金属加热相关知识

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实际生产中加热速度的控制
实际生产中，加热速度大些，可以节约热能，提高生产率，还可减小氧化、脱碳程度。考虑钢件加热速度时一般应注意以下几点:              
(1)塑性高的钢材加热速度可大一些， 反之，脆性大的钢材加热速度应相对减小。因此，对尺寸较小的碳钢及低合金钢工件，都可以采用较大的加热速度。   
   (2)高碳钢、高铬钢、高速钢等高合金钢的导热性差，如T10钢的导热能力相当于20钢导热能力的2/3，W18Cr4V 高速钢的导热能力是20钢的1/3，而高锰钢的导热能力仅不过20钢的1/6。导热能力差，则必然加大表面与心部的温差,其热应力也就相应增大。此外，此类钢不仅导热性差，而且塑性也较低。截面大的高合金钢件，若加热速度过高，热应力易超过钢的弹性极限而发生扭曲变形，甚至超过钢的抗拉强度而出现裂纹。所以合金钢特别是高合金钢的加热速度不宜过快，在生产中常采用预热的方式进行加热。
(3)工件的断面愈大，则工件内部存在偏析、夹杂、组织不均匀等缺陷以及残留应力的可能性也愈大，所以大工件热处理多数采用阶梯式加热或缓慢加热，限制加热速度。     
 (4)断面厚薄相差悬殊及形状复杂的工件易于产生应力集中，难以做到均匀加热，所以也要控制加热速度。   
   (5)若加热前工件存在较大的残余应力，当加热产生的热应力与内应力方向一致时，容易导致工件变形开裂，因此，加热速度应小些。例如，铸锻件在其锻后及铸造后的热处理过程中，由于工件内部不可避免地存在铸造及锻造应力，必须控制其加热速度。如铸铁件退火时就是采用低温入炉，缓慢随炉升温的方式进行加热的。     
  (6)固体渗碳、退火等工艺，由于工艺本身及设备特点的限制，通常不采用快速加热。       
(7)如果钢中存在成分偏析严重、夹杂物较多，可造成组织不均匀，导致钢中各部位导热性不一致，尤其是大块夹杂物与尖角状夹杂物，其尖端正是热应力所在之处，极易引起开裂，所以对这类钢件应缓慢加热。     
 (8)低于500℃加热时，钢的塑性较差，热应力及残留应力易导致工件开裂。而在温度较高的情况下，由于钢的塑性较好，可以通过塑性变形改变内应力的大小及分布而不致开裂。所以控制低温区的加热速度是重要的，--般以50~100℃/h速度加热。预热也是一-项有效的措施。

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加热温度的选择           
   工件加热温度基本上决定了其加热时所得到的组织，而工件冷却后的组织和性能，也在很大程度上取决于加热时所得到的组织。因此，在实际生产中加热温度是非常重要的。对于不同的热处理工艺方法、不同材质的工件及不同的加热方式、加热温度可能有很大的区别。因此，必须结合实际的工艺具体确定加热温度。       
     确定加热温度的最根本的依据是热处理的目的和钢的成分。碳钢和低合金钢加热温度的选择主要是借助于平衡相图，对于正火和淬火及一些退火工艺来说，其加热温度必须确保工件加热时获得奥氏体组织，否则就难以保证在冷却后得到要求的组织和性能。这是一个根本原则，所以必须以其临界点Acl、Ac3或Accm作为确定其加热温度的依据。
    根据生产实践经验，对于碳钢、某些低合金钢来说，基本上可按下列原则来选择加执温度.         退火温度:亚共析钢的完全退火——Ac3 + (30 ~50)℃;         
  共析钢和过共析钢的不完全退火——Acl + (20 ~30)℃。         
   正火温度:亚共析钢——Ac3 + (30 ~50)℃;         
   共析钢——Ac1以上;         
   过共析钢——Accm 以上。         
   淬火温度:共析钢及过共析钢——A cl+(30 ~ 70)℃;       
    亚共析钢Ac3 + (30~70)℃。         
    不同成分的钢临界点不同，所以热处理时所采用的加热温度也不同。多数合金钢的加热温度，也是依其临界点而定的。但是由于合金碳化物较难熔解，合金元素扩散也慢，按照奥氏体化要求，往往采用较高的加热温度。如9CrSi钢的Acl为770℃,但其常用的淬火温度为850~870℃，再如W18Cr4V高速钢的Acl为820℃，而其淬火加热温度为1270 ~1290℃，高于其Acl达400℃之多。       
     此外，即使同成分的钢进行同一种热处理，由于其工件的大小、形状、原始组织以及热处理要求的不同，其加热温度的选择也将有所不同。 

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加热时间的确定         
   工件的加热时间 (τ加) 应当是工件升温时间(τ升)、透热时间(τ透) 与保温时间(τ保)的总和。其中，升温时间是指工件入炉后表面达到炉内温度的时间，透热时间是指工件内部与表面都达到炉内温度的时间，保温时间是指为了达到热处理工艺要求而恒温保持的时间。这样的区分是由于实际加热过程中这三部分时间的含义及其规律各不相同。升温时间主要取决于加热炉或加热装置的热功率，加热制度和加热介质，以及装炉量。透热时间主要取决于被加热工件的形状和体积或截面尺寸，以及工件材料本身的导热性能，同时还与炉温的高低有关。保温时间主要取决于热处理工艺制度的要求，如是否需要得到成分均匀的固溶体，是否需要在保温过程中完成某些相变、碳化物的熔解或析出，是否需要成分相对均匀化等。如正火、淬火热处理工艺中的加热工序，由于奥氏体化的速度较快， 普通的碳钢加热时珠光体向奥氏体转变只需要一分钟左右， 合金钢的转变可能需要几分钟，但是合金碳化物熔解较为滞后。一般来说， 工件透热后相变过程基本上能够较快完成，因此不需要很长的保温时间。对于扩散退火、去氢退火和淬火后的回火等热处理工艺，需要较长的时间完成转变,保温时间对完成热处理工艺目的作用较大，因此，确保足够的保温时间是重要的。 

应当指出，在实际热处理的生产中，经常以控温仪表指示达到设定温度来开始计算实际加热时间，这是由于实际测定工件表面是否达到炉温温度有一定的不便，因而，常采用经验加热系数方法来估算总加热时间。为了能够更加准确地控制工件热处理加热过程，应当通过合理地放置炉内的测温元件，采用合理的装炉量和装炉位置来减小仪表指示温度与工件表面实际温度之间的差距。           
       热处理的加热时间可以具体计算,现简单讨论加热时间的计算。     
       根据传热学的原理，可将热处理的工件按截面尺寸分为两类：一类是薄件，工件的厚度与加热时间呈线性比例关系；另一类是厚件， 当截面尺寸大到一定尺寸时，工件厚度与加热时间不成线性比例关系，此时的工件为厚件。 

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很多材料加热温度还是要靠实际经验的