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熱處理工藝設(shè)計中的質(zhì)量控制

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熱處理技術(shù)要求一般是熱處理質(zhì)量檢驗的指標,在鍛件圖紙上標注得都比較簡單。除了對硬度和變形量有要求外,有的鍛件還有局部熱處理要求。對于表面強化鍛件,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。

一、硬度

硬度是鍛件熱處理最重要的質(zhì)量檢驗指標,對于不少鍛件還是唯一的技術(shù)要求。這不僅是因為硬度試驗快速、簡便又不損壞鍛件,而且從硬度值可以推測其他力學(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,對提高質(zhì)量、延長壽命都有重要作用。

二、力學(xué)性能

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。

1)強度與韌性的合理配合。通常鋼鐵材料的強度和韌性是互為消長的。對于結(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,而不犧牲強度,致使機械產(chǎn)品粗大笨重,壽命不長。相反,對于工模具,為了提高耐磨性而追求高硬度和高強度(抗扭強度),而忽視了韌性對減少模具崩刃和折斷的作用,使用壽命也不長。因此,應(yīng)對鍛件的工作條件和失效形式進行調(diào)查分析,根據(jù)強度與韌性合理配合來確定鍛件應(yīng)選用的強度和韌性指標。

2)正確處理材料強度、結(jié)構(gòu)強度和系統(tǒng)強度的關(guān)系。各種材料強度指標都是用標準試樣測得的,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)強度受尺寸因素及缺口效應(yīng)的影響,而系統(tǒng)強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度高,但實物的疲勞強度可能很低。因此,對某些重要零件,根據(jù)模擬試驗結(jié)果確定力學(xué)性能指標較為恰當。

3)組合件的強度匹配要合理。大量試驗及實際使用表明,當組合件(如蝸輪蝸桿、鏈條鏈輪、滾珠與套圈及傳動齒輪等)達到最佳強度匹配時,使用壽命可延長。例如,滾珠比套圈的硬度應(yīng)高2HRC,汽車后橋主動齒輪的表面硬度比從動齒輪座商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)表面強化的鍛件,心、表強度應(yīng)合理匹配。表面強化零件(如滲碳淬火、碳氮共滲淬火、滲氮,感應(yīng)淬火等)時,當硬化層深度一定時,心部應(yīng)具有適宜的強度,使心、表強度達到最優(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;如果心部強度太高,表面殘余壓應(yīng)力小,疲勞壽命也不長。

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,如應(yīng)力腐蝕門檻值、蠕變極限、持久強度等。

三、硬化層深度

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)表面強化方法、心表強度、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。

四、顯微組織

各種材料經(jīng)不同熱處理后的顯微組織,可按國家標準或行業(yè)標準進行評定,如中碳鋼和中碳合金鋼馬氏體評級,滲碳或碳氮共滲的碳化物、殘留奧氏體、心部鐵素體的評級等。在技術(shù)要求中要標明合格品應(yīng)有的顯微組織級別,對于這些標準要嚴格執(zhí)行,并根據(jù)零件的工作條件和失效形式通過試驗對標準進行更新,使產(chǎn)品質(zhì)量不斷提髙。尤其是當前關(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)及相對量對力學(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)量及大小與強韌性關(guān)系的研究等,為進一步修正和完善各種顯微組織評級標準提供了依據(jù)。但是也要防止不根據(jù)產(chǎn)品的實際情況,把一些不成熟的或片面的試驗結(jié)果用作評級的依據(jù),這對提髙產(chǎn)品質(zhì)量是不利的。

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