金屬的熱處理

金屬的熱處理熱處理熱處理，就是將金屬成材或零件加熱到低于溶點(diǎn)的一定溫度，并將此溫度保持一段時(shí)間，然后冷卻至一定溫度的工藝過程。熱處理過程一般都要經(jīng)過加熱→保溫→冷卻三個(gè)階段。熱處理和其他加工處理不同，它不改變金屬成材或零件的形狀和大小，而是通過改變金屬的內(nèi)部組織，來改善金屬的性能，提高材料的使用價(jià)值，滿足各種使用要求，并提高質(zhì)量、節(jié)省材料及延長使用壽命。臨界點(diǎn)鋼加熱和冷卻時(shí)發(fā)生相轉(zhuǎn)變的溫度叫臨界點(diǎn)或臨界溫度。在實(shí)際加熱和冷卻時(shí)，鋼的相變與在極端緩慢加熱（或冷卻）的平衡狀態(tài)不一樣，往往是在一定的過熱或者過冷的情況下進(jìn)行。這樣就使得實(shí)際加熱或冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)不在同一溫度上。臨界點(diǎn)用A表示；加熱時(shí)的臨界點(diǎn)在臨界點(diǎn)A右下標(biāo)字母C；冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)在臨界點(diǎn)“A”左下標(biāo)字母r。對(duì)鋼來說，常見的平衡狀態(tài)和加熱時(shí)的臨界點(diǎn)有：A1－是在平衡狀態(tài)下，奧氏體、鐵素體、滲碳體共存的溫度，也就是一般說的下臨界點(diǎn)。A3－是亞共析鋼在平衡狀態(tài)下，奧氏體和鐵素體共存的最高溫度，也就是一般所說的亞共析鋼的上臨界點(diǎn)。Acm－是過共析鋼在平衡狀態(tài)下，奧氏休和滲碳體共存的最高溫度，也就是過共析的上臨界點(diǎn)。Ac1－鋼加熱時(shí)，所有珠光體都轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度。Ac3－亞共析鋼加熱時(shí)，所有鐵素體都轉(zhuǎn)變奧氏體的溫度。Accm－過共析鋼加熱時(shí)，所有滲碳體都溶入奧氏體的溫度。再結(jié)晶金屬由于冷加工變形，使晶格發(fā)生歪扭，晶粒破碎，產(chǎn)生加工硬化。當(dāng)加熱到適當(dāng)溫度保溫后，金屬內(nèi)將進(jìn)行重新形核和晶核長大過程，獲得沒有內(nèi)應(yīng)力和加工硬化的組織。這在固態(tài)金屬內(nèi)沒有相變的結(jié)晶過程，也就是使加工硬化的金屬不經(jīng)過相變進(jìn)行軟化的過程，叫作再結(jié)晶?？梢赃M(jìn)行再結(jié)晶的最低溫度叫做再結(jié)晶溫度。重結(jié)晶具有多型性相變的金屬，當(dāng)溫度改變超過其臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，發(fā)生從一種點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成另一種點(diǎn)結(jié)構(gòu)的過程。在這種相變中，金屬發(fā)生重新形核和晶核長大的結(jié)晶過程，叫做重結(jié)晶。退火把鋼的熱到臨界點(diǎn)（Ac3或Ac1）或再結(jié)晶溫度以上，并保溫一段時(shí)間，然后以小于在靜止空氣中的冷卻速度進(jìn)行緩冷的一種熱處理操作，稱為退火。退火的目的是：降低硬度，提高塑性，以便于切削加工或壓力加工；減少殘余應(yīng)力；使成分均勻化；細(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能。完全退火把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac3以上20~30℃，并保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的一種熱處理操作，稱為完全退火。完全退火能改善鋼的性能、消除內(nèi)應(yīng)力。去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是將鋼加熱到500~650℃（A1），經(jīng)保溫后隨爐緩慢冷卻的熱處理操作，稱為去應(yīng)力退火。去應(yīng)力退火又叫低溫退火（或高溫退火）。鋼在去應(yīng)力退火過程中并無組織變化，但是殘余應(yīng)力卻在退火過程中得到消除。這種退火主要用來消除鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件等的殘余應(yīng)力。球化退火把鋼加熱到稍高于Ac1的溫度，保溫一定時(shí)間后，緩慢冷卻，或?qū)摷訜岬綂W氏體化后，冷卻到略代以A1的溫度，經(jīng)較長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻，形成較穩(wěn)定的均勻的球化組織，這種熱處理操作稱為球化退火。球化退火用于改善鋼的切削加工性能、提高韌性。再結(jié)晶退火將冷加工變形過的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上的適當(dāng)溫度，經(jīng)過一定時(shí)間的保溫，然后以適當(dāng)方式冷卻，這種熱處理操作稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火用于消除加工硬化，消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、提高塑性。等溫退火將鋼加熱至高溫使其奧氏體化，經(jīng)過保溫然后迅速冷卻到A1下某一溫度，并將該溫度保持一定時(shí)間，然后空冷，這種熱處理操作稱為等溫退火。等溫退火能均勻鋼的組織，改善鋼的切削性能。光亮退火在采用保護(hù)性氣體（氫氣、氮?dú)?、氬氣等）爐內(nèi)或在真空爐內(nèi)，或用其它使退火鋼材表面不被氧化的退火工藝稱為光亮退火。退火后鋼材不用進(jìn)行酸洗，金屬表面能保持光亮。正火把鋼加熱到Ac3或Accm以上30~50℃，使鋼全部奧氏體化，然后在空氣中冷卻得到珠光體型組織的熱處理操作稱為正火。正火的冷卻速度比退火大，得到的珠光體組織比退火時(shí)細(xì)小。正火公用于碳鋼和低合金鋼，可提高其力學(xué)性能，細(xì)化晶粒，消除滲碳體網(wǎng)狀組織。淬火把鋼加熱到Ac3以上或Ac3~Accm之間，保溫后以大于臨界冷卻速度快速冷卻，這種熱處理操作為淬火。淬火的目的：通過淬火和回火獲得一定的綜合力學(xué)性能；改善鋼的某些物理化學(xué)性能；為下一步熱處理作好組織準(zhǔn)備。回火把已淬火鋼重新加熱到Ac1以下的溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻的熱處理工藝稱為回火?；鼗鸬哪康模合摷诖慊饡r(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力;提高鋼件的塑性和韌性；穩(wěn)定組織。按回火溫度不同分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。當(dāng)要求鋼件有較高的硬度和較好的耐磨性時(shí)，淬火后常采用低溫回火；當(dāng)要求鋼件有足夠的硬度和高的彈性極限并保持一定韌性時(shí)，在淬火后常用中溫回火處理；當(dāng)要求鋼件既有較高強(qiáng)度和硬度又有較好的韌性時(shí)，在淬火后常用高溫回火處理。調(diào)質(zhì)處理利用淬火和高溫（或中溫）回火這種雙重?zé)崽幚淼墓に嚪Q為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理，通常可使鋼件獲得強(qiáng)度與韌性相配合的良好的綜合力學(xué)性能。固溶處理將金屬加熱至適當(dāng)溫度并經(jīng)過充分保溫，使其中的某些組成物溶解到金屬基體里去，形成均勻的固溶體，然后迅速冷卻，使溶入的組成物保存在固溶體中，這種熱處理的工藝稱為固溶處理。固溶處理的目的，是為了改善金屬的塑性和韌性，并為進(jìn)一步進(jìn)行深淀硬化處理準(zhǔn)備條件。時(shí)效處理金屬經(jīng)淬火或加工后，尤其是經(jīng)過一定程度的冷加工變形后，隨著時(shí)間的延長硬度和強(qiáng)度有所增加，而塑性、韌性有所降低，其組織由亞穩(wěn)定狀態(tài)逐漸過渡到較穩(wěn)定狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效。把金屬有意識(shí)地在室溫或較高溫度下較長時(shí)間存放，使其產(chǎn)生時(shí)效作用，這種工藝稱為時(shí)效處理。時(shí)效處理可分為:自然時(shí)效金屬在室溫或自然條件下長時(shí)間存放發(fā)生時(shí)效的現(xiàn)象和處理工藝，稱為自然時(shí)效。人工時(shí)效把金屬加熱到較高溫度，并長時(shí)間保溫，使其產(chǎn)生時(shí)效作用的處理工藝，稱為人工時(shí)效。生產(chǎn)中利用時(shí)效處理來提高金屬的強(qiáng)度和硬度、穩(wěn)定工件尺寸和形狀。淬透性通過淬火得到一定淬透層深度的能力稱為淬透性。金屬的淬透性好，其淬硬層深度愈大，表面和中心部分的性能差別就愈小。淬透性的大小，用淬硬層的深度來表示。在淬火件尺寸、淬火冷卻速度等條件相同的情況下，金屬的淬透性取決于其化學(xué)成功。含有錳、鉬、鉻、鎳、硼等元素的合金鋼，都有良好的淬透性。淬硬層的深度還與淬火劑的冷卻能力有關(guān)。若用冷卻能力大的淬火劑如水、鹽水等，則可以增加淬硬層的深度，有時(shí)可彌補(bǔ)某些淬透性低的金屬的不足。但是，快速冷卻容易造成淬火件的變形或開裂。所以，許多形狀復(fù)雜或截面較大的金屬的不足。但是，快速冷卻容易造成淬火件的變形或開裂。所以，許多形狀復(fù)雜或截面較大的金屬件不能使用快速冷卻的淬火劑，而只能采用冷卻速度較緩和的淬火劑，比如油等。因此，這類金屬材料必須有良好的淬透性。淬硬性金屬淬火時(shí)變硬的能力，稱為淬硬性。金屬的淬硬性愈好，則淬火后能達(dá)到硬度愈高，鋼的淬硬性，主要取決于含碳量，一般來說，含碳量愈高，剛淬硬性愈好，淬火后能達(dá)到的硬度就愈高?；鼗鸫嘈杂行┖辖痄撛诖慊穑鼗鸷箜g性顯著降低，這種現(xiàn)象稱為回火脆性?；鼗鸫嘈裕诨鼗饡r(shí)快速冷卻的條件下不會(huì)發(fā)生。但是，大尺寸鋼件很難做到快速冷卻，因此，必須用不會(huì)發(fā)生回火脆性的鋼來制造。含鉬或鎢的鋼不會(huì)產(chǎn)生回火脆性，鉬、鎢就是為了防止回火脆性而加入的?？够鼗鹦远鄶?shù)鋼淬火后變得硬而脆。經(jīng)過回火處理后，雖可提高其