热处理工艺 复习 长安大学.docx

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热处理工艺复习长安大学

顶镦的规则：

第一规则，端面平整且垂直于棒料轴线，l/d<3可一次顶镦成型，而不产生弯曲折叠，若端面为斜面，则l/d取2.2到2.5，D/d不能太大。

第二规则，当Φ›Φ（允许）时，D/d不能太大，杆件产生纵向弯曲后受到型槽限制而不再继续弯曲的条件，D/d《1.42，通常D=（1.25-1.5）d1.试述钢在加热时引起氧化和脱碳现象的原因急对钢性能的影响和防止措施。

氧化原因：

加热高温时与氧，二氧化碳等氧化性气体接触并发生作用，造成表面氧化并向心部扩散；影响：

是工件表面失去光泽，变得粗糙不平，降低工件的机械性能如弯曲疲劳强度，同时在冷拔冷冲模锻是易引起模具损坏；防止：

控制炉气性质或在保护介质中加热，使工件与周围介质隔开，或采用快速加热以缩短工件在高温下的停留时间，也可对工件表面覆盖一层涂料。

脱碳原因：

在高温条件下，表层中的碳与炉中的气氛发生化学反应造成碳含量降低；影响:

造成渗碳体数量减少，导致钢的强度硬度降低，对锻造和热处理等有不利影响；防止：

加入适当的合金元素如Cr，Mn；加热温度控制在700~1000。

C；在中性介质或弱氧化性介质中加热。

2.影响加热速度的因素有哪些？

为什么？

加热速度与炉型结构，加热介质，加热方式及装炉量等因素有关；原因：

①炉型结构越简单越有利于辐射传热，可提高加热速度；②传热介质越好，则相同条件下传热越快越多；③加热方式与被加热工件表面温差越小，则单位时间内单位表面积上传给工件的热量越少，即加热速度越慢，故随炉加热速度最慢；④装炉量越少，传热越快。

3.试比较高频感应加热，火焰加热的异同点和各自的优缺点。

感应加热是利用电磁感应原理在工件表面产生感应电流，达到加热的目的，而火焰加热则是利用氧—乙炔混合气体或其他可燃气体的燃烧形成高温火焰喷向工件进行加热；感应加热的优点：

加热速度快，热量集中在工件表面，加热时间短，工件表面不易氧化脱碳，淬火变形小，易实行机械化和自动化生产，质量稳定，生产率高；缺点：

采用经验设计，存在偏差。

火焰加热优点：

简便易行，费用低，方法灵活，可对各自形状的大尺寸工件进行局部淬火；缺点：

加热温度无法测量，淬火层不易控制。

3.确定浇注位置有哪些原则？

何种情况下应采用倾斜浇注？

原则：

1.把重要的加工面朝下或放在侧面；2.尽量使大平面朝下，并采取倾斜浇注一避免夹砂，夹杂缺陷；3.应保证铸件充满型腔；4应该有利于顺序凝固，薄壁部分在下，厚大部分在上，以便安放冒口和发挥冒口的补缩效果；5.尽量减少砂芯数目，尽可能避免出现吊砂，吊芯或悬臂砂；6.应使合箱位置，浇注位置和铸件的冷却位置相一致，避免翻转铸型。

大平面存在时，为了使各处受热时间均小于夹砂形成的临界时间，采用倾斜浇注，同时要求砂箱H值在200~400mm范围内。

5.大型锻件的生产特点及提高质量的措施。

特点：

①钢锭冶金质量对锻件质量有重要影响；②加热工艺复杂；③锻压工艺难度大；④热处理过程复杂。

措施：

①采用炉外处理和二次精炼技术；②选用合适的锭型；③采用型钻锻造；④改善操作方法；⑤表面降温锻造法；⑥宽砧高温强压法；⑦激冷深冷热处理技术。

6.透气性及其影响因素。

砂型具有空隙能使气体通过的性能较透气性。

影响因素：

①原砂颗粒越粗，砂型透气性越高；②砂子粒度越集中，透气性越好；③紧实度提高使透气性下降；④型砂粘土含量越高，堵塞了颗粒间隙，减少了气体通道，最大透气性值越低；④当粘土含量一定时，砂型透气性随着水分含量的增加而上升，达到最大值后又下降。

7.分型面的确定原则.分型面是指两半铸型相互接触的表面。

原则：

①为了起模方便，分型面一般选在铸件最大截面上，且勿使模样在一箱内的高度过高；②尽量把铸件的加工面和加工基准面放在同一半型内，以保证铸件尺寸精度；③尽量减少分型面的数目，或块的数目；④分型面尽量选择在平直面；⑤尽量减少砂芯数目。

8.砂芯设计的相关注意事项及设计内容，芯头的种类。

砂芯主要用于形成铸件的内腔及孔，某些妨碍起模，不易出砂的外形部分也可以用砂芯形成，砂芯的工作条件较为恶劣，因此要求砂芯应有足够的强度和刚度，排气性好，退让性好，收缩阻力小，溃散性好，易清砂。

设计内容：

决定砂芯数量，每个砂芯的形状尺寸，芯头的个数，形状和尺寸，芯撑，芯骨，排气方式，芯砂种类及造芯发放等。

芯头的作用：

定位，支撑和排气；芯撑的作用：

但无法设置芯头时，或单靠芯头还不把握时，记得靠采用芯撑；芯骨的作用：

提高砂芯的强度和刚度。

9.（必考）为什么雨淋式浇口与浇口杯不能用于铸钢件的生产？

在生产大型重要件时，为了增进挡渣效果，雨淋式浇口常与浇口杯配合使用；上述两种浇注系统尽管有很多优点，但都不能用于铸钢件的生产，这是因为压边浇口搭接缝隙过窄，会先于铸件凝固，使铸钢件在凝固收缩后期得不到补给，形成缩孔或缩松缺陷；雨淋式浇口是由于金属呈雨淋般落入铸型，因与空气接触面积增大，会使铸钢过度氧化，形成严重夹渣缺陷，同理，雨淋式浇口亦不能用于铝合金等易于氧化的金属。

10.底注式浇注系统的特点。

底注式浇注系统是将金属液流从铸件底部注入型腔的，如果金属流入型腔和方向与铸件下端面垂直或稍许倾斜一定角度，则为底注式浇注系统。

特点：

①无飞溅；②不利于顺序凝固；③无挡渣；④有利于渣粒上浮。

11.中注式浇注系统的应用。

中注式的引住位置是位于铸件中部，在用砂箱造型时，由于多数铸件的分型面都是取在逐渐中间，加之将横浇道和内浇道设在分型面外，又非常方便与造型操作，故在生产中小型铸件时，多数情况下都采用这种浇注系统。

而对于位于分型面以下的铸件部分是顶注，但金属液不是像雨淋式浇口那样呈小股流，而是以大股流的形式从铸件侧面流入型腔，有可能造成冲砂，夹砂等缺陷，因此这种浇注系统只适用于生产高度不大的铸件。

12.冒口的种类和安放位置。

种类：

按冒口上部分是否与大气直接接触，分为名冒口与按冒口；根据冒口相对于被补给的位置，分为顶冒口和边冒口。

安放位置：

①冒口应尽量放置在铸件被补缩部位的上方，以利用金属靠重力增进“流势”；②尽量不要布置在铸件的非加工面或是曲面上，以便于铸件清整和保持外光；③当铸件在不通的高度有热节需要补缩时，可在不通水平面上设置冒口，但补缩区应隔开；④在希望实现铸件朝向冒口的顺序凝固情况下，使用边冒口时，应使内浇道通过冒口，而采用顶冒口时，应尽可能将内浇道置于冒口下方；⑤冒口应不妨碍铸件收缩，不要设在铸件上应力集中处，以免引起裂纹；⑥在利用模板或是壳型生产时，力求用一个冒口同时补缩一个铸件的几个热节或者几个铸件的热节，既节约金属，有可提高模板或壳型的利用率。

13.冒口的形状选用原则。

在冒口体积相同的条件下，应选用散热表面积为最小的形状，这样热量散失慢，凝固时间长，以球体的表面积最小，依次是圆柱体，立方柱体，长方柱体，但在实际生产中除了考虑散热特点外，还必须保证造型时取模方便，以及被补给处的热节形状。

14.冷铁的作用和分类。

冷铁是用来加速铸件凝固用的一种激冷物，材质可以使铸钢，锻钢，铸铁或其它金属及材料。

作用：

①与冒口配合，控制铸件凝固顺序，扩大冒口有效补缩距离，提高金属利用率；②加速铸件交叉部位，凸台等热节处的凝固速度，防止铸件产生裂纹及缩孔等缺陷；③加快金属凝固速度，细化晶粒和在一定程度上减少偏析。

分类：

外冷铁，内冷铁和微形冷铁。

15.补贴的应用。

实现冒口补给铸件的基本条件之一是被补缩部位在凝固过程中能形成朝向冒口逐渐增加的一定的温度梯度，然而，对于较高的缸套形铸件，或者虽不甚高但热节位于中部的轮形件的轮缘，轮毂等部位，往往难于达到这个要求，这时，单纯增加冒口直径和高度，收缩不一定显著，如果人为的使靠近冒口的铸件壁厚逐渐向着冒口方向增加，却能显著的扩大冒口的有效补距，这种人为的附加铸件厚壁，为工艺补贴。

16确定加热温度的主要依据是钢的化学成分和热处理工艺类型，及其所要求达到的性能要求。

快速加热主要靠强化辐射实现，具体措施：

提高炉温，高温入炉，大型铸锻件和焊接件一般退火时低温入炉，随炉升温，缓慢加热方式。

17锻前加热的目的：

为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以利于金属进行塑形成型，并获得良好的锻造组织及性能。

18锻件热处理的目的：

1调整硬度，以利锻件切削加工2，消除锻件内应力3，改善锻后组织，细化晶粒，为最后热处理做好组织准备。

4对不再进行热处理的锻件，应保证产品图规定的技术要求。

19自由锻的基本工序：

镦粗，拔长，冲孔，芯轴拔长，芯轴扩孔，弯曲，错移，扭转，切割，锻接。

20镦粗的方法：

平面镦粗，垫环镦粗，局部镦粗。

使坯料高度减小而横截面增大的锻造工序称镦粗，使坯料横截面积减小而长度增加的工序称拔长。

使坯料上冲出通孔或盲孔的工序称冲孔。

使空心坯料的外径减小，壁厚减薄，而长度增加的工序称芯轴拔长。

21模锻的优点：

生产率高，锻件尺寸稳定，材料利用率高，机械性能好。

常用设备;模锻锤，无砧座锤，螺旋压机，热模锻压机，液压机，平锻机。

主要成型工序;开式模锻，闭式模锻，挤压，顶镦。

开式模锻:

1变形阶段，由上模型槽表面与坯料接触开始，至坯料变形后与毛边曹开口处接触为止2形成毛边和充满型槽阶段，由金属横向流入毛边槽开始，至金属完全充满型槽为止3锻足阶段由金属完全充满型槽开始，至上下模闭合为止。

常见缺陷，1充不满，原因ΔH1太短，第二阶段变形开始太早和毛边横向流动阻力太小，2段不足，原因设备吨位不足，毛边流动阻力过大。

毛边槽包括桥部和仓部，设计毛边槽时主要是确定桥部的高度和宽度。

闭式模锻三个阶段，1基本成型阶段，由开始变形至金属基本充满型槽2充满阶段，由上阶段结束到金属完全充满型槽为止3形成纵向毛刺阶段22挤压及其分类金属在三个方向受不均匀的压力作用下，从模孔中挤出或流入型槽内以获得所需尺寸，形状的制品或零件的模锻工序。

按坯料温度分，热挤压，温热挤压，冷挤压，按金属流动与凸模运动方向分，正挤压，反挤压，复合挤压和径向挤压。

23确定锻件位置最基本的原则保证型槽能分开，保证锻件能从型槽中取出。

24影响模锻斜度的数值：

1锻件的形状尺寸2斜度的位置3锻件的材料25锤锻模结构设计;1锤锻模的紧固2模锻型槽的布置3制坯型槽的布置4错移力的平衡与导向；5模块尺寸确定26锤模锻损坏形式与原因形式：

机械裂纹，热裂纹，磨损和塑性变形。

原因工作条件恶劣，模锻时受到巨大的压力和冲击力，型槽表面受到高速流动金属的强烈摩擦，锻模的工作温度较高，且由于模锻和润滑，冷却交替进行，模锻温度反复交变。

1试说明高碳钢未淬透时易兴成横向裂纹的原因。

横向裂纹是工件未淬透时，即在淬硬层心部间的过渡区产生的，其内应力分布特征是表面压应力，离表面一定距离应力发生剧变，由压应力变成拉应力，裂纹就产生在拉应力峰值区域内，当内应力重新分布或钢的脆性增加时，即向工件表面延伸发展，而高碳钢未淬透时，易形成横向裂纹原因是由于它与低碳钢相比，在有相同大小的未硬化心部时，高碳钢具有更大的轴向拉应力，易形成拉应力峰值，同时也容易存在软点，这些都促使它易形成横向裂纹.\2为什么可以利用回火来减少和适当调整淬火工件的变形量？

淬火工件中存在很大的内应力，如不及时消除会引起工件的变形，甚至开裂，因此，采用回火工艺成为淬火后的后续工作。

回火中由于组织的转变，工件在回火时将产生变形，可利用回火过程控制或减少淬火变形，回火温度的选择可使工件的变形减少。

3分析白点产生原因及消除措施原因是钢中含氢量高，组织应力大造成的，钢中氢原子如果在位错附近歪扭晶格中聚集，导致钢料塑形急剧下降，形成所谓氢脆现象，加上锻件冷却时各部位冷却不均匀造成组织应力，两者相互作用，形成白点。

防治措施：

在冶炼时防止氢进入钢液中浇注时真空出氢，冷却热处理时充分扩散氢，充分减少组织应力。

5分析加热裂纹与冷却裂纹产生的原因及防治措施加热裂纹原因：

开始时炉温与料温的温度差过大，致使坯料内外温差大冷却裂纹成因：

锻件冷却不当，内部温度应力，组织应力大，如若该应力与锻件内残余应力叠加超过钢的强度极限。

措施：

对热裂纹，限速升温800℃保温减少截面温差冷裂纹：

根据钢料不同分别选用空冷坑冷炉冷等方式正确冷却钢的加热缺陷有欠热，过热，过烧2退火与正火的选用原则1从切削加工性上考虑含碳量低于0.3%或者在0.3%-0.5%范围之间的低中碳采用正火作为预备热处理。

含碳量较高的高碳结构钢和工具钢，应采用退火以降低钢的原始组织硬度。

对于含碳量不超过0.45%的低合金钢和高合金钢应选择退火2从使用性能上考虑亚共析钢经正火后组织较细，机械性能显然高于退火，如果工件性能要求不太高，则可用正火作为最终热处理。

3从经济效益角度考虑正火采用空冷，生产周期段，消耗热能少，并且操作简单，所以在可能条件下尽量采用正火代替回火降低成本4淬火的目的1提高工件硬度耐磨性2提高强韧性3提高弹性4获得某些物理化学性能按回火温度分为三类1低温回火（＜250℃）通常在淬火后于150—250℃之间进行回火回火后的组织为回火马氏体主要适用于各类工模具钢轴承渗碳件高频淬火件2中温回火（350-500℃）使钢获得最大弹性极限组织为回火屈氏体并使淬火钢中的内应力大大降低，为避免第一类回火脆性，一般中温回火温度不低于350℃3高温回火（＞500℃）淬火加高温回火处理成为调质，主要用于中碳钢制造的各类轴类，连杆，螺栓等零件高碳高合金钢的回火温度一般高达500-600℃7淬火回火缺陷硬度不足软点组织缺陷淬火变形淬火裂纹9气体渗碳的工艺过程是由加热，渗碳，扩散和冷却四个阶段组成的升温排气阶段渗碳阶段冷却阶段热应力：

由于表层与心部温差引起工件体积胀缩不均匀所产生的应力即为热应力组织应力：

又称相变应力，是由于工件快速冷却时表层与心部相变不同时而产生的应力11影响淬火变形的因素钢的成分及原始组织对变形的影响钢的化学成分：

力为主，中碳钢淬火时的比容变化较大，且Ms点较高，淬透性较好，对尺寸不太大的工件的淬火变形多以组织应力为主。

高碳钢淬火变形多以热应力为主。

原始组织：

经预先球化处理的工件淬火后的变形量小，另外经调质处理的回火索氏体组织，淬火后变形量小于珠光体组织。

钢种碳化物的分布对工具钢淬火变形很大，碳化物呈带状分布，将导致淬火变形具有方向性，变形沿碳化物长度方向增大，沿垂直方向减小热处理工艺参数的影响：

加热温度及加热速度：

提高加热温度，热应力增加，组织应力增加，总变形量增大。

加热速度过快，热应力增大，变形增大。

淬火介质及冷却方式：

冷却速度越大，变形越大,水冷大于油冷工件尺寸与形状对变形的影响：

形状简单，截面对称的工件变形小，反之变形大影响淬火裂纹的因素有原材料缺陷锻造缺陷热处理工艺操作不当