常用材料剪切许用应力.docx

1、常用材料剪切许用应力常用材料剪切许用应力2008年09月26日 星期五 下午 04:30常用材料剪切许用应力可从有关设计手册中查得,对于金属也可按如下的经验公式确定: 塑性材料 剪切应力极限 =(0.6一0.8)*抗拉极限; 脆性材料 剪切应力极限 =(0.81.0)*抗拉极限 . 直径12mm,16mm,即大径为12和16的螺栓, 相同大径的螺纹,根据螺纹的牙距不一样,它的抗剪力也不一样. 材料抗剪力T=t*A 式中:t为抗剪强度,由材料和热处理和表面其状态决定; A为受剪面积; 设材料取45钢,8.8级螺栓,按屈服强度为640,则抗剪强度为640*0.7=448MPa M12 M12X1.

2、5 M12X1.25 M12X1 的最小截面积分别84.4 84.6 88.7 94.99 M12 M12X1.5 M12X1.25 M12X1 的抗剪力分别为:37811N,37900N,39737N,42555N; M16 的抗剪力=156.8X448=70246N M16X1.5的抗剪力=168X448=75264N M16X1 的抗剪力=181.1X448=81132N类别：机械材料-信息 | 评论(0) | 浏览(231) 真空热处理2008年08月11日 星期一 下午 01:12真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术，真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气

3、氛环境，包括低真空、中等真空、高真空和超高真空，真空热处理实际也属于气氛控制热处理。真空热处理是指热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的，真空热处理可以实现几乎所有的常规热处理所能涉及的热处理工艺，但热处理质量大大提高。与常规热处理相比，真空热处理的同时，可实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面的磷屑，并有脱脂除气等作用，从而达到表面光亮净化的效果。真空热处理其实还分成以下四个技术要点1真空高压气冷淬火技术当前真空高压气冷淬火技术发展较快，相继出现了负压（1105Pa）高流率气冷、加压（11054105Pa）气冷、高压（5 10510105Pa）气冷、超高压一（1010520105Pa）

4、气冷等新技术，不但大幅度提高了真空气冷淬火能力，且淬火后工件表面光亮度好，变形小，还有高效、节能、无污染等优点。真空高压气冷淬火的用途是材料的淬火和回火，不锈钢和特殊合金的固溶、时效，离子渗碳和碳氮共渗，以及真空烧结，钎焊后的冷却和淬火。用6105Pa高压氮气冷却淬火时、被冷却的负载只能是松散型的，高速钢（W6Mo5Cr4V2）可淬透至70100mm，高合金热作模具钢（如 4Cr5MoSiV）可达25100mm。用10105Pa高压氮气冷却淬火时，被冷却负载可以是密集型的，比6105Pa冷却时负载密度提高约304O。用20105Pa超高压氮气或氦气和氮气的混合气冷却淬火时，被冷却负载是密集的并

5、可捆绑在一起。其密度较6105Pa氮气冷却时提高80150，可冷却所有的高速钢、高合金钢、热作工模具钢及Cr13的铬钢和较多的合金油淬钢，如较大尺寸的9Mn2V钢。具有单独冷却室的双室气冷淬火炉的冷却能力优于相同类型的单室炉。2105Pa氮气冷却的双室炉的冷却效果和4105Pa的单室炉相当。但运行成本、维修成本低。由于我国基础材料工业（石墨、钼材等）和配套元器件（电动机）等水平有待提高。所以在提高6105Pa单室高压真空护质量的同时，发展双室加压和高压气冷淬火炉比较符合我国的国情。2真空高压气冷等温淬火形状复杂的较大工件从高温连续进行快速冷却时容易产生变形甚至裂纹。以往可用盐浴等温淬火解决。在

6、单室真空高压气冷淬火炉中能否进行气冷等温淬火呢？图1为在带有对流加热功能的单室高压气冷淬火炉中对两组320mm120mm两块叠装的碳素结构钢用不同冷却方式淬火后的对化结果。图中一组曲线是在102O加热后，在6105Pa压力下连续用高纯氮气冷却（风向是上、下相互交替，40s切换一次）的结果。另一组是对试样表面、心部进行 370时的控制冷却。从两组曲线的对比可以看出，心部温度通过50O的时间（半冷时间）只差约2min。从表面进行控制冷却开始到心部温度到达 370附近，需27min。由此可见，在单室真空高压气淬火炉进行等温气冷淬火是可行的。3真空渗氮技术真空渗氮是使用真空炉对钢铁零件进行整体加热、充

7、入少量气体，在低压状态下产生活性氮原子渗入并向钢中扩散而实现硬化的；而离子渗氮是靠晖光放电产生的活性N离子轰击并仅加热钢铁零件表面，发生化学反应生成核化物实现硬化的。真空渗氛时，将真空炉排气至较高真空度0.133Pa（110-3Torr）后，将工件升至，530560，同时送入以氨气为主的，含有活性物质的多种复合气体，并对各种气体的送入量进行精确控制，炉压控制在0.667Pa（5Torr），保温35h后，用炉内惰性气体进行快速冷却。不同的材质，经此处理后可得到渗层深为2080m、硬度为6001500HV的硬化层。真空渗氮有人称为真空排气式氮碳共渗，其特点是通过真空技术，使金属表面活性化和清净化。

8、在加热、保温、冷却的整个热处理过程中，不纯的微量气体被排出，含活性物质的纯净复合气体被送入，使表面层相结构的调整和控制、质量的改善、效率的提高成为可能。经X射线衍射分析证实，真空渗氮处理后，渗层中的化合物层是单相组织，没有其他脆性相（如Fe3C、Fe3O4）存在，所以硬度高，韧性好，分布也好。“白层”单相化合物层可达到的硬度和材质成分有关。材质中含Cr量越高，硬度也呈增加趋势。Cr13时，硬度可达到1200HV；含Cr18（质量分数，余同）时，硬度可达 1500HV；含Cr25时，硬度可达1700HV。无脆性相的单相化合物层的耐磨性比气体氮碳共渗组织的耐磨性高，抗摩擦烧伤、抗热胶合、抗熔敷、抗

9、熔损性能都很优异。但该“白层”的存在对有些模具和零件也有不利之处，易使锻模在锻造初期引起龟裂，焊接修补时易生成针孔。真空渗氮还有一个优点，就是通过对送入炉内的含活化物质的复合气体的种类和量的控制，可以得到几乎没有化合物层（白层），而只有扩散层的组织。其原因可能是在真空炉排气至 0.l33Pa（110-3Torr）后形成的，另一个原因是带有活性物质的复合气体在短时间内向钢中扩散形成的组织。这种组织的优点是耐热冲击性、抗龟裂性能优异。因而对实施高温回火的热作模具，如用高速钢或4Cr4MoSiV（H13）钢制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐热冲击性好、抗龟裂而又有韧性的综合性能；但仅有扩散层组织

10、时，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔损性能不够好。由于模具或机械零件的服役条件和对性能的要求不一，在进行表面热处理时，必需调整表面层的组织和性能。真空渗氮除应用于工模具外，对提高精密齿轮和要求耐磨耐蚀的机械零件以及弹簧等的性能都有明显效果，可接受处理的材质也比较广泛。4真空清洗与干燥技术目前有的热处理还离不开清洗干燥工序，尤其需油冷的各类热处理，清洗干燥的任务更繁重、难度也更大。国际上使用效果最佳的清洗剂是卤素系清洗剂。发达国家，如日本使用的卤素系清洗剂的比例如表1所示。其中三氯乙烷、氟里昂因属破坏大气臭氧层物质，已被禁止使用。其他卤素系物质也因对生态环境、人、畜有害而被限制使用。所以各国都在研究各

11、种替代型的清洗干燥技术。表 1 卤素系剂在热处理生产中使用情况真空水系清洗干燥技术是替代技术中发展的主流，其原理是水蒸气蒸馏和真空蒸馏。所谓水蒸气蒸馏是指一边向带有不溶于水的油类等物质的工件上吹水蒸气，一边加热，是把油分等挥发成分和水一齐蒸馏出的方法。应用该法时，油等挥发成分的蒸气随水蒸气同时发生，所以油分的沸点被降低。这就是用共沸的方法使油分和填加剂形成低沸点物质，使在回火温度以下的较低温度的洗净成为可能。所谓真空蒸馏是因为，在常压下进行水蒸气蒸馏时，油分的蒸汽压很低，伴随水蒸气而挥发的油分量很少。如果在真空状态下进行蒸气蒸馏，油分的沸点会被进一步降低。同时利用水蒸气蒸馏和真空蒸馏，就可将高

12、沸点热处理淬火油在回火温度下被清洗并干燥了。这种方法适合在大、中型企业和大批量生产的流水线上使用，效率比较高。缺点是清洗液的回收和处理及循环使用的成本高。真空油系清洗干燥技术，是指用蒸汽压比较高的轻质溶剂油去溶解和洗净工件上附着的蒸汽压化较低的切削油、冲压油、淬火油；然后再加热减压将溶剂油蒸发分离，从而达到洗净的目的。选择药溶剂油燃点应尽量高，粘度要低，对被清洗工件上附着的油脂有较强的溶解能力；对工件无腐蚀，且成本较低。我国国家标准中介绍的190号和20O号溶剂油可作为选择时的参考类别：机械材料-信息 | 评论(0) | 浏览(25) 真空热处理2008年08月11日 星期一 下午 01:10

13、真空热处理炉的节能技术真空热处理炉是一种先进的热处理设备可以进行金属材料和工件的真空加热、淬火、回火、退火、渗碳、渗氮、加压气淬等各种热处理，也可进行粉未冶金烧结、航空航天工件钎焊等，真空热处理过程能使被处理材料和工件性能显著提高，材料得到充分利用。因而，广义上真空炉是一种明显节省单位能的先进的热处理设备。 选用适当的炉炉室内加热元件和隔热材料，对于减少炉子本身能耗、提高加热效率是有重要意义的。加热元件一般情况可采用镍铬合金或铁铬合金，工儿温度要求1000以上时，应采用钼、钨或石墨，对于隔热材料，除了要有良好的隔热性能外，还要求除气迅速、热容量小、热稳定性好，主要采用金属隔热屏、碳毡及耐火纤维

14、制品。 金属隔热屏一般用钼、钽或不锈耐热钢制成，脱气快，但隔热效果差，碳毡和耐火纤维制品热容量小，隔热效果好，而且价格便宜。隔热屏的构成和厚度对真空电阻炉的热效率有显著影响。西安电炉研究所曾对不同厚度的碳纤维及碳纤维毡与硅酸铝耐火毯的混合结构，在不同温度下的保温性能进行了试验。下表一给出了四种不同结构在1000以下不同温度空载功率的相对值比较，其中C代表碳纤维毡， Si代表耐火纤维毯。由表中可看出， si-c复合屏的节能效果好，30mm厚的复合屏甚至优于50mm厚的碳毡屏。表二给出了1100一1200下三种不同保温屏的真空炉年空载耗电量及保温屏成本的对比。 表一 30mm及50mm各种保温屏下

15、的空载功率比较 表二 1100-1200不保温屏的真空炉年空载电耗 由上列两表的比较可以看出，Si-C复合屏由于耐火纤维毡与碳毡和特性有互补性，使得真空炉的空载能耗小，成本也低。因而，确实为较理想的节能保温屏结构。 由以上试验结果及综合考虑，对于炉温在1000以下的真空炉，推荐外层20mm硅酸铝纤维毯及内层10mm碳毡的结构：对于1000以上、1320以下的真空炉，推荐外层20mm硅酸铝纤维毯及内层20mm碳毡的保温屏结构。 真空渗碳炉是七十年代以后才工业应用的先进热处理工艺，真空渗碳的空出优点渗碳温度较高，因而速度快，同时，渗碳气氛的消耗比气体渗碳情况大大减少。这样，渗碳工件平均单耗和成本都

16、下降了，发展早期的碳黑沉积问题，近来采用了低炉压、小流量的脉冲渗碳技术巳能有效地加以控制，重庆某厂对其喷油嘴针阀体工件，由常规的固体和气体渗碳改为在真空炉中直接利用天然气进行真空渗碳，取得了显著的节能效果和经济效益。 表三 真空和常规渗碳的年产量 由上表三可以看出，真空渗碳与固体渗碳相比，每年平均能多处理36.5万工件，与气体渗碳相比，每年平均多处理18.3万工件。以上增产量是根据全年工作日、两班制及85%的设备利用率假设推算的。 下表四则给出了1988年1-9月气体渗碳及真空渗碳实际处理工件数、运行费用（主要是电耗）以及单件平均费用。显然，真空渗碳有明显的节能效果。 表四 真空渗碳与气体渗碳

17、运行费用 类别：机械材料-信息 | 评论(0) | 浏览(28) 气氛与金属的化学反应2008年07月26日 星期六 下午 04:32一 气氛与钢铁的化学反应 1. 氧化 2FeO22FeO FeH2OFeOH2 FeCCO2Fe2CO 2. 还原 FeOH2FeH2O FeOCOFeO2 3. 渗碳 2COCCO2 FeCFeC CH4C2H2 4.渗氮 2NH32N3H2 FeNFeN 二 各种气氛对金属的作用 氮气：在1000度时会与Cr,CO,Al.Ti反应 氢气：可使铜，镍，铁，钨还原。当氢气中的水含量达到百分之0.20.3时，会使钢脱碳 水：800度时，使铁、钢氧化脱碳，与铜不反应

18、 一氧化碳：其还原性与氢气相似，可使钢渗碳 三 各类气氛对电阻元件的影响 镍铬丝，铁铬铝：含硫气氛对电阻丝有害 黄铜的热处理 普通黄铜是铜-锌合金，按其组织可分简单黄铜（也称黄铜），(Cu)为100%-62.4%，和两相黄铜（+黄铜），(Cu)为56.5%-62.4%。Zn在Cu中的固溶度随湿度降低而增大，故无热处理强化效果。经常采用退火处理来改判黄铜的冷加工性能。黄铜关成品退火后的力学性能及冷变形性能主要取决于晶粒尺寸大小。黄铜冷加工中间退火温度如下表： 材料牌号厚度()5mm厚度()=1-5mm厚度()=0.5-1mm厚度()0.5mmH96560-600540-580500-540450

19、-550H90、HS700-1650-720620-780560-620450-560H80650-700580-650540-600500-560H68580-650540-600500-560440-500H62、H59650-700600-660520-600460-530HFe59-1-1600-650520-620450-550420-480HMn58-2600-660580-640550-600500-550HSn70-1600-650560-620470-560450-500HSn62-1600-650550-630520-580500-550HPb63-3600-650540-

20、620520-600480-540HPb59-1600-650580-630550-600480-550钢的氮化及碳氮共渗 钢的氮化（气体氮化） 概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。 它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。 氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。 氮化工件工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨氮化精磨或研磨。 由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热

21、处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。 钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。 铍青铜的热处理 铍青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金。经固溶及时效处理后，强度可达1250-1500MPa(1250-1500公

22、斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。 （1） 铍青铜的固溶处理 一般固溶处理的加热温度在780-820之间，对用作弹性元件的材料，采用760-780，主要是防止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在5。保温时间一般可按1小时/25mm计算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会形成氧化膜。虽然对时效强化后的力学性能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的使用寿命。为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛（如氢气、一氧化碳等）中加热，从而获得光亮的热处理效果。此外，还要

23、注意尽量缩短转移时间（此淬水时），否则会影响时效后的机械性能。薄形材料不得超过3秒,一般零件不超过5秒。淬火介质一般采用水（无加热的要求），当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。 （2） 铍青铜的时效处理 铍青铜的时效温度与Be的含量有关，含Be小于2.1%的合金均宜进行时效处理。对于Be大于1.7%的合金，最佳时效温度为300-330，保温时间1-3小时（根据零件形状及厚度）。Be低于0.5%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳时效温度为450-480，保温时间1-3小时。近年来还发展出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，而后在低温下长时间保温时效，这样做的优点是性能提高但变形量减小

24、。为了提高铍青铜时效后的尺寸精度，可采用夹具夹持进行时效，有时还可采用两段分开时效处理。 （3） 铍青铜的去应力处理 铍青铜去应力退火温度为150-200，保温时间1-1.5小时，可用于消除因金属切削加工、校直处理、冷成形等产生的残余应力，稳定零件在长期使用时的形状及尺寸精度。 类别：机械材料-信息 | 评论(1) | 浏览(30) 退火-淬火-回火2008年07月26日 星期六 下午 04:30退火-淬火-回火 一退火的种类 1 完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重

25、工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 2 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 3 去应力退火 去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 二淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体

26、的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 三钢回火的目的 1 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。 3 稳定工件尺寸 4 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。 常用炉型的选择 炉型的选择 炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定 1对于不能成批定型生产的，工件大小不相等的，种类较多

27、的，要求工艺上具有通用性、 多用性的，可选用箱式炉。 2加热长轴类及长的丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。 3小批量的渗碳零件，可选用井式气体渗碳炉。 4对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉。 5对冲压件板材坯料的加热大批量生产时，最好选用滚动炉，辊底炉。 6对成批的定型零件，生产上可选用推杆式或传送带式电阻炉（推杆炉或铸带炉） 7小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。 8钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的回转管炉。 9有色金属锭坯在大批量生产时可用推杆式炉，而对有色金属小零件及材料可用空气循环加热炉。 加热缺陷及控制 一、过热现象 我们知道

28、热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。 1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。 2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受

29、冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。 3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。 二、过烧现象 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。 三、脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲

30、劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。 为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性） 四、氢脆现象 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰

31、性气氛加热可避免氢脆。 当然，实际工作中有人利用此现象来为人服务（如合金的粉碎处理等）几种常见的热处理概念 几种常见热处理概念 1 正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2 退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上2040度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 5 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体