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金屬熱處理 (金屬處理技術術語)
添加時間:2015-11-27

金(jin)屬(shu)熱處理是(shi)將金(jin)屬(shu)工件放在(zai)一定的(de)介(jie)質(zhi)中加熱到適(shi)宜的(de)溫(wen)(wen)度,并在(zai)此溫(wen)(wen)度中保(bao)持一定時間(jian)后,又以(yi)不同(tong)速度在(zai)不同(tong)的(de)介(jie)質(zhi)中冷卻,通過改變金(jin)屬(shu)材(cai)料表面或內部的(de)顯(xian)微(wei)組織結(jie)構來(lai)控制(zhi)其性(xing)能的(de)一種工藝。

工藝介(jie)紹

大分類

金屬(shu)(shu)熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝大(da)體可(ke)分為整體熱處(chu)(chu)理(li)、表面熱處(chu)(chu)理(li)和(he)(he)化學(xue)熱處(chu)(chu)理(li)三大(da)類。根據加(jia)熱介(jie)質、加(jia)熱溫度和(he)(he)冷卻方(fang)法的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)(tong),每一大(da)類又可(ke)區分為若(ruo)干不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝。同(tong)(tong)一種(zhong)(zhong)金屬(shu)(shu)采用不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝,可(ke)獲得不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)組織,從(cong)而具(ju)有不(bu)(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)性能(neng)。鋼(gang)鐵(tie)是工(gong)業上應用最廣的(de)(de)金屬(shu)(shu),而且鋼(gang)鐵(tie)顯微組織也最為復(fu)雜(za),因此鋼(gang)鐵(tie)熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝種(zhong)(zhong)類繁多。

特點

金屬熱處理(li)是機(ji)械(xie)制(zhi)造中(zhong)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要工(gong)(gong)(gong)藝之一(yi)(yi),與其他加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)藝相(xiang)比,熱處理(li)一(yi)(yi)般(ban)不(bu)(bu)改變工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)(de)形狀和整體的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)成(cheng)分,而(er)是通過改變工(gong)(gong)(gong)件(jian)內部的(de)(de)(de)(de)顯微組織,或改變工(gong)(gong)(gong)件(jian)表面的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)成(cheng)分,賦予或改善工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)(de)使用性能。其特(te)點(dian)是改善工(gong)(gong)(gong)件(jian)的(de)(de)(de)(de)內在質量,而(er)這一(yi)(yi)般(ban)不(bu)(bu)是肉(rou)眼所能看到(dao)的(de)(de)(de)(de)。所以,它是機(ji)械(xie)制(zhi)造中(zhong)的(de)(de)(de)(de)特(te)殊工(gong)(gong)(gong)藝過程,也是質量管理(li)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要環節。  [1] 

為使(shi)金屬工(gong)件具有所(suo)需要的力(li)學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)、物理(li)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)和(he)化學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),除合(he)理(li)選用(yong)材料和(he)各種成(cheng)形工(gong)藝外,熱處(chu)(chu)理(li)工(gong)藝往(wang)往(wang)是必不可(ke)少的。鋼(gang)(gang)鐵是機(ji)械工(gong)業(ye)中(zhong)應用(yong)最廣(guang)的材料,鋼(gang)(gang)鐵顯(xian)微組織復雜,可(ke)以通過熱處(chu)(chu)理(li)予以控制,所(suo)以鋼(gang)(gang)鐵的熱處(chu)(chu)理(li)是金屬熱處(chu)(chu)理(li)的主要內容。另外,鋁(lv)、銅、鎂、鈦等及其合(he)金也都(dou)可(ke)以通過熱處(chu)(chu)理(li)改變其力(li)學、物理(li)和(he)化學性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng),以獲得不同的使(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)(xing)能(neng)。

發展

在從石器時(shi)代(dai)進展(zhan)到(dao)銅器時(shi)代(dai)和(he)鐵器時(shi)代(dai)的(de)(de)過(guo)程(cheng)中,熱處理(li)的(de)(de)作用逐漸為人(ren)們所認識。早在商代(dai),就(jiu)已經(jing)有了經(jing)過(guo)再結晶(jing)退火(huo)的(de)(de)金箔飾物(wu)。公(gong)元前770~前222年,中國人(ren)在生產(chan)實踐中就(jiu)已發(fa)現,銅鐵的(de)(de)性能會(hui)因溫度和(he)加壓變(bian)(bian)形的(de)(de)影(ying)響而 變(bian)(bian)化。白口(kou)鑄鐵的(de)(de)柔化處理(li)就(jiu)是制造農具的(de)(de)重要工藝。

公(gong)元前六世紀,鋼鐵兵器逐漸被采(cai)用(yong),為了提高鋼的(de)(de)硬度,淬(cui)火(huo)工藝遂得到迅速發展(zhan)。中國河北(bei)省易縣燕(yan)下都(dou)出(chu)土的(de)(de)兩把(ba)劍和(he)一把(ba)戟,其顯微組織中都(dou)有馬氏(shi)體存在,說明是經過(guo)淬(cui)火(huo)的(de)(de)。

隨著淬火技術的發展,人們逐漸(jian)發現淬冷劑對淬火質量(liang)的影響。三(san)國(guo)(guo)蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為(wei)諸葛亮打(da)制3000把刀,相傳是派人到(dao)成都(dou)取水淬火的。這說明(ming)中國(guo)(guo)在古代就(jiu)注意(yi)到(dao)不同水質的冷卻(que)(que)能(neng)(neng)力(li)(li)了(le),同時也(ye)注意(yi)了(le)油和尿的冷卻(que)(que)能(neng)(neng)力(li)(li)。中國(guo)(guo)出(chu)土的西漢(公(gong)元前206~公(gong)元24)中山(shan)靖王(wang)墓中的寶劍,心部含碳量(liang)為(wei)0.15~0.4%,而表面含碳量(liang)卻(que)(que)達(da)0.6%以上(shang),說明(ming)已應用了(le)滲碳工藝。但當時作為(wei)個人“手(shou)藝”的秘密,不肯外傳,因而發展很慢。

1863年,英國(guo)金相(xiang)(xiang)學家和地質學家展示了(le)鋼鐵(tie)在顯微鏡下(xia)的(de)六種(zhong)不同(tong)(tong)的(de)金相(xiang)(xiang)組織,證明了(le)鋼在加(jia)熱(re)和冷(leng)卻時(shi),內部會發(fa)生組織改變,鋼中(zhong)(zhong)高(gao)溫時(shi)的(de)相(xiang)(xiang)在急冷(leng)時(shi)轉變為一(yi)種(zhong)較硬的(de)相(xiang)(xiang)。法(fa)國(guo)人(ren)奧斯蒙德確立的(de)鐵(tie)的(de)同(tong)(tong)素異構(gou)理論(lun),以及英國(guo)人(ren)奧斯汀最早制(zhi)定的(de)鐵(tie)碳(tan)相(xiang)(xiang)圖(tu),為現代(dai)熱(re)處理工藝初(chu)步奠定了(le)理論(lun)基礎。與此同(tong)(tong)時(shi),人(ren)們(men)還研究了(le)在金屬(shu)熱(re)處理的(de)加(jia)熱(re)過程中(zhong)(zhong)對金屬(shu)的(de)保護(hu)方法(fa),以避(bi)免加(jia)熱(re)過程中(zhong)(zhong)金屬(shu)的(de)氧化和脫碳(tan)等(deng)。

1850~1880年(nian),對于(yu)應(ying)用各(ge)種氣(qi)(qi)體(ti)(諸如氫氣(qi)(qi)、煤氣(qi)(qi)、一(yi)氧化碳(tan)等)進行保護加熱(re)曾有(you)一(yi)系列專利。1889~1890年(nian)英國人萊克獲得(de)多(duo)種金屬光亮熱(re)處理的專利。

二(er)十(shi)世紀以來,金屬物(wu)理(li)的發展(zhan)和其他新(xin)技(ji)術(shu)的移植(zhi)應(ying)用,使金屬熱處理(li)工(gong)藝得到更(geng)大發展(zhan)。一(yi)個(ge)顯著的進展(zhan)是1901~1925年(nian),在工(gong)業生產中應(ying)用轉(zhuan)筒爐(lu)進行氣(qi)(qi)體滲(shen)碳(tan)(tan)(tan) ;30年(nian)代出現露點電(dian)位差計(ji),使爐(lu)內氣(qi)(qi)氛的碳(tan)(tan)(tan)勢達(da)到可控,以后又研(yan)究出用二(er)氧化(hua)碳(tan)(tan)(tan)紅外儀、氧探頭等(deng)進一(yi)步控制爐(lu)內氣(qi)(qi)氛碳(tan)(tan)(tan)勢的方法;60年(nian)代,熱處理(li)技(ji)術(shu)運用了(le)等(deng)離子(zi)(zi)(zi)場的作用,發展(zhan)了(le)離子(zi)(zi)(zi)滲(shen)氮、滲(shen)碳(tan)(tan)(tan)工(gong)藝 ;激(ji)光、電(dian)子(zi)(zi)(zi)束技(ji)術(shu)的應(ying)用,又使金屬獲(huo)得了(le)新(xin)的表(biao)面熱處理(li)和化(hua)學熱處理(li)方法。

基本(ben)工藝


種類(lei)

整(zheng)體(ti)熱處(chu)理(li)是對工(gong)件整(zheng)體(ti)加熱,然后以適(shi)當(dang)的速度冷卻,以改變(bian)其整(zheng)體(ti)力學性能的金屬熱處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)。鋼(gang)鐵整(zheng)體(ti)熱處(chu)理(li)大致(zhi)有(you)退(tui)火、正(zheng)火、淬火和回火四種(zhong)基本工(gong)藝(yi)。

退火是將工(gong)件(jian)(jian)加熱(re)到適當溫度,根據材料和工(gong)件(jian)(jian)尺寸采(cai)用不同的(de)保溫時(shi)間,然后(hou)進(jin)行緩慢(man)冷(leng)卻(que),目的(de)是使金屬內部組織(zhi)達到或接近平衡狀態,或者是使前道工(gong)序產(chan)生的(de)內部應力得以釋(shi)放,獲得良好的(de)工(gong)藝性能(neng)和使用性能(neng),或者為進(jin)一步淬火作組織(zhi)準備(bei)。

正(zheng)火或(huo)稱常(chang)化是將工件(jian)加熱到(dao)適宜的(de)溫度后在空氣中冷卻,正(zheng)火的(de)效果(guo)同退火相似,只是得到(dao)的(de)組織(zhi)更細,常(chang)用于改善材料的(de)切(qie)削(xue)性能(neng),也有時用于對(dui)一些要求不高的(de)零件(jian)作(zuo)為最終熱處理。

淬(cui)火是(shi)將工件加熱保溫后,在水、油(you)或其(qi)他無(wu)機鹽(yan)溶(rong)液(ye)、有機水溶(rong)液(ye)等淬(cui)冷(leng)介質中快速冷(leng)卻(que)。淬(cui)火后鋼(gang)件變硬,但同時變脆。

為(wei)了降低鋼(gang)件(jian)的(de)脆性(xing),將淬(cui)火(huo)(huo)后的(de)鋼(gang)件(jian)在高(gao)于室溫(wen)而(er)低于650℃的(de)某一(yi)適當溫(wen)度進行較長時(shi)間(jian)的(de)保溫(wen),再(zai)進行冷卻,這種工藝稱為(wei)回(hui)火(huo)(huo)。退火(huo)(huo)、正(zheng)火(huo)(huo)、淬(cui)火(huo)(huo)、回(hui)火(huo)(huo)是整體熱處理中的(de)“四(si)把火(huo)(huo)”,其中的(de)淬(cui)火(huo)(huo)與(yu)回(hui)火(huo)(huo)關系密切,常常配(pei)合使用,缺一(yi)不可。

概念了(le)解

1.正(zheng)火(huo):將鋼材(cai)或鋼件加熱到臨界點(dian)Ac3(對于亞共析(xi)鋼)或Accm(過共析(xi)鋼)以上30℃—50℃,保溫適當時間后,在自由流動的空(kong)氣(qi)中均(jun)勻冷卻的熱處(chu)理(li)工藝(yi)為正(zheng)火(huo).

正火后(hou)的組(zu)織:亞共(gong)(gong)析鋼(gang)為F+S,共(gong)(gong)析鋼(gang)為S,過(guo)共(gong)(gong)析鋼(gang)為S+Fe3CⅡ正火與完全退火的主要(yao)差別(bie)在于(yu)冷卻速(su)度快(kuai)些,目(mu)的是讓鋼(gang)組(zu)織正常化,亦稱(cheng)常化處理。

2.退火annealing:將亞共析(xi)鋼工件加熱(re)(re)至AC3以上20-40度,保溫一(yi)段時間后(hou),隨爐(lu)緩慢冷卻(或埋在(zai)砂中或石灰中冷卻)至500度以下在(zai)空氣中冷卻的熱(re)(re)處理(li)工藝

3.固(gu)溶(rong)(rong)熱處理:將合金加熱至高溫單相區(qu)恒(heng)溫保持,使(shi)過剩相充分溶(rong)(rong)解到固(gu)溶(rong)(rong)體(ti)中(zhong),然后快速冷卻,以得到過飽和(he)固(gu)溶(rong)(rong)體(ti)的(de)熱處理工(gong)藝(yi)

4.時(shi)效:合金(jin)經(jing)固溶熱處理(li)或冷塑性形(xing)變后,在室溫(wen)放(fang)置或稍高于(yu)室溫(wen)保持時(shi),其(qi)性能隨時(shi)間(jian)而變化的(de)現象(xiang)。

5.固溶(rong)處理(li):使合金(jin)中各種相充分溶(rong)解,強化固溶(rong)體并提高韌性及抗蝕(shi)性能,消除應力與軟(ruan)化,以便繼續加(jia)工成型

6.時(shi)效處(chu)理:在強(qiang)(qiang)化相(xiang)析出的溫(wen)度(du)加熱(re)并保(bao)溫(wen),使強(qiang)(qiang)化相(xiang)沉淀析出,得以硬(ying)化,提(ti)高(gao)強(qiang)(qiang)度(du)

7.淬火(huo):將鋼奧氏(shi)體(ti)化后以適當(dang)的(de)(de)(de)冷(leng)卻速度冷(leng)卻,使工件(jian)在(zai)橫(heng)截面內全(quan)部或一定(ding)的(de)(de)(de)范圍(wei)內發生(sheng)馬氏(shi)體(ti)等不穩定(ding)組(zu)織結構轉變的(de)(de)(de)熱處理工藝(yi)

8.回火:將(jiang)經過淬火的(de)工件(jian)加熱到(dao)臨界點AC1以(yi)下的(de)適(shi)當(dang)溫度保(bao)持一定時(shi)間,隨后用(yong)符合(he)要(yao)求(qiu)的(de)方法(fa)冷(leng)卻,以(yi)獲(huo)得所需要(yao)的(de)組織和性能的(de)熱處理(li)工藝

9.鋼(gang)(gang)的碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen):碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen)是(shi)向(xiang)鋼(gang)(gang)的表層(ceng)同時滲(shen)入碳和(he)(he)氮(dan)(dan)的過(guo)程。習慣上碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen)又稱為氰化,以(yi)(yi)中(zhong)(zhong)溫氣體(ti)(ti)碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen)和(he)(he)低溫氣體(ti)(ti)碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen)(即氣體(ti)(ti)軟氮(dan)(dan)化)應用較為廣泛。中(zhong)(zhong)溫氣體(ti)(ti)碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen)的主(zhu)要(yao)目的是(shi)提(ti)高鋼(gang)(gang)的硬度(du),耐磨性和(he)(he)疲勞強度(du)。低溫氣體(ti)(ti)碳氮(dan)(dan)共(gong)(gong)滲(shen)以(yi)(yi)滲(shen)氮(dan)(dan)為主(zhu),其主(zhu)要(yao)目的是(shi)提(ti)高鋼(gang)(gang)的耐磨性和(he)(he)抗咬合性。

10.調(diao)質(zhi)(zhi)處(chu)理(li)quenchingand tempering:一般(ban)習(xi)慣將淬火(huo)加(jia)高溫回火(huo)相(xiang)結(jie)合(he)的(de)(de)熱處(chu)理(li)稱為(wei)調(diao)質(zhi)(zhi)處(chu)理(li)。調(diao)質(zhi)(zhi)處(chu)理(li)廣(guang)泛應(ying)用于(yu)各種重要的(de)(de)結(jie)構零件,特(te)別是那些(xie)在(zai)交變(bian)負荷下工(gong)作的(de)(de)連桿(gan)、螺栓(shuan)、齒輪及軸類等。調(diao)質(zhi)(zhi)處(chu)理(li)后得到回火(huo)索氏(shi)(shi)體組織,它(ta)的(de)(de)機械性(xing)能均比相(xiang)同硬度(du)(du)的(de)(de)正火(huo)索氏(shi)(shi)體組織為(wei)優(you)。它(ta)的(de)(de)硬度(du)(du)取決于(yu)高溫回火(huo)溫度(du)(du)并與鋼的(de)(de)回火(huo)穩(wen)定性(xing)和工(gong)件截面(mian)尺(chi)寸有關,一般(ban)在(zai)HB200-350之間。

11.釬焊:用釬料將兩種工(gong)件粘合在(zai)一起(qi)的熱處理工(gong)藝

工藝結(jie)合(he)

“四把火”隨著(zhu)加熱(re)溫(wen)度(du)(du)和(he)冷卻方式的(de)(de)不同,又演(yan)變出不同的(de)(de)熱(re)處理工(gong)藝。為(wei)了獲(huo)得一(yi)定的(de)(de)強度(du)(du)和(he)韌性(xing),把淬(cui)火和(he)高溫(wen)回火結(jie)合(he)起來的(de)(de)工(gong)藝,稱(cheng)為(wei)調質。某(mou)些合(he)金淬(cui)火形成過飽(bao)和(he)固溶(rong)體后,將(jiang)其置于室(shi)溫(wen)或稍高的(de)(de)適當溫(wen)度(du)(du)下保持較長時間,以提高合(he)金的(de)(de)硬度(du)(du)、強度(du)(du)或電性(xing)磁(ci)性(xing)等。這樣的(de)(de)熱(re)處理工(gong)藝稱(cheng)為(wei)時效處理。

把壓力(li)加工形(xing)變(bian)與熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)有效而緊密(mi)地(di)結合起來進行,使工件獲得很好的(de)(de)(de)強度、韌性配(pei)合的(de)(de)(de)方法稱為(wei)(wei)形(xing)變(bian)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li);在負壓氣氛或真空(kong)中進行的(de)(de)(de)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)稱為(wei)(wei)真空(kong)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li),它不僅(jin)能(neng)使工件不氧化(hua),不脫碳,保持(chi)處(chu)(chu)理(li)(li)后(hou)工件表(biao)面光潔,提高工件的(de)(de)(de)性能(neng),還可(ke)以(yi)通(tong)入滲(shen)劑(ji)進行化(hua)學熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)。

表(biao)面熱(re)(re)(re)處(chu)理是只加熱(re)(re)(re)工(gong)件(jian)(jian)表(biao)層(ceng),以(yi)改(gai)變(bian)其表(biao)層(ceng)力學性(xing)能的(de)金屬熱(re)(re)(re)處(chu)理工(gong)藝。為了只加熱(re)(re)(re)工(gong)件(jian)(jian)表(biao)層(ceng)而不使過多的(de)熱(re)(re)(re)量傳入工(gong)件(jian)(jian)內部(bu),使用的(de)熱(re)(re)(re)源須具有(you)高的(de)能量密度,即在(zai)單位面積(ji)的(de)工(gong)件(jian)(jian)上(shang)給予較(jiao)大的(de)熱(re)(re)(re)能,使工(gong)件(jian)(jian)表(biao)層(ceng)或(huo)局部(bu)能短(duan)時或(huo)瞬時達(da)到(dao)高溫。表(biao)面熱(re)(re)(re)處(chu)理的(de)主要方法(fa)有(you)火焰(yan)(yan)淬火和感應加熱(re)(re)(re)熱(re)(re)(re)處(chu)理,常(chang)用的(de)熱(re)(re)(re)源有(you)氧乙炔或(huo)氧丙烷(wan)等火焰(yan)(yan)、感應電流、激(ji)光和電子束等。

化(hua)學(xue)(xue)熱(re)處理(li)是通過(guo)改變(bian)工(gong)件(jian)表層(ceng)化(hua)學(xue)(xue)成分(fen)、組織和性(xing)能的(de)(de)金屬熱(re)處理(li)工(gong)藝。化(hua)學(xue)(xue)熱(re)處理(li)與表面熱(re)處理(li)不同之處是后者(zhe)改變(bian)了工(gong)件(jian)表層(ceng)的(de)(de)化(hua)學(xue)(xue)成分(fen)。化(hua)學(xue)(xue)熱(re)處理(li)是將工(gong)件(jian)放在含碳、氮(dan)(dan)或其他合(he)金元(yuan)素的(de)(de)介(jie)質(氣體(ti)、液(ye)體(ti)、固體(ti))中加熱(re),保溫較長時(shi)間(jian),從而使工(gong)件(jian)表層(ceng)滲入(ru)碳、氮(dan)(dan)、硼和鉻等元(yuan)素。滲入(ru)元(yuan)素后,有時(shi)還要(yao)進行其他熱(re)處理(li)工(gong)藝如淬火(huo)及(ji)回火(huo)。化(hua)學(xue)(xue)熱(re)處理(li)的(de)(de)主要(yao)方法有滲碳、滲氮(dan)(dan)、滲金屬。

熱(re)處理是機械零件(jian)和(he)工模具制造過程中的重要工序(xu)之一(yi)。大體來說,它可以(yi)(yi)保證和(he)提高工件(jian)的各(ge)種(zhong)性(xing)能 ,如耐磨、耐腐蝕等。還(huan)可以(yi)(yi)改善(shan)毛坯(pi)的組織和(he)應力(li)狀態(tai),以(yi)(yi)利于進行各(ge)種(zhong)冷、熱(re)加工。

例如白口鑄鐵經(jing)過(guo)長時間退火處理(li)(li)可以(yi)(yi)獲得可鍛鑄鐵,提(ti)高塑性(xing);齒(chi)輪采用(yong)正確的熱(re)(re)處理(li)(li)工(gong)藝,使用(yong)壽(shou)命可以(yi)(yi)比不經(jing)熱(re)(re)處理(li)(li)的齒(chi)輪成倍或(huo)幾十倍地提(ti)高;另外,價廉的碳鋼(gang)通過(guo)滲入某(mou)些合(he)金元素就具有(you)某(mou)些價昂的合(he)金鋼(gang)性(xing)能,可以(yi)(yi)代替某(mou)些耐熱(re)(re)鋼(gang)、不銹鋼(gang);工(gong)模具則幾乎(hu)全部需要經(jing)過(guo)熱(re)(re)處理(li)(li)方可使用(yong)。

隨(sui)著激(ji)光和等離子技術的日(ri)益成熟,利用這兩種技術,并在普通鋼工件表面(mian)涂敷一層其(qi)他耐磨、耐蝕或耐熱涂層,以改變原(yuan)工件表面(mian)性(xing)能,這種新技術稱為表面(mian)改性(xing)。

處(chu)理過程


綜(zong)述

熱處(chu)理工藝一般包括加(jia)熱、保溫(wen)、冷卻三(san)個過程(cheng),有時只有加(jia)熱和(he)冷卻兩個過程(cheng)。這(zhe)些(xie)過程(cheng)互相(xiang)銜(xian)接,不可間斷。

加熱(re)

加熱是(shi)熱處理(li)的(de)重要工序之一。金(jin)屬熱處理(li)的(de)加熱方法很多(duo),最早是(shi)采(cai)用(yong)木(mu)炭(tan)和煤作為熱源,進而應用(yong)液體(ti)和氣體(ti)燃料。電的(de)應用(yong)使加熱易于控(kong)制,且無環境污染。利用(yong)這(zhe)些(xie)熱源可以直接(jie)加熱,也可以通過熔融的(de)鹽或金(jin)屬,以至(zhi)浮動粒(li)子進行間(jian)接(jie)加熱。

金屬(shu)加熱(re)時,工件(jian)暴露在空氣中(zhong),常常發生氧化、脫碳(tan)(即(ji)鋼(gang)鐵零件(jian)表面碳(tan)含(han)量降低(di)),這(zhe)對(dui)于熱(re)處理(li)后零件(jian)的表面性能有很不(bu)利的影響。因(yin)而金屬(shu)通常應在可(ke)控氣氛或保(bao)護(hu)氣氛中(zhong)、熔融(rong)鹽中(zhong)和真空中(zhong)加熱(re),也可(ke)用涂(tu)料或包裝(zhuang)方法進行保(bao)護(hu)加熱(re)。

加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度是熱(re)(re)處理(li)(li)(li)(li)工藝(yi)的重要工藝(yi)參數之(zhi)一(yi)(yi)(yi),選擇和控制(zhi)加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度 ,是保(bao)證熱(re)(re)處理(li)(li)(li)(li)質量(liang)的主要問題。加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度隨被處理(li)(li)(li)(li)的金(jin)(jin)屬材料和熱(re)(re)處理(li)(li)(li)(li)目的不同而異(yi),但(dan)一(yi)(yi)(yi)般(ban)都是加(jia)(jia)熱(re)(re)到某特性轉變溫(wen)(wen)(wen)度以(yi)上(shang),以(yi)獲得(de)高溫(wen)(wen)(wen)組織。另外(wai)轉變需要一(yi)(yi)(yi)定(ding)的時(shi)間,因此當(dang)金(jin)(jin)屬工件表(biao)面達到要求的加(jia)(jia)熱(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度時(shi),還須在(zai)此溫(wen)(wen)(wen)度保(bao)持一(yi)(yi)(yi)定(ding)時(shi)間,使(shi)內(nei)外(wai)溫(wen)(wen)(wen)度一(yi)(yi)(yi)致(zhi), 使(shi)顯(xian)微(wei)組織轉變完全,這段(duan)時(shi)間稱為保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間。采用高能密度加(jia)(jia)熱(re)(re)和表(biao)面熱(re)(re)處理(li)(li)(li)(li)時(shi),加(jia)(jia)熱(re)(re)速度極快,一(yi)(yi)(yi)般(ban)就沒有(you)保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間,而化學(xue)熱(re)(re)處理(li)(li)(li)(li)的保(bao)溫(wen)(wen)(wen)時(shi)間往往較長。

冷卻

冷卻也是熱處理(li)工(gong)藝(yi)過(guo)程中不可缺(que)少的(de)(de)步驟,冷卻方法因工(gong)藝(yi)不同(tong)而不同(tong),主要是控制冷卻速(su)度。一(yi)般退火(huo)的(de)(de)冷卻速(su)度最慢,正火(huo)的(de)(de)冷卻速(su)度較快,淬(cui)火(huo)的(de)(de)冷卻速(su)度更快。但還因鋼種不同(tong)而有不同(tong)的(de)(de)要求(qiu),例如(ru)空硬鋼就可以用(yong)正火(huo)一(yi)樣的(de)(de)冷卻速(su)度進行淬(cui)硬。

回火工藝


退火

1.完全退火和(he)等(deng)溫(wen)退火

完全退(tui)(tui)火(huo)又稱重(zhong)結晶退(tui)(tui)火(huo),一般簡稱為(wei)退(tui)(tui)火(huo),這種(zhong)退(tui)(tui)火(huo)主要(yao)用于亞共(gong)析成分的(de)(de)各種(zhong)碳(tan)鋼和合金鋼的(de)(de)鑄,鍛件(jian)(jian)及熱軋型材,有時也用于焊接結構(gou)。一般常作為(wei)一些不重(zhong)工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)最終熱處(chu)理,或(huo)作為(wei)某些工(gong)件(jian)(jian)的(de)(de)預先(xian)熱處(chu)理。

2.球(qiu)化退火

球化退火主(zhu)要用于過共析的(de)碳鋼(gang)及合金工(gong)具鋼(gang)(如(ru)制造刃具,量(liang)具,模具所用的(de)鋼(gang)種)。其(qi)主(zhu)要目的(de)在于降低硬度,改善切削(xue)加工(gong)性,并為以后淬火作好(hao)準備。

3.去應力退火

去應(ying)力退火(huo)又稱(cheng)低溫(wen)退火(huo)(或(huo)高溫(wen)回火(huo)),這種退火(huo)主(zhu)要用(yong)來消(xiao)除鑄(zhu)件(jian),鍛件(jian),焊接件(jian),熱(re)軋(ya)件(jian),冷(leng)拉件(jian)等的殘余應(ying)力。如果這些應(ying)力不(bu)予消(xiao)除,將(jiang)會引起(qi)鋼件(jian)在一定時間以(yi)后,或(huo)在隨后的切削(xue)加工過程中產生變形或(huo)裂紋(wen)。

淬火

淬(cui)(cui)火時(shi),最常用(yong)(yong)的冷卻(que)(que)介(jie)質(zhi)是鹽水(shui),水(shui)和油(you)。鹽水(shui)淬(cui)(cui)火的工(gong)件(jian)(jian),容易得(de)到(dao)高(gao)的硬度和光潔的表面,不容易產生淬(cui)(cui)不硬的軟點,但卻(que)(que)易使工(gong)件(jian)(jian)變形(xing)嚴重,甚至(zhi)發生開裂。而用(yong)(yong)油(you)作(zuo)淬(cui)(cui)火介(jie)質(zhi)只適(shi)用(yong)(yong)于過冷奧氏(shi)體的穩定(ding)性比較大的一些(xie)合金(jin)鋼或小尺寸的碳鋼工(gong)件(jian)(jian)的淬(cui)(cui)火。

回火作用

1.降低脆(cui)性(xing),消除或減(jian)少(shao)內應(ying)力,鋼件淬火后存在很大(da)內應(ying)力和(he)脆(cui)性(xing),如不(bu)及時回火往往會使鋼件發生變形甚至開裂(lie)。

2.獲得(de)工(gong)件所要(yao)(yao)求的(de)(de)機(ji)械性(xing)能(neng)(neng),工(gong)件經(jing)淬火后硬度高而(er)脆性(xing)大,為了滿足各種工(gong)件的(de)(de)不同性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)要(yao)(yao)求,可以通過適當(dang)回火的(de)(de)配合來調整硬度,減小脆性(xing),得(de)到所需(xu)要(yao)(yao)的(de)(de)韌性(xing),塑性(xing)。

3.穩定工件尺寸

4.對(dui)于退(tui)火(huo)難以(yi)軟化(hua)的某(mou)些(xie)合金鋼(gang),在(zai)淬火(huo)(或正火(huo))后常采用高溫回(hui)火(huo),使鋼(gang)中碳(tan)化(hua)物適(shi)當聚集,將硬度(du)降低,以(yi)利切削(xue)加(jia)工。

爐型選擇(ze)

爐型應依據不(bu)同的(de)工藝要求及(ji)工件的(de)類型來決定(ding)

1.對于不(bu)能成批定型(xing)生產的(de),工(gong)件(jian)大小不(bu)相等的(de),種類較(jiao)多(duo)的(de),要求工(gong)藝上具有通用性、多(duo)用性的(de),可選(xuan)用箱式爐(lu)。

2.加熱長(chang)軸類及長(chang)的絲桿,管子等工件時,可選用深井式電爐。

3.小批量的(de)滲碳零(ling)件,可選用井式(shi)氣體滲碳爐。

4.對(dui)于大批(pi)量的汽(qi)車、拖拉(la)機齒輪(lun)等(deng)零件的生(sheng)產可選連續式(shi)滲碳生(sheng)產線或箱式(shi)多用爐。

5.對沖壓件(jian)板材坯(pi)料的加熱大批(pi)量生產時,最好選用滾動(dong)爐,輥底爐。

6.對成批的定(ding)型零件,生(sheng)產上可選用(yong)推桿式或(huo)傳送帶(dai)式電(dian)阻爐(推桿爐或(huo)鑄帶(dai)爐)

7.小型(xing)機械零件如(ru):螺釘,螺母等可(ke)選用振底式(shi)(shi)爐或網帶式(shi)(shi)爐。

8.鋼球及滾柱(zhu)熱(re)處(chu)理可(ke)選用內(nei)螺(luo)旋的回轉管爐。

9.有(you)色(se)金屬(shu)(shu)錠坯在大批(pi)量生產時可用(yong)推桿(gan)式爐,而對有(you)色(se)金屬(shu)(shu)小零件及材(cai)料可用(yong)空氣循環加熱爐。

缺陷控制

一、過熱現象

我們知道熱(re)處理過(guo)程中(zhong)加(jia)熱(re)過(guo)熱(re)最易(yi)導致奧(ao)氏體晶(jing)粒的粗大,使零件(jian)的機械性能下降。

1.一般過(guo)熱(re):加(jia)(jia)熱(re)溫(wen)度(du)過(guo)高(gao)或(huo)(huo)(huo)在(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)保溫(wen)時間過(guo)長,引起(qi)奧氏體晶粒粗(cu)化(hua)稱(cheng)為過(guo)熱(re)。粗(cu)大的奧氏體晶粒會導致鋼的強韌性降低,脆性轉(zhuan)變溫(wen)度(du)升高(gao),增加(jia)(jia)淬(cui)火時的變形開裂傾向。而導致過(guo)熱(re)的原因是爐溫(wen)儀(yi)表失控或(huo)(huo)(huo)混料(常(chang)為不懂工(gong)藝發生的)。過(guo)熱(re)組(zu)織可經退火、正火或(huo)(huo)(huo)多次高(gao)溫(wen)回(hui)火后,在(zai)正常(chang)情(qing)況下(xia)重新奧氏化(hua)使晶粒細(xi)化(hua)。

2.斷(duan)(duan)口遺(yi)傳:有過熱組織的(de)鋼材,重新加熱淬火后,雖能使(shi)(shi)奧(ao)(ao)氏(shi)體晶粒(li)細化,但有時(shi)仍出現粗大顆粒(li)狀斷(duan)(duan)口。產生斷(duan)(duan)口遺(yi)傳的(de)理論(lun)爭議較多,一(yi)般(ban)認為曾(ceng)因(yin)加熱溫度過高而使(shi)(shi)MnS之類的(de)雜(za)物(wu)溶(rong)入奧(ao)(ao)氏(shi)體并富集于晶接(jie)口,而冷卻時(shi)這些夾雜(za)物(wu)又會(hui)沿(yan)晶接(jie)口析出,受沖擊時(shi)易沿(yan)粗大奧(ao)(ao)氏(shi)體晶界斷(duan)(duan)裂。

3.粗(cu)(cu)大(da)組織(zhi)的遺(yi)傳:有(you)粗(cu)(cu)大(da)馬氏(shi)體、貝(bei)氏(shi)體、魏氏(shi)體組織(zhi)的鋼件(jian)重(zhong)新奧氏(shi)化時,以慢速加熱到常(chang)規的淬火(huo)(huo)溫度,甚至(zhi)再低一(yi)些,其奧氏(shi)體晶粒仍然是粗(cu)(cu)大(da)的,這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)稱為組織(zhi)遺(yi)傳性。要消除粗(cu)(cu)大(da)組織(zhi)的遺(yi)傳性,可采用中間退火(huo)(huo)或多(duo)次高溫回(hui)火(huo)(huo)處(chu)理。

二、過燒現象

加熱溫度過(guo)高,不僅引起(qi)奧氏體(ti)晶粒粗大,而且(qie)晶界局部出(chu)現(xian)氧化或(huo)熔化,導(dao)致(zhi)晶界弱化,稱(cheng)為過(guo)燒。鋼過(guo)燒后性能嚴重惡化,淬火時(shi)形成龜裂。過(guo)燒組織(zhi)無法(fa)恢復,只能報廢。因(yin)此在工作中要避免過(guo)燒的發生。

三、脫碳和氧(yang)化

鋼(gang)在加熱時(shi),表層的碳(tan)與介質(或氣氛)中的氧(yang)、氫、二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)及(ji)水(shui)蒸氣等發生(sheng)反應,降(jiang)低(di)了表層碳(tan)濃度稱為脫碳(tan),脫碳(tan)鋼(gang)淬火后(hou)表面硬(ying)度、疲勞強度及(ji)耐磨性降(jiang)低(di),而且表面形(xing)成殘余拉應力易形(xing)成表面網狀裂紋。

加熱時(shi),鋼表層的(de)(de)(de)鐵及合(he)金與元(yuan)素與介(jie)質(或(huo)氣(qi)氛(fen))中的(de)(de)(de)氧(yang)、二氧(yang)化(hua)(hua)碳、水(shui)蒸氣(qi)等發生(sheng)反應生(sheng)成氧(yang)化(hua)(hua)物膜的(de)(de)(de)現(xian)象稱(cheng)為氧(yang)化(hua)(hua)。高溫(一般570度以上)工件氧(yang)化(hua)(hua)后尺寸精(jing)度和表面光亮度惡化(hua)(hua),具有(you)氧(yang)化(hua)(hua)膜的(de)(de)(de)淬透性差的(de)(de)(de)鋼件易出現(xian)淬火軟點。

為(wei)了防止氧(yang)化和減少脫碳的措施有:工件表面涂(tu)料,用(yong)不銹鋼箔包裝密封(feng)加熱、采(cai)用(yong)鹽浴爐加熱、采(cai)用(yong)保護氣(qi)(qi)氛加熱(如凈化后的惰性氣(qi)(qi)體、控制爐內碳勢)、火焰燃燒爐(使爐氣(qi)(qi)呈(cheng)還原性)

四(si)、氫(qing)脆現象

高強度鋼在富氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)氛中(zhong)加(jia)熱時出(chu)現(xian)塑性和韌性降低的現(xian)象(xiang)稱為氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)。出(chu)現(xian)氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)的工件通(tong)過除氫(qing)(qing)(qing)處理(如回火、時效等(deng))也能消(xiao)除氫(qing)(qing)(qing)脆(cui),采(cai)用真空、低氫(qing)(qing)(qing)氣(qi)氛或惰性氣(qi)氛加(jia)熱可避免氫(qing)(qing)(qing)脆(cui)。

回火種類(lei)

根(gen)據工件(jian)性(xing)能要求(qiu)的不同,按其回(hui)火溫度的不同,可(ke)將回(hui)火分為以(yi)下幾(ji)種:

(一)低溫回火(150-250度(du))

低(di)溫回(hui)火所得組織為回(hui)火馬(ma)氏(shi)體。其(qi)目的是在保持淬(cui)火鋼的高(gao)硬度和(he)(he)高(gao)耐(nai)磨性(xing)的前提(ti)下,降低(di)其(qi)淬(cui)火內(nei)應力和(he)(he)脆性(xing),以(yi)免使用(yong)時崩(beng)裂或過早損壞。它主要用(yong)于(yu)各種(zhong)高(gao)碳的切削刃具(ju),量具(ju),冷沖模具(ju),滾(gun)動軸承以(yi)及滲碳件等(deng),回(hui)火后(hou)硬度一(yi)般(ban)為HRC58-64。

(二)中溫回(hui)火(250-500度(du))

中溫回(hui)火(huo)(huo)所得組織(zhi)為回(hui)火(huo)(huo)屈氏體。其目(mu)的(de)是(shi)獲(huo)得高的(de)屈服強度,彈性(xing)極限和(he)較高的(de)韌(ren)性(xing)。因(yin)此,它(ta)主要用于各(ge)種彈簧和(he)熱作模具的(de)處理,回(hui)火(huo)(huo)后硬(ying)度一般(ban)為HRC35-50。

(三)高溫(wen)回火(500-650度(du))

高溫回火(huo)所得組(zu)織為回火(huo)索氏體。習慣上將淬火(huo)加(jia)高溫回火(huo)相(xiang)結(jie)合的(de)熱處理稱為調質處理,其目的(de)是獲得強度(du)(du),硬(ying)度(du)(du)和塑性,韌性都較好的(de)綜合機(ji)(ji)械性能。因此,廣泛用于汽車,拖拉(la)機(ji)(ji),機(ji)(ji)床(chuang)等(deng)的(de)重要結(jie)構零件(jian),如連桿(gan),螺栓,齒輪及軸(zhou)類(lei)。回火(huo)后硬(ying)度(du)(du)一般為HB200-330。

氣氛(fen)反應(ying)

一.氣氛與鋼(gang)鐵的化學反應

1.氧化

2Fe+02→2Fe0

Fe+H20→Fe0+H2

FeC+C02→Fe+2C0

2.還(huan)原(yuan)

Fe0+H2→Fe+H20Fe0+C0→Fe+02

3.滲(shen)碳(tan)

2C0→[C]+C02

Fe+[C]→FeC

CH4→[C]+2H2

4.滲氮(dan)

2NH3→2[N]+3H2

Fe+[N]→FeN

二.各種(zhong)氣(qi)氛對金屬的(de)作用

氮(dan)氣:在≥1000度(du)時會與Cr,C0,Al.Ti反應

氫(qing)氣:可使銅,鎳,鐵,鎢還原。當氫(qing)氣中的(de)水(shui)含量(liang)達到百分之0.2-0.3時,會使鋼脫碳

水:≥800度時,使鐵、鋼氧化脫碳,與銅不反(fan)應

一氧化(hua)碳:其還(huan)原性與(yu)氫氣相似,可使鋼(gang)滲(shen)碳

三.各類氣氛對電阻組件的(de)影響

鎳鉻絲(si),鐵鉻鋁:含硫氣氛對電(dian)阻絲(si)有害

金屬概念


金屬:具有(you)不透(tou)明、金屬光澤良好的導(dao)(dao)熱(re)和導(dao)(dao)電性(xing)并且其導(dao)(dao)電能力(li)隨溫度(du)的增高而減小,富有(you)延性(xing)和展(zhan)性(xing)等特(te)性(xing)的物質。金屬內部原(yuan)子具有(you)規律性(xing)排(pai)列的固體(ti)(即(ji)晶體(ti))。

合金(jin)(jin):由兩(liang)種或(huo)兩(liang)種以上金(jin)(jin)屬或(huo)金(jin)(jin)屬與非(fei)金(jin)(jin)屬組成,具有金(jin)(jin)屬特性的物質。

相(xiang)(xiang):合金(jin)中成份、結構、性能相(xiang)(xiang)同的(de)組成部分。

固溶(rong)體(ti)(ti)(ti):是一(yi)(yi)個(ge)(或(huo)幾個(ge))組元(yuan)(yuan)的原(yuan)子(zi)(化合物)溶(rong)入另(ling)一(yi)(yi)個(ge)組元(yuan)(yuan)的晶(jing)格中,而仍保(bao)持另(ling)一(yi)(yi)組元(yuan)(yuan)的晶(jing)格類型的固態金屬(shu)晶(jing)體(ti)(ti)(ti),固溶(rong)體(ti)(ti)(ti)分間隙固溶(rong)體(ti)(ti)(ti)和置換固溶(rong)體(ti)(ti)(ti)兩種。

固(gu)溶(rong)(rong)強化:由于溶(rong)(rong)質原子進(jin)入溶(rong)(rong)劑晶(jing)格的間隙或結點(dian),使晶(jing)格發(fa)生(sheng)畸變,使固(gu)溶(rong)(rong)體(ti)硬度和強度升高(gao),這種現(xian)象叫固(gu)溶(rong)(rong)強化現(xian)象。

化合(he)物:合(he)金(jin)組元間發(fa)生(sheng)(sheng)化合(he)作(zuo)用(yong),生(sheng)(sheng)成(cheng)一種具有金(jin)屬(shu)性能的新的晶體固態(tai)結構。

機械混合(he)物(wu):由(you)兩(liang)種(zhong)(zhong)晶體(ti)結構而組成(cheng)的(de)(de)合(he)金(jin)組成(cheng)物(wu),雖然是(shi)兩(liang)種(zhong)(zhong)晶體(ti),卻是(shi)一(yi)種(zhong)(zhong)組成(cheng)成(cheng)分,具有獨立(li)的(de)(de)機械性(xing)能。

鐵素體:碳在α-Fe(體心立方結構的鐵)中(zhong)的間隙固溶體。

奧氏體:碳(tan)在γ-Fe(面心(xin)立方結構的(de)鐵)中的(de)間隙固溶(rong)體。

滲碳體:碳和鐵形(xing)成的穩定化合物(Fe3c)。

珠(zhu)光(guang)體:鐵素體和滲(shen)碳(tan)體組成的機(ji)械混合物(α+Fe3c含(han)碳(tan)0.77%)

萊氏(shi)體(ti):滲碳(tan)體(ti)和奧(ao)氏(shi)體(ti)組成的機械混合(he)物(含碳(tan)4.3%)

鋼(gang)材


鋼(gang)的分類

鋼是以鐵、碳為(wei)主要成分(fen)的(de)合金,它的(de)含(han)碳量一(yi)般小(xiao)于2.11%。鋼是經(jing)濟建設中(zhong)極(ji)為(wei)重(zhong)要的(de)金屬材料。

鋼(gang)(gang)(gang)按(an)化學(xue)成分(fen)分(fen)為碳(tan)(tan)(tan)素鋼(gang)(gang)(gang)(簡稱(cheng)(cheng)碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang))與合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)兩大類。碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)由生鐵冶(ye)煉獲(huo)(huo)得的(de)合(he)(he)(he)金(jin),除鐵、碳(tan)(tan)(tan)為其(qi)主要成分(fen)外,還含有(you)(you)少量的(de)錳、硅、硫、磷等雜質。碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)具(ju)有(you)(you)一定的(de)機械(xie)性(xing)(xing)能(neng),又有(you)(you)良好的(de)工(gong)藝性(xing)(xing)能(neng),且(qie)價格低(di)廉。因此(ci),碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)獲(huo)(huo)得了廣(guang)(guang)泛的(de)應用(yong)。但隨著(zhu)現代(dai)工(gong)業與科學(xue)技術的(de)迅速發展,碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)性(xing)(xing)能(neng)已不能(neng)完全滿足需要,于是(shi)人們研制了各(ge)種(zhong)合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)。合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)是(shi)在碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)基(ji)礎上,有(you)(you)目(mu)的(de)地加入某些(xie)元(yuan)素(稱(cheng)(cheng)為合(he)(he)(he)金(jin)元(yuan)素)而得到(dao)的(de)多元(yuan)合(he)(he)(he)金(jin)。與碳(tan)(tan)(tan)鋼(gang)(gang)(gang)比,合(he)(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)性(xing)(xing)能(neng)有(you)(you)顯著(zhu)的(de)提高,故應用(yong)日益(yi)廣(guang)(guang)泛。

由于(yu)鋼材(cai)品種繁多,為了便于(yu)生(sheng)產、保管、選(xuan)用(yong)與(yu)研究,必須對鋼材(cai)加以分類。按鋼材(cai)的用(yong)途、化學成分、質(zhi)量的不同,可將鋼分為許多類:

一.按用途(tu)分類(lei)

按鋼(gang)(gang)材的用途可分(fen)為結(jie)構鋼(gang)(gang)、工具鋼(gang)(gang)、特殊性能鋼(gang)(gang)三大類。

結(jie)構鋼(gang):1.用作(zuo)各種(zhong)機器零件(jian)的鋼(gang)。它包括滲碳(tan)鋼(gang)、調質鋼(gang)、彈簧鋼(gang)及滾動軸承鋼(gang)。

2.用作(zuo)工程結構的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合(he)金鋼。

工(gong)具(ju)鋼(gang):用來(lai)制造各種工(gong)具(ju)的鋼(gang)。根據工(gong)具(ju)用途(tu)不(bu)同可分為(wei)刃具(ju)鋼(gang)、模具(ju)鋼(gang)與量具(ju)鋼(gang)。

特殊性能鋼(gang)(gang):是具有(you)特殊物(wu)理(li)化學性能的鋼(gang)(gang)。可分為不銹鋼(gang)(gang)、耐熱鋼(gang)(gang)、耐磨(mo)鋼(gang)(gang)、磁(ci)鋼(gang)(gang)等(deng)。

二(er).按化學成分分類

按鋼(gang)(gang)材的(de)化學成(cheng)分可(ke)分為碳素鋼(gang)(gang)和合金鋼(gang)(gang)兩大類。

碳(tan)素鋼(gang):按含碳(tan)量又可分為低碳(tan)鋼(gang)(含碳(tan)量≤0.25%);中(zhong)碳(tan)鋼(gang)(0.25%<含碳(tan)量<0.6%);高碳(tan)鋼(gang)(含碳(tan)量≥0.6%)。

合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang):按(an)合(he)(he)金(jin)元素含(han)(han)(han)量又可分為低(di)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(合(he)(he)金(jin)元素總含(han)(han)(han)量≤5%);中(zhong)合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(合(he)(he)金(jin)元素總含(han)(han)(han)量=5%--10%);高合(he)(he)金(jin)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)(合(he)(he)金(jin)元素總含(han)(han)(han)量>10%)。此外,根據鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)中(zhong)所含(han)(han)(han)主(zhu)要(yao)合(he)(he)金(jin)元素種類不(bu)同,也可分為錳(meng)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)、鉻(ge)鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)、鉻(ge)鎳鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)、鉻(ge)錳(meng)鈦鋼(gang)(gang)(gang)(gang)(gang)等。

三.按質量分類

按鋼材中有害雜質(zhi)磷(lin)、硫(liu)的含(han)(han)量(liang)(liang)可分(fen)為普通鋼(含(han)(han)磷(lin)量(liang)(liang)≤0.045%、含(han)(han)硫(liu)量(liang)(liang)≤0.055%;或磷(lin)、硫(liu)含(han)(han)量(liang)(liang)均≤0.050%);優(you)質(zhi)鋼(磷(lin)、硫(liu)含(han)(han)量(liang)(liang)均≤0.040%);高級優(you)質(zhi)鋼(含(han)(han)磷(lin)量(liang)(liang)≤0.035%、含(han)(han)硫(liu)量(liang)(liang)≤0.030%)。

此外,還有按(an)冶(ye)煉爐(lu)(lu)(lu)(lu)的種(zhong)類,將(jiang)鋼(gang)(gang)分為平爐(lu)(lu)(lu)(lu)鋼(gang)(gang)(酸性(xing)平爐(lu)(lu)(lu)(lu)、堿(jian)性(xing)平爐(lu)(lu)(lu)(lu)),空氣(qi)轉(zhuan)爐(lu)(lu)(lu)(lu)鋼(gang)(gang)(酸性(xing)轉(zhuan)爐(lu)(lu)(lu)(lu)、堿(jian)性(xing)轉(zhuan)爐(lu)(lu)(lu)(lu)、氧氣(qi)頂(ding)吹轉(zhuan)爐(lu)(lu)(lu)(lu)鋼(gang)(gang))與電爐(lu)(lu)(lu)(lu)鋼(gang)(gang)。按(an)冶(ye)煉時脫氧程(cheng)度,將(jiang)鋼(gang)(gang)分為沸騰(teng)鋼(gang)(gang)(脫氧不完全),鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)(gang)(脫氧比(bi)較完全)及(ji)半鎮(zhen)靜(jing)鋼(gang)(gang)。

鋼(gang)廠在給鋼(gang)的產品命名(ming)時,往往將用途(tu)、成分、質(zhi)(zhi)量這三種分類方法結合起來。如將鋼(gang)稱為普通碳(tan)素結構鋼(gang)、優質(zhi)(zhi)碳(tan)素結構鋼(gang)、碳(tan)素工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)、高級優質(zhi)(zhi)碳(tan)素工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)、合金(jin)結構鋼(gang)、合金(jin)工(gong)(gong)具(ju)鋼(gang)等(deng)。

機械性能(neng)

金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)的性(xing)(xing)(xing)能一般分為工藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能和使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能兩類。所(suo)謂工藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能是(shi)指(zhi)機(ji)械(xie)(xie)(xie)零件在加工制造過程中,金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)在所(suo)定的冷、熱加工條(tiao)(tiao)件下表(biao)現出(chu)來的性(xing)(xing)(xing)能。金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)工藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能的好壞(huai),決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條(tiao)(tiao)件不同,要(yao)求的工藝(yi)性(xing)(xing)(xing)能也就不同,如(ru)鑄造性(xing)(xing)(xing)能、可(ke)焊性(xing)(xing)(xing)、可(ke)鍛性(xing)(xing)(xing)、熱處(chu)理(li)性(xing)(xing)(xing)能、切削加工性(xing)(xing)(xing)等。所(suo)謂使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能是(shi)指(zhi)機(ji)械(xie)(xie)(xie)零件在使(shi)(shi)用(yong)條(tiao)(tiao)件下,金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)表(biao)現出(chu)來的性(xing)(xing)(xing)能,它包括機(ji)械(xie)(xie)(xie)性(xing)(xing)(xing)能、物理(li)性(xing)(xing)(xing)能、化學性(xing)(xing)(xing)能等。金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)使(shi)(shi)用(yong)性(xing)(xing)(xing)能的好壞(huai),決定了它的使(shi)(shi)用(yong)范圍與使(shi)(shi)用(yong)壽命。

在(zai)(zai)機械(xie)制造業中(zhong),一般機械(xie)零件都(dou)是在(zai)(zai)常(chang)溫、常(chang)壓(ya)和非強烈(lie)腐蝕(shi)性介質中(zhong)使(shi)(shi)用的,且在(zai)(zai)使(shi)(shi)用過程中(zhong)各機械(xie)零件都(dou)將(jiang)承受不同載荷(he)的作用。金屬材(cai)料在(zai)(zai)載荷(he)作用下(xia)抵抗破(po)壞的性能(neng)(neng),稱(cheng)為機械(xie)性能(neng)(neng)(或(huo)稱(cheng)為力學性能(neng)(neng))。

金屬材料(liao)的機(ji)械(xie)性(xing)(xing)能(neng)是零件的設計和選材時的主要(yao)依據。外加載(zai)荷性(xing)(xing)質不(bu)同(例如拉伸、壓縮、扭轉、沖(chong)擊、循環(huan)載(zai)荷等),對金屬材料(liao)要(yao)求的機(ji)械(xie)性(xing)(xing)能(neng)也(ye)將(jiang)不(bu)同。常用(yong)的機(ji)械(xie)性(xing)(xing)能(neng)包括:強度(du)、塑性(xing)(xing)、硬度(du)、沖(chong)擊韌性(xing)(xing)、多次沖(chong)擊抗力(li)和疲勞極限等。下面將(jiang)分別(bie)討論各種機(ji)械(xie)性(xing)(xing)能(neng)。

1.強度(du)

強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)是指金(jin)屬材(cai)料在靜荷作(zuo)用(yong)(yong)下抵抗(kang)破壞(過量塑性變形(xing)或斷裂)的(de)(de)性能。由于(yu)載(zai)荷的(de)(de)作(zuo)用(yong)(yong)方式有拉伸(shen)、壓縮、彎(wan)曲、剪(jian)切等形(xing)式,所以(yi)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)也分(fen)為(wei)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)、抗(kang)壓強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)、抗(kang)彎(wan)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)、抗(kang)剪(jian)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)等。各種強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)間常有一(yi)定的(de)(de)聯系,使用(yong)(yong)中一(yi)般較(jiao)多以(yi)抗(kang)拉強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)作(zuo)為(wei)最(zui)基本的(de)(de)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)指針。

2.塑性(xing)

塑性是(shi)指(zhi)金(jin)屬材料在載荷作用下,產生塑性變形(永久變形)而(er)不破壞的能(neng)力。

3.硬度(du)

硬(ying)(ying)度是(shi)衡量(liang)金屬材料(liao)軟硬(ying)(ying)程(cheng)(cheng)度的(de)指針。目(mu)前生(sheng)產中測(ce)定(ding)硬(ying)(ying)度方法最(zui)常(chang)用的(de)是(shi)壓(ya)入硬(ying)(ying)度法,它(ta)是(shi)用一定(ding)幾何形(xing)狀的(de)壓(ya)頭在一定(ding)載荷下(xia)壓(ya)入被測(ce)試的(de)金屬材料(liao)表(biao)面,根(gen)據被壓(ya)入程(cheng)(cheng)度來測(ce)定(ding)其硬(ying)(ying)度值。

常(chang)用的(de)方(fang)法(fa)(fa)有布氏(shi)硬(ying)度(HB)、洛氏(shi)硬(ying)度(HRA、HRB、HRC)和維氏(shi)硬(ying)度(HV)等方(fang)法(fa)(fa)。

4.疲勞(lao)

前面所討(tao)論的(de)(de)強度、塑性(xing)、硬(ying)度都(dou)是金屬在靜載荷(he)作用下(xia)的(de)(de)機(ji)(ji)械性(xing)能指針(zhen)。實際上,許多機(ji)(ji)器(qi)零件(jian)(jian)都(dou)是在循環(huan)載荷(he)下(xia)工作的(de)(de),在這種條件(jian)(jian)下(xia)零件(jian)(jian)會產生疲勞。

5.沖擊韌性

以很(hen)大速(su)度(du)作用于(yu)機件上的載(zai)荷(he)稱為沖(chong)擊(ji)(ji)載(zai)荷(he),金(jin)屬(shu)在(zai)沖(chong)擊(ji)(ji)載(zai)荷(he)作用下抵抗破壞的能力(li)叫做沖(chong)擊(ji)(ji)韌性。

鈹青銅(tong)


熱(re)處理(li)

鈹青銅是(shi)一(yi)種用(yong)途極廣(guang)的(de)沉淀硬化型合金。經固溶及(ji)時效處(chu)理(li)后(hou)(hou),強度可達1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其熱處(chu)理(li)特點是(shi):固溶處(chu)理(li)后(hou)(hou)具有良好的(de)塑性(xing),可進行冷加工變形。但再進行時效處(chu)理(li)后(hou)(hou),卻具有極好的(de)彈性(xing)極限(xian),同時硬度、強度也(ye)得(de)到(dao)提高。

(1)鈹青銅的(de)固(gu)溶(rong)處理(li)

一般(ban)固溶處(chu)理(li)的(de)(de)加(jia)熱(re)溫度(du)在(zai)(zai)(zai)780-820℃之間,對用(yong)(yong)作彈性(xing)組件(jian)的(de)(de)材料,采(cai)用(yong)(yong)760-780℃,主要(yao)是(shi)防(fang)止晶(jing)粒粗大影(ying)響(xiang)強(qiang)(qiang)度(du)。固溶處(chu)理(li)爐溫均勻度(du)應嚴格控制在(zai)(zai)(zai)±5℃。保(bao)溫時(shi)(shi)(shi)間一般(ban)可(ke)按1小時(shi)(shi)(shi)/25mm計(ji)算(suan),鈹青銅在(zai)(zai)(zai)空(kong)氣(qi)或氧(yang)化性(xing)氣(qi)氛(fen)中進行固溶加(jia)熱(re)處(chu)理(li)時(shi)(shi)(shi),表(biao)面(mian)會形(xing)成氧(yang)化膜(mo)。雖然(ran)對時(shi)(shi)(shi)效(xiao)強(qiang)(qiang)化后的(de)(de)力學性(xing)能影(ying)響(xiang)不大,但會影(ying)響(xiang)其冷加(jia)工時(shi)(shi)(shi)工模具的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命。為避免氧(yang)化應在(zai)(zai)(zai)真空(kong)爐或氨(an)分(fen)解、惰性(xing)氣(qi)體、還(huan)原性(xing)氣(qi)氛(fen)(如氫氣(qi)、一氧(yang)化碳(tan)等)中加(jia)熱(re),從而獲得光亮的(de)(de)熱(re)處(chu)理(li)效(xiao)果。此外,還(huan)要(yao)注意(yi)盡量縮短轉(zhuan)移時(shi)(shi)(shi)間(此淬水時(shi)(shi)(shi)),否(fou)則(ze)會影(ying)響(xiang)時(shi)(shi)(shi)效(xiao)后的(de)(de)機(ji)械性(xing)能。薄(bo)形(xing)材料不得超(chao)過3秒(miao),一般(ban)零(ling)件(jian)不超(chao)過5秒(miao)。淬火(huo)介質一般(ban)采(cai)用(yong)(yong)水(無加(jia)熱(re)的(de)(de)要(yao)求),當然(ran)形(xing)狀復雜的(de)(de)零(ling)件(jian)為了避免變形(xing)也可(ke)采(cai)用(yong)(yong)油。

(2)鈹青銅的時效(xiao)處理(li)

鈹(pi)青銅(tong)的(de)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)與Be的(de)含(han)量(liang)有(you)關(guan),含(han)Be小于2.1%的(de)合金均宜進行時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處理。對于Be大于1.7%的(de)合金,最佳時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)300-330℃,保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間1-3小時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(根據零(ling)件形(xing)狀及厚(hou)度(du)(du))。Be低于0.5%的(de)高(gao)導電性電極合金,由于溶(rong)點(dian)升高(gao),最佳時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)450-480℃,保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間1-3小時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。近些年來還發展出了雙級(ji)(ji)和多級(ji)(ji)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao),即先在(zai)高(gao)溫(wen)(wen)短(duan)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao),而(er)后在(zai)低溫(wen)(wen)下長時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)間保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao),這樣做(zuo)的(de)優點(dian)是性能提高(gao)但(dan)變(bian)形(xing)量(liang)減(jian)小。為(wei)了提高(gao)鈹(pi)青銅(tong)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)后的(de)尺寸精度(du)(du),可采(cai)用夾具夾持進行時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao),有(you)時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)還可采(cai)用兩(liang)段分開時(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(xiao)處理。

(3)鈹青銅(tong)的去應力處理

鈹青銅去應(ying)力退火溫度為150-200℃,保溫時間1-1.5小(xiao)時,可用(yong)于消除因金屬(shu)切(qie)削加工、校直處理、冷成形等產生的殘余(yu)應(ying)力,穩定零(ling)件(jian)在長期使(shi)用(yong)時的形狀及尺寸精度。

影響(xiang)

熱(re)處理(li)殘(can)余力(li)是指工件經熱(re)處理(li)后最終殘(can)存下來的(de)(de)(de)應力(li),對工件的(de)(de)(de)形狀,&127;尺寸和性能(neng)都有(you)極為重(zhong)要的(de)(de)(de)影響(xiang)。當(dang)(dang)它(ta)超(chao)過材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)屈服強(qiang)度時,&127;便引起工件的(de)(de)(de)變(bian)形,超(chao)過材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)強(qiang)度極限時就會使(shi)工件開裂,這(zhe)是它(ta)有(you)害的(de)(de)(de)一面,應當(dang)(dang)減(jian)少和消除。但(dan)在一定條件下控制應力(li)使(shi)之(zhi)合理(li)分(fen)(fen)(fen)布(bu),就可以提高零(ling)(ling)件的(de)(de)(de)機械性能(neng)和使(shi)用壽命(ming),變(bian)有(you)害為有(you)利。分(fen)(fen)(fen)析鋼在熱(re)處理(li)過程中(zhong)應力(li)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)和變(bian)化規律,使(shi)之(zhi)合理(li)分(fen)(fen)(fen)布(bu)對提高產品(pin)質量有(you)著深遠的(de)(de)(de)實(shi)際意義。例如(ru)關于(yu)表層(ceng)殘(can)余壓應力(li)的(de)(de)(de)合理(li)分(fen)(fen)(fen)布(bu)對零(ling)(ling)件使(shi)用壽命(ming)的(de)(de)(de)影響(xiang)問題已經引起了人們的(de)(de)(de)廣泛重(zhong)視(shi)。

一、鋼(gang)的熱處理應力(li)

工(gong)件在加熱(re)(re)(re)和(he)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong),由(you)(you)(you)于表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)和(he)心(xin)(xin)(xin)部(bu)的冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du)和(he)時間的不(bu)(bu)一(yi)致,形成(cheng)(cheng)溫差,就會(hui)導致體(ti)(ti)(ti)積(ji)膨脹(zhang)(zhang)和(he)收(shou)縮(suo)不(bu)(bu)均(jun)而(er)產(chan)(chan)生(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)(li),即熱(re)(re)(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。在熱(re)(re)(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的作用下(xia),由(you)(you)(you)于表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)開始(shi)溫度(du)低于心(xin)(xin)(xin)部(bu),收(shou)縮(suo)也大(da)于心(xin)(xin)(xin)部(bu)而(er)使(shi)心(xin)(xin)(xin)部(bu)受(shou)(shou)拉,當冷(leng)(leng)(leng)卻(que)結(jie)束時,由(you)(you)(you)于心(xin)(xin)(xin)部(bu)最(zui)后(hou)冷(leng)(leng)(leng)卻(que)體(ti)(ti)(ti)積(ji)收(shou)縮(suo)不(bu)(bu)能自由(you)(you)(you)進行而(er)使(shi)表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)受(shou)(shou)壓(ya)心(xin)(xin)(xin)部(bu)受(shou)(shou)拉。即在熱(re)(re)(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的作用下(xia)最(zui)終(zhong)(zhong)使(shi)工(gong)件表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)受(shou)(shou)壓(ya)而(er)心(xin)(xin)(xin)部(bu)受(shou)(shou)拉。這種現象受(shou)(shou)到冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du),材料成(cheng)(cheng)分和(he)熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)等因(yin)素(su)的影響。當冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du)愈快,含碳量和(he)合(he)金成(cheng)(cheng)分愈高,冷(leng)(leng)(leng)卻(que)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)在熱(re)(re)(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)作用下(xia)產(chan)(chan)生(sheng)的不(bu)(bu)均(jun)勻塑性變形愈大(da),最(zui)后(hou)形成(cheng)(cheng)的殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)就愈大(da)。另一(yi)方面鋼(gang)在熱(re)(re)(re)處(chu)理(li)(li)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)由(you)(you)(you)于組(zu)織(zhi)的變化即奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)向馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)轉變時,因(yin)比容的增大(da)會(hui)伴隨工(gong)件體(ti)(ti)(ti)積(ji)的膨脹(zhang)(zhang),&127;工(gong)件各部(bu)位先(xian)后(hou)相變,造成(cheng)(cheng)體(ti)(ti)(ti)積(ji)長大(da)不(bu)(bu)一(yi)致而(er)產(chan)(chan)生(sheng)組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)。組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)變化的最(zui)終(zhong)(zhong)結(jie)果是表(biao)(biao)(biao)層(ceng)(ceng)受(shou)(shou)拉應(ying)(ying)力(li)(li)(li),心(xin)(xin)(xin)部(bu)受(shou)(shou)壓(ya)應(ying)(ying)力(li)(li)(li),恰好與熱(re)(re)(re)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)相反。組(zu)織(zhi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的大(da)小(xiao)與工(gong)件在馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)相變區的冷(leng)(leng)(leng)卻(que)速(su)(su)度(du),形狀,材料的化學成(cheng)(cheng)分等因(yin)素(su)有關(guan)。

實(shi)踐證明(ming),任何工件在(zai)熱(re)(re)處理(li)過(guo)程中(zhong),&127;只要有(you)(you)相(xiang)(xiang)變,熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)都(dou)會發生。&127;只不過(guo)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)在(zai)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)轉變以前就已(yi)經產(chan)生了,而組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)則是(shi)(shi)在(zai)組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)轉變過(guo)程中(zhong)產(chan)生的(de)(de),在(zai)整個(ge)冷卻過(guo)程中(zhong),熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)與組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)綜合(he)作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)結果,&127;就是(shi)(shi)工件中(zhong)實(shi)際(ji)存在(zai)的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)。這兩(liang)種(zhong)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)綜合(he)作(zuo)(zuo)用(yong)的(de)(de)結果是(shi)(shi)十(shi)分(fen)復雜的(de)(de),受(shou)(shou)(shou)(shou)著(zhu)許多因素(su)的(de)(de)影(ying)響,如成(cheng)分(fen)、形狀、熱(re)(re)處理(li)工藝等。就其(qi)發展過(guo)程來(lai)說只有(you)(you)兩(liang)種(zhong)類(lei)型(xing),即(ji)熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)和組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),作(zuo)(zuo)用(yong)方(fang)向相(xiang)(xiang)反時(shi)二(er)者抵消(xiao),作(zuo)(zuo)用(yong)方(fang)向相(xiang)(xiang)同時(shi)二(er)者相(xiang)(xiang)互(hu)迭加。不管是(shi)(shi)相(xiang)(xiang)互(hu)抵消(xiao)還是(shi)(shi)相(xiang)(xiang)互(hu)迭加,兩(liang)個(ge)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)應(ying)(ying)(ying)(ying)有(you)(you)一個(ge)占主導因素(su),熱(re)(re)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)占主導地(di)(di)位(wei)(wei)時(shi)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)結果是(shi)(shi)工件心(xin)(xin)部受(shou)(shou)(shou)(shou)拉(la),表面(mian)(mian)受(shou)(shou)(shou)(shou)壓。&127;組(zu)(zu)(zu)(zu)織(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)占主導地(di)(di)位(wei)(wei)時(shi)的(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)結果是(shi)(shi)工件心(xin)(xin)部受(shou)(shou)(shou)(shou)壓表面(mian)(mian)受(shou)(shou)(shou)(shou)拉(la)。

二、熱處理(li)應力對淬(cui)火(huo)裂紋的(de)影響

存在(zai)于淬火(huo)件(jian)不同部位上能引起應(ying)力(li)集中的(de)因素(su)(包(bao)括冶金(jin)缺陷(xian)在(zai)內(nei)),對淬火(huo)裂紋的(de)產生都有促進作用,但只(zhi)有在(zai)拉應(ying)力(li)場內(nei)(&127;尤其是在(zai)最大拉應(ying)力(li)下)才會表現出來,&127;若在(zai)壓應(ying)力(li)場內(nei)并無促裂作用。

淬(cui)火(huo)(huo)(huo)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du)是(shi)一個能(neng)(neng)影(ying)響(xiang)(xiang)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)質量(liang)并決(jue)(jue)(jue)定(ding)(ding)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)重要因素(su),也是(shi)一個能(neng)(neng)對淬(cui)火(huo)(huo)(huo)裂(lie)紋(wen)賦于重要乃(nai)至決(jue)(jue)(jue)定(ding)(ding)性影(ying)響(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)因素(su)。為(wei)(wei)了(le)(le)達到淬(cui)火(huo)(huo)(huo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),通常(chang)必須加速(su)零(ling)件(jian)(jian)在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)段內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du),并使之超過(guo)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)臨界(jie)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du)才能(neng)(neng)得到馬(ma)氏(shi)體組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。就殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)而(er)(er)論,這(zhe)樣做由(you)于能(neng)(neng)增加抵消組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)值(zhi),故能(neng)(neng)減(jian)少工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)而(er)(er)達到抑(yi)制(zhi)縱(zong)(zong)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。其(qi)效果(guo)將隨(sui)高(gao)溫(wen)(wen)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)加快(kuai)(kuai)(kuai)而(er)(er)增大。而(er)(er)且,在(zai)(zai)能(neng)(neng)淬(cui)透(tou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)情況(kuang)下,截面(mian)(mian)尺(chi)(chi)寸越(yue)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)件(jian)(jian),雖然實(shi)(shi)際冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du)更緩(huan),開裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)危險(xian)性卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)反而(er)(er)愈大。這(zhe)一切都是(shi)由(you)于這(zhe)類(lei)鋼的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)隨(sui)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增大實(shi)(shi)際冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du)減(jian)慢(man)(man),熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)減(jian)小(xiao),&127;組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)隨(sui)尺(chi)(chi)寸的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)增大而(er)(er)增加,最(zui)后(hou)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)以組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)在(zai)(zai)工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)特點造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。并與冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)愈慢(man)(man)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)愈小(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)傳統觀念(nian)大相徑庭。對這(zhe)類(lei)鋼件(jian)(jian)而(er)(er)言,在(zai)(zai)正常(chang)條(tiao)件(jian)(jian)下淬(cui)火(huo)(huo)(huo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)淬(cui)透(tou)性鋼件(jian)(jian)中(zhong)只(zhi)(zhi)能(neng)(neng)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)縱(zong)(zong)裂(lie)。避(bi)免(mian)淬(cui)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)靠原(yuan)則是(shi)設法盡(jin)(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)截面(mian)(mian)內(nei)外馬(ma)氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)等時性。僅(jin)僅(jin)實(shi)(shi)行(xing)馬(ma)氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)(bian)區內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)緩(huan)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)不(bu)足以預防縱(zong)(zong)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)。一般情況(kuang)下只(zhi)(zhi)能(neng)(neng)產生在(zai)(zai)非淬(cui)透(tou)性件(jian)(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)弧裂(lie),雖以整體快(kuai)(kuai)(kuai)速(su)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)為(wei)(wei)必要的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)條(tiao)件(jian)(jian),可(ke)是(shi)它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)真正形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)原(yuan)因,卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)不(bu)在(zai)(zai)快(kuai)(kuai)(kuai)速(su)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)(包括(kuo)馬(ma)氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)(bian)區內(nei))本身(shen),而(er)(er)是(shi)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)件(jian)(jian)局部位置(由(you)幾(ji)何結構決(jue)(jue)(jue)定(ding)(ding)),在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)(wen)臨界(jie)溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)區內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)速(su)度(du)(du)(du)顯(xian)著減(jian)緩(huan),因而(er)(er)沒(mei)有淬(cui)硬所致(zhi)&127;。產生在(zai)(zai)大型非淬(cui)透(tou)性件(jian)(jian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)橫(heng)斷和(he)(he)縱(zong)(zong)劈,是(shi)由(you)以熱應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)為(wei)(wei)主要成(cheng)(cheng)(cheng)份的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)殘(can)余(yu)拉(la)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)在(zai)(zai)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)件(jian)(jian)中(zhong)心(xin)&127;,而(er)(er)在(zai)(zai)淬(cui)火(huo)(huo)(huo)件(jian)(jian)末淬(cui)硬的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)截面(mian)(mian)中(zhong)心(xin)處,首先形(xing)(xing)成(cheng)(cheng)(cheng)裂(lie)紋(wen)并由(you)內(nei)往外擴(kuo)展而(er)(er)造(zao)成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。為(wei)(wei)了(le)(le)避(bi)免(mian)這(zhe)類(lei)裂(lie)紋(wen)產生,往往使用(yong)(yong)水--油雙液淬(cui)火(huo)(huo)(huo)工(gong)藝。在(zai)(zai)此工(gong)藝中(zhong)實(shi)(shi)施(shi)高(gao)溫(wen)(wen)段內(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)快(kuai)(kuai)(kuai)速(su)冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que),目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)僅(jin)僅(jin)在(zai)(zai)于確保外層金屬(shu)得到馬(ma)氏(shi)體組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),&127;而(er)(er)從(cong)內(nei)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)角度(du)(du)(du)來看,這(zhe)時快(kuai)(kuai)(kuai)冷(leng)(leng)(leng)(leng)有害無益(yi)。其(qi)次,冷(leng)(leng)(leng)(leng)卻(que)(que)(que)(que)(que)(que)(que)后(hou)期緩(huan)冷(leng)(leng)(leng)(leng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de),主要不(bu)是(shi)為(wei)(wei)了(le)(le)降低(di)馬(ma)氏(shi)體相變(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)膨脹速(su)度(du)(du)(du)和(he)(he)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)值(zhi),而(er)(er)在(zai)(zai)于盡(jin)(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)截面(mian)(mian)溫(wen)(wen)差和(he)(he)截面(mian)(mian)中(zhong)心(xin)部位金屬(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)收縮(suo)速(su)度(du)(du)(du),從(cong)而(er)(er)達到減(jian)小(xiao)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)值(zhi)和(he)(he)最(zui)終抑(yi)制(zhi)淬(cui)裂(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)。

三(san)、殘(can)余壓應力對工件的影響

滲碳(tan)(tan)表(biao)面(mian)強化作(zuo)為提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)工(gong)件的(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)強度的(de)(de)方(fang)法應(ying)用得很廣泛的(de)(de)原(yuan)因(yin)。一(yi)方(fang)面(mian)是由于它能有(you)效的(de)(de)增(zeng)(zeng)加工(gong)件表(biao)面(mian)的(de)(de)強度和(he)硬度,提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)工(gong)件的(de)(de)耐磨性,另(ling)一(yi)方(fang)面(mian)是滲碳(tan)(tan)能有(you)效的(de)(de)改善工(gong)件的(de)(de)應(ying)力(li)分布(bu),在工(gong)件表(biao)面(mian)層獲得較大的(de)(de)殘余(yu)壓(ya)應(ying)力(li),&127;提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)工(gong)件的(de)(de)疲(pi)勞(lao)(lao)強度。如果在滲碳(tan)(tan)后(hou)(hou)再進(jin)(jin)(jin)行等溫(wen)(wen)淬火將會增(zeng)(zeng)加表(biao)層殘余(yu)壓(ya)應(ying)力(li),使疲(pi)勞(lao)(lao)強度得到進(jin)(jin)(jin)一(yi)步的(de)(de)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)。有(you)人對35SiMn2M0V鋼(gang)滲碳(tan)(tan)后(hou)(hou)進(jin)(jin)(jin)行等溫(wen)(wen)淬火與滲碳(tan)(tan)后(hou)(hou)淬火低(di)溫(wen)(wen)回(hui)火的(de)(de)殘余(yu)應(ying)力(li)進(jin)(jin)(jin)行過測試其(qi)

熱(re)處理工藝(yi)

殘余應力值(kg/mm2)滲碳后880-900度鹽浴加熱,260度等溫40分鐘-65

滲碳后880-900度(du)鹽浴加熱淬火(huo),260度(du)等溫90分鐘-18

滲(shen)碳后880-900度(du)(du)鹽浴加(jia)熱,260度(du)(du)等溫40分鐘,260度(du)(du)回火90分鐘-38

測試(shi)結(jie)果可(ke)(ke)以看出(chu)等溫(wen)淬(cui)(cui)火比(bi)通常(chang)的(de)(de)(de)淬(cui)(cui)火低溫(wen)回(hui)火工藝具有(you)更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)表(biao)面殘(can)(can)余壓(ya)(ya)應(ying)力(li)。等溫(wen)淬(cui)(cui)火后(hou)即(ji)使進行低溫(wen)回(hui)火,其(qi)表(biao)面殘(can)(can)余壓(ya)(ya)應(ying)力(li),也比(bi)淬(cui)(cui)火后(hou)低溫(wen)回(hui)火高(gao)(gao)。因(yin)此可(ke)(ke)以得(de)出(chu)這樣一個結(jie)論,即(ji)滲碳后(hou)等溫(wen)淬(cui)(cui)火比(bi)通常(chang)的(de)(de)(de)滲碳淬(cui)(cui)火低溫(wen)回(hui)火獲得(de)的(de)(de)(de)表(biao)面殘(can)(can)余壓(ya)(ya)應(ying)力(li)更(geng)高(gao)(gao),從表(biao)面層殘(can)(can)余壓(ya)(ya)應(ying)力(li)對疲勞。

碳(tan)氮共滲


鋼的(de)氮(dan)化(hua)(氣體氮(dan)化(hua))

氮(dan)化是(shi)向鋼(gang)的(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)層滲入氮(dan)原子的(de)(de)過程,其目的(de)(de)是(shi)提高表(biao)(biao)面(mian)(mian)硬(ying)度(du)和耐磨性,以及(ji)提高疲勞強度(du)和抗(kang)腐蝕性。

它是利(li)用氨氣在(zai)加熱時分解(jie)出活性氮原子,被鋼(gang)吸收后在(zai)其表面(mian)形(xing)成(cheng)氮化層,同時向心部擴散。

氮化通常利用專門(men)設備或井式(shi)滲碳(tan)爐(lu)來進行。適用于各種高(gao)速傳動精密齒輪、機床(chuang)主軸(如(ru)鏜桿、磨床(chuang)主軸),高(gao)速柴油機曲軸、閥(fa)門(men)等。

工藝路線

氮化工件工藝(yi)路線(xian):鍛(duan)造-退火-粗加(jia)工-調質-精加(jia)工-除應力-粗磨-氮化-精磨或研磨。

由于氮化層薄,并且(qie)較(jiao)脆,因此(ci)要(yao)求(qiu)有較(jiao)高強度的心部組織(zhi),所以要(yao)先進行調質熱處理,獲得回火索氏體,提高心部機(ji)械性能和氮化層質量。

鋼在氮化后(hou),不(bu)再需要進(jin)行淬火(huo)便具有(you)很高的表面硬度大于HV850)及耐磨性。

氮化處理溫度低,變形(xing)很(hen)小,它與滲碳、感應表面淬火相(xiang)比,變形(xing)小得(de)多

鋼的(de)(de)(de)(de)碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen):碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen)是(shi)(shi)向鋼的(de)(de)(de)(de)表層同時(shi)滲(shen)(shen)入碳(tan)和氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)(de)過程(cheng),習慣上碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen)又(you)稱作氰化。以中溫(wen)氣(qi)體碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen)和低溫(wen)氣(qi)體碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen)(即氣(qi)體軟氮(dan)(dan)(dan)化)應用較是(shi)(shi)廣。中溫(wen)氣(qi)體碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen)的(de)(de)(de)(de)主要目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)提(ti)高鋼的(de)(de)(de)(de)硬度,耐磨(mo)性(xing)和疲勞強度,低溫(wen)氣(qi)體碳(tan)氮(dan)(dan)(dan)共(gong)滲(shen)(shen)以滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)(dan)為主,其主要目的(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)提(ti)高鋼的(de)(de)(de)(de)耐磨(mo)性(xing)和抗咬合性(xing)。



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