金屬的熱加工(退火,淬火,回火)原理知識1.退火能夠變化鋼的組織構造,從而獲得我們所規(guī)定的性能.(1).加熱時的組織轉變:其轉變過程是在鐵素體與滲碳體分界面處優(yōu)先形成奧氏體晶核,并不停長大,直到珠光體全部消失,奧氏體也就轉變完畢.(2).冷卻時的組織轉變:由于退火的冷卻速度很緩慢,奧氏體轉變產物與Fe-Fe3C的組織相似,因而共析鋼為珠光體;亞共析鋼為珠光體加鐵素體;過共析鋼為珠光體加滲碳體.2.淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上,保溫一段時間,然后快速冷卻下來,進行淬硬工件的熱解決辦法.其實質是通過加熱使鋼組織構造中的鐵素體和珠光體充足轉變?yōu)槌煞志鶆虻膴W氏體,然后急冷下來得到硬度很高的馬氏體.3.回火是緊接于淬火之后的熱解決工序,淬火鋼在不同的溫度下回火,所得的組織不同,因而其機械性能差別很大,總的趨勢是:隨著回火溫度升高,其強度、硬度減少，而塑性、韌性提高。淬火鋼中的馬氏體和殘存奧氏體都是不穩(wěn)定的組織，加熱就會發(fā)生轉變。隨著溫度升高，碳原子逐步以滲碳體的形式析出，引發(fā)組織轉變。最后滲碳體聚合而分散在鐵素體基體上，形成多個回火組織。五、羅茨真空泵(一)概述羅茨真空泵是一種旋轉式容積真空泵。其構造形式是由羅茨鼓風機演變而來的。它于1944年首先出現(xiàn)于德國，是為適應在10～1000Pa壓力范疇內含有大抽速的真空熔煉系統(tǒng)而作為機械增壓泵使用。根據(jù)羅茨真空泵工作壓力范疇的不同，分為直排大氣的低真空羅茨泵；中真空羅茨泵(機械增壓泵)和高真空多級羅茨泵。國內用量最多的為中真空羅茨泵(下列簡稱羅茨泵)。羅茨泵與其它油封式機械泵相比有下列特點：(1)在較寬的壓力范疇內有較大的抽速；(2)轉子含有良好的幾何對稱性，故振動小，運轉平穩(wěn)。轉子間及轉子和殼體間都有間隙，不用潤滑，摩擦損失小，可大大減少驅動功率，從而可實現(xiàn)較高轉速；(3)泵腔內無需用油密封和潤滑，可減少油蒸氣對真空系統(tǒng)的污染；(4)泵腔內無壓縮，無排氣閥。構造簡樸、緊湊，對被抽氣體中的灰塵和水蒸汽不敏感；(5)壓縮比較低，對氫氣抽氣效果差；(6)轉子表面為形狀較為復雜的曲線柱面，加工和檢查比較困難。羅茨泵近幾年在國內外得到較快的發(fā)展。在冶煉、石油化工、電工、電子等行業(yè)得到了廣泛的應用。(二)羅茨泵的工作原理羅茨泵的構造如圖15所示。在泵腔內，有二個“8”字形的轉子互相垂直地安裝在一對平行軸上，由傳動比為1的一對齒輪帶動做彼此反向的同時旋轉運動。在轉子之間，轉子與泵殼內壁之間，保持有一定的間隙。由于羅茨泵是一種無內壓縮的真空泵，普通壓縮比很低，故中、高真空羅茨泵需要前級泵。因此，羅茨泵的極限真空除取決于泵本身構造和制造精度外，還取決于前級泵的極限真空度。羅茨泵的工作原理既含有容積泵的工作原理，又有分子泵的抽氣效應。圖16為羅茨泵的工作原理圖。由于轉子的持續(xù)旋轉，被抽氣體從泵進氣口吸入到下轉子與泵殼之間的空間V0內，吸氣后V0空間是全封閉狀態(tài)。隨著轉子的轉動，封閉的V0空間與排氣口相通，由于排氣側氣體壓力較高，引發(fā)一部分氣體反沖過來，使V0空間內的氣體壓力忽然增高。當轉子繼續(xù)轉動時，V0空間內原來封入的氣體連同反沖的氣體一起被排向泵外。這時，上轉子又從泵入口封入V0體積的氣體。由于泵的持續(xù)運轉，使兩個轉子不停地形成封閉空間V0又不停地將封閉空間璣內的氣體排出泵外，從而實現(xiàn)了抽氣的目的。轉子主軸旋轉一周共排出四個V0體積的氣體。因此，泵的理論抽速為：（5.1）式中A0──泵腔的有效吸氣面積mm2n──泵軸的轉數(shù)r/minL──轉子的長度mm(三)羅茨泵──的構造1.泵總體構造型式羅茨泵的泵體的布置構造決定了泵的總體構造。現(xiàn)在國內外的羅茨泵總體構造大致有三種型式：(1)立式如圖17(a)所示，這種構造的進、排氣口水平設立，裝配和連接管路都比較方便。但泵的重心較高，在高速運轉時穩(wěn)定性差，故這種型式多用于小泵。(2)臥式如圖17(b)所示，泵的進氣口在上，排氣口在下。有時為了真空系統(tǒng)管道安裝連接方便，可將排氣口從水平方向接出，即進、排氣方向是互相垂直的。此時，排氣口能夠從左或右兩個方向開口，除接排氣管道一端外，另一端堵死或接旁通閥。這種泵構造重心低，高速運轉時穩(wěn)定性好。普通大、中型泵多采用此種構造。(3)泵的兩個轉子軸與水平面垂直安裝。這種構造裝配間隙容易控制，轉子裝配方便，泵占地面積小。但泵重心較高且齒輪拆裝不便，潤滑機構也相對復雜。僅見于國外產品。2.泵的傳動方式羅茨泵的兩個轉子是通過一對高精度齒輪來實現(xiàn)其相對同時運轉的。主動軸通過聯(lián)軸器與電機聯(lián)接。在傳動構造布置上重要有下列兩種：其一是電動機與齒輪放在轉子的同一側如圖18(a)所示。從動轉子由電動機端齒輪直接傳過去帶動，這樣主動轉子軸的扭轉變形小，則兩個轉子之間的間隙不會因主動軸的扭轉變形大而變化，故使轉子之間的間隙在運轉過程中均勻。這種傳動方式的最大缺點是：a.主動軸上有三個軸承，增加了泵的加工和裝配難度，齒輪的拆裝及調節(jié)也不便；b.整體構造不勻稱，泵的重心偏向電動機和齒輪箱一側。另一種是電動機和傳動齒輪分別裝在轉子兩側，如圖18(b)所示。這種形式使泵的整體構造勻稱，但主動軸扭轉變形較大。為確保轉子在運轉過程中的間隙均勻，規(guī)定軸應有足夠的剛度，軸和轉子之間的聯(lián)接要緊固(現(xiàn)在已有轉子與軸焊或鑄成一體的構造)。這種構造拆裝都很方便，因此被廣泛采用。3.泵的密封構造與潤滑方式(1)主動軸外伸部分的動密封現(xiàn)在采用較多的是原則型號的機械密封和帶加強環(huán)的骨架真空橡膠密封。機械密封功耗小，允許線速度大；但構造復雜，成本較高。骨架密封構造簡樸，功耗較大，為減少軸與密封圈之間的摩擦，軸的表面硬度和光潔度要高。為了避免軸的磨損，可在軸上加一種硬度較高的且與軸靜密封的軸套。另外，還能夠采用獨立的密封盒構造，使密封件的拆裝和更換更加簡捷方便。尚有的羅茨泵把電動機密閉在泵體一端的殼體內，從而有效地解決了動密封問題，提高了泵的真空度，減少了驅動功率。但為避免電機繞組線圈在真空下起弧，電動機的電源電壓應降至50V下列。該構造用于中、小型泵。(2)端蓋殼體與泵腔之間的軸密封由于齒輪箱或端蓋殼體內都有預抽管道與泵的出口相通，即這部分的壓力與前級泵入口壓力基本相似，與泵腔之間的壓差較小，因此普通可采用迷宮式密封、反螺旋式密封或活塞脹圈密封。(3)泵體端面的靜密封有的采用有機硅室溫硫化橡膠膜密封，密封面不用加工密封槽，但因該硫化橡膠密封膜為一次性使用，且配制較麻煩，給現(xiàn)場維護帶來不便，且密封膜的厚度對轉子端面間隙有影響，在安裝時要掌握好膜的厚薄均勻性。還可采用真空橡膠圈密封，密封可靠，即確保了轉子軸向間隙，又可方便地在現(xiàn)場拆裝。如果對泵體端面的構造設計適宜，密封槽的加工能夠很方便。(4)泵的潤滑方式羅茨真空泵的潤滑部位重要有三處：軸封處──普通用油杯潤滑；齒輪和軸承處──用齒輪或甩油盤濺油來確保潤滑。對于大泵也可采用油泵強制供油潤滑方式。(四)泵設計中的核心問題1.羅茨泵的核心零件是轉子，而轉子的核心是它的型線。轉子橫截面的外輪廓線即為轉子的型線。泵工作時，轉子的表面之間不接觸，但轉子之間的間隙要保持一定，這樣轉子的型線必須做成共軛曲線。在實際設計中選用轉子型線時，除了要能滿足上述運動規(guī)定外，還應考慮以下條件：(1)泵轉子的容積運用系數(shù)要盡量大，即轉子占的體積要小(2)轉子應有良好的幾何對稱性，確保運轉平穩(wěn)、交換性好(3)確保轉子有足夠的強度(4)轉子應容易加工，易得到較高的精度普通使用的轉子型線有圓弧齒形、漸開線齒形和擺線齒型等。近年來由東北大學提出的“圓弧→漸開線→擺線”型轉子型線氣阻大，改善了泵在低壓下的性能，提高了泵的抽氣效率，得到較廣泛的應用。相信此后還會出現(xiàn)更新更加好的羅茨泵轉子型線，使羅茨泵的工作性能進一步提高。2.為了控制泵轉子問、轉子與泵殼間的間隙，規(guī)定軸承的軸向、徑向位移量控制在一定范疇內。在設計時，應對的選擇軸承精度，并選擇適合泵工作條件的軸承型號。考慮轉子軸向熱膨脹影響，轉子軸應留有活端(普通為齒輪端)，以允許軸因熱膨脹等因素而產生軸向移動。軸活端的轉子與側端面的軸向間隙能夠選大某些；而軸固定端的轉子與端蓋之間的軸向間隙則應選得小某些。3.規(guī)定齒輪耐磨性強，傳動平穩(wěn)，齒間的間隙不得過大。齒輪的精度常選用5～6級。為使傳動平穩(wěn)，噪音小，慣用斜齒輪。為使齒輪裝配和調節(jié)轉子間的間隙方便，可選用調隙構造齒輪并在齒輪與軸之間采廂漲套聯(lián)接方式。(五)羅茨泵避免過載的方法羅茨泵壓縮氣體所需的功率與壓差成正比，一旦氣體壓差過高，泵就可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象，造成電機繞組燒損。解決泵過載問題的辦法重要有下列幾個：(1)采用機械式自動調壓旁通閥。旁通閥安裝在羅茨泵的出口和入口之間的旁通管路上，如圖19所示。此閥控制泵出入口之間的壓差不超出額定值。當壓差達成額定值時，閥門靠壓差作用自動打開，使羅茨泵出口和入口相通，使出入口之間的壓差快速減少，這時羅茨泵在幾乎無壓差的負荷下工作。當壓差低于額定值時，閥自動關閉，氣體通過羅茨泵內由前級泵抽走。帶有旁通溢流閥的羅茨泵能夠與前級泵同時啟動，使機組操作簡樸方便。(2)采用液力聯(lián)軸器采用液力聯(lián)軸器也能避免泵的過載現(xiàn)象發(fā)生，使泵能夠在高壓差下工作。液力聯(lián)軸器安裝在泵和電動機之間。在正常工作狀態(tài)下，液力聯(lián)軸器由電動機端向泵傳遞額定力矩。羅茨泵的最大壓差由液力聯(lián)軸器所傳遞的最大轉矩來決定，而液力聯(lián)軸器可傳遞的最大轉矩由其中的液體量來調節(jié)。當泵在高壓差下工作或與前級泵同時啟動時，在液體聯(lián)軸器內部產生了轉速差即滑動，只傳遞一定的力矩，使泵減速工作。隨著抽氣的進行，氣體負荷減小，羅茨泵逐步加速至額定轉速。(3)采用真空電氣元件控制泵入口壓力在羅茨泵的入口管路處安置真空膜盒繼電器或電接點真空壓力表等壓力敏感元件。真空系統(tǒng)啟動后，當羅茨泵入口處壓力低于給定值(泵允許啟動壓力)時，壓力敏感元件發(fā)出信號，經(jīng)電氣控制系統(tǒng)啟動羅茨泵(如真空系統(tǒng)中裝有羅茨泵旁通管路，則同時關閉旁通管路閥門)。若泵入口壓力高于規(guī)定值時，則自動關閉羅茨泵(或同時打開泵旁通管路閥門)，從而確保了羅茨泵的可靠運轉。(六)羅茨泵(羅茨泵機組)有效抽速的計算大多數(shù)的羅茨真空泵(除直排大氣羅茨泵以外)都需與前級泵組合成羅茨泵真空機組應用于各個領域。根據(jù)用途不同，羅茨泵機組慣用的前級泵有旋片泵、滑閥泵、水環(huán)泵等。羅茨泵與多個前級真空泵組合后的真空機組抽速能夠通過計算求出，在下列計算中無視前級連接管路的流阻影響。羅茨泵工作時的有效氣體流量為：Qe=Qth－Qv（5.2）式中Qe──羅茨泵的有效流量；Pa·L／sQth──羅茨泵的幾何流量，Qth=PA·SthQv一羅茨泵的泄漏返流流量Qv=Qv1+Qv2Qv1為由于羅茨泵轉子之間及轉子與泵殼之間的間隙而造成的氣體返流量，Qv1可用下式體現(xiàn)：Qv1=U（Pv－PA）(5.3)式中U──羅茨泵內上述全部間隙的等效通導Pv──羅茨泵排氣壓力(泵前級壓力)PA──羅茨泵吸入壓力Qv2為羅茨泵轉子在高壓排氣側吸附及攜帶返回低壓吸入側的氣體量，稱返擴散氣體量，因此有：Qv2=Sr·Pv(5.4)式中Sr──泵返擴散氣體的等量抽速。于是式(5.2)可體現(xiàn)成：Qe=Qth-(Qv1+Qv2)=PA·Sth-[U(Pv-PA)+SrPv](5.5)根據(jù)羅茨泵零流量壓縮比K0定義：關閉泵進氣管路，氣體流量為零時，前級真空管路中壓力與泵入口壓力之比為零流量壓縮比K0=Pv/PA，該壓縮比的最大值用K0max表達，稱最大零流量壓縮比。令(5.5)式中Qe等于零(實測中用肓板將泵進氣口法蘭堵死)則有PASth-[U(Pv-PA)+SrPv]=0(5.6)現(xiàn)在運用公式(5.6)對K0max進行定量計算很困難。首先由于K0max與等效通導U有關，即與泵內轉子間隙有關，而轉子間隙與轉子加工精度、泵體公差及加工精度、泵的安裝精度、軸承間隙等一系列因素有關。另外，影響K0max的Sr值與轉子表面精度有關，每臺泵轉子的表面在加工中也不能做到完全一致。因此現(xiàn)在都是通過實測求得K0曲線及K0max值。羅茨泵機組在實際抽氣過程中存在下列關系:Qe=PA·Se=PvSv=PASth-[U(Pv-PA)+SrPv](5.7)式中Se──羅茨泵機組有效抽速Sv──前級泵的實際抽速，它隨壓力變化而變化對（5.7）式化簡有：(Sth+U)PA=(Sv+U+Sr)Pv（5.8）同時有：K