熱處理基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿

熱處理基礎(chǔ)知識(shí)演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)金屬材料是目前應(yīng)用最廣泛的一種工程材料，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、物理性能、化學(xué)性能和工藝性能。具有：強(qiáng)度較高、塑性較好、導(dǎo)電性高、導(dǎo)熱性好、有金屬光澤等特性。下面就介紹金屬材料的熱處理基礎(chǔ)知識(shí)。當(dāng)前第2頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)1.熱處理的定義熱處理：將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。金屬材料性能的決定因素：化學(xué)成分、內(nèi)部組織。其中“化學(xué)成分”是改變性能的基礎(chǔ)，“熱處理”是改變性能的手段，“組織”是性能變化的根據(jù)。

當(dāng)前第3頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)熱處理的三個(gè)階段：加熱、保溫、冷卻。如圖1-1所示是最基本的熱處理工藝曲線。溫度加熱保溫冷卻時(shí)間圖1-1熱處理工藝曲線只有通過(guò)正確的熱處理工藝，才能得到一定的組織，獲得預(yù)期的性能。當(dāng)前第4頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)滲氮表面熱處理整體熱處理熱處理

退火正火淬火回火固溶處理固溶處理和時(shí)效氣體滲碳固體滲碳?xì)怏w碳氮共滲液體碳氮共滲化學(xué)熱處理氣體滲氮離子滲氮?dú)怏w氮碳共滲液體氮碳共滲(鹽浴軟氮化）其他(如磷化、染黑、滲鋁、滲釩、熔射等等)表面淬火+回火（高頻淬火、火焰淬火）物理/化學(xué)氣相沉積

2、熱處理工藝分類碳氮共滲氮碳共滲(軟氮化)滲碳當(dāng)前第5頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2.1整體熱處理整體熱處理常見(jiàn)的工藝為退火、正火、淬火、回火等.退火退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。

退火的目的：

1）降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工；

2）消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防工件變形和開(kāi)裂；

3）改善組織，細(xì)化晶粒，改變鋼的性能或?yàn)橐院鬅崽幚碜鰷?zhǔn)備。

當(dāng)前第6頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)退火的分類：各種退火、正火加熱溫度及工藝曲線如圖2-1所示。圖2-1退火正火工藝規(guī)范示意圖1）完全退火。加熱到Ac3以上20～300C，保溫，緩冷至6000C以下，再空冷，得到接近平衡狀態(tài)組織。主要用于亞共析鋼和共析鋼的鍛件、軋件、鑄件，使晶粒細(xì)化，組織均勻和消除殘余應(yīng)力，提高鋼件的性能。過(guò)共析鋼不宜完全退火，因析出網(wǎng)狀滲碳體，降低鋼的力學(xué)性能。

2）球化退火。使鋼中的碳化物呈球狀而進(jìn)行的退火。將工件加熱到Ac1以上20～300C，保溫，然后緩慢冷卻。主要用于過(guò)共析鋼，使鋼中二次滲碳當(dāng)前第7頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)體和珠光體中的片狀滲碳體球狀化，以降低硬度提高韌性，改善切削加工性能。圖2-2退火正火工藝規(guī)范示意圖3)去應(yīng)力退火。為消除形變加工、鍛造、焊接等以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火。鑄鋼件的溫度為600～6500C，鑄鐵件為500～550C，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。組織不發(fā)生變化，只消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形，穩(wěn)定尺寸。

4）擴(kuò)散退火(均勻化退火)。將鋼加熱到略低于固相線溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫，隨爐冷卻，使化學(xué)成分和組織均勻化。主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件或鍛件。

當(dāng)前第8頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2.1.2正火正火是將工件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過(guò)共析鋼）以上30～500C，保溫適當(dāng)時(shí)間，在自由流通的空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。

正火主要應(yīng)用于：1）對(duì)不太重要的零件，可細(xì)化晶粒，組織均勻，提高機(jī)械性能，作為最終熱處理；

2）對(duì)低碳鋼和低碳合金鋼，可提高硬度，改善切削加工性；

3）對(duì)于過(guò)共析鋼或工具鋼，可減少二次滲碳體，并使其不呈連續(xù)網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。

當(dāng)前第9頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2.1.3.淬火淬火是將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。淬火可提高工件的硬度和耐磨性，一般淬火后的工件再配合適當(dāng)溫度的回火，可獲得較好的綜合力學(xué)性能，如刀具、模具、軸和齒輪。淬火質(zhì)量取決于加熱溫度和冷卻方式。

1）淬火加熱溫度。根據(jù)鋼材的化學(xué)成分決定，亞共析鋼在Ac3以上30～500C，此時(shí)鋼的組織為細(xì)顆粒的奧氏體，淬火后獲得細(xì)小的馬氏體。若溫度低于Ac3，將出現(xiàn)自由鐵素體。若溫度過(guò)高，得到粗大的馬氏體，性能變壞。共析鋼和過(guò)共析鋼加熱溫度在Ac1以上30～500C，得到細(xì)小的馬氏體和小顆粒的滲碳體組織。

當(dāng)前第10頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2）淬火冷卻方法。冷卻介質(zhì)對(duì)淬火效果有很大影響，常用的有水、油和鹽、堿的水溶液。水用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳素鋼工件。油用于合金鋼和復(fù)雜的碳素鋼。常用淬火方法如圖1-3所示。1表示單液淬火，2表示雙液淬火，3表示分級(jí)淬火，4表示等溫淬火。例如：P863防鉆板（材料65Mn）采用鹽浴等溫淬火，改善變形。C453方舌組件（Q235)采用滲碳水淬3）淬透性和淬硬性。

圖2-3常用淬火方法示意圖淬透性：鋼在淬火后，獲得淬透層（淬硬層）深度的能力。淬硬性：鋼淬火時(shí)能達(dá)到的最高硬度。當(dāng)前第11頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2.1.4.回火回火是為了消除淬火引起的殘余應(yīng)力及獲得要求的組織和性能，將淬火后的工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

回火目的：淬火后得到性能很脆的馬氏體組織，而且淬火馬氏體是不穩(wěn)定的組織，它有變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，而使零件尺寸變化，并存在內(nèi)應(yīng)力，零件容易變形和開(kāi)裂。為此利用回火來(lái)達(dá)到以下目的：1）減少和消除淬火應(yīng)力；

2）穩(wěn)定工件尺寸，防止變形和開(kāi)裂；3）獲得工件所需的組織和性能；即獲得要求的強(qiáng)度、硬度和韌性。

當(dāng)前第12頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)回火的種類及應(yīng)用：

1）低溫回火。加熱溫度為150～2500C，得到碳的過(guò)飽和程度稍小的固溶體—回火馬氏體，硬度較高，在HRC58～64之間，高耐磨性?？上欢ǖ臍堄鄳?yīng)力，韌性有所改善。用于各類高碳鋼的工具、模具、量具。2）中溫回火。加熱溫度為350～5000C，得到極細(xì)顆粒狀滲碳體和鐵素體的混合物—回后火托氏體，有極高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，也有較好的韌性。硬度在HRC35～45；用于各種彈簧、彈簧夾頭及鍛模。

3）高溫回火。加熱溫度為500～6500C，得到細(xì)而均勻的顆粒狀滲碳體和鐵素體的混合物---回火索氏體，有較高的強(qiáng)度和硬度，又有較好的韌性和塑性。工廠一般把淬火和高溫回火叫調(diào)質(zhì)處理。用于重要的零件如軸、齒輪、連桿和螺栓。

當(dāng)前第13頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)2.2.化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。將工件置于一定溫度下的含碳、氮或其它合金元素的活性介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱和保溫，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝如淬火及回火。

提高工件表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性能等等?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲鋁、滲硼、滲釩等。

當(dāng)前第14頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

2.2.1滲碳

在富碳的介質(zhì)中使碳滲入低碳鋼（C0.1%～0.3%）或低合金鋼的表面，使表面層碳濃度達(dá)到0.8～1.2%，再經(jīng)過(guò)淬火和回火后，表面層獲得高的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部保持高的韌性。發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：C+O2→CO2CO2+C→2CO2CO→CO2+[C]當(dāng)前第15頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

2.2.2碳氮共滲在一定溫度下，同時(shí)將碳、氮原子滲入工件表面，并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。優(yōu)點(diǎn)碳氮共滲與滲碳相比，主要有如下優(yōu)點(diǎn)：1.滲層性能好。兩者滲層硬度差別不大，但碳氮共滲層的耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度比滲碳層高。2.滲入速度快。碳、氮原子同時(shí)滲入，能相互促進(jìn)滲入過(guò)程;3.工件變形小。碳氮共滲溫度一般低于滲碳溫度。

三民公司有鹽浴碳氮共滲、多用爐滲碳、

多用爐碳氮共滲等加工方式。當(dāng)前第16頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)3.硬度檢查硬度指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的一種力學(xué)性能指標(biāo)。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。

1）布氏硬度HBS(HBW)。布氏硬度是在布氏硬度計(jì)上進(jìn)行測(cè)量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球?yàn)閴侯^，以相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時(shí)間后，卸除實(shí)驗(yàn)力，在試樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，如圖3-1示。

圖3-1布氏硬度實(shí)驗(yàn)原理圖實(shí)驗(yàn)力（kgf）；球體直徑（mm）；壓痕平均直徑（mm）。式中當(dāng)前第17頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)在做布氏試驗(yàn)時(shí)，只需測(cè)量出d值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時(shí)，為HBS，適用于布氏硬度450以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí)，為HBW，適用于布氏硬度650以下的材料。

優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確，缺點(diǎn)：壓痕大，不適合成品檢驗(yàn)。

當(dāng)前第18頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)

2）洛氏硬度洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為測(cè)量硬度值的依據(jù)?？梢灾苯訌穆迨嫌捕扔?jì)的表盤上讀出，它是一個(gè)相對(duì)值，人們規(guī)定每0.002mm壓痕深度為一個(gè)洛氏硬度單位。洛氏硬度用HRA、HRB和HRC來(lái)表示。表面洛氏硬度HR15N、HR30N、HR45N、HR15T等等HRC采用頂角為120°的金剛石圓錐體為壓頭，施加150kgf的外力，主要用于淬火鋼等較硬材料的測(cè)定，常用硬度值為20-67HRC；HRA采用外加載荷為60kgf，用于測(cè)量高硬度薄層，常用硬度值為70-85HRA；HRB采用直徑1.588mm的鋼球，100kgf的外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為25-100HRB。

當(dāng)前第19頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)洛氏硬度優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：

1.洛氏硬度有許多不同的標(biāo)尺，壓頭有硬質(zhì)、軟質(zhì)多種，可以測(cè)出從極軟到極硬材料的硬度；

2.壓痕小，可在成品零件上檢測(cè)；

3.測(cè)量迅速簡(jiǎn)便缺點(diǎn)：洛氏硬度有許多不同的標(biāo)尺，其硬度值無(wú)法統(tǒng)一當(dāng)前第20頁(yè)\共有23頁(yè)\編于星期二\11點(diǎn)3）維氏硬度HV測(cè)試的基本原理與布氏硬度相同，但壓頭采用錐面夾角136°的金剛石正四棱錐體。維氏硬度試驗(yàn)所用載荷小，壓痕深度淺。適用于低載荷維氏硬度測(cè)定表面淬火時(shí)硬化層深度和滲碳、滲氮件表面硬度以及小件、薄件硬度等。優(yōu)缺點(diǎn)：1.試驗(yàn)載荷可任意選擇，(從1kg~50kg,以及10g~1000g)故可測(cè)硬度范圍寬，2.材質(zhì)不論軟硬，測(cè)量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，精度高。3.工作效率較低。