机械工程英语Unit2 Heat Treatment of Metals.docx

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机械工程英语Unit2HeatTreatmentofMetals

Unit2

HeatTreatmentofMetals

金属材料的热处理

Theunderstandingofheattreatmentisembraced拥抱，接受bythebroader广泛的studyofmetallurgy冶金学.热处理的认识是被冶金学广泛接受的。

Metallurgyisthephysics,chemistry,andengineeringrelatedtometalsfromoreextraction矿石提炼tothefinalproduct.冶金学是物理学，化学和金属从矿石提炼到最终产品的工程学Heattreatmentistheoperationofheatingandcoolingametalinitssolidstate固态tochangeitsphysicalproperties.热处理是为了改变金属的物理特性，在固态下将其加热和冷却。

Accordingtotheprocedureused,steelcanbehardenedto对……变得无动于衷，抵抗resistcuttingactionandabrasion磨损,oritcanbesoftenedtopermitmachining.通过热处理，金属可以抵抗切割和磨损，也可以变得柔软，便于加工。

Withtheproperheattreatmentinternalstresses内应力mayberemoved,grainsize晶粒reduced,toughnessincreased,orahardsurfaceproducedonaductile柔软的interior.通过适当的热处理，内应力消失，晶粒变小，韧性增强，或者柔软的物体使得表面变硬。

Theanalysisofthesteelmustbeknownbecausesmallpercentagesofcertainelements,notably显著地carbon,greatlyaffectthephysicalproperties.对于金属的分析是必要的，有些小比分的元素，特别是碳，对其物理特性影响是巨大的。

Alloysteels合金钢owetheirpropertiestothepresenceofoneormoreelementsotherthancarbon,namelynickel,chromium,manganese,molybdenum,tungsten,silicon,vanadium,andcopper.Becauseoftheirimprovedphysicalpropertiestheyareusedcommercially商业上的inmanywaysnotpossiblewithcarbonsteels.合金钢的特性是由其所含的除碳以外的一种或多种元素决定的，入镍、铬、锰、钼、钨、硅、钒和铜等。

由于合金钢改善的物理性能，它们被大量使用在许多碳钢不适用的地方。

Thefollowingdiscussionappliesprincipally主要的totheheattreatmentofordinarycommercialsteels普通钢knownasplaincarbonsteels普通碳素钢.以下的讨论主要应用于普通钢的热处理Withthisprocesstherateofcoolingisthecontrollingfactor,rapidcoolingfromabove上面thecriticalrange临界范围resultsinhardstructure,whereas反之veryslowcoolingproducestheoppositeeffect.在这个过程中冷却速率是要控制因素，在临界范围之上快速冷却会形成坚硬的结构，反之非常慢速率形成相反的影响。

AsimplifiedIron-carbonDiagram

Fig.2.1simplifiediron-carbondiagram

Ifwefocusonlyonthematerialsnormallyknownassteels,asimplifieddiagramisoftenused.如果只把注意力集中于一般所说的钢上，经常要用到简化铁碳状态图。

Thoseportionsoftheiron-carbondiagramnearthedelta三角洲regionandthoseabove2%carboncontent碳含量areoflittleimportancetotheengineerandaredeleted.铁碳状态图中接近三角区域的部分和碳含量超过2%的对工程师来说不是很重要的已经被删了。

Asimplifieddiagram,suchastheoneinfig.2.1,focusesontheeutectoid共析的regionandisquiteusefulinunderstandingthepropertiesandprocessingofsteel.在图中，共析部分对于我们理解铁的特性和成形过程是很重要的。

Thekeytransition关键的过程describedinthisdiagramisthedecompositionof……的分解single-phase单相的austenite奥氏体（γ）tothetwo-phase双相的ferrite铁素体pluscarbide碳化物structureastemperaturedrops.图表中的关键过程是随着温度的下降单相的奥氏体分解为双相的铁素体和碳化物结构Controlofthisreaction,whicharises发生dueto由于thedrastically彻底的differentcarbonsolubility溶解度ofausteniteandferrite,enablesawiderangeofpropertiestobeachievedthroughheattreatment.能够控制奥氏体和铁素体中碳的溶解度，通过热处理可以实现金属的大多数特性。

Fig.2.1simplifiediron-carbondiagram

Tobegintounderstandtheseprocesses,considerasteeloftheeutectoidcomposition共析成分,0.77%carbon,beingslowcooledalonglinex-x’infig.2.1.在图表2.1中，碳含量0.77%时，有共析成分的钢铁慢慢的冷却沿着x-x’的线。

Attheuppertemperatures,onlyausteniteispresent,the0.77%carbonbeingdissolvedin溶入solidsolution固溶体withtheiron铁素固溶体.在上层的温度,只有奥氏体存在,0.77%的碳被溶解在铁固溶体。

在较高温度时只有奥氏体存在，0.77%的碳被溶解于铁素固溶体中。

Whenthesteelcoolsto727℃（1314℉）,severalchangesoccursimultaneously同时的.当钢铁冷却到727℃，几种改变同时出现。

TheironwantstochangefromtheFCaustenitestructuretotheBCCferritestructure,铁需要从面心立方体结构变为体心立方铁素体结构，buttheferritecanonlycontain0.02%carboninsolidsolution固溶体.但是铁素体只能包含固溶体状态的0.02%的碳。

Therejected被拒绝的carbonformsthecarbon-rich富含碳的cementite渗碳体intermetallic金属间化合物withcompositionFe3C.被拒绝的碳形成了富含碳的渗碳体金属间化合物构成Fe3C。

Inessence其实,thenetreactionattheeutectoid共析的is

Austenite奥氏体→ferrite铁素体+cementite渗碳体

0.77%0.02%6.67%

Sincethischemicalseparation化学分离ofthecarboncomponentoccurs重现entirelyinthesolidstate,theresultingstructureisfinemechanicalmixture机械混合物offerriteandcementite铁素体和渗碳体.Specimens样本preparedbypolishing磨光andetchingin蚀刻于aweaksolution低浓度ofnitricacid硝酸andalcohol酒精、乙醇reveal揭示、显示thelamellarstructure层状结构ofalternating交替的plates板材thatforms形成onslowcooling缓冷.通过打磨并在弱硝酸酒精溶液中蚀刻制备的样本显示出由缓慢冷却形成的交互层状的薄片结构Thisstructureiscomposedof有……组成twodistinct截然不同的phase状态,buthasitsownset一组ofcharacteristicproperties性能andgoesbythenamepearlite珠光体,becauseofitsresemblance想象tomother-of-pearl珍珠母atlowmagnification放大倍率.这种结构由两种截然不同的状态组成，但它本身是有系列特性，且因与低倍放大时的珠母层有类同之处而被称为珠光体。

Steelshavinglessthantheeutectoid共析体amount数量ofcarbon（lessthan0.77%）areknownashypoeutectoidsteels亚共析钢.含碳量少于共析体（低于0.77%）的钢称为亚共析钢。

Considernowthetransformation变化ofsuchamaterialrepresentedbycoolingalongliney-y’infig.2.1.这种材料的冷却温度线的代表是表2.1中的y-y’线条。

Athightemperatures,thematerialisentirelyaustenite,butuponcoolingentersaregionwherethestablephases稳定相areferriteandaustenite.高温时完全是奥氏体，冷却进入到一个区域后稳定相是铁素体和奥氏体。

Tie–lineandlever-lawcalculationsshowthatlow-carbonferritenucleatesandgrows成核并长大,leaving留下theremainingaustenitericherincarbon含碳量高.有截线和杠杆定律分析可知，低碳铁素体成核并且长大，留下含碳量高的奥氏体。

At727℃,theausteniteisofeutectoidcomposition共析成分（0.77%carbon）andfurthercoolingtransforms变换theremainingaustenitetopearlite珠光体.727℃时，奥氏体是共析成分（含碳量是0.7%），冷却变换之后变为珠光体。

Theresultingstructureisamixtureofprimaryorproeutectoidferrite先共析铁素体（ferritethatformedabovetheeutectoidreaction）andregionsofpearlite.最后的结构是主键或者是先共析铁素体和珠光体的区域。

Hypereutectoidsteels过共析钢aresteelsthatcontaingreaterthantheeutectoidamountofcarbon.过共析钢是含碳量高于共析钢。

Whensuchsteelcools,asshowninz-z’offig.2.1theprocessissimilartothehypo-eutectoid亚共析case,exceptthattheprimaryorproeutectoidphaseisnowcementiteinsteadofferrite.这种钢的冷却曲线是z-z’直线，冷却过程除了主键或者先共析相是渗碳体替换了铁素体其他情况相似。

Asthecarbon-richphaseforms,theremainingaustenitedecreasesincarboncontent碳含量，reachingtheeutectoidcompositionat727℃.随着富含碳的相形成，其余的奥氏体在碳含量中减少，727℃时达到共析成分。

Asbefore,anyremainingaustenitetransformstopearliteuponslowcoolingthroughthistemperature.和之前相同，所有剩余的奥氏体转换为珠光体通过这个温度缓慢冷却。

Itshouldberememberedthatthetransitionsthathavebeendescribedbythephasediagramsareforequilibrium平衡conditions,whichcanbeapproximated估计的byslowcooling.应该记住由状态图描述的这种转化只适合于通过缓慢冷却的近似平衡条件。

Withslowheating,thesetransitionsoccurinthereverse倒退的manner.缓冷的过程中，这些转换以倒退的方式出现。

However,whenalloysarecooledrapidly,entirelydifferentresultsmaybeobtained,becausesufficient充分的额，足够的。

timeisnotprovidedforthenormalphasereactionstooccur,insuchcases,thephasediagramisnolongerausefultoolforengineeringanalysis.但是合金如果冷却的过快的话，完全不同的结果就会出现，因为没有足够的时间给普通相去反应，在这种情况下，上面的相图对工程师来说就没作用了。

Hardening淬火

Hardeningistheprocessofheatingpieceofsteel钢件toatemperaturewithinoraboveitscriticalrange临界范围andthencoolingitrapidly.淬火是将钢件加热到或超过临界温度范围，然后快速冷却。

Ifthecarboncontentofthesteelisknownthepropertemperaturetowhichthesteelshouldbeheatedmaybeobtainedbyreference参考totheiron-ironcarbidephase碳化物相diagram.如果知道钢的碳含量，适合这种钢的热处理温度就能参考碳化物相图表。

However,ifthecompositionofthesteelisunknown,alittlepreliminary初步的experimentationmaybenecessarytodeterminetherange.但是如果不知道钢的混合比，就应该做初步试验确定范围。

Agoodproceduretofollow遵循的合适的步骤istoheat-quench加热-淬火anumberofsmallspecimens试件ofthesteelatvarioustemperaturesandobservetheresults,eitherbyhardnesstestingorbymicroscopic显微镜检查examination.要遵循的合适的步骤是在不同的温度加热淬火一些刚的小试件然后做硬度测试或者显微镜检查。

Whenthecorrecttemperatureisobtained,therewillbeamarkedchangeinhardnessandotherproperties.在正确的温度，硬度和其他属性会有明确的变化。

Inanyheat-treatingoperationtherateofheatingisimportant.任何热处理的操作中，加热是重要的。

Heatflows热流fromtheexteriortotheinteriorofsteelatadefiniterate.热流以一定的速率从表面到内部。

Ifthesteelisheatedtoofast,theoutsidebecomeshotterthantheinterioranduniform一致的structurecannotbeobtained.Ifapieceisirregular无规律inshape,aslowrateisallthemoreessential必不可少的toeliminate消除warpingandcracking翘曲和开裂。

.加热过快的话刚的外部比内部热，就不能形成一致的结构，如果一块钢件是不规则形状的，缓慢的速率是必要的，这样可以钢件消除翘曲和开裂。

Thecorrecttemperaturehasbeenreached,thepieceshouldbeheldatthattemperatureforasufficient足够periodoftimetopermititsthickest最厚的sectiontoattainauniformtemperature.达到温度之后应该在此温度下保温足够的时间，使得其结构最厚的部分有同样的温度。

Thehardnessobtainedfromagiventreatmentdependsonthequenchingrate淬火率,thecarboncontent,andtheworksize.一次热处理之后得到的硬度是由淬火率、含碳量、工件大小决定的。

Inalloysteelsthekindandamountofalloyingelementinfluenceonlythehardenability淬透性（theabilityoftheworkpiecetobehardenedtodepths）ofthesteelanddonotaffectthehardnessexceptinunhardenedorpartiallyhardenedsteels.合金钢合金元素只会影响淬透性，但是不会影响硬度，除非是未淬火的或者是局部的。

Steelwithlowcarboncontentwillnotrespondappreciably明显的tohardeningtreatments.低含碳量的钢对淬火不是很明显。

Asthecarboncontentinsteelincreasesuptoaround0.6%,thepossiblehardnessobtainablealsoincreases.含碳量增加到0.6%的时候时，能得到的硬度同样会增加。

Abovethispointthehardnesscanbeincreasedonlyslightly,becausesteelsabovetheeutectoidpoint共析点aremadeupentirelyofpearlite珠光体andcementite渗碳体intheannealed退火state.在这个点之上硬度的增加是微小的。

因为共析点之上钢退火的过程完全是由珠光体和渗碳体组成的。

Pearliterespondsbesttoheat-treatingoperations;anysteelcomposedmostlyofpearlitecanbetransformedintohardsteel.珠光体可以很好的反应热处理的操作，任何由珠光体组成的钢都可以转化成硬钢。

Asthesizeofpartstobehardenedincreases,thesurfacehardnessdecreasessomewhat有点，稍微eventhoughallotherconditionshaveremainedthesame.随着淬火零件尺寸的额增大，即使其他条件相同，零件表面硬度也会下降。

Thereisalimittotherateofheatflow热流throughsteel.热流穿过钢的速率是有限制的。

Nomatterhowcoolthequenchingmedium淬火剂，冷却介质maybe,iftheheatinsidealargepiececannotescapefasterthanacertaincriticalrate,thereisadefinite确定的limit