热处理温度对钢组织性能影响
不同温度正火对中碳低合金钢显微组织和力学性能的影响
摘要：不同温度下正火可以改变材料的显微组织和力学性能。利用维氏硬度计，扫描电子显微镜（SEM），万能试验机等设备来分析不同正火温度对中碳低合金钢的组织及力学性能的影响是非常必要的。通过试验分许可知，随着正火温度的升高，显微组织晶粒略有长大，但珠光体组织显著的由条状转变为团块状。正火材料的显微组织均由珠光体和铁素体构成；随着正火温度的升高，材料抗拉强度呈单调增加趋势，尤其是正火温度由810℃上升到840℃，抗拉强度发生急剧变化。这归因于材料中的珠光体团有足够的时间由条状转换为团块状。随着正火温度的升高，尽管冲击韧性具有一定的波动，但总体呈增加趋势；当正火温度为840℃，奥氏体化时间为30min,可获得性能良好的K55钢，组织由珠光体和铁素体构成，0℃时冲击吸收功大于104J，抗拉强度为718Mpa, 满足API SPEC 5CT标准对K55钢级别性能的要求。
关键词：显微组织；正火处理；断口；拉伸性能；冲击韧性
The effect of different normalizing temperature on microstructure and mechanics properties of medium carbon low-alloy
Abstract: Different normalizing temperature leads to many changes on the microstructure and mechanical properties of metallic material. It is necessary to analyze what are the effects of different normalizing temperature on microstructure and mechanics properties of medium carbon low-alloy by Vickers hardness tester, Scanning electron microscope(SEM) and universal testing machine .It is Clearly known that as normalizing temperature increases, the size of the microstructure crystallite slightly grow up, at the same time，the shape of pearlite changes from strip-type to round state significantly . Normalizing material microstructure is constitute of pearlite and ferrite; The tensile strength of specimen is increasing from beginning to end, especially the tensile strength increases sharply while the normalizing temperature rise from 810℃ to 840 ℃. It is attributed to the pearlite having enough time to grow up and change from strip-type to round state. However，the overall trend of impact toughness is increasing with the normalizing temperature rising except a little fluctuations ; when normalizing temperature is 840 ℃, and the time of austenization as long as 30min, it can obtain the steel K55 with the good mechanics properties，it is constitute of ferrite and pearlite , the value of impact energy is greater than 104J at 0 ℃ impact testing , its tensile strength is 718 Mpa which meets the property requirements for API SPEC 5CT of K55 steel .
Key word：microstructure；normalizing treatment；fracture surface；tensile property ；impact toughness
目录
1 绪论 (1)
1.1 套管钻井的概述 (1)
1.1.1 套管钻井技术的简介 (1)
1.1.2 套管钻井的优点 (1)
1.1.3 国外套管钻井技术的发展及应用 (2)
1.1.4 国内套管钻井技术发展及应用 (3)
1.2 热处理工艺 (5)
1.2.1 热处理基本概念 (5)
1.2.2 回火的种类及应用 (5)
1.2.3 回火的目的 (6)
1.2.4 退火的类型及作用 (6)
1.2.5 正火 (7)
1.2.6 退火和正火的区别及选择 (8)
1.3 本论文研究的意义 (8)
2 试验设备和方法 (10)
2.1 试验材料 (10)
2.2 试验设备 (10)
2.2.1 箱式电阻炉 (10)
2.2.2 维氏硬度计 (10)
2.2.3 金相显微镜 (11)
2.2.4 扫描电镜 (11)
2.2.5 万能试验机 (12)
2.2.6 冲击试验机 (13)
2.3 试验方法 (13)
2.3.1 热处理工艺 (13)
2.3.2 维氏硬度试验 (14)
2.3.3 金相试验 (16)
2.3.4 材料成分分析 (17)
2.3.5 拉伸试验 (18)
2.3.6 冲击试验 (20)
3 试验数据及结果分析 (22)
3.1 显微组织分析 (22)
3.2 拉伸性能分析 (24)
3.3 冲击性能分析 (25)
3.4 断口形貌分析 (27)
3.4.1 拉伸断口形貌分析 (27)
3.4.2 冲击断口形貌分析 (28)
4 结论 (30)
参考文献 (31)
致谢.......................................................................................................... 错误！未定义书签。
1 绪论
1.1 套管钻井的概述
1.1.1 套管钻井技术的简介
早在20 世纪50 年代就有人设想用套管代替钻杆来完成钻井作业。但受当时的技术和装备条件的限制，很难实现这一设想。在20 世纪90 年代，由于新技术、新材料以及电子技术的大发展，促进了石油开采技术不断发展，一大批钻井新工艺、新工具、新装备涌现出来，套管钻井技术再一次被人们提出来。加拿大Texco 公司1996 年进行了第一口套管钻井的试验井，该井为试验场地井，用95/8″套管钻进了150 米。到2000 年底Texco 公司采用套管钻井技术一共完成了20 多口开发井，取得了良好的经济效益。套管钻井与常规钻杆钻井相比具有明显的优势，它是钻井工程的一次技术性革命，它能为油田经营者带来巨大的经济效益[1]。
套管钻井技术是指在钻井过程中，直接利用套管代替钻杆串来完成钻井作业，即用套管代替钻杆和钻铤来对钻头施加扭矩和钻压，一边钻进一边下套管，完钻后作钻柱用的套管留在井内作完井用。套管钻井技术将钻进和下套管合并成一个作业过程，钻头和井下工具的起下在套管内进行，不再需要常规的起下钻作业。整个钻井过程不再使用钻杆、钻铤等，钻头是利用钢丝绳投捞，在套管内实现钻头升降，即实现不提钻更换钻头、钻具。因此套管钻井能够节省起下钻时间，提高效率，并大量节省钻具的采购、运输、检验、维护、更换等过程中的人力、物力等费用，大幅度节约钻井成本。套管钻井方式分两种，一是采用套管旋转钻进，动力源来自于地面驱动装置，扭矩通过套管传递给钻头，这种方式对套管及其螺纹连接强度要求较高；二是采用井下动力钻具钻进，这种方式使套管的受力状况有所改善。
1.1.2 套管钻井的优点
目前，套管钻井技术主要用于表层套管及技术套管的钻进，它是钻井工程的一次技术性革命，经济效益显著。相对于常规钻井，套管钻井技术有以下优点[2-3]:
(1) 钻进时间。常规钻杆钻井更换钻头或改变井下钻具组合时(见图1-1)，需将钻杆提出井眼，花费大量的起下钻时间。套管钻井是采用钢丝绳起下钻，要比常规钻杆起下钻快5~10 倍，因此，因起下钻套管钻井要比常规钻杆钻井提高有效生产时间25~30%。
(2) 减少井下事故。因井眼内地层膨胀和井壁坍塌等原因，造成卡钻事故。由于套管钻井的井筒自始至终有套管伴随到底，大大减少了常见的地层膨胀、井壁坍塌、冲刷井壁、井筒键槽和台阶。因此，套管钻井可大幅度地降低钻井卡钻事故率。
(3) 改善井控状况。钻具起钻时产生抽汲作用，将诱发井喷，由于套管钻井时井筒
内始终有套管，也不再有起下钻杆时对井筒的抽汲作用。因此，由起钻诱发井喷状况大为改善。
(4) 保持起下钻时泥浆的连续循环。由于套管钻井在动力水龙头上安装了液压式缆绳防喷器和钢丝绳密封装置。可以保证起下钻时泥浆的连续循环，防止了钻屑沉积、井壁掉块、井涌等井下事故的发生。
(5) 改善水力参数、环空上返速度和清洗井筒状况。由于套管的内径比钻杆大，沿程水力损失大为减小。从而减小了钻机泥浆泵的配备功率。环行空间的减小提高了泥浆上返速度，改善了携屑状况。
(6) 可以减小钻机尺寸，简化钻机结构、降低钻机费用。由于水力参数的改善，钻机泥浆功率有所下降，因此，钻机的运行成本有所下降；由于套管钻井可以取消二层平台和钻杆排放区域，因此，井架高度可以减小，底座的重量可以减轻。对于钩载巨大的深井钻机而言，套管钻井所用钻机比钻杆钻井所用钻机从结构上、重量上要简单得多。因此，钻机成本和钻机运行费用将大幅度减少。由于钻机更加轻便，易于搬迁和操作，人工劳动强度及费用都将减少。
(7) 节省与钻杆和钻铤有关的采购、运输检验、维护和更换等过程有关的大量人力、物力与费用。综合以上优点可以看出，套管钻井工艺是一种全新的钻井工艺，可以大量节省钻井器材，缩短钻井和完井时间，大大减少钻井费用，其经济效益将十分显著，将是未来钻井工程的一个重要的发展方向。
图1-1 套管钻井井下工具串
1.1.3 国外套管钻井技术的发展及应用
1.1.3.1 Tesco套管钻井系统
Tesco套管钻井系统以常用的油田生产套管作为钻杆进行钻井和下套管作业。通过钻具组合上部的钻井锁对钻具和套管进行机械连接(轴向和扭矩)和液压密封。同时在套管柱处安装了1个嵌入和取出的机械装置。钻井锁下边的钻具组合最下部是导向钻头，有时也可能包括其他常规钻柱组件，如管下扩眼器、泥浆马达、取芯工具或导向系统等。在定向井钻进中，井下钻具组合还包括弯外壳井下马达和随钻测量仪，诸如随钻测井或取芯设备等其他工具也可以同时下井。
Tesco公司自1995年起开始套管钻井技术研究，其出发点就是节省钻井时间，降低
钻井成本。液压技术和液压设备是该公司的技术专长，为此，该公司专门设计和开发出了一种全液压套管钻井车载钻机。1998年6月中旬， Tesco公司在其研究开发中心院内钻了第一口套管钻进试验井，耗资400 ×104 美元，随后又在该井中钻了1个定向井眼和1个侧钻井眼。后来该公司又在大院内完成了另外1口试验井，用套管钻井技术钻成1个水平井眼和1个S形井眼。2 口井先后用<229. 2mm、<193. 7mm、<177. 8mm、<139. 7mm 和<114. 3mm共5种规格的套管钻进，总进尺达2 774m，证明了套管钻井的可行性。
Tesco公司已基本形成了一套颇具特色的配套设备和套管钻井工艺技术，并进入工业应用阶段，可用<114. 3～<330. 6mm 7种规格的套管钻进。1999年上半年，陆续在加拿大的艾尔伯塔省进行了数口浅层直井的现场应用，此后又完成了1口定向井，以进一步评价、改进套管钻井技术及其工具。在实际生产中，该公司不断改进工具并扩大钻井用套管的尺寸，又钻成了数口定向井和水平井，并进行了取芯作业。2000年以来，该公司先后与美国雪佛龙公司、荷兰壳牌公司、阿曼石油发展公司(PDO)等合作，在墨西哥湾、阿曼、北海等地区20多口井中成功实施了套管钻井作业。从1999年到2005年，加拿大Tesco公司利用套管钻井技术共钻井300多口，其中定向井12口[5]。
1.1.3.2 Weatherford套管钻井系统
Weatherford套管钻井系统与Tesco套管钻井系统原理及设备基本相同，但Weatherford套管钻井系统更侧重表层(或技套)的施工，立足于1只钻头打完全部进尺，而不在套管内起下工具串。其所用PDC钻头为特制，胎体由易钻材料制成，通过1个特殊装置(投球丢手)与套管相接。套管内可预先放置易钻固井浮箍(简易承托环) ，钻至预定井深后，利用特殊装置将下部钻头胀裂，然后进行固井作业。下次开钻时可将钻头体方便地钻碎，由钻井液携带至地面排除。进行生产层钻井时钻头可直接与套管下部接箍连接，钻至设计井深后和生产套管一起进行固井，不必与套管分离。Weatherford公司的套管钻井技术应用比较广泛，国内外已经应用了300多口井，均取得了较好效果。
泛美石油公司( PEA)应用Weatherford套管钻井技术在位于阿根廷南部的龙丘油田( cerrodragon)广泛采用套管钻井技术新钻开发井，获得了新的产能。泛美石油公司对5口新井实施了套管钻井。试验取得了非常满意的结果:这5口井的平均钻深为2150m，与常规钻井相比，钻井时间大大缩短，采油效果显著提高，在老油田提高产能方面取得了新的突破[6]。
1.1.4 国内套管钻井技术发展及应用
套管钻井技术课题是国家863计划“先进钻井技术与装备”的研究课题，于2006年12月经国家科技部批准立项，由吉林油田集团公司作为依托单位承担此课题，并由其他4个单位协作完成。
吉林油田应用勘探开发研究院针对开发钻井浅的特点，建立了适应转盘钻井驱动方式的浅开发井套管钻井工具配套系统，自主研发的套管钻井技术，包括套管驱动头、超
短圆螺纹对顶承扭接箍、专用承扭保护器、钻头连接器、抗粘扣型螺纹密封脂等5项专利技术，成功解决了国内陆上油田在现有装备条件下实施套管钻井的难题。同时，运用套管钻井技术进行了8口井的套管钻井现场试验。该项目首创了国内套管钻井实现主力油层裸眼测井的工艺技术，在国内首次完成了井深1 000m以上套管钻井现场试验。
大港油田从2003年开始进行套管钻井技术的研究，在国内首次开发了陆上油田表层套管(<339. 7mm)钻井工艺，该项技术填补了国内在该领域的空白。同时，该公司还研发了具有自主知识产权的套管钻井工具(339. 7mm套管驱动器) ，独立研制了套管钻井用431. 8mm (17 in)钻鞋，在国内尚属首创，并在理论研究基础上，率先进入工业性生产，填补了国内无套管钻鞋这一空白。在开发井的<339. 7mm表层套管钻井中使用Weatherford公司BBL的套管钻井技术，在渤海湾赵东油田一次成功完成钻井22口，总进尺5 626m，最高单井平均机械钻速231. 1m /h，刷新了套管钻井的世界记录，这也是套管钻井技术首次在国内大规模的应用。2007年1月完成了庄海4X1人工井场13口井顶部驱动表层套管批钻(用同一部钻机在同一井区集中完成表层套管、技术套管或油层套管的钻井方式)。2007年7月在舍女寺区完成第一口转盘驱动钻机套管钻井试验。
为了降低钻井成本，实现外围未动用储量经济有效地开采，大庆油田开展了表层套管钻井技术的试验研究，包括套管钻井总体方案及工艺、套管串结构及其附件、井下钻具及固井专用工具的开发研究。实现了非顶驱钻机条件下表层套管钻井所需的设备改造，完成了表层和油层套管钻井所需仪器的配套、<339. 7mm和<273. 1mm 2种规格表层套管钻井所需工具和管串的研制，并在4口井进行了表层套管钻井试验，其中<339. 7mm 表层套管钻井试验井1口，<273. 1mm表层套管钻井试验井3口。在套管钻井过程中，大庆油田自行研制的设备、仪器、工具及与之配套的工艺技术均证明是成功的，套管钻井的平均机械钻速高于常规钻井，缩短了钻井周期。
2004年，胜利油田在海洋钻井公司的垦东341井应用套管钻井技术进行了表层套管钻井，该井设计井深2 350m，使用套管钻井完成了459. 62m的表层套管井深，机械钻速达26. 3m /h，比常规钻井速度提高45%，这是中国石油化工集团公司套管钻井技术的首次应用。
2007年，大港油田在滩海地区埕海一号人工井场应用Weatherford公司套管钻井技术，通过在导管上安装快速连接套管头装置进行无钻机固井，与套管钻井交叉施工，完成了13口井<339. 7mm表层套管段的钻井作业。13口井表层套管段平均井深320. 49m，总进尺4 166. 40m，平均机械钻速83. 33m /h，单井平均机械钻速最高127. 28m /h，平均每天完成1. 5口井，创造了该区块的最高指标。在K45 - 50井利用转盘套管钻井技术，机械钻速达228. 0m /h，均创造了大港滩海地区套管钻井的新纪录。
2008年3月份，为确保在冀东油田施工的每一口井成功，中国石油集团公司海洋工程有限公司1钻井平台积极推广新技术、新工艺，应用PDC钻头+导向马达成熟配套钻井技
术，大大提高了钻井速度，缩短了钻井周期，连创日进尺上千米的高纪录；应用Weatherford套管钻井技术，使机械钻速指标不断刷新；应用无候凝固井和尾管固井不留水泥塞新技术，比采用普通尾管固井技术缩短完井时效2天以上；加强泥浆管理，合理选择钻井液体系，有效避免了井下复杂事故的发生，达到了完井电测一次性到底的理想效果[7-10]。
1.2 热处理工艺
1.2.1 热处理基本概念
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
（1）退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。
（2）正火：指将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上，30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。
（3）淬火：指将钢件加热到Ac3 或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。
（4）回火：指钢件经淬硬后，再加热到Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等[11]。
（5）调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。
1.2.2 回火的种类及应用
根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：（1）低温回火（150－250℃）
低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的
切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58－64。
（2）中温回火（250－500℃）
中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－50。
（3）高温回火（500－650℃）
高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200－330[12]。
1.2.3 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。
1.2.4 退火的类型及作用
将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温到一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），获得接近平衡状态组织的热处理工艺。
钢的退火工艺种类很多，根据加热温度可分为两大类:一类是在临界温度(Ac1或Ac3)以上的退火，又称为相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火等，如图1-2所示。
（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[13]。
图1-2 各种退火和正火的加热范围
1.2.5 正火
1.2.5.1 正火热处理的特点
（1）提高低碳钢的硬度，改善切削加工性。
（2）细化晶粒改善组织（如消除魏氏组织、带状组织、大块状铁素体和网状碳化物）为最后热处理作组织准备。
（3）消除内应力，提高低碳钢性能，作为最后热处理
1.2.5.2 应用
主要用于低碳钢、中碳钢和低合金钢，对于高碳钢和高碳合金钢不常采用（仅当有网状碳化物时采用），因为高碳钢和高碳合金钢正火后会发生马氏体转变正火与退火比较，生产周期短，设备利用率高。另外，尚可提高钢的力学性能，因此，可根据材料和技术要求，在某些情况下用正火代替退火
1.2.5.3 分类
（1）高温正火
提高组织均匀性，改善切削性，提高强度、硬度、耐磨性，或消除白口及游离渗碳体；主要用于要求强度高，耐磨性好的球墨铸铁件；铸态组织中存在游离渗碳体时，正火温度取上限；含硅（Si）量较高的铸件应采用较快的速度冷却，以防出现石墨化现象（2）低温正火
低温正火可以获得良好的强度、韧性和塑性；主要用于强度、韧性要求较高，而对耐磨性要求不很高的球墨铸铁件；利用地方生铁熔铸球墨铸铁时，由于含硫、磷量较高，而难以保证塑性、韧性指标。采用低温正火恰好可以弥补由此而引起的塑性、韧性的不
足[14-15]。
1.2.6 退火和正火的区别及选择
1.2.6.1 退火与正火的主要区别：
（1）正火的冷却速度比退火稍快，过冷度较大。
（2）正火后所得到的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。
1.2.6.2 退火与正火的选择：
（1）含碳量＜0.25％的低碳钢，通常采用正火代替退火。因为较快的冷却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能；用正火可以提高钢的硬度，低碳钢的切削加工性能（见图1-3）；在没有其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒，提高低碳钢强度。
图1-3 热处理与切削工艺性的关系
（2）含碳量在0.25～0.5％之间的中碳钢也可用正火代替退火，虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高。
（3）含碳量在0.5～0.75％之间的钢，因含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。
（4）含碳量＞0.75％的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火消除[16-17]。
1.3 本论文研究的意义
目前，金属材料是机械工业中应用最广泛的材料，它在机械设备所用材料中居首位。套管钻井是近年来在石油领域发展较快的新的钻井技术，它具有效率高，成本低，可重复使用的特点。然而套管钻井设备对材料的性能要求非常严格，在强度，抗冲击性能和疲劳及耐腐蚀等方面有求更高。
套管钢在实际使用过程中常常受到CO2腐蚀介质的腐蚀，特别是点蚀，引起管体或局部区域的力学性能下降，甚至失效或报废[18-20]。同时还受到来自轴向、横向、扭曲、内压、外压、弯曲等各种形式的应力作用，加速了管体的腐蚀破坏和失效[21].因此
研究套管钢或管材的力学性能及变形和热处理对它的影响，对其在石油工业的实际应用、安全性评、寿命预测和腐蚀行为等方面具有重要的工程价值和实际意义。
热处理能够通过改变金属材料的组织来改善金属材料的性能。因此，在用金属材料制造机械零件时通常要进行热处理。热处理不仅能将金属材料变得更加容易制造，还能使零件和工具获得所要求的性能。关键零件的热处理尤为重要，它若不热处理或热处理不当，不仅使寿命低还可能造成严重事故。因此，热处理通常是机器制造过程中必不可少的工序，是挖掘材料潜力、降低生产成本、提高产品质量的重要工艺方法。因而只有选择合理的热处理工艺才能满足相应的性能要求。热处理工艺的基础是淬火，回火，正火和退火。这四种热处理方法的作用以及对材料组织及性能的影响是我们研究的关键。选择合理的热处理工艺可以提高材料的组织和性能，从而满足特定的工作环境和力学要求。
本实验主要研究中碳低合金钢在不同温度下正火处理的组织及性能的变化。通过分析其力学性能和显微组织在不同条件下的状况，达到改善其组织及力学性能的目的，为套管钻井的施工和安全提供保障。
2 试验设备和方法
2.1 试验材料
试验材料由中石油西安管材研究所提供的，材料为中碳低合金钢。
2.2 试验设备
2.2.1 箱式电阻炉
本实验的热处理工艺是通过利用箱式电阻炉完成的(见图2-1)。
图2-1 箱式电阻炉
2.2.2 维氏硬度计
数显维氏硬度计HVS-50 (图2-2)采用先进的无摩擦主轴结构，保证试验的准确可靠，
图2-2 HVS-50数显维氏硬度计
可进行多种硬度值自动转换，实现了试验过自动化，硬度值自动显示、打印输出。数显维氏硬度计HVS-50 主要用于测定黑色金属、有色金属、硬质合金及表面渗碳、渗氰层维氏硬度。
2.2.3 金相显微镜
MEF4M金相显微镜及图像分析系统（见图2-3），用于鉴别和分析各种金属和合金的组织结构。是金属材料检验及金属材料处理后的金相组织的分析研究等工作的良好工具。
图2-3 Axiovert 405M金相显微镜
2.2.4 扫描电镜
本次试验，采用JEOL-6390A型扫描电镜（见图2-4）。
（1）基本原理：从电子枪发出的电子束经过两级聚束镜、偏转线圈和物镜后，照射到样品上。扫描电镜的初级束和显像管的显示电子束作同步扫描，扫描电镜初级束与样品相互作用激发的某些物理信号经放大后调制显像管的亮度。初级束打在样品上可产生下列信号：二次电子、背散射电子、特征X射线等。根据不同的工作模式可得到：二次电子像和背散射电子像，以及能谱图。
（2）用途：扫描电镜（SEM）可应用于材料科学、金属材料、陶瓷材料半导体材料、化学材料、医药科学以及生物等领域。进行显微形貌分析、成分的常规微区分析、元素定量、定性成分分析、实时微区成分分析、快速的多元素面扫描和线扫描分布测量、显微结构分析、空间分辨率亚微米级、晶界的状态测量、晶体/晶粒的相鉴定、晶体、晶粒取向测量等。
（3）优点：其强度与原子序数没有明确的关系，而仅对微区表面相对于入射电子束的位相十分敏感；二次电子像分辨率比较高，特别适用于显示形貌衬度[22]。
图2-4 JEOL-6390A型扫描电镜
2.2.5 万能试验机
本次试验中，万能材料试验机是用来进行试样的拉伸试验的（见图2-5）。
该试验机具有以下特点：
图2-5 CMT5105微机控制万能试验机
（1）高性能的负荷机架。门式力系框架、重量轻、刚度高，高速大载荷下运行平稳；
（2）先进的机械传动机构。传动系统效率高于70%，传动平稳，噪音低；
（3）用途广泛，功能多。适用于金属、非金属、复合材料的拉伸、压缩、弯曲试验；
（4）具有力、变形、位移三种控制方式，并可有控制过程中进行转换；
（5）具有多种保护功能。如驱动系统过流、整机超载及动横梁位置极限保
护等；
2.2.6 冲击试验机
冲击试验机（见图2-6）用于测定金属材料在低温动负荷下抵抗冲击的性能。电动扬摆、冲击，并可利用冲断试样后的剩余能量自动扬摆，做好下次试验准备，工作效率高。
冲击试验中的冲击载荷，可以由落锤产生，也可以用摆锤产生，常规使用的是摆锤式冲击试验机。落锤可以产生较大的冲击能量，适用较大尺寸试样。
图2-6 冲击试验机
在常规冲击试验中又分为两种类型：一种是简支梁式的三点弯曲试验，又称为夏比（Charpy）冲击试验；另一种是悬臂梁式冲击弯曲试验，又称为艾佐（Izad）冲击试验。我国使用较普遍的是夏比冲击试验。在本次试验中，采用的是夏比V型缺口试样，进行夏比冲击试验。
2.3 试验方法
2.3.1 热处理工艺
本论文中的试验试样都是经过正火处理过的，为了探究不同温度的正火试样的组织及力学性能之间的变化，我们采用了5个不同温度从750℃开始每增加30℃作为一个正火温度（见表2-1至2-3）。正火试样分三大类，第一类用于观察金相组织的，每一个温度一个试样；第二类用于拉伸试验，观察其不同温度下的拉伸性能，每一个温度两个试样；第三类用于冲击试验，检测其冲击吸收功，从而计算其冲击韧性确定其冲击性能级别，每组三个试样。试验时，在所要处理的5个温度段，分别将试样置于设定好的电阻炉内温度误差为1到3℃。将试样放入炉内后待温度升至设定温度时开始计时保温，保温时间为2小时，然后用火钳取出置于散热板上放在定的电阻炉旁，进行空冷。这样
做的目的是为了降低冷却速率，使奥氏体化尽可能充分，从而获得更接近平衡组织的材料。X表示显微组织，L表示拉伸试样，C表示冲击试样。
表2-1 显微组织正火试样
X20X20750℃正火
X21X21780℃正火
X22X22810℃正火
X23X23840℃正火
X24X24870℃正火
750℃正火
L21-1L21-2L21780℃正火
L22-1L22-2L22810℃正火
L23-1L23-2L23840℃正火
L24-1L24-2L24870℃正火
表2-3 正火处理冲击试样
C20-1C20-2C20-3C20750℃正火
C21-1C21-2C21-3C21780℃正火
C22-1C22-2C22-3C22810℃正火
C23-1C23-2C23-3C23840℃正火
C24-1C24-2C24-3C24870℃正火
2.3.2 维氏硬度试验
2.3.2.1 维氏硬度试验原理
维氏硬度试验是用一个相对面夹角为136°的正四棱锥体金钢石压头以规定的试验力F 压入试样表面，经保持规定时间后，卸除试验力，测出压痕表面积，维氏硬度值是试验力F 与压痕表面积S 之比，即HV = F/ S ，其试验原理如图2-7，2-8 所示[23-24]。
（2—1）
HV—维氏硬度值
d—两压痕对角线长度d1和d2的算术平均值，mm。
图2-7 压痕示意图图2-8 试验原理
2.3.2.2 维氏硬度的表示方法
维氏硬度表示为HV，维氏硬度符号HV前面的数值为硬度值，后面为试验力值。标准的试验保持时间为10～15S。如果选用的时间超出这一范围，在力值后面还要注上保持时间。例如：
600HV30—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间10～15S时得到的硬度值为600；600HV30/20—表示采用294.2N（30kg）的试验力，保持时间20S时得到的硬度值为600。
2.3.2.3 维氏硬度试验的分类和试验力选择
（1）维氏硬度试验按照试验力大小的不同，细分为三种试验，即：维氏硬度试验、小负荷维氏硬度试验和显微维氏硬度试验。见表2-4
表2-4 维氏硬度试验的三种方法
试验力的范围/N 硬度符号试验名称F≥49.03≥HV5维氏硬度试验
1.961≤F<49.03HV0.2～ 0.09807≤F<1.961HV0.01～ （2）维氏硬度试验力的选择关系到试验的准确性，因而不可忽视。见表2-5 表2-5 维氏硬度试验力选择参照表 2.3.2.4维氏硬度试验的优缺点 （1）维氏硬度试验的优点 1）维氏硬度试验的压痕是正方形，轻廓清晰，对角线测量准确，因此，维氏硬度试验是常用硬度试验方法中精度最高的，同时它的重复性也很好，这一点比布氏硬度计优越。 2）维氏硬度试验测量范围宽广，可以测量目前工业上所用到的几乎全部金属材料，从很软的材料（几个维氏硬度单位）到很硬的材料（3000个维氏硬度单位）都可测量。 3）维氏硬度试验最大的优点在于其硬度值与试验力的大小无关，只要是硬度均匀的材料，可以任意选择试验力，其硬度值不变。这就相当于在一个很宽广的硬度范围内具有一个统一的标尺。这一点又比洛氏硬度试验来得优越。 4）维氏硬度试验的试验力可以小到10gF，压痕非常小，特别适合测试薄小材料。（2）维氏硬度试验的缺点 维氏硬度试验效率低，要求较高的试验技术，对于试样表面的光洁度要求较高，通常需要制作专门的试样，操作麻烦费时，通常只在实验室中使用。 （3）维氏硬度计的应用 维氏硬度试验主要用于材料研究和科学试验方面小负荷维氏硬度试验主要用于测试小型精密零件的硬度，表面硬化层硬度和有效硬化层深度，镀层的表面硬度，薄片材料和细线材的硬度，刀刃附近的硬度，牙科材料的硬度等，由于试验力很小，压痕也很小，试样外观和使用性能都可以不受影响。显微维氏硬氏试验主要用于金属学和金相学研究。用于测定金属组织中各组成相的硬度，用于研究难熔化合物脆性等。显微维氏硬度试验还用于极小或极薄零件的测试，零件厚度可薄至3μm[25-26]。 2.3.3 金相试验 （1）金相试样的制备 第一步：取样 切取中碳钢钢材纵向截面的两种试样进行分析，其尺寸大约为10×10×10mm； 第二步：磨制 首先对切取的试样用锉刀或粗砂纸进行粗磨。再对粗磨过的试样进行细磨。用由粗到细的金相砂纸对金相试样进行细磨，手工操作时应注意，向一个方向前进； 第三步：抛光 细磨后用水冲洗试样再进行抛光，抛光时间不宜太长，到划痕完全消失为止。抛光后试样表面用水冲洗，浸以酒精； 第四步：侵蚀 将上面抛光好的试样用预先配置好的4%的硝酸酒精溶液侵蚀，侵蚀时间为5～10s。若侵蚀不足则继续侵蚀；但侵蚀过度时，则需重新抛光，再进行侵蚀[24]。 浙江 X X重型锻造有限公司 热处理中心 文件名称：热处理炉温度管理规定 文件编号：HT/GC-02-A 制定：日期：2010.9.10 审核：日期：2010.9.12 批准：日期：2010.9.15 版次：A/0 共3页受控号：生效日期：2010.9.15 热处理炉温度管理规定 1.目的 使热处理炉有效空间内加热的工件，其实际保温温度达到或接近热处理工艺规定，使热处理工艺稳定，以保证产品质量优良可靠。 2．温度控制 （1）热处理炉温度控制装置包括工作热电偶、补偿导线、温控仪及控制箱。 （2）工作热电偶允许误差如表1所示。当长期工作温度为900－1300℃时，选用铂铑－铂；400－900℃选用镍铬-镍硅（镍铬-镍铝）；＜400℃时选用镍铬-考铜。 表1 热电偶允许误差 （3）补偿导线，应根据热电偶型号配备，常用补偿导线如表2所示 表2 常用补偿导线 （4）温控仪的分度号设置应和热电偶一致。 （5）控制箱：一般情况下，用两位式控制箱（通一断调节）。在热处理工艺温度精度要求高时，可选用晶闸管调节（无触点连续调节）。 （6）安装位置：热电偶热端位置离被测表面的距离应该固定，安装牢靠。 （7）检定周期：工作热电偶检定周期，应根据工作条件（环境、工作温度、实际工作时间）确定。但检定周期不能超过1年。只有检定合格的热电偶才能使用。 （8）温度调节综合精度：应设专职仪表工负责温度调节装置的维护保养。温度调节系统（工作热电偶-补偿导线-温控仪）综合精度误差要求在下述范围以内： t ≤400℃±4℃ t ＞400℃±t/100℃ 推荐试验方法：以标准热电偶-专用补偿导线-直流电位差计（0.1- 0.2 级）为测量系统，标准热电偶放在工作热电偶同一位置。在稳定状态时，在同一时刻，读取温控仪和电位差计的温度值，在半小时内多次读取，取5 次最大的温度差值的平均值，即为温度调节精度误差。 试验周期：连续工作时，3－6月一次。 3.炉温均匀性 炉温均匀性指的是：空炉在额定温度和考核温度下，在热稳定状态时，同一时刻的有效工作空间内各点最低最高炉温差值。根据热处理工艺精度要求，炉温均匀性应在表3所规定的误差范围内。 表3 炉温均匀性误差 试验方法：现场可用简便方法，专用热电偶-专用补偿导线-直流电位差计（0.2-O.3级）为测量系统，选定前（近炉门）、中，后三点（三点都应在有效空间内）。在热稳定状态时，读取中点的最低温度值，并在同一时刻，读取其余两点的温度值，维持半小时，反复读数，取5 次最大温度差值，计算平均值，作为炉温均匀性误差值。专用热电偶，可以是标准热电偶，也可以是经过热电势检定标明误差的工业热电偶。 试验周期：1 年。大型热处理炉和新炉调整，应制定专门的试验方法和误差标准。 4．测温制度 测温指的是：测量炉膛内有代表性位置的实际温度（炉膛实际温度），和温控仪的示值比较，计算两者的误差值。热处理工艺温度应等于炉膛实际温度，温控仪的控制点（温度）应根据上述温度误差值修正。 试验方法：专用热电属-专用补偿导线-直流电位差计（0.3 级）为测量系统。热电偶热端放在炉膛内有代表性的位置。在热稳定状态时，在温控仪指到最低温度时，同一时刻，读取直流电位差计的数值（温度值）。在15-2Omin 内，5次读数，取其平均值作为炉膛实际温度，并计算炉膛实际温度与温控仪示值的温度误差值。 测量周期：测量应形成制度并经常化。在间断工作时，每次开炉应测温，在经常性、连续性工作时，推荐表4规定的周期。 微机温控柜安全操作规程 １．微机温控柜要在有热处理工作时才能打开，严禁随便开机、设置系统参数．作一切与热处理无关的操作。 ２．首次操作前，必须仔细阅读使用说明书，控温柜必须有专人负责管理。 ３．控制柜外壳必须有可靠的接地线，严禁带电操作。 ４．开机时先合空气开关，面板拨动开关置‘复位’挡，再按机箱电源开关按钮，等待计算机自检。 ５．待显示器上出现模拟时钟画面后，移动鼠标器，使光标指向屏幕上方的功能画面标题，按左按钮，屏幕出现热处理参数输入对话框，输入热处理参数，确认无误后，光标指向“结束”钮，按按钮开关退回时钟屏幕。 ６．接线不允许裸露金属，各路接线要有明显的标记区分，并仔细检查确认，并注意三相负载平衡。 ７．打开温度记录仪开关，将面板拨动开关置‘空白’档。 ８．得到开机信号后，光标选择‘运行显示’钮，出现运行显示画面，开启相应的热处理炉号。 ９．操作人员严禁擅自离开工作岗位，必须集中精力观察设备运行情况，严格按照热处理工艺要求操作。 10．发现热电隅或加热器有问题，可用光标选择“暂停运行”钮，停止该炉工作，待修复后，可用光标选择‘恢复运行’钮，使该炉继续 工作。 11．如发现机壳带电，控制柜内冒烟，有异常气味，应立即切断主电源，通知组长或有关人员，不得擅自拆修，排除故障后才能开机。12．控制柜工作时，严禁插、拔微机部分接插件，记录仪表墨水添加适当，仪表门必须关闭。 13．工作结束后关闭微机电源开关，切断主电源，关闭控制柜面板。14．认真做好设备运行记录。 微机温控柜保养规定 １．严禁与热处理无关人员进入操作室，存放与热处理无关的物品。２．操作室内要有专人负责，及时除尘、打扫，保持干净整洁。３．温控柜长期不用要定期查看、维护，保持室内长期整洁。 ４．夏季高温季节要安装空调器降温并每日进行通风换气。 ５．高温季节过后，即时折除空调器，对空调器进行妥善保管，严禁空调器私用。 ６．严禁在无热处理工作时使用微机或随意设定参数，做与热处理无关的事情。 ７．微机房内不得乱拉乱接电源线，下班后必须切断总电源开关。８．室内要有充足的照明，灯泡损坏要及时更换。 ９．操作室内一切工作用品．工具等不得外借或私自占用。 10．操作室移动或运输时要将控制柜固定，仪表各头锁定后才能进行。11．设备移位或调拨，必须通知工地机具管理员。 工具钢热处理工艺-组织-性能的系统分析 (综合性实验) 一、实验目的 1.掌握工具钢热处理中成分—工艺—组织—性能内在关系； 2.通过实验，掌握材料的系统分析方法。 3.了解工具钢不同工艺条件下的常见组织。 二、实验原理 工具钢主要用于制造各种切削刀具，模具和量具。所以要有高的硬度和耐磨性、高的强度和冲击韧性等。常用的工具钢有T10、9CrSi、Cr12MoV、W18Cr4V 等。T10是普通碳素工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体＋少量残余奥氏体。9CrSi是低合金工具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋颗粒状碳化物渗碳体。Cr12MoV是模具钢，淬火－回火态组织为：回火马氏体＋块状碳化物渗碳体。下面以高速钢为例，介绍其热处理工艺特点,显微组织与性能的关系。 铸态的高速钢的显微组织黑色组织为δ共析相；白色组织是马氏体和残余奥氏体；鱼骨状组织是共晶莱氏体。铸态高速钢的显微组织中，碳化物粗大，且很不均匀，不能直接使用，必须进行反复锻造。锻造后还须进行退火。退火的目的：①消除锻造应力，降低硬度便于切削加工；②为淬火组织做好组织上的准备。因为原组织为马氏体、屈氏体、或索氏体的高速钢，未经退火，淬火时可能引起萘状断口。退火温度宜为860～880℃，加热时间为3～4小时左右，为了缩短退火时间，一般采用等温退火，即：860～880℃加热3～4小时，炉冷到700～750℃等温4～6小时。锻造退火组织：在索氏体基体上分布着粗大的初生碳化物和较细的次生碳化物（碳化物呈白亮点）。 高速钢的淬火工艺的特点：主要是加热淬火温度高。目的是尽可能多的使碳和合金溶入奥氏体。高速钢的淬火方法有油淬、分级、等温、空冷等。以W18Cr4V 为例，淬火温度在1270℃～1290℃，淬火组织是由（60～70%）马氏体和（25～30%）残余奥氏体及接近10%的加热时未溶的碳化物组成，晶粒度9～10级。硬度63～64HRC。当淬火温度不足，在1240℃～1260℃时，碳化物大部分未溶入奥 钢的热处理工艺设计经验公式 ------------根据经验公式确定热处理的保温温度------------ 1钢的热处理 1.1正火加热时间 加热时间t=KD （1） 式中t为加热时间(s); D使工件有效厚度（mm）； K是加热时间系数（s/mm）。 K值的经验数据见表1。 表1 K值的经验数据 1.2 正火加热温度 根据钢的相变临界点选择正火加热温度 +（100～150℃）（2）低碳钢：T=Ac 3 中碳钢：T=Ac +（50～100℃）（3） 3 +（30～50℃）（4）高碳钢：T=A Cm 亚共析钢：T=Ac +（30～80℃）（5） 3 共析钢及过共析钢：T=A +（30～50℃）（6） Cm 1.3淬火加热时间 为了估算方便起见，计算淬火加热时间多采用下列经验公式： t=a· K ·D︱ (不经预热) （7） t=(a+b)· K ·D︱(经一次预热) （8）t=(a+b+c)· K ·D︱(经二次预热) （9） 式中t—加热时间（min）； a—到达淬火温度的加热系数（min/mm）； b—到达预热温度的加热系数（min/mm）； c—到达二次预热温度的加热系数（min/mm）； K—装炉修正系数； D︱--工件的有效厚度（mm）。 在一般的加热条件下，采用箱式炉进行加热时，碳素钢及合金钢a多采用1～ 1.5min/mm；b为1.5～2min/mm（高速钢及合金钢一次预热a=0.5～0.3；b= 2.5～ 3.6；二 次预热a=0.5～0.3；b=1.5～2.5；c=0.8～1.1），若在箱式炉中进行快速加热时，当炉温较淬火加热温度高出100～150℃时，系数a约为1.5～20秒/毫米，系数b不用另加。 若用盐浴加热，则所需时间，应较箱式炉中加热时间少五分之一（经预热）至三分之一（不经预热）左右。工件装炉修正系数K的经验值如表2： 表2 工件装炉修正系数K 1.4淬火加热温度 按常规工艺, 亚共析钢的淬火加热温度为Ac 3 ＋（30～50℃）；（10） 共析和过共析钢为Ac 1 ＋（30～50℃）；（11） 合金钢的淬火加热温度常选用Ac 1（或Ac 3 ）＋（50～100℃）（12） 1.5回火加热时间 对于中温或高温回火的工件，回火时间是指均匀透烧所用的时间，可按下列经验公式计算： t=aD+b （13） 式中t—回火保温时间（min）； D—工件有效尺寸；（mm）； a—加热系数（min/mm）； b—附加时间，一般为10～20分钟。 盐浴的加热系数为0.5～0.8min/mm；铅浴的加热系数为0.3～0.5min/mm；井式回火电炉（RJJ系列回火电炉）加热系数为1.0～1.5min/mm；箱式电炉加热系数为2～ 2.5mim/mm。 1.6回火加热温度 钢的回火定量关系式很早就有人研究，其经验公式为： 钢的回火温度的估算, T=200+k(60-x) （14）式中: x —回火后硬度值,HRC； k—待定系数,对于45钢,x>30,k =11；x≤30,k=12。 大量试验表明，当钢的回火参数P一定时，回火所达到的工艺效果——硬度值或力学性能相同。因此，按传统经验式确定回火参数仅在标准态(回火1h)时方可使用，实际生产应用受到限制. 45热处理 推荐热处理温度：正火850，淬火840，回火 600. 45号钢为优质碳素结构用钢 ,硬度不高易切削加工,模具中常用来做 45号钢管 模板,梢子,导柱等,但须热处理。 1. 45号钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。 实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58） 1.45号钢要求硬度HRC40-50，是不是要淬火+低温回火？ 换算成布氏硬度大约是380～470HB，根据一般热处理规范，热处理制度与硬度关系大致如下：淬火温度：840℃水淬 回火温度：150℃回火，硬度约为57HRC；200℃回火，硬度约为55HRC；250℃回火，硬度约为53HRC；300℃回火，硬度约为48HRC；350℃回火，硬度约为45HRC；400℃回火，硬度约为43HRC；500 ℃回火，硬度约为33HRC；600℃回火，硬度约为20HRC 一般情况下热处理工艺都指标准范围内中间成分，且热处理温度都存在一个调整范围，如成分在范围内存在偏差，可以相应调整淬火温度和回火温度 2 1.临界温度指钢材的奥氏体转变温度。不同含量的钢材有着不同的临界点，但临界点有着一个范围内的浮动，所以下临界点温度指的就是奥氏体转变的最低温度。 2. 常用碳钢的临界点 钢号临界点 (℃) 20钢 735-855 (℃) 45钢 724-780 (℃) T8钢 730 -770(℃) T12钢 730-820 (℃) 3 20Cr，40Cr，35CrMo，40CrMo，42CrMo：正火温度850-900℃，45号钢正火温度850℃左右。 4 20CrMnTi Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 740 825 680 730 5 Cr12MoV热处理知识 Cr12MoV钢是高碳高铬莱氏体钢，常用于冷作模具，含碳量比Cr12钢低。该钢具有高的淬透性，截面300mm以下可以完全淬透，淬火时体积变化也比Cr12钢要小。 其热处理制度为：钢棒与锻件960℃空冷 + 700～720℃回火，空冷。 最终热处理工艺： 1、淬火： 第一次预热：300～500℃， 第二次预热840～860℃； 淬火温度：1020～1050℃； 冷却介质：油，介质温度：20～60℃， 冷却至油温；随后，空冷，HRC=60～63。 2、回火： 经过以下淬火工艺，可以达到降低硬度的作用，具体回火工艺如下： 加热温度400～425℃，得到HRC=57～59。 说明：在480--520度之间回火正好是这种钢材的脆性回火区，在这个区间回火容易使模具出现崩刃。最为理想的回火区间在380--400℃，这个区间回火，韧性最好，并且有良好的耐磨性。如果淬火后，采用深冷处理（理想的温度是零下120）与中温回火相结合，会得到良好使用效果和高寿 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 五退火--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要工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 (二)．淬火 为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、速冷。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)．回火 1为经济的防火方法。 四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。 目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。 （2）常用火焰喷涂塑料材料及性能 塑料种类很多，根据塑料受热的性能，可分为热塑性塑料及热固性塑料两大类。火焰喷涂用塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成，这些改性材料，包括各种填料、颜料、流平剂、增韧剂等。通过改性，使塑料粉末容易进行火焰喷涂。使制成的涂层具有所要求的颜色和各 表1聚乙烯粉末涂层的物理化学性能 注：试验采用 1.5m钢板，涂后在30～35℃条件下、酸碱浸渍10d溶剂油类分别浸渍30d 和100d后测试。 聚乙烯粉末涂层与其它涂层性能比较见表 2 表2聚乙烯等其它品种粉末涂层的性能比较 2、尼龙(聚酰胺) 尼龙是一种应用很广的热塑性塑料，最高应用温度为 80～120℃，最低使用温度为-50～-60℃。 尼龙具有良好的耐蚀性，十分耐碱和大多数盐水、稀酸。但不耐强酸和氧化性酸的腐蚀。对烃、酮、酯、油类抗蚀能力良好，不耐酚和甲酸的腐蚀。 钢的热处理 第一章钢的热处理 热处理工艺包括：将钢材或钢制件加热到预定温度，在此温度下保温一定时间。然后一定的冷却速度冷却下来，达到热处理所预定的对钢材及钢制件的组织与性能的要求。 1□□钢的加热 1.1□制定钢的加热制度 加热温度、加热速度、保温时间。 1.1.1加热温度的选择 加热温度取决于热处理的目的。热处理分为：淬火、退火、正火、和回火等。 淬火的目的是为了得到细小的马氏体组织，使钢具有高的硬度； 退火及正火的目的是获得均匀的珠光体组织，因此其加热温度不同。在具体制定加热温度时应按以下原则：热处理工艺种类及目的要求；被加热钢材及钢制件的化学成分和原始状态；钢材及钢制件的尺寸和形状以及加热条件来制定。对于碳钢及低合金钢的加热温度：亚共析钢淬火温度：A C3以上30～50℃； 过共析钢淬火温度：A C3以上30～50℃； 亚共析钢完全退火：A C3以上20～30℃； 过共析钢不完全退火：A C3以上20～30℃； 正火A C3或A CM以上30～50℃； 1.1.2加热速度的选择 必须根据钢的化学成分及导热性能；钢的原始状态及应力状态；钢的尺寸及形状来确定加热速度。如钢的原始状态存在着铸造应力或轧煅热变形残余应力时，在加热是应特别注意。对这类钢要特别控制低温阶段的加热速度。钢的变形与热裂倾向是以钢的化学成分及原始状态不同而不同，主要有以下几点： a) 低碳钢比高碳钢热烈倾向小； b) 碳钢比合金钢变形开裂倾向小； c) 钢坯和成品件比钢锭变形和开裂倾向小； d) 小截面比大截面的钢变形和开裂倾向小。 1.1.3钢在加热时的缺陷 a) 过热：过热就是由于加热温度过高，加热时间过长使奥氏体晶粒过分长大。粗大的奥氏体晶粒在冷却时产生粗大的组织，并往往出现魏氏组织，结果是钢的冲击韧性、塑性明显下降。已过火的钢可以在次正火或退火加以纠正。 b) 强烈过热：加热温度过高或加热保温时间过长，使氧或硫沿晶界渗入钢中或者钢中的 铸造 1.熔融的液态金属填满型腔冷却。制件中间易产生气孔。 2.把金属加热熔化后倒入砂型或模子里，冷却后凝固成为器物。 3.铸造对被加工才料有要求，一般铸铁、铝等的铸造性能较好。铸造不具备锻造的诸多优点，但它能制造形状复杂的零，因此常用于力学性能要求不高的支称件的毛丕制造。例如机床外壳等。 锻造 1.主要是在高温下用挤压的方法成型。可以细化制件中的晶粒。 2.用锤击等方法，使在可塑状态下的金属材料成为具有一定形状和尺寸的工件，并改变它的物理性质。 3.锻造时，金属经过塑性变形，有细化晶粒的做用，切纤维连续，因此常用于重要零件的毛丕制造，例如轴、齿论等。 热处理 热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间，然后用一定速度冷却，以改变金属的组织结构，从而改变其性能（包括物理、化学和力学性能）的工艺。改善钢的力学性能或加工性能。1.退火 操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、 焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。 2.正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。 3.淬火 操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。 目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏 热处理变形产生的原因及控制方法 学院：化学化工学院班级：09材料化学姓名：张怡群学号：090908050 摘要：热处理变形是热处理过程中的主要缺陷之一，对于一些精密零件和工具、模具，常常会因为热处理变形超差而报废。为此，本文对热处理变形产生的原因进行了阐述，并总结了减少和控制热处理变形的几种方法。 关键词：热处理变形、产生原因、控制方法 前言：金属热处理是将金属工件在适当的温度下通过加热、保温和冷却等过程，使金属工件内部组织结构发生改变，从而改善材料力学、物理、化学性能的工艺。热处理是改善金属工件性能的一种重要手段。在工件制造中选取合适的材料后，为了达到工艺要求而经常采用热处理工艺，但是热处理除了具有积极作用外，在处理过程中也不可避免地会产生形变。在实际生产中，热处理产生的变形，对后续工序的影响是至关重要的，有些贵重材料和一些机器中的重要零部件，因变形过大而导致报废。钢件在热处理过程中由于钢中组织转变时比容变化所造成的体积膨胀，以及热处理所引起的塑性变形，使钢件体积及形状发生不同程度改变。变形是热处理较难解决的问题，要完全不变形是不可能的，一般是把变形量控制在一定范围内。 正文：1热处理变形的原因在生产实际中，热处理变形的表现形式多种多样，有体积和尺寸的增大和收缩变形，也有弯曲、歪扭、翘曲等变形，就其产生的根源来说, 可分为内应力造成的应力塑性变形和比容变化引起的体积变形两大类。 (1) 内应力塑性变形 热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性, 都会产生内应力, 在一定塑性条件的配合下, 就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致,致使热胀冷缩的程度不同, 这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中, 零件的内部组织转变而发生的时间不同, 这样产生的应力变形叫组织应力变形塑性变形。 (2) 比容变形在热处理过程中, 各种相结构的组织比容不同,在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的 热处理电炉集散控制系统 概述 本公司开发的热处理集散控制系统，采用了多项新技术、新产品、新观念，具有较高的测控指标和自动化水平，既适用于新建项目的电炉设备配套，也适用于传统热处理车间的技术改造。 特点 主要功能及及特点 主要功能 1.适用于控制各种工业电炉（如井式炉、箱式炉、台车炉、罩式炉、真空炉等）自动实现所要求 的控温工艺。 2.可同时控制1—32个温度点（根据电炉结构的复杂程度，控制1—32台电炉），支持同一电炉的 多回路(多温区)同步调节，即分段同步控温，大幅度降低操作的复杂程度，提高控制效果。 3.RS—485工业现场总线结构，上、下位机分级控制。 4.关键硬件经过严格选型，上位机采用工业控制计算机；下位机采用可编程序且具有通讯功能的 智能PID调节器（智能仪表）或测温模块。 5. 主回路调节采用可控硅或固态继电器模块无触点控制，控制精度高、运行可靠、无噪声。 6.系统的控制软件系为热处理车间“量身定做”的专业测控软件，充分考虑了各种热处理电炉运 行、工件热处理各道工序的需求和特点，充分考虑了热处理行业的特点和各种个性化需求；具有很强的针对性。 7.工艺曲线图形化设置、管理与操作是本系统软件设计的一大特色。操作人员通过上位机对电炉 的管理（包括工艺曲线的设置、下传、启停等操作）变得十分简单。目前的各种组态软件均难以实现本软件的此项功能指标。 8.自动记录过程控制曲线。除温度曲线外，可选择工艺设定曲线和控温调节记录曲线。对各电炉、 各台智能仪表的工艺控制均有独立的记录曲线，记录文件可长期保存在硬盘中作为历史记录供随时调阅、打印。 9.除了通过调节加热功率按曲线规定控制升温、保温和降温，还可以使用单独的调节回路，按降 温曲线实现“通风冷却”（如通过调节变频器、电动调节阀等调节冷风流量）的控制。 经验公式确定钢的热处 理温度 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8- 钢的热处理工艺设计经验公式 ------------根据经验公式确定热处理的保温温度------------ 1钢的热处理 正火加热时间 加热时间t=KD （1） 式中t为加热时间(s); D使工件有效厚度（mm）； K是加热时间系数（s/mm）。 K值的经验数据见表1。 表1 K值的经验数据 正火加热温度 根据钢的相变临界点选择正火加热温度 低碳钢：T=Ac3+（100～150℃） （2） 中碳钢：T=Ac3+（50～100℃） （3） 高碳钢：T=A Cm+（30～50℃） （4） 亚共析钢：T=Ac3+（30～80℃） （5） 共析钢及过共析钢：T=A Cm+（30～50℃） （6） 淬火加热时间 为了估算方便起见，计算淬火加热时间多采用下列经验公式： t=a· K ·D︱ (不经预热) （7）t=(a+b)· K ·D︱(经一次预热) （8） t=(a+b+c)· K ·D︱(经二次预热) （9） 式中t—加热时间（min）； a—到达淬火温度的加热系数（min/mm）； b—到达预热温度的加热系数（min/mm）； c—到达二次预热温度的加热系数（min/mm）； K—装炉修正系数； D︱--工件的有效厚度（mm）。 在一般的加热条件下，采用箱式炉进行加热时，碳素钢及合金钢a多采用1～mm；b为～2min/mm（高速钢及合金钢一次预热a=～；b=～；二次预热 a=～；b=～；c=～），若在箱式炉中进行快速加热时，当炉温较淬火加热温度高出100～150℃时，系数a约为～20秒/毫米，系数b不用另加。若用盐浴 1 适用围 本守则作为我公司常用钢材的各种热处理规及注意事项。为一般件热处理的主要技术依据，对结构复杂和工艺上有特殊要求的零件和成批生产的零（部）件，则按专用工艺规程执行。 2 名词术语 2.1 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。 2.2 退火 将钢材或钢件加热到适当温度，保持一定时间，随后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。 2.3 淬火 将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工作在横截面全部或一定的围发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 2.4 回火 将经过淬火的工件加热到临界点Ac1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理。 2.5 有效加热区 炉膛炉温均匀性符合热处理工艺要求的装料区域。有效加热区的确定，按JB2251—78《电阻炉基本技术条件》中规定的有关试验方法进行。 2.6 冷却速度 在冷却过程中某一时间或者一定时间间隔工件表面或心部温度下降的变 化率。 2.7 热处理变形 工件热处理时所引起的形状尺寸偏差，垂直于长度向上的变形叫弯曲。 3 热处理加热设备 3.1 正火和退火所使用的加热设备必须满足下列要求。 3.1.1 在加热设备正常装炉的情况下，有效加热区的温度偏差应按下表所列的精度进行调节和控制。 3.1.2 燃料加热炉，其火焰尽量不直接接触工件，以免使工件局部过热。当火焰直接与工件接触时，加热炉结构应使处理工件质量不显著损坏。 3.1.3 热浴加热炉，其热浴对工件不能有腐蚀及其它有害作用。 3.1.4 工件加热后在随炉冷却的过程中，应尽量保证各部位的冷却速度均匀一致。 3.2 淬火、回火加热设备 3.2.1 淬火、回火加热设备必须满足下列要求，有效加热区的温度按下表所列的精度进行调节和控制。 3.2.2 热浴槽中的热浴，对工件不能有腐蚀作用。当采用盐浴炉加热时，应按盐浴脱氧制度对盐浴进行充分脱氧。 3.2.3 燃料加热炉，其火焰尽量不直接接触工件，以免工件过热。当火焰直接与工件接触时，加热炉结构应使处理工件质量不受显著影响。 3.2.4 保护气氛加热炉应根据处理工艺要求能调节和控制炉气氛的成分。 3.2.5 真空炉应能根据处理目的对真空度和炉保持气氛的组成进行调节。 4 淬火冷却介质及设备 .word格式, 太原理工大学现代科技学院组态软件技术及应用课程设计 设计名称理炉温度监控系统组态 专业班级 学号 姓名 指导教师 第1章概述 1、1课程设计目的 组态综合练习是一项综合性的专业实践课程，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识的能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。 1、2课程设计任务 本课程设计要求在修完《监控系统程序设计技术》课程后，运用工业监控系统组态软件（MCGS ），结合一个热处理炉温度监控系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。 1、3课程设计要求 1．基本要求 （1）监控系统总体设计： 了解系统设计要求，进行需求分析，确定组态软件输入输出点、内部变量等，构思监控系统的组态框架。 （2）实时数据库组态： 根据所确定的输入输出点和内部变量点，建立监控系统实时数据库。 （3）虚拟对象组态设计： 采用脚本语言或其他软件工具建立虚拟对象模型，能够仿真实际的物理对象，具有输入输出特性。 （4）窗口界面组态： 根据系统需求和实际生产过程中的对象工艺流程，设计监控系统的图形操作界面，并同 实时数据库IO 点链接。 （5）运行策略组态： 采用脚本语言建立监控系统的运行策略，控制所建立的软件系统的运行流程。 （6）控制策略组态设计： 选择和设计适当的控制算法并组态，实现对被控系统的控制要求。 （7）历史和趋势记录报表设计： 建立历史数据库，实现监控系统的历史数据记录和趋势显示。 （8）实时和历史报警记录报表设计： 确定和建立参数的报警限值和报警数据存储特性，实现监控系统的实时报警显示和历史报警数据查询。 （9）主控窗口组态： 通过系统菜单能对系统各个功能进行调度管理。 （10）安全策略组态： 建立监控系统的安全操作机制，对用户设定不同的操作权限，保证监控系统的安全性。（11）进行监控系统的调试、运行和改进。 （12）编写课程设计报告。 2．具体要求 （1）数据变量 所选课题系统应具有一定数量的开关量I/O 信号（至少 6 个）和模拟量I/O 信号（至少4 个）。 （2）监控系统画面 所设计的监控系统画面应包括下列内容，并具有动态显示和操作功能。 钢的热处理 钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 第一节钢的热处理原理 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却 一、钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（ A）的形成 奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。 影响 A晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。 钢的五种热处理工艺公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI- 钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 感应表面淬火后的性能: 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通 淬火高 2～3 单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层 马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对 同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 太原理工大学现代科技学院组态软件技术及应用课程设计 设计名称理炉温度监控系统组态 专业班级 学号 姓名 指导教师 第1章概述 1、1课程设计目的 组态综合练习是一项综合性的专业实践课程，目的是让学生将所学的基础理论和专业知识运用到具体的工程实践中，以培养学生综合运用知识的能力、实际动手能力和工程实践能力，为此后的毕业设计打下良好的基础。 1、2课程设计任务 本课程设计要求在修完《监控系统程序设计技术》课程后，运用工业监控系统组态软件（MCGS ），结合一个热处理炉温度监控系统，完成该控制系统的上位机监控系统组态设计。 1、3课程设计要求 1．基本要求 （1）监控系统总体设计： 了解系统设计要求，进行需求分析，确定组态软件输入输出点、内部变量等，构思监控系统的组态框架。 （2）实时数据库组态： 根据所确定的输入输出点和内部变量点，建立监控系统实时数据库。 （3）虚拟对象组态设计： 采用脚本语言或其他软件工具建立虚拟对象模型，能够仿真实际的物理对象，具有输入输出特性。 （4）窗口界面组态： 根据系统需求和实际生产过程中的对象工艺流程，设计监控系统的图形操作界面，并同实时数据库IO 点链接。 （5）运行策略组态： 采用脚本语言建立监控系统的运行策略，控制所建立的软件系统的运行流程。 （6）控制策略组态设计： 选择和设计适当的控制算法并组态，实现对被控系统的控制要求。 （7）历史和趋势记录报表设计： 建立历史数据库，实现监控系统的历史数据记录和趋势显示。 （8）实时和历史报警记录报表设计： 确定和建立参数的报警限值和报警数据存储特性，实现监控系统的实时报警显示和历史报警数据查询。 （9）主控窗口组态： 通过系统菜单能对系统各个功能进行调度管理。 （10）安全策略组态： 建立监控系统的安全操作机制，对用户设定不同的操作权限，保证监控系统的安全性。（11）进行监控系统的调试、运行和改进。 （12）编写课程设计报告。 2．具体要求 （1）数据变量 所选课题系统应具有一定数量的开关量I/O 信号（至少6 个）和模拟量I/O 信号（至少4 个）。 （2）监控系统画面 所设计的监控系统画面应包括下列内容，并具有动态显示和操作功能。 ①系统封面； ②反映系统工艺的流程画面； ③反映实时数据变化的趋势图画面； ④反映实时数据变化的报表画面； ⑤可查询历史数据的历史数据曲线画面； ⑥可查询历史数据的历史数据报表画面； ⑦反映数据实时报警状态的报警画面（或某画面上的局部画面）； ⑧查询数据历史报警状态的报警画面； ⑨能对系统参数进行设置的参数设置画面。 （3）运行控制策略： 通过策略脚本编写，能够实现系统的模拟运行。 （4）安全策略： 所设计的监控系统应具有登录后方可操作的安全策略功能。 金属材料的使用温度与工作压力和使用环境有关，请参考以下资料： 常用材料的应用限制 1 铸铁 常用的铸铁有可锻铸铁和球墨铸铁两种。三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 7 S% z$ q8 k( f. G! S! V C" m 一般限制条件： 1）使用在介质温度为-29～343℃的受压或非受压管道；5 @9 q% I8 H- ^7 w0 f" B# z 2）不得用于输送介质温度高于150℃或表压大于2.5MPa的可燃流体管道；三维网技术论坛! p8 k0 q: H3 b2 a3 s' S) A 3)不得用于输送任何温度压力条件的有毒介质；三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa 4 p) n! Z0 B* U 4)不得用于输送温度和压力循环变化或管道有振动的条件下。三维网技术论坛1 |, \, o5 N9 M9 w8 U/ d1 z5 R% j 实际上，可锻铸铁经常被用于不受压的阀门手轮和地下管道；球墨铸铁经常被用于工业用管道中的阀门阀体。 2 普通碳素钢 限制条件：三维网技术论坛2 S& E, f. A* j a. 沸腾钢三维,cad,机械,技术,汽车,catia,pro/e,ug,inventor,solidedge,solidworks,caxa ,时空,镇江. J5 L$ g) F+ S6 t& o" K" o3 v 1) 应限用在设计压力≤0.6MPa，设计温度为0～250℃的条件下； 2) 不得用于易燃或有毒流体的管道； 3) 不得用于石油液化气介质和有应力腐蚀的环境中；$ k9 M* g. E: [ b. 镇静钢三维|cad|机械|汽车|技术|catia|pro/e|ug|inventor|solidedge|solidworks|caxa # z' Y8 A( N9 u 1) 限用在设计温度为0～400℃范围内。 2) 当用于有应力腐蚀开裂敏感的环境时，本体硬度及焊缝硬度应不大于HB200，并对本体和焊缝进行100％无损探伤； c. 用于压力管道的沸腾钢和镇静钢 1)含碳量不得大于0.24%。三维网技术论坛8 Y. R) H ~. e7 X9 A J$ h 2) GB700标准给出了四种常用的普通碳素结构钢牌号，即：Q235A(F、b)，Q235B(F、b)、Q235C、Q235D。其 1 45号钢要求硬度HRC40-50，是不是要淬火+低温回火？ 换算成布氏硬度大约是380～470HB，根据一般热处理规范，热处理制度与硬度关系大致如下： 淬火温度：840℃水淬 回火温度：150℃回火，硬度约为57HRC；200℃回火，硬度约为55HRC；250℃回火，硬度约为53HRC；300℃回火，硬度约为48HRC；350℃回火，硬度约为45HRC；400℃回火，硬度约为43HRC；500 ℃回火，硬度约为33HRC；600℃回火，硬度约为20HRC 一般情况下热处理工艺都指标准范围内中间成分，且热处理温度都存在一个调整范围，如成分在范围内存在偏差，可以相应调整淬火温度和回火温度 2 1.临界温度指钢材的奥氏体转变温度。不同含量的钢材有着不同的临界点，但临界点有着一个范围内的浮动，所以下临界点温度指的就是奥氏体转变的最低温度。 2. 常用碳钢的临界点 钢号临界点(℃) 20钢735-855 (℃) 45钢724-780 (℃) T8钢730 -770(℃) T12钢730-820 (℃) 3 20Cr，40Cr，35CrMo，40CrMo，42CrMo：正火温度850-900℃，45号钢正火温度850℃左右。 4 20CrMnTi Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 740 825 680 730 5 Cr12MoV热处理知识 Cr12MoV钢是高碳高铬莱氏体钢，常用于冷作模具，含碳量比Cr12钢低。该钢具有高的淬透性，截面300mm以下可以完全淬透，淬火时体积变化也比Cr12钢要小。 其热处理制度为：钢棒与锻件960℃空冷+ 700～720℃回火，空冷。 最终热处理工艺： 钢铁材料的一般热处理 名称热处理过程热处理目的 1．退火 将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到 室温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般 是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC) 以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋 在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度， 充分消除内应力完全退火适用于含 碳量(质量分数)在O．8％以下的锻 件或铸钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后， 缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并 为以后淬火作好准备，以减少淬火 后变形和开裂,球化退火适用于含 碳量(质量分数)大于O．8％的碳素 钢和合金工具钢 (3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷 却(一般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内 应力，消除精密零件切削加工时产 生的内应力，以防止以后加工和用 过程中发生变形 去应力退火适用于各种铸件、锻件、 焊接件和冷挤压件等 2．正火 将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时间， 然后在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理 ③消除内应力 3．淬火 将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水 或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性 ②使钢件在回火以后得到某种特殊热处理炉温度管理规定
热处理温控箱操作规程
实验一工具钢热处理工艺组织性能的系统分析
经验公式确定钢的热处理温度
45#钢热处理工艺
钢材热处理性能综述
钢的热处理工艺
钢材的热处理及特性
减小和控制热处理变形的有效措施(1)
热处理电炉集散控制系统-热处理温度控制系统
经验公式确定钢的热处理温度修订稿
常用钢材热处理工艺守则
热处理炉温度监控系统方案
钢的热处理原理及四把火
钢的五种热处理工艺精编版
热处理炉温度监控系统
金属材料的热处理使用温度
45号钢热处理工艺
常用钢铁材料的一般热处理方法