温度继续升高，O，Fe原子相对扩散，形成疏松FeO，氧化速度加剧。4、生锈肿胀:钢铁工件在氧化性介质加热时，沿表面下的晶界及石墨夹杂迅速发生氧化因氧化物体积大，从而导致肿胀的现象。它是一种特殊的内氧化形式。2.退火和正火