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【兆恒機(jī)械】熱處理技術(shù)要求的質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo)到底有多高

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  • 添加日期:2021年12月01日

熱處理技術(shù)要求一般是熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)的指標(biāo),在鍛件圖紙上標(biāo)注得都比較簡(jiǎn)單。除了對(duì)硬度和變形量有要求外,有的鍛件還有局部熱處理要求。對(duì)于表面強(qiáng)化鍛件,硬化層深度和心部硬度也是技術(shù)要求的內(nèi)容之一。熱處理技術(shù)要求應(yīng)以滿足鍛件使用性能為目標(biāo)。

硬度是鍛件熱處理最重要的質(zhì)量檢驗(yàn)指標(biāo),對(duì)于不少鍛件還是唯一的技術(shù)要求。這不僅是因?yàn)橛捕仍囼?yàn)快速、簡(jiǎn)便又不損壞鍛件,而且從硬度值可以推測(cè)其他力學(xué)性能。某些熱處理工藝參數(shù)也是根據(jù)鍛件所要求的硬度值決定的。因此,合理地確定熱處理后的硬度值將賦予鍛件以最佳的使用性能,對(duì)提高質(zhì)量、延長(zhǎng)壽命都有重要作用。

設(shè)計(jì)人員在確定硬度時(shí),通常是根據(jù)鍛件工作時(shí)所承受的載荷,計(jì)算出鍛件上的應(yīng)力分布,考慮安全系數(shù),提出對(duì)材料的強(qiáng)度要求。根據(jù)強(qiáng)度與硬度關(guān)系,確定鍛件熱處理后應(yīng)具有的硬度值。確定硬度時(shí),要避免照抄手冊(cè)上的數(shù)據(jù),應(yīng)注重鍛件的實(shí)際工作條件和失效形式。例如,相同的冷作模具,用在精度高的沖床上時(shí),要求模具硬度些;但是如果沖床精度差、模具工作時(shí)所受的沖擊能量大,為避免崩刃或折斷,適當(dāng)降低模具硬度,使用壽命反 而延長(zhǎng)。用40CrNi或35CrMo制造的10t大型模鍛錘的錘桿,誤認(rèn)為受到?jīng)_擊能量很大,將 硬度定得很低,結(jié)果壽命反而縮短。根據(jù)失效分析,錘桿屬于疲勞斷裂,將錘桿硬度值由241?270HBW提高到38-43HRC,則使用壽命大幅度提高。

某些重要鍛件除了要求硬度值外,還必須規(guī)定其他力學(xué)性能指標(biāo)。

1)強(qiáng)度與韌性的合理配合。通常鋼鐵材料的強(qiáng)度和韌性是互為消長(zhǎng)的。對(duì)于結(jié)構(gòu)鍛件,常用一次沖擊韌度作為安全的判據(jù),追求高韌性指標(biāo),而不犧牲強(qiáng)度,致使機(jī)械產(chǎn)品粗大笨重,壽命不長(zhǎng)。相反,對(duì)于工模具,為了提高耐磨性而追求高硬度和高強(qiáng)度(抗扭強(qiáng)度),而忽視了韌性對(duì)減少模具崩刃和折斷的作用,使用壽命也不長(zhǎng)。因此,應(yīng)對(duì)鍛件的工作條件和失效形式進(jìn)行調(diào)查分析,根據(jù)強(qiáng)度與韌性合理配合來確定鍛件應(yīng)選用的強(qiáng)度和韌性指標(biāo)。

2)正確處理材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和系統(tǒng)強(qiáng)度的關(guān)系。各種材料強(qiáng)度指標(biāo)都是用標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)得的,它取決于材料的組織狀態(tài)(包括表面狀態(tài)、殘余應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài))。鍛件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受尺寸因素及缺口效應(yīng)的影響,而系統(tǒng)強(qiáng)度則與其他鍛件的相互作用有關(guān)。在這三者之間存在很大的差異,如材料的光滑試棒疲勞強(qiáng)度高,但實(shí)物的疲勞強(qiáng)度可能很低。因此,對(duì)某些重要零件,根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果確定力學(xué)性能指標(biāo)較為恰當(dāng)。

3)組合件的強(qiáng)度匹配要合理。大量試驗(yàn)及實(shí)際使用表明,當(dāng)組合件(如蝸輪蝸桿、鏈條鏈輪、滾珠與套圈及傳動(dòng)齒輪等)達(dá)到最佳強(qiáng)度匹配時(shí),使用壽命可延長(zhǎng)。例如,滾珠比套圈的硬度應(yīng)高2HRC,汽車后橋主動(dòng)齒輪的表面硬度比從動(dòng)齒輪座商2-5HRC。同一種鋼材經(jīng)同種方法處理成相同硬度的摩擦副,耐磨性比較差。

4)表面強(qiáng)化的鍛件,心、表強(qiáng)度應(yīng)合理匹配。表面強(qiáng)化零件(如滲碳淬火、碳氮共滲淬火、滲氮,感應(yīng)淬火等)時(shí),當(dāng)硬化層深度一定時(shí),心部應(yīng)具有適宜的強(qiáng)度,使心、表強(qiáng)度達(dá)到最優(yōu)的匹配狀態(tài),以保證鍛件具有高的使用壽命。如果心部強(qiáng)度太低,過渡區(qū)容易產(chǎn)生疲勞源,導(dǎo)致疲勞性能下降;如果心部強(qiáng)度太高,表面殘余壓應(yīng)力小,疲勞壽命也不長(zhǎng)。

5)環(huán)境介質(zhì)的影響。在腐蝕、高溫等特殊環(huán)境介質(zhì)中作的鍛件,要采用相應(yīng)的力學(xué)性能指標(biāo),如應(yīng)力腐蝕門檻值、蠕變極限、持久強(qiáng)度等。

硬化層深度的確定要考慮鍛件的使用性能、失效形式和節(jié)能等原則。

以磨損失效為主的零件,根據(jù)鍛件的設(shè)計(jì)壽命和磨損速度確定硬化層深度,一般不宜過厚,特別是工模具的表面硬化層過深會(huì)引起崩刃或斷裂。

以疲勞破壞為主要失效的零件,根據(jù)表面強(qiáng)化方法、心表強(qiáng)度、載荷形式及零件的形狀尺寸等因素確定硬化層深度,使其達(dá)到最佳硬化率。如滲碳和碳氮共滲齒輪,最佳硬化率為0.1-0.15。

為了熱處理節(jié)能,硬化層不宜過深,有些專家對(duì)硬化層進(jìn)行研究后認(rèn)為,一般對(duì)滲碳淬火和高頻感應(yīng)淬火的硬化層規(guī)定偏深,如能適當(dāng)減小硬化層深度可顯著節(jié)約能耗。

各種材料經(jīng)不同熱處理后的顯微組織,可按國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定,如中碳鋼和中碳合金鋼馬氏體評(píng)級(jí),滲碳或碳氮共滲的碳化物、殘留奧氏體、心部鐵素體的評(píng)級(jí)等。在技術(shù)要求中要標(biāo)明合格品應(yīng)有的顯微組織級(jí)別,對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)格執(zhí)行,并根據(jù)零件的工作條件和失效形式通過試驗(yàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行更新,使產(chǎn)品質(zhì)量不斷提髙。尤其是當(dāng)前關(guān)于組織與性能關(guān)系的研究成果很多,如淬火組織中鐵素體形態(tài)及相對(duì)量對(duì)力學(xué)性能的影響,殘留奧氏體利與弊的討論,碳化物形態(tài)、數(shù)量及大小與強(qiáng)韌性關(guān)系的研究等,為進(jìn)一步修正和完善各種顯微組織評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。但是也要防止不根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際情況,把一些不成熟的或片面的試驗(yàn)結(jié)果用作評(píng)級(jí)的依據(jù),這對(duì)提產(chǎn)品質(zhì)量是不利的。

熱處理畸變量是熱處理質(zhì)最的重要指標(biāo)之一,是熱處理質(zhì)量控制的主要內(nèi)容。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)鍛件特點(diǎn)和工藝過程,合理提出允許畸變量。盡管影響熱處理畸變的因素很多,但是畸變還是有規(guī)律的。熱處理工作者應(yīng)根據(jù)熱處理畸變的理論和實(shí)踐,采取具體措施,使熱處理畸變值不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的技術(shù)要求。

當(dāng)熱處理是工件加工過程的最后工序時(shí),熱處理畸變的允許值就是圖樣上規(guī)定的工件尺寸,而畸變量要根據(jù)上道工序加工尺寸確定。為此應(yīng)與機(jī)加工部門協(xié)商,按照工件的畸變規(guī)律,在熱處理前進(jìn)行尺寸的預(yù)修正,使熱處理畸變正好處于合格范圍內(nèi)。

當(dāng)熱處理是中間工序時(shí),熱處理前的加工余量應(yīng)視為機(jī)加工余量和熱處理畸變量之和。通常機(jī)加工余量易于確定,而熱處理畸變量由于影響因素多,比較復(fù)雜,因此為機(jī)械加工留出足夠的加工余量,其余均可作為熱處理允許畸變量。

工件的結(jié)構(gòu)、尺寸、形狀對(duì)熱處理畸變與開裂有很大影響。

1)零件截面力求均勻,以減少過渡區(qū)的應(yīng)力集中及畸變開裂傾向。

2)工件應(yīng)盡量保持結(jié)構(gòu)與材料成分和組織的對(duì)稱性,以減少由于冷卻不均引起的畸變。必要時(shí)開工藝孔,調(diào)整不同部位的冷卻速度。

3)工件應(yīng)盡量避免尖銳棱角、溝槽等,臺(tái)階處要有圓角過渡。

4)盡量減少工件上的孔、槽和肋(尤其是深孔、深槽、粗肋)。