第二章第二節(jié)　熱處理

熱處理是通過(guò)加熱和冷卻固態(tài)金屬的操作方法來(lái)改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，并獲得所需金屬的物理、化學(xué)和力學(xué)性能的一種工藝。

熱處理的方法很多，但任何一種熱處理都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。熱處理工藝就是通過(guò)確定加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻介質(zhì)等參數(shù)，來(lái)達(dá)到改善材料性能的目的。

需要通過(guò)熱處理工藝來(lái)使焊接殘余應(yīng)力松弛、淬硬區(qū)軟化，改善內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，降低氫量，提高耐腐蝕性、沖擊韌性、蠕變極限等。

一、常用熱處理方法

安裝工程施工中的熱處理一般分為焊前預(yù)熱和焊后熱處理兩部分。

(一)焊前預(yù)熱

預(yù)熱的作用在于提高焊接接頭溫度，減少焊縫金屬與母材間的溫差，降低焊縫冷卻速度，控制鋼材組織轉(zhuǎn)變，避免在熱影響區(qū)中形成脆性馬氏體，減輕局部硬化，改善焊縫質(zhì)量，同時(shí)由于預(yù)熱減緩熔池冷卻速度，有利于排氣、排渣，故可減少氣孔、夾渣等缺陷。

焊件是否需要預(yù)熱以及預(yù)熱溫度是多少，應(yīng)根據(jù)鋼材的化學(xué)成分(淬硬性)、板厚、容器的結(jié)構(gòu)剛性、焊接形式、焊接方法和焊接材料及環(huán)境溫度等綜合考慮。具體情況可參照有關(guān)規(guī)定。構(gòu)件尺寸不大時(shí)，可進(jìn)行整體預(yù)熱;如構(gòu)件尺寸很大，整體預(yù)熱反而會(huì)增加溫度分布不均，對(duì)防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力毫無(wú)好處。

通常情況下，當(dāng)環(huán)境溫度低于O℃時(shí)，一般除有色金屬外都應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)預(yù)熱。對(duì)35#、45#鋼預(yù)熱溫度可選用150～250℃;含碳量再增高或工件剛性很大時(shí)，可將預(yù)熱溫度提高到250～400℃;局部預(yù)熱的加熱范圍為焊口兩側(cè)150～200mm.對(duì)黃銅焊接時(shí)，當(dāng)壁厚為5～15mm，其預(yù)熱溫度為400～500℃;壁厚大于15mm時(shí)，預(yù)熱溫度升高到550℃。

(二)焊后熱處理

安裝工程施工中，常遇到的焊后熱處理過(guò)程主要有退火、回火、正火及淬火工藝。

1.鋼的退火工藝

根據(jù)鋼材的加熱溫度、保持時(shí)間及冷卻狀況可分為完全退火、不完全退火、去應(yīng)力退火三種。

(1)完全退火。完全退火是將鋼件加熱到臨界點(diǎn)A c3(對(duì)亞共析鋼而言，是指珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體、過(guò)剩相鐵素體也完全消失的溫度)以上適當(dāng)溫度，在爐內(nèi)保溫緩慢冷卻的工藝方法。其目的是細(xì)化組織、降低硬度、改善加工性能及去除內(nèi)應(yīng)力。完全退火適用于中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、軋制件等。

(2)不完全退火。不完全退火是將鋼件加熱到臨界點(diǎn)A c1～Ac3或Acm(Ac1是指碳素鋼加熱時(shí)，珠光體開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度;Acm是指過(guò)共析鋼中，珠光體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體、過(guò)剩相滲碳體也全部溶解的溫度)之間適當(dāng)溫度，保溫后緩慢冷卻的工藝方法。其目的是降低硬度、改善切削加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力。常用于工具鋼工件的退火。

(3)去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火是將鋼件加熱到臨界點(diǎn)A c1以下適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間后緩慢冷卻的方法。其目的是為了去除由于形變加工、機(jī)械加工、鑄造、鍛造、熱處理及焊接等過(guò)程中的殘余應(yīng)力。對(duì)于焊接鋼件，一般其加熱溫度為500℃——550℃，保溫時(shí)間為2～4h.當(dāng)薄壁、易變形件焊接時(shí)，退火溫度應(yīng)低于下限溫度。

2.鋼的正火工藝

正火是將鋼件加熱到臨界點(diǎn)A c3或A cm以上適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體基體組織的熱處理工藝。其目的是消除、細(xì)化組織，改善切削加工性能及淬火前的預(yù)熱處理，也是某些結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。

正火較退火的冷卻速度快，過(guò)冷度較大，其得到的組織結(jié)構(gòu)不同于退火，性能也不同。如經(jīng)正火處理的工件其強(qiáng)度、硬度、韌性較退火為高，且生產(chǎn)周期短、能量耗費(fèi)少，故在可能情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火處理。

3.鋼的淬火工藝

淬火是將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。其目的是為了提高鋼件的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，多用于各種工模具、軸承、零件等。

4.鋼的回火工藝

回火按不同的加熱溫度可分為：

(1)低溫回火。

(2)中溫回火。

(3)高溫回火。

(三)熱處理方法的選擇

焊后熱處理一般選用單一高溫回火或正火加高溫回火處理。對(duì)于氣焊焊口采用正火加高溫回火處理。這是因?yàn)闅夂傅暮缚p及熱影響區(qū)的晶粒粗大，需細(xì)化晶粒，故采用正火處理。然而單一的正火不能消除殘余應(yīng)力，故需再加高溫回火，以消除應(yīng)力。單一的中溫回火只適用于工地拼裝的大型普通低碳鋼容器的組裝焊縫，其目的是為了達(dá)到部分消除殘余應(yīng)力和去氫。絕大多數(shù)場(chǎng)合是選用單一的高溫回火。高溫回火溫度范圍為500～780℃(一般要求不超過(guò)800℃)，熱處理的加熱和冷卻力求內(nèi)外壁均勻。

二、焊后熱處理的加熱方法

(一)感應(yīng)加熱

(二)輻射加熱

輻射加熱由熱源把熱量輻射到金屬表面，再由金屬表面把熱量向其他方向傳導(dǎo)。所以，輻射加熱溫度差別大，其加熱效果較感應(yīng)加熱為差。輻射加熱常用火焰加熱法、電阻爐加熱法、紅外線加熱法。