金属材料热处理实习报告.docx
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金属材料热处理实习报告.docx
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金属材料热处理实习报告
表面处理
问题一表面涂层可以提高刀具的那些性能?
答在7410工厂及泰尔重工公司里经常可以看到带有各种颜色的刀具,这是刀具涂层所致。
刀具涂层一般可以提高刀具的切屑性能和耐磨性能,通常以Al-Ti-N,Al-Cr-N及多层薄膜居多。
物理气相沉积(PVD)的处理温度一般在500℃以下,可作为最终处理工艺用于高速钢刀具的涂层,提高高速钢刀具的切削性能,因而得到了迅速推和应用。
但传统的氮化物涂层(如TiN)硬度低,耐磨性差,尤其热稳定性差。
限制了其在干式切削(尤其是钻削)刀具中的应用。
通过引入合金元素(如Al、Zr、Cr、V等)到TiN涂层,形成新的多元涂层体系,可提高涂层硬度,改善涂层的抗磨损性和热稳定性。
【1】
问题二模具表面强化的目的有哪些?
其主要有哪些方法?
并简要说明新型涂层技术在模具上的应用?
答在7410工厂我们见到的是喷丸对模具工作零件进行表面强化。
表面强化处理的目的是在基体材料与有性能的基础上再赋予新的性能。
这些新性能主要有:
耐磨性、抗黏附性、抗热咬合性、耐热疲劳性、耐疲劳强度、耐腐蚀性等。
模具的表面强化处理按其处理温度范围,可分为低温巾温和高温处理三类。
模具工作零件表面强化处理按其原理可分为三种:
第一种是改变表面化学成分的化学热处理方法,如渗碳、渗氮、渗铬和渗硼以及多元共渗属化学热处理,如泰尔重工热处理车间的渗氮;第二:
种是各种涂层的表面涂覆处理,如堆焊、镀硬铬、超硬化合物途层属表面涂覆处理;第三种是不改变表面化成分的强化处理,如火焰淬火、喷丸金属表面加工强化处理等。
【2】
新型纳米涂层主要有三种:
(1)制作纳米复合镀层。
在传统的电镀液中加入零维或一维纳米质点粉体材料可形成纳米复合镀层。
用于模具的Cr-DNP纳米复合镀层,可使模具寿命延长、精度持久不变,长时间使用镀层光滑无裂纹。
纳米材料还可用于耐高温的耐磨复合镀层。
如将纳米粉体材料加入Ni-W-B非晶态复合镀层,可提高镀层在550~850℃的高温抗氧化性能,使镀层的耐蚀性提高2~3倍,耐磨性和硬度也都明显提高。
采用Co-DNP纳米复合镀层,在500℃以上,与Ni基、Cr基和Co基复合镀层相比,工件表面的高温耐磨性能大为提高。
在传统的电刷镀溶液中,加入纳米粉体材料,也可制备出性能优异的纳米复合镀层;
(2)制作纳米结构涂层。
热喷涂技术是制作纳米结构涂层的一种极有竞争力的方法。
与其它技术相比,它有许多优越性:
工艺简单、涂层和基体选择范围广,涂层厚度变化范围大、沉积速率快,以及容易形成复合涂层等等。
与传统热喷涂涂层相比,纳米结构涂层在强度、韧性、抗蚀、耐磨、热障、抗热疲劳等方面都有显著改善,一种涂层可同时具有上述多种性能;(3)金属表面超声冲击纳米晶化技术。
应用超声冲击工艺,可在Fe或不锈钢表面获得晶粒平均尺寸为10.20nm的表面层。
超声冲击450s后纯Fe表面层的显微组织形成了结晶位向为任意取向的纳米晶相,晶粒平均尺寸为10nm,而Fe的原始晶粒尺寸约为50μm。
该技术的优点之一是可以在复杂形状零部件表面获得纳米晶表面层。
问题三钢铁为什么要进行表面氧化处理?
其后续处理有哪些?
答因为当钢铁处于潮湿的大气中时,钢铁表面就会形成铁锈。
由于铁锈非常疏松且易于吸湿,因而促使潮湿的大气继续对钢铁进行腐蚀,直至破坏。
如果在钢铁表面形成一层致密的磁性氧化铁(Fe3O4)薄膜,就不仅能使钢铁具有一定的抗大气腐蚀能力,阻止钢铁表面生锈,而且还能起到一定的装饰作用。
钢铁件氧化处理后虽可提高耐蚀性,但效果差。
故氧化后需要进行后续处理。
可以采用皂化处理或铬酸盐钝化填充或涂油脂等。
【3】
问题四7410工厂表面处理五条生产线中简述一条生产线,并简要叙述其作用?
答7410工厂表面处理五条生产线分别为1镀锌生产线,2镀镍生产线,3磷化法兰生产线,4退镀生产线,5非晶态生产线。
其中镀锌生产线如图1所示:
图1、镀锌生产线示意图
基于XRD的镀锌钝化膜的残余应力测试实验【4】得出关于镀锌的以下结论:
1).调整基体表面的残余应力可改善镀锌钝化膜残余应力分布,有利于提高镀锌钝化膜的结合强度;2).镀锌钝化膜厚度方向的应力为梯度分布,随着镀锌钝化膜厚度的增加而不断增大,在2—10μm厚度方向为-274.5—428.3MPa;3).镀锌钝化膜与基体的结合界面强度与残余应力成反比,残余应力值越大,其结合强度越小。
热处理
问题一对于热处理不合格件怎样处理?
答在热处理车间我们常见到不合格件,对于热处理不合格件(一般为硬度不合格)需要进行返工处理,返工的主要内容是:
高温回火加进行二次淬火。
问题二回火对模具钢组织与力学性能有哪些影响?
答:
回火温度对组织形态的影响:
观察未回火与不同温度回火试样组织发现.未回火试样组织为条形粒状贝氏体组织,如图2(a);该组织为中温转变区形成的上贝氏铁素体.粒状贝氏体中的小岛呈半连续长条型,近于平行的排列在铁素体基体上。
沿母相晶界分布有许多小岛,故易于显示母相晶界;200℃回火时粒状贝氏体组织中部分M/A岛已经开始发生转变。
原奥氏体晶界处少量的M/A岛状组织颜色加深呈深黑色,见图2(b)。
推断200℃回火的转化主要是发生M/A岛状组织中少量低碳奥氏体向马氏体的转变;当回火温度升至350℃时,岛的颜色变暗,半连续长条型岛在晶界、晶内的部分分解。
呈现不连续状,岛的数量增加、尺寸变小,见图2(c);当回火温度升至500℃回火后,M/A岛的分布范围变小,数量大幅减少,尺寸变小,见图2(d)。
图2、未回火与不同温度回火处理后试样的显微组织
回火温度对冲击韧性的影响:
观察断口发现,未回火的母材呈准解理断裂特征.断口上具有较大塑性变形产生的撕裂棱。
隐约可见河流状花样,见图3(a);200℃回火后冲击断口上局部韧窝增多,仍以准解理断裂为主,实验钢的韧塑性得到了一定的改善,见图3(b);实验钢50℃回火时冲击断口的形貌,见图3(c)。
断口上布满韧窝,呈典型的韧性断裂特征,因而具有更好的冲击韧性,这与图2结果一致;当回火温度为500℃时。
其冲击断口义表现为明显的解理断裂特征,见图3(d),断口形貌呈现扇形花样和河流状花以及明显的二次裂纹。
实验钢的冲击韧度将明显下降,这也与力学测试结果一致。
【5】
图3、冲击断口的SEM形貌【5】
问题三高速钢刀具常见的热处理缺陷及预防办法有哪些?
答表1.高速钢刀具的常见缺陷和相应预防措施【6】
缺陷分类
原因分析
相应措施
过热或过烧
1控制温度不准确
2装料方法不当
3钢种混料
1定期检查热电偶.
2调整装料做到均匀加热.
3钢材淬火前鉴别.
淬火变形
1淬火温度过高
2加热和冷却过程吊装不当
3加热和冷却速度控制不当
1根据钢材的热处理参数调整加热温度.
2改进工装同时考虑工件的自重.
3加强预热,控制分级后的冷速.
淬火开裂
1形状不良,圆角R过小
2过热或过烧
3参与脱碳层造成表面与心部组织转变差异
4原材料组织不良——碳化物严重偏析
5冷却条见选定不当
6回火不及时或不充分
7应力腐蚀开裂
1.加大圆角R.
2.检查控温装置,或调整加热参数.
3.控制淬火前的加工余量.
4.控制材料来源.加强检验.
5.对形状复杂、厚薄不均件可分级淬火后降低M转变温,化物偏析严重.
度的冷却速度或采用等温淬火.
6.冷却到室温并及时充分回火.
7.淬火后的清洗工序对工件和水温控制.
回火不充分
1测温不准
2装炉量不合理
3原材料碳化物堆积
1定期检查控温装置
2调整装炉量
3加强控制原材料
硬度不合格
偏高:
1淬火温度选择不当(过高)
偏高:
1适当降低加热温度
偏低:
1钢材成分不合格或混料
2淬火温度过低
3淬火冷却过慢
4回火炉温度过高或会活不充分
5脱碳
偏低:
1加强投料管理
2检查控温装置
3调整淬火介质
4冷却到室温并及时充分回火
5严格最小余量要求,检查盐浴脱氧装置和真空炉真空度
问题四高速钢刀具失效方式有哪些?
简单分析其失效原因并总结相关对策?
答高速钢刀具主要失效形式有:
1)刀具不耐用,表现在早期严重磨损;2)使用中齿轮刀具发生崩齿,掉刃而失效;3)刀具在热处理加工中的变形严重,甚至失效;4)热处理的硬度过低.表面脱碳、氧化;5)制造加工的磨削中产生磨削裂纹。
对应具体措施有:
1)刀具材料的入库检验,一般高速钢刀具使用型材或锻件制造加工,且均要求为退火状态供货,在人库检验中不仅要求对材料的品号、成分做好验证外,还应该对其材料的低倍组织和退火态的金相状况进行认真检查。
重点检验:
①非金属夹杂物,②Cm的形态,③残存莱氏体、角状、棒状。
对于原材料出现上述的①类超标,只能换料或改制成性能要求较低的刀具。
当出现了上述的②、③类超标,必须通过热处理。
重新进行退火或球化处理以改善Cm的形态,使其Cm处于弥散的粒状以满足对材料的要求。
2)热处理过程中出现的刀具失效、开裂、严重变形、硬度过低。
对此类失效应首先对失效件进行金相检查一Cm形态,工件的表面脱碳状况,并检查热处理的加热和冷却工艺参数进行是否正确合理,是否有脱碳.对刀具的设计,特别是圆角、倒棱、厚薄不均部位的过渡等是否合理进行验证以确认失效的产生原因.热处理方面考虑采用等温或分级淬火处理以减小变形和避免开裂。
3)使用中出现的刀具失效.早期严萤磨损,掉齿、崩刃。
该类失效主要原因是其强度(硬度)和韧性差所至.通过金相分析确定是否有刃部的烧伤;脱碳或晶粒大小的状况;通过对Cm形态的检查是否有聚集,粗大或存在莱氏体组织,而确定进行加热淬火前的球化处理;改善热处理的工艺,特别是加热温度和时间的重新确定。
总之,要避免和减少高速钢刀具失效的发生,必须建立严格的检验制度,严把材料入口关;重点要求热处理工艺的合理性和过程的可控性;刀具的设计与刀具的加工人员应相互协调、配合,以达到刀具的合理设计和具有良好的加工性能,以满足刀具的使用性能要求。
【6】
问题五钢的淬火裂纹类型有哪些?
怎样防止钢件淬火开裂?
答在7410工厂中见到不少钢的淬火件都或多或少出现大小不一的裂纹。
钢的常见的热处理裂纹基本类型有:
1纵向(轴向)裂纹主要是切向拉应力造成的;2横向(弧形)裂纹是轴向拉应力引起的;3网状裂纹是表面上的两向拉应力作用下形成的;4剥离裂纹产生在很薄的淬硬层内,是在径向拉应力过大时产生的。
这些裂纹的产生与第二类应力有关;可能与宏观第一类内应力有关;还可能与淬火件在操作队搬运时的摔打、碰掩及校直等过程中受到外加应力作用有关。
淬火裂纹的产生受应力作用是复杂的。
【7】
防止途径主要有以下几个方面:
1、从淬透性,淬硬性,脱碳灵敏性上考虑选择钢材;2、制定合理的热处理技术,如整体淬火改为局部(或表面)淬火,调整淬火件局部硬度;3、淬火前各工序应注意的问题,正确锻造,预先热处理作用;4、合理确定加热参数,正确选择加热介质或炉型,选择合适的加热速度;5、选择合理的淬火介质和冷却方法;6、采用表面强化处理防止裂纹的产生。
问题六热处理属于高耗能行业,其节能措施主要有哪些?
答我国热处理行业的能源利用情况是效率低,能耗大,能源浪费较严重。
造成能耗过大的原因主要有设备负荷率低,装炉量不足,设备的利用率低,加热设备落后,无效热消耗多,工艺落后等。
当前我国热理节能技术及应用,主要通过改进设备和革新工艺来实现。
主要有以下几个方面:
1)化学热处理薄层渗入技术,化学热处理滓层渗入技术就是打破人们常认为各种化学元素渗入金属表层深度与性能成正比的认识。
实践与理论分析认为,过深的渗层,不但降零件的韧性,且不利于产品综合性能的提高,还浪费能源,增加成本。
2)、工具零件超硬涂层技术,工具零件超硬涂层技术就是通过离子轰击化学热处理,表面沉积硬化在模具和刀具上应用,经溅射处理TiN后,大大提高使用寿命。
由于高新设备可对热处理全程自动电脑监控,时间缩短,质量提高、加热源发生根本变化、而有
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