钢的热处理工艺加热

第二章钢的热处理工艺第一节加热工艺一、金属加热的物理过程

1.加热热量的传递方式

传导:热量直接由工件的一部分传递给另一部分，或由加热介质把热量传递到与其相邻的工件，无需媒介质点移动的加热过程。对流：依靠工件四周气体或液体相对移动，将受热质点传导给较冷金属表面进行加热。辐射:靠电磁波来传递热量的过程。2.加热方式及加热介质直接加热：利用金属内部电能----热能转换

电磁----热能转换

低能粒子轰击能量----热能转换

不需要加热介质间接加热：利用媒介（如固体、液体、气体或真空度10-3mm稀薄气体），以对流、传导、辐射方式向工件表面传递热量方式。二、加热目的与要求

热处理的第一道工序一般都是把钢加热到临界点以上，目的是为了得到奥氏体组织。加热质量的好坏，是否形成缺陷，不仅关系到整个热处理的成败，而且还直接影响到工件的加工工艺和使用性能。评定加热质量的好坏，一般有如下指标：①奥氏体的碳浓度和合金浓度②奥氏体成分的均匀性③奥氏体的晶粒度④第二相的数量、大小和分布⑤表面氧化、脱碳或增碳的程度⑥变形开裂的程度不同钢种、不同工件、不同的热处理工艺，对上述指标的要求是不同的。

例如，淬火加热时，要求奥氏体的碳浓度要适当，合金浓度尽可能高，成分尽可能均匀，晶粒尽可能细小；不允许表面氧化、脱碳或增碳；要严防变形，不允许开裂。

球化退火时，则要求奥氏体的碳浓度与合金浓度要低，成分不能太均匀，要保留大量的未溶的碳化物质点，并弥散分布在奥氏体中，晶粒不粗大即可。三、加热工艺规范选择原则

加热温度T加热时间τ加热速度VγαT℃CFe1.加热温度基本依据：材料相变的临界点各种钢的加热温度，都是根据钢的临界点Ac1、Ac3和Accm来确定的。γαT℃CFe在生产实践中，已经总结出一套加热温度的经验公式，这些公式主要适用于碳钢及低合金钢。正火：亚共析AC3＋30～50℃

过共析ACcm以上退火：亚共析AC3＋30～50℃

过共析AC1＋20～30℃淬火：亚共析AC3＋30～70℃

过共析AC1＋30～70℃一般不限制加热速度（考虑经济性）对合金含量高、大型铸、锻件需特别规定——分级等温、控制加热速度。2.加热速度加热制度的分类（按温度）：（1）一段式加热制度含义：一段式加热制度也称一期加热制度，是把钢料放在

炉温基本不变的炉内加热。特点：①加热不分阶段;②炉温与钢料表面温差大;

③加热速度快，加热时间短。④炉子的结构和操作比较简单。缺点：废气温度较高，热利用率较差。这种加热制度适用于加热断面尺寸不大、导热性和塑性较好的钢料。有时热装入炉的钢料也可采用这种加热制度。（2）二段式加热制度含义：使钢料先后在两个不同的温度区域内加热。两个不同的温度区域可由预热期和加热期组成，也可由加热期和均热期组成。特点：①出炉废气温度较高；②金属的加热速度较慢；③钢的中心和表面的温差较小；④把钢料直接装入温度较高的炉内加热，速度快，时间短，钢的中心与表面温差较大。由于有均热期加热完后钢料断面上温度比较均匀。缺点：出炉废气温度高，热的利用效率低。应用：适用于加热一些导热性较差的钢种。这种加热制度因没有均热期，加热完后钢坯断面上温度均匀性较差，故不宜于加热断面大的钢料，适宜于冷装或低温热装的低碳钢锭加热或热装的合金钢锭加热，也适用于小坯料加热。（3）三段式加热制度含义：把刚料放在三个温度条件不同的区段内加热，依次是预热段、加热段、均热段（或称应力期、快速加热期、均热期）。特点：（因为有了预热段）①出炉废气温度较低；②热能利用效率较高；③加热段则可以强化加热；④提高加热速度；⑤减少钢的氧化与脱碳，并可使炉子有较高的生产率。应用：均热段则使钢坯断面上的温度比较均匀而保证了钢的加热质量，因此得到了广泛的应用。（4）多段式加热制度主要用于一些钢料的热处理工艺中，它由几个加热、均热和冷却期所组成。现代化的大型的连续加热沪，如热连轧钢板车间的板坯加热炉，为保证具有大的生产能力和高的热效率，也采用多段加热制度，但就其热工特点而言，这种炉子所用的多段加热制度仍保留了三段式加热制度的基本特点。定义：τ＝τ升＋τ透＋τ保τ升：加热工件到要求的温度(实为零件表面温度)所需时间为升温时间。它主要取决于加热速度，具体涉及到炉子热功率、加热介质、装炉量、零件尺寸、加热制度(随炉升温、到温入炉、高温入炉、高温入炉到温出炉、阶梯加热)；τ透：是工件表面与心部都达到要求的温度所需时间。取决于零件截面尺寸、材料导热性、炉温高低；τ保：取决于一定的热处理工艺要求（消除内应力、均匀化、溶解难溶碳化物等）。3.加热时间1.过热和过烧

过热：钢加热时由于加热温度过高或加热时间过长引起奥氏体晶粒粗大的现象。四、金属加热时的常见缺陷后果：钢的塑性、韧性、强度降低，同时工件热处理后变形加大，还可能导致热处理裂纹、使工件报废。补救措施：正火或退火。

过热的工件一般可再在较低温度加热，重新使奥氏体晶粒细化，予以补救。

过烧：加热时，由于加热温度过高，造成晶界氧化或局部熔化的现象。欠热、加热不足：

导致奥氏体化不充分、第二相溶解不充分、缺陷组织（偏析、铁素体或魏氏组织、网状碳化物）不能消除、淬火不足等。后果：处理的工件很脆，如果锻造一锻即裂。

过烧的工件只能报废，无法挽救。2.氧化和脱碳

氧化----钢铁在加热过程中遇到氧化性气体（O2、H2O

等），使材料氧化腐蚀。

3Fe+2O2Fe3O4（保护性）2Fe+O22FeO4Fe+3O22Fe2O3Fe+H2OFeO+H23Fe+4H2OFe3O4+4H2

钢的氧化分为两种，一种是钢铁的表面氧化，在钢铁的表面生产氧化膜；另一种是钢铁的内氧化，在一定深度的表面层中发生晶界氧化。

表面氧化影响工件尺寸，内氧化则影响工件的性能。研究表明，钢在560℃以下加热时，表面氧化膜又两层构成：内层是Fe3O4，表层是Fe2O3。由于这种氧化膜结构致密，且与基体牢固结合，包在钢的表面可使钢表面与氧化性气氛隔离，阻止钢表进一步氧化，此时可以不考虑防止氧化的问题。加热过程中产生氧化铁皮有什么害处？1)造成金属损失。钢坯加热时生成的一次氧化铁皮约占钢坯总重的0.5%-3%；2)使加热炉生产率降低。氧化铁皮覆盖在钢的表面会降低钢的导热系数，影响加热速度和加热效率；3)影响钢材质量；4)影响炉底材料寿命；5)氧化铁皮大量堆积在炉底上造成炉底升高，恶化操作条件，迫使加热炉停炉清渣。1）真空加热工件在真空中加热是防止氧化脱碳的最有效措施，是热处理工艺的发展方向，在发达国家应用普遍，问题是，真空加热用的设备投资大，工艺成本较高。2）可控气氛加热工件加热过程中向炉内充入一定保护性气氛，保证钢在不脱碳，不增碳，不氧化的气氛下加热。实践证明它是行之有效与可靠的方法，也是应用十分普遍的工艺，是现代热处理的发展方向之一。但需要一套制取可控气氛的发生装置，由于成本较高，原材料来源不广泛限制了它的应用。氧化的防止办法：3）盐浴加热工件置于一熔化了的中性盐液中加热，盐液进行充分脱氧，保证工件加热过程中少氧化，甚至无氧化。问题主要是粘在工件上的盐难以清洗洁净，清洗不干净会导致储存及应用过程易于长锈。此外操作过程中盐液遇水易炸，不小心易使人体灼伤，要十分注意安全。4）采用高温短时快速加热（2）氧化和脱碳

脱碳----钢铁在加热过程中，遇到脱碳性介质（CO2、

H2O）时，导致表面碳含量降低。