金屬熱處理基礎(chǔ)知識(shí)大全

1、金屬熱處理根底學(xué)問(wèn)大全金屬熱處理是將金屬工件放在肯定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此 溫度中保持肯定時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。1金屬組織金屬：具有不透亮、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電力量隨溫 度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性 排列的固體即晶體。合金：由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質(zhì)。相：合金中成份、構(gòu)造、性能一樣的組成局部。固溶體：是一個(gè)或幾個(gè)組元的原子化合物溶入另一個(gè)組元的晶 格中，而仍保持另一組元的晶格類(lèi)型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體 和置換固溶體兩種。固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn)，使晶格

2、發(fā)生畸 變，使固溶體硬度和強(qiáng)度上升，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象?；衔铮汉辖鸾M元間發(fā)生化合作用，生成一種具有金屬性能的的晶體 固態(tài)構(gòu)造。機(jī)械混合物：由兩種晶體構(gòu)造而組成的合金組成物，雖然是兩面種晶 體，卻是一種組成成分，具有獨(dú)立的機(jī)械性能。鐵素體：碳在 a-Fe體心立方構(gòu)造的鐵中的間隙固溶體。奧氏體：碳在 g-Fe面心立方構(gòu)造的鐵中的間隙固溶體。滲碳體：碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物Fe3c。珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物F+Fe3c 含碳 0.8%萊氏體：滲碳體和奧氏體組成的機(jī)械混合物4.3%金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處 理一般不轉(zhuǎn)變工件的外形和整體的化學(xué)成分，

3、而是通過(guò)轉(zhuǎn)變工件內(nèi)部的顯微 組織，或轉(zhuǎn)變工件外表的化學(xué)成分，賜予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是 改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選 用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不行少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè) 中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織簡(jiǎn)單，可以通過(guò)熱處理予以把握，所以鋼 鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也 都可以通過(guò)熱處理轉(zhuǎn)變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理的作用漸漸 為人們所生疏。早在公元前 770222是制造農(nóng)具的重要工藝

4、。公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器漸漸被承受，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂 得到快速進(jìn)展。中國(guó)河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織 中都有馬氏體存在，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。隨著淬火技術(shù)的進(jìn)展，人們漸漸覺(jué)察淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國(guó)蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制 3000 把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說(shuō)明中國(guó)在古代就留意到不同水質(zhì)的冷卻力量了，同時(shí)也留意了油和尿的冷卻力量。中國(guó)出土的西漢(公元前 206公元 24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為 0.150.4%，而外表含碳量卻達(dá) 0.6%以上，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的隱秘，不愿外傳，因而進(jìn)展很慢。1863 年

5、，英國(guó)金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家呈現(xiàn)了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明白鋼在加熱和冷卻時(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理 論，以及英國(guó)人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論根底。與此同時(shí)，人們還爭(zhēng)辯了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避開(kāi)加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。18501880 年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)展保護(hù)加熱曾有一系列專(zhuān)利。18891890 年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專(zhuān)利。二十世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的進(jìn)展和其它技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大進(jìn)展。

6、一個(gè)顯著的進(jìn)展是 19011925 年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)展氣體滲碳 ；30 年月消滅露點(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)到達(dá)可控，以后又爭(zhēng)辯出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步把握爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法；60 年月，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)的作用，進(jìn)展了離子滲氮、滲碳工理方法。金屬熱處理的工藝熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻 兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程相互連接，不行連續(xù)。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是承受木 炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于把握，且 無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以 至浮

7、動(dòng)粒子進(jìn)展間接加熱。金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，經(jīng)常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件外表 碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的外表性能有很不利的影響。因而金屬通 常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)展保護(hù)加熱。保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要肯定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件外表到達(dá)要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持肯定時(shí)間，使內(nèi)外溫度全都，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。承受高能密度加熱和外表熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往

8、往較長(zhǎng)。冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不行缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不 同，主要是把握冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就 可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)展淬硬。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、外表熱處理和化學(xué)熱處理三大 類(lèi)。依據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)又可區(qū)分為假設(shè)干 不同的熱處理工藝。同一種金屬承受不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組 織也最為簡(jiǎn)單，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以轉(zhuǎn)

9、變其整體 力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回 火四種根本工藝。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，依據(jù)材料和工件尺寸承受不同的保溫時(shí) 間，然后進(jìn)展緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織到達(dá)或接近平衡狀態(tài)，獲得 良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織預(yù)備。正火是將工件 加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相像，只是得到的組 織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作 為最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷 介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將 淬火后的鋼件在高于室溫而

10、低于 650的某一適當(dāng)溫度進(jìn)展長(zhǎng)時(shí)間的保溫， 再進(jìn)展冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中 的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系親熱，經(jīng)常協(xié)作使用，缺一不行。“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演化出不同的熱處理工調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而嚴(yán)密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)展，使工件獲得很好 的強(qiáng)度、韌性協(xié)作的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)展的熱處 理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件外表 光滑，提高工

11、件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)展化學(xué)熱處理。外表熱處理是只加熱工件表層，以轉(zhuǎn)變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工 藝。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具 有高的能量密度，即在單位面積的工件上賜予較大的熱能，使工件表層或局 部能短時(shí)或瞬時(shí)到達(dá)高溫。外表熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱 處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等?；瘜W(xué)熱處理是通過(guò)轉(zhuǎn)變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學(xué)熱處理與外表熱處理不同之處是后者轉(zhuǎn)變了工件表層的化學(xué)成分。化學(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，從而使

12、工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲 入元素后，有時(shí)還要進(jìn)展其它熱處理工藝如淬火及回火。化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之一。大體來(lái)說(shuō)，它織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)展各種冷、熱加工。承受正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過(guò)滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過(guò)熱處理方可使用。鋼的分類(lèi)鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于 2.11% 。鋼是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中極為重要的金屬材料。鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼簡(jiǎn)稱碳鋼與合金鋼兩大類(lèi)。碳鋼是由生鐵

13、 冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成格外，還含有少量的錳、硅、硫、磷 等雜質(zhì)。碳鋼具有肯定的機(jī)械性能，又有良好的工藝性能，且價(jià)格低廉。因 此，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)展，碳鋼 的性能已不能完全滿足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼 根底上，有目的地參加某些元素稱為合金元素而得到的多元合金。與碳 鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應(yīng)用日益廣泛。由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)、保管、選用與爭(zhēng)辯，必需對(duì)鋼材加 以分類(lèi)。按鋼材的用途、化學(xué)成分、質(zhì)量的不同，可將鋼分為很多類(lèi)：按鋼材的用途可分為構(gòu)造鋼、工具鋼、特別性能鋼三大類(lèi)。構(gòu)造鋼：1.用作各種機(jī)器零件的鋼。它

14、包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動(dòng)軸承鋼。 2用作工程構(gòu)造的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類(lèi)鋼及一般低合金鋼。工具鋼：用來(lái)制造各種工具的鋼。依據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼 與量具鋼。特別性能鋼：是具有特別物理化學(xué)性能的鋼?？煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨 鋼、磁鋼等。按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類(lèi)。碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼含碳量0.25%；中碳鋼0.25%含 碳量0.6%；高碳鋼含碳量0.6%。合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼合金元素總含量5%；中合金鋼合金元素總含量=5%-10%；高合金鋼合金元素總含量10%。此 外，依據(jù)鋼中所含主要合金元素種類(lèi)不同，也可分為錳鋼、鉻鋼

15、、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。按鋼材中有害雜質(zhì)磷、硫的含量可分為一般鋼含磷量0.045%、含硫量0.055%；或磷、硫含量均0.050%；優(yōu)質(zhì)鋼磷、硫含量均0.040%；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼含磷量0.035%、含硫量0.030%。此外，還有按冶煉爐的種類(lèi)，將鋼分為平爐鋼酸性平爐、堿性平爐，空氣轉(zhuǎn)爐鋼酸性轉(zhuǎn)爐、堿性轉(zhuǎn)爐、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼與電爐鋼。按 冶煉時(shí)脫氧程度，將鋼分為沸騰鋼脫氧不完全，冷靜鋼脫氧比較完全及半冷靜鋼。鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，往往將用途、成分、質(zhì)量這三種分類(lèi)方法結(jié)合起 來(lái)。如將鋼稱為一般碳素構(gòu)造鋼、優(yōu)質(zhì)碳素構(gòu)造鋼、碳素工具鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì) 碳素工具鋼、合金構(gòu)造鋼、合金工具鋼等。金屬材料的機(jī)械性能金屬材

16、料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類(lèi)。所謂工藝性能是指 機(jī)械零件在加工制造過(guò)程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來(lái) 的性能。金屬材料工藝性能的好壞，打算了它在制造過(guò)程中加工成形的適應(yīng) 力量。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機(jī)械零件在使 用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來(lái)的性能，它包括機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性 能等。金屬材料使用性能的好壞，打算了它的使用范圍與使用壽命。在機(jī)械制造業(yè)中，一般機(jī)械零件都是在常溫、常壓和非猛烈腐蝕性介質(zhì) 中使用的，且在使用過(guò)程中各機(jī)械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料 在載荷作用下抵

17、抗破壞的性能，稱為機(jī)械性能或稱為力學(xué)性能。金屬材料的機(jī)械性能是零件的設(shè)計(jì)和選材時(shí)的主要依據(jù)。外加載荷性質(zhì) 不同例如拉伸、壓縮、扭轉(zhuǎn)、沖擊、循環(huán)載荷等，對(duì)金屬材料要求的機(jī) 械性能也將不同。常用的機(jī)械性能包括：強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、多 次沖擊抗力和疲乏極限等。下面將分別爭(zhēng)辯各種機(jī)械性能。強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞過(guò)量塑性變形或斷裂的性能。 由于載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強(qiáng)度也分為抗 拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。各種強(qiáng)度間常有肯定的聯(lián)系， 使用中一般較多以抗拉強(qiáng)度作為最根本的強(qiáng)度指針。塑性塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形永久變形而不破

18、壞的能 力。硬度硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指針。目前生產(chǎn)中測(cè)定硬度方法最常用的是 壓入硬度法，它是用肯定幾何外形的壓頭在肯定載荷下壓入被測(cè)試的金屬材 料外表，依據(jù)被壓入程度來(lái)測(cè)定其硬度值。常用的方法有布氏硬度HB、洛氏硬度HRA、HRB、HRC和維氏硬度HV等方法。疲乏前面所爭(zhēng)辯的強(qiáng)度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機(jī)械性能指針。 實(shí)際上，很多機(jī)器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會(huì)產(chǎn)生 疲乏。沖擊韌性以很大速度作用于機(jī)件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗 破壞的力量叫做沖擊韌性。退火-淬火-回火一退火的種類(lèi)完全退火和等溫退火完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡(jiǎn)稱為退火，

19、這種退火主要用于亞共析成分 的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時(shí)也用于焊接構(gòu)造。一般常 作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。球化退火球化退火主要用于過(guò)共析的碳鋼及合金工具鋼如制造刃具，量具，模具所 用的鋼種。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作 好預(yù)備。去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火又稱低溫退火或高溫回火，這種退火主要用來(lái)消退鑄件，鍛 件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的剩余應(yīng)力。假設(shè)這些應(yīng)力不予消退，將會(huì) 引起鋼件在肯定時(shí)間以后，或在隨后的切削加工過(guò)程中產(chǎn)生變形或裂紋。二淬火時(shí)，最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容 易得到高的硬度和光滑的外表，不

20、簡(jiǎn)潔產(chǎn)生淬不硬的軟點(diǎn)，但卻易使工件變 形嚴(yán)峻，甚至發(fā)生開(kāi)裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性比 較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。三鋼回火的目的降低脆性，消退或削減內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如 不準(zhǔn)時(shí)回火往往會(huì)使鋼件發(fā)生變形甚至開(kāi)裂。獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足 各種工件的不同性能的要求，可以通過(guò)適當(dāng)回火的協(xié)作來(lái)調(diào)整硬度，減小脆 性，得到所需要的韌性，塑性。穩(wěn)定工件尺寸對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火或正火后常承受高溫回 火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚攏，將硬度降低，以利切削加工。爐型的選擇爐型應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類(lèi)型來(lái)打算

21、 1對(duì)于不能成批定型生產(chǎn)的，工件大小不相等的，種類(lèi)較多的，要求工藝上 具有通用性、多用性的，可選用箱式爐。 2加熱長(zhǎng)軸類(lèi)及長(zhǎng)的絲桿，管子等工件時(shí)，可選用深井式電爐。小批量的滲碳零件，可選用井式氣體滲碳爐。對(duì)于大批量的汽車(chē)、拖拉機(jī)齒輪等零件的生產(chǎn)可選連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線或箱式多用爐。 5對(duì)沖壓件板材坯料的加熱大批量生產(chǎn)時(shí)，最好選用滾動(dòng)爐，輥底爐。對(duì)成批的定型零件，生產(chǎn)上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐推桿爐或鑄 帶爐小型機(jī)械零件如：螺釘，螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐。鋼球及滾柱熱處理可選用內(nèi)螺旋的回轉(zhuǎn)管爐。有色金屬錠坯在大批量生產(chǎn)時(shí)可用推桿式爐，而對(duì)有色金屬小零件及材料 可用空氣循環(huán)加熱爐。加熱缺陷及

22、把握一、過(guò)熱現(xiàn)象我們知道熱處理過(guò)程中加熱過(guò)熱最易導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機(jī)械性能下降。一般過(guò)熱：加熱溫度過(guò)高或在高溫下保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起奧氏體晶粒 粗化稱為過(guò)熱。粗大的奧氏體晶粒會(huì)導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度升 高，增加淬火時(shí)的變形開(kāi)裂傾向。而導(dǎo)致過(guò)熱的緣由是爐溫儀表失控或混料常為不懂工藝發(fā)生的。過(guò)熱組織可經(jīng)退火、正火或?qū)掖胃邷鼗鼗鸷螅?正常狀況下重奧氏化使晶粒細(xì)化。斷口遺傳：有過(guò)熱組織的鋼材，重加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒 細(xì)化，但有時(shí)仍消滅粗大顆粒狀斷口。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭(zhēng)議較多，一般 認(rèn)為曾因加熱溫度過(guò)高而使 MnS 之類(lèi)的雜物溶入奧氏體并富集于晶接口，而冷卻時(shí)這些夾雜物又

23、會(huì)沿晶接口析出，受沖擊時(shí)易沿粗大奧氏體晶界斷裂。粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重奧 氏化時(shí)，以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍舊 是粗大的，這種現(xiàn)象稱為組織遺傳性。要消退粗大組織的遺傳性，可承受中 間退火或?qū)掖胃邷鼗鼗鹛幚怼６⑦^(guò)燒現(xiàn)象加熱溫度過(guò)高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部消滅氧化或熔 化，導(dǎo)致晶界弱化，稱為過(guò)燒。鋼過(guò)燒后性能?chē)?yán)峻惡化，淬火時(shí)形成龜裂。 過(guò)燒組織無(wú)法恢復(fù)，只能報(bào)廢。因此在工作中要避開(kāi)過(guò)燒的發(fā)生。三、脫碳和氧化鋼在加熱時(shí)，表層的碳與介質(zhì)或氣氛中的氧、氫、二氧化碳及水蒸 氣等發(fā)生反響，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后外

24、表硬度、疲乏 強(qiáng)度及耐磨性降低，而且外表形成剩余拉應(yīng)力易形成外表網(wǎng)狀裂紋。加熱時(shí)，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)或氣氛中的氧、二氧化 碳、水蒸氣等發(fā)生反響生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。高溫一般 570 度以上工件氧化后尺寸精度和外表光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件 易消滅淬火軟點(diǎn)。為了防止氧化和削減脫碳的措施有：工件外表涂料，用不銹鋼箔包裝密 封加熱、承受鹽浴爐加熱、承受保護(hù)氣氛加熱如凈化后的惰性氣體、把握 爐內(nèi)碳勢(shì)、火焰燃燒爐使?fàn)t氣呈復(fù)原性四、氫脆現(xiàn)象高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時(shí)消滅塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為氫脆。出 現(xiàn)氫脆的工件通過(guò)除氫處理如回火、時(shí)效等也能消退氫脆，承受真空、 低氫氣氛或惰

25、性氣氛加熱可避開(kāi)氫脆。幾種常見(jiàn)熱處理概念正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn) AC3 或 ACM 以上的適當(dāng)溫度保持肯定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體類(lèi)組織的熱處理工藝。退火 annealing：將亞共析鋼工件加熱至 AC3 以上 2040 度，保溫一段時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻或埋在砂中或石灰中冷卻至 500 度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶 解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝時(shí)效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室 溫保持時(shí)，其性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性

26、及抗 蝕性能，消退應(yīng)力與軟化，以便連續(xù)加工成型時(shí)效處理：在強(qiáng)化相析出的溫度加熱并保溫，使強(qiáng)化相沉淀析出，得以 硬化，提高強(qiáng)度淬火：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) 全部或肯定的范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織構(gòu)造轉(zhuǎn)變的熱處理工藝回火：將經(jīng)過(guò)淬火的工件加熱到臨界點(diǎn) AC1 以下的適當(dāng)溫度保持肯定時(shí)間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理 工藝鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程。習(xí) 慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲即氣體軟氮化應(yīng)用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的 硬度，耐磨性和疲乏強(qiáng)度。低溫氣體

27、碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提 高鋼的耐磨性和抗咬合性。調(diào)質(zhì)處理 quenching and tempering：一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的構(gòu)造零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類(lèi)等。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機(jī)械性能均比一樣硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān)，一般HB200350釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝 回火的種類(lèi)及應(yīng)用依據(jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種：一低溫回火150250低溫回火所得組織為回火馬氏體

28、。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨 性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。它主 要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回 HRC5864。二中溫回火350500中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和 較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一 HRC3550。三高溫回火500650高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理 稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性 能。因此，廣泛用于汽車(chē)，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要構(gòu)造零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸

29、類(lèi)?；鼗鸷笥捕纫话銥?HB200330。氣氛與金屬的化學(xué)反響氧化2FeO22FeO FeH2OFeOH2 FeCCO2Fe2CO復(fù)原FeOH2FeH2OFeOCOFeO2滲碳2COCCO2FeCFeC CH4C2H2滲氮2NH32N3H2FeNFeN氮?dú)猓涸?000 度時(shí)會(huì)與 Cr,CO,Al.Ti 反響氫氣：可使銅，鎳，鐵，鎢復(fù)原。當(dāng)氫氣中的水含量到達(dá)百分之 0.20.3時(shí)，會(huì)使鋼脫碳水：800 度時(shí)，使鐵、鋼氧化脫碳，與銅不反響一氧化碳：其復(fù)原性與氫氣相像，可使鋼滲碳三 各類(lèi)氣氛對(duì)電阻組件的影響鎳鉻絲，鐵鉻鋁：含硫氣氛對(duì)電阻絲有害鋼的氮化及碳氮共滲概念：氮化是向鋼的外表層滲入氮原子的過(guò)程，

30、其目的是提高外表硬度 和耐磨性，以及提高疲乏強(qiáng)度和抗腐蝕性。它是利用氨氣在加熱時(shí)分解出活性氮原子，被鋼吸取后在其外表形成氮化 層，同時(shí)向心部集中。氮化通常利用特地設(shè)備或井式滲碳爐來(lái)進(jìn)展。適用于各種高速傳動(dòng)周密 齒輪、機(jī)床主軸如鏜桿、磨床主軸，高速柴油機(jī)曲軸、閥門(mén)等。氮化工件工藝路線：鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)精加工除應(yīng)力粗 磨氮化精磨或研磨。由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強(qiáng)度的心部組織，所以要先 進(jìn)展調(diào)質(zhì)熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機(jī)械性能和氮化層質(zhì)量。鋼在氮化后，不再需要進(jìn)展淬火便具有很高的外表硬度大于 HV850及耐磨性。氮化處理溫度低，變形很小，它與滲碳、感應(yīng)外表淬火相比，變形小得多

31、鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程，習(xí)慣上 碳氮共滲又稱作氰化。目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲即氣 體軟氮化應(yīng)用較是廣。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐 磨性和疲乏強(qiáng)度，低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐 磨性和抗咬合性。鈹青銅的熱處理鈹青銅是一種用途極廣的沉淀硬化型合金。經(jīng)固溶準(zhǔn)時(shí)效處理后，強(qiáng)度 可達(dá) 1250-1500MPa(1250-1500 公斤)。其熱處理特點(diǎn)是：固溶處理后具有良好的塑性，可進(jìn)展冷加工變形。但再進(jìn)展時(shí)效處理后，卻具有極好的彈性極 限，同時(shí)硬度、強(qiáng)度也得到提高。鈹青銅的固溶處理一般固溶處理的加熱溫度在 780-8

32、20之間，對(duì)用作彈性組件的材料， 承受 760-780，主要是防止晶粒粗大影響強(qiáng)度。固溶處理爐溫均勻度應(yīng)嚴(yán) 格把握在5。保溫時(shí)間一般可按 1 小時(shí)/25mm 計(jì)算，鈹青銅在空氣或氧化性氣氛中進(jìn)展固溶加熱處理時(shí)，外表會(huì)形成氧化膜。雖然對(duì)時(shí)效強(qiáng)化后的力學(xué)性能影響不大，但會(huì)影響其冷加工時(shí)工模具的使用壽命。為避開(kāi)氧化應(yīng)在 真空爐或氨分解、惰性氣體、復(fù)原性氣氛如氫氣、一氧化碳等中加熱， 從而獲得光亮的熱處理效果。此外，還要留意盡量縮短轉(zhuǎn)移時(shí)間此淬水時(shí)，否則會(huì)影響時(shí)效后的機(jī)械性能。薄形材料不得超過(guò) 3 秒,一般零件不超過(guò) 5 秒。淬火介質(zhì)一般承受水無(wú)加熱的要求，固然外形簡(jiǎn)單的零件為了避開(kāi)變形也可承受油。鈹

33、青銅的時(shí)效處理鈹青銅的時(shí)效溫度與 Be 的含量有關(guān)，含 Be 小于 2.1%的合金均宜進(jìn)展時(shí)效處理。對(duì)于 Be1.7%的合金，最正確時(shí)效溫度為 300-330，保溫時(shí)間1-3 小時(shí)依據(jù)零件外形及厚度。Be 低于 0.5%的高導(dǎo)電性電極合金，由于溶點(diǎn)上升，最正確時(shí)效溫度為 450-480，保溫時(shí)間 1-3 小時(shí)。近年來(lái)還進(jìn)展出了雙級(jí)和多級(jí)時(shí)效，即先在高溫短時(shí)時(shí)效，而后在低溫下長(zhǎng)時(shí)間保溫時(shí) 效，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是性能提高但變形量減小。為了提高鈹青銅時(shí)效后的尺寸精度，可承受夾具夾持進(jìn)展時(shí)效，有時(shí)還可承受兩段分開(kāi)時(shí)效處理。鈹青銅的去應(yīng)力處理鈹青銅去應(yīng)力退火溫度為 150-200，保溫時(shí)間 1-1.5 小時(shí)

34、，可用于消退因金屬切削加工、校直處理、冷成形等產(chǎn)生的剩余應(yīng)力，穩(wěn)定零件在長(zhǎng)期 使用時(shí)的外形及尺寸精度。熱處理應(yīng)力及其影響熱處理剩余力是指工件經(jīng)熱處理后最終殘存下來(lái)的應(yīng)力,對(duì)工件的外形,尺寸和性能都有極為重要的影響。當(dāng)它超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí),便引起工件的 變形,超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)使工件開(kāi)裂,這是它有害的一面,應(yīng)當(dāng)削減和 消退。但在肯定條件下把握應(yīng)力使之合理分布,就可以提高零件的機(jī)械性能和 使用壽命,變有害為有利。分析鋼在熱處理過(guò)程中應(yīng)力的分布和變化規(guī)律,使之合理分布對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。例如關(guān)于表層剩余壓應(yīng)力的合理分布對(duì)零件使用壽命的影響問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。一、鋼的熱

35、處理應(yīng)力工件在加熱和冷卻過(guò)程中,由于表層和心部的冷卻速度和時(shí)間的不全都,形成溫差，就會(huì)導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力,即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的 作用下,由于表層開(kāi)頭溫度低于心部,收縮也大于心部而使心部受拉,當(dāng)冷卻結(jié) 束時(shí)，由于心部最終冷卻體積收縮不能自由進(jìn)展而使表層受壓心部受拉。即在熱應(yīng)力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度, 材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當(dāng)冷卻速度愈快,含碳量和合金成分愈 高,冷卻過(guò)程中在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大,最終形成的剩余應(yīng)力就愈大。另一方面鋼在熱處理過(guò)程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),因比容的增大會(huì)伴隨工件體積的膨脹,工件

36、各部位先后相變，造成體積長(zhǎng)大不全都而產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力變化的最終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力,心 部受壓應(yīng)力,恰好與熱應(yīng)力相反。組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷 卻速度,外形，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。實(shí)踐證明,任何工件在熱處理過(guò)程中,只要有相變,熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都會(huì) 發(fā)生。只不過(guò)熱應(yīng)力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應(yīng)力則是在組織轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的,在整個(gè)冷卻過(guò)程中,熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果,就 是工件中實(shí)際存在的應(yīng)力。這兩種應(yīng)力綜合作用的結(jié)果是格外簡(jiǎn)單的,受著許 多因素的影響,如成分、外形、熱處理工藝等。就其進(jìn)展過(guò)程來(lái)說(shuō)只有兩種類(lèi) 型,即熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,作用方向相反時(shí)二者抵消,作用

37、方向一樣時(shí)二者相互 迭加。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個(gè)應(yīng)力應(yīng)有一個(gè)占主導(dǎo)因素,熱應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受拉,外表受壓。組織應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí) 的作用結(jié)果是工件心部受壓外表受拉。二、熱處理應(yīng)力對(duì)淬火裂紋的影響存在于淬火件不同部位上能引起應(yīng)力集中的因素(包括冶金缺陷在內(nèi)),對(duì) 淬火裂紋的產(chǎn)生都有促進(jìn)作用,但只有在拉應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)(尤其是在最大拉應(yīng)力下) 才會(huì)表現(xiàn)出來(lái),假設(shè)在壓應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)并無(wú)促裂作用。淬火冷卻速度是一個(gè)能影響淬火質(zhì)量并打算剩余應(yīng)力的重要因素,也是一 個(gè)能對(duì)淬火裂紋賦于重要乃至打算性影響的因素。為了到達(dá)淬火的目的，通常必需加速零件在高溫段內(nèi)的冷卻速度,并使之超過(guò)鋼的臨界淬火冷卻

38、速度才 能得到馬氏體組織。就剩余應(yīng)力而論,這樣做由于能增加抵消組織應(yīng)力作用的 熱應(yīng)力值,故能削減工件外表上的拉應(yīng)力而到達(dá)抑制縱裂的目的。其效果將隨 高溫冷卻速度的加快而增大。而且,在能淬透的狀況下,截面尺寸越大的工件, 雖然實(shí)際冷卻速度更緩,開(kāi)裂的危急性卻反而愈大。這一切都是由于這類(lèi)鋼的 熱應(yīng)力隨尺寸的增大實(shí)際冷卻速度減慢,熱應(yīng)力減小,組織應(yīng)力隨尺寸的增大而增加,最終形成以組織應(yīng)力為主的拉應(yīng)力作用在工件外表的作用特點(diǎn)造成 的。并與冷卻愈慢應(yīng)力愈小的傳統(tǒng)觀念大相徑庭。對(duì)這類(lèi)鋼件而言,在正常條 件下淬火的高淬透性鋼件中只能形成縱裂。避開(kāi)淬裂的牢靠原則是設(shè)法盡量減小截面內(nèi)外馬氏體轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性。僅僅

39、實(shí)行馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)的緩冷卻不足以預(yù)防縱裂的形成。一般狀況下只能產(chǎn)生在非淬透性件中的弧裂,雖以整體 快速冷卻為必要的形成條件，可是它的真正形成緣由,卻不在快速冷卻(包括馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi))本身,而是淬火件局部位置(由幾何構(gòu)造打算),在高溫臨界溫 度區(qū)內(nèi)的冷卻速度顯著減緩,因而沒(méi)有淬硬所致。產(chǎn)生在大型非淬透性件中的 橫斷和縱劈,是由以熱應(yīng)力為主要成份的剩余拉應(yīng)力作用在淬火件中心,而在淬火件末淬硬的截面中心處,首先形成裂紋并由內(nèi)往外擴(kuò)展而造成的。為了避 免這類(lèi)裂紋產(chǎn)生，往往使用水-油雙液淬火工藝。在此工藝中實(shí)施高溫段內(nèi)的快速冷卻,目的僅僅在于確保外層金屬得到馬氏體組織,而從內(nèi)應(yīng)力的角度來(lái)看,這時(shí)快冷有害

40、無(wú)益。其次,冷卻后期緩冷的目的,主要不是為了降低馬氏 體相變的膨脹速度和組織應(yīng)力值,而在于盡量減小截面溫差和截面中心部位金 屬的收縮速度,從而到達(dá)減小應(yīng)力值和最終抑制淬裂的目的。三、剩余壓應(yīng)力對(duì)工件的影響滲碳外表強(qiáng)化作為提高工件的疲乏強(qiáng)度的方法應(yīng)用得很廣泛的緣由。一方面是由于它能有效的增加工件外表的強(qiáng)度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是滲碳能有效的改善工件的應(yīng)力分布,在工件外表層獲得較大的剩余壓 應(yīng)力,提高工件的疲乏強(qiáng)度。假設(shè)在滲碳后再進(jìn)展等溫淬火將會(huì)增加表層剩余 壓應(yīng)力,使疲乏強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。有人對(duì) 35SiMn2MoV 鋼滲碳后進(jìn)展等溫淬火與滲碳后淬火低溫回火的剩余應(yīng)力進(jìn)展過(guò)測(cè)試其

41、熱處理工藝剩余應(yīng)力值kg/mm2)滲碳后 880-900 度鹽浴加熱，260 度等溫 40 分鐘-65880-90026090-18滲碳后 880-900 度鹽浴加熱，260 度等溫 40 分鐘，260 度回火 90 分鐘-38 從表 1 的測(cè)試結(jié)果可以看出等溫淬火比通常的淬火低溫回火工藝具有更高的外表剩余壓應(yīng)力。等溫淬火后即使進(jìn)展低溫回火,其外表剩余壓應(yīng)力，也比淬 火后低溫回火高。因此可以得出這樣一個(gè)結(jié)論,即滲碳后等溫淬火比通常的滲 碳淬火低溫回火獲得的外表剩余壓應(yīng)力更高,從外表層剩余壓應(yīng)力對(duì)疲乏抗力 的有利影響的觀點(diǎn)來(lái)看，滲碳等溫淬火工藝是提高滲碳件疲乏強(qiáng)度的有效方法。滲碳淬火工藝為什么能獲得表層剩余壓應(yīng)力?滲碳等溫淬火為什么能獲得 更大的表層剩余壓應(yīng)力?其主要緣由有兩個(gè)：一個(gè)緣由是表層高碳馬氏體比容 比心部低碳馬氏體的比容大,淬火后表層體積膨脹大,而心部低碳馬氏體體積膨脹小,制約了表層的自由膨脹,造成表層受壓心部受拉的應(yīng)力狀態(tài)。而另一個(gè)更重要的緣由是高碳過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)頭轉(zhuǎn)變溫度Ms,比心 部含碳量低的過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)頭溫度Ms低。這就是說(shuō)在淬火過(guò)程中往往是心部首先產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變引起心部體積膨脹,并獲得強(qiáng)化,而外表還末冷卻到其對(duì)應(yīng)的馬氏體開(kāi)頭轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms,故仍處于過(guò)