热处理论文（写写帮整理）

第一篇：热处理论文（写写帮整理）

毕 业 论 文（设 计）

论文（设计）题目：金属的热处理

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目录

摘 要..................................................1 ABSTRACT................................................2 1.背景简介.............................错误！未定义书签。2.文献综述..............................................4

2.1金属材料的性能.....................................4

2.1.1 金属材料的性能分为使用性能和工艺性能......4 2.1.2金属的硬度................................4 2.1.3金属材料的冲击韧度........................4 2.1.4金属材料的疲劳强度........................4 2.2金属的结晶和合金的构造.............................4 2.2.1金属的结晶过程和同素异晶转变..................4 2.2.2合金的相结构..................................4 2.3金属材料强化的机理及基本途径.......................5 2.3.1金属围观强化机构的分类........................5 2.3.2工艺方法......................................5

3.技术路线..............................................6 3.1退火..............................................6 3.1.1完全退火......................................6 3.1.2低温退火......................................6 3.2正火..............................................6 3.2.1普通正火......................................6

3.2.2等温正火......................................6 3.2.3水冷正火......................................6 3.3淬火..............................................7 3.3.1完全淬火......................................7 3.3.2不完全退火....................................7 3.4回火..............................................7 3.4.1低温回火......................................8 3.4.2中温回火......................................8 3.4.3高温回火......................................8 4.结论..................................................9 参考文献...............................................10 致 谢..................................................1

1新乡学院本科毕业论文（设计）

摘 要

在人类的整个发展历程中，金属几乎是和社会息息相关的。现在我们日常生活所用的各种设备大部分都是金属，想要符合社会的发展，就必须对材料进行热处理。通过不同的工艺处理得到我们所需的性能不同的金属材料，对我们整个世界都产生了深远的影响，小到我们缝衣服用的针、掏耳勺，大到飞机、火箭都离不开金属。因此热处理对材料的重要性不言而喻，我们虽然是世界上最早对金属进行冶炼的国家，但现在由于种种原因，我们在金属制造方面还是与欧美等发达国家存在较大的差距。我们大学生时祖国的未来，希望我们可以奋发图强，将来做祖国的栋梁之才。

关键词：金属的性能；热处理

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ABSTRACT

Throughout the development of human history, the metal is almost and society are closely related to the.Now all kinds of equipment used in our daily life is mostly metal, want to accord with the development of society, it must carry on the heat treatment of materials.Get the metal material properties we need different by different process, have a profound influence on our whole world, small to needle, we take the earpick sewing, to the aircraft, the rocket cannot do without metal.Therefore, heat treatment of material importance self-evident, although we are one of the earliest metal smelting in the country, but now due to various reasons, we in the metal manufacturing or in Europe and America and other developed countries there is a big gap.The future of the motherland we college students, I hope we can make efforts to do in the future of the motherland, a man of tremendous promise.Key words: The performance of metal, heat treatment

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第1章 背景简介

自二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到很大发展。其中比较有代表性的是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。

热处理是机械工业的一项重要基础技术，通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的，而且，只要选材合适，热处理得当，就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高，实现“搞好热处理，零件一顶几”的目标，收到事半功倍的效果。热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。

建国以来，我国的热处理技术有了很大的发展，现有热处理生产厂点一万余家，职工15万人，专业科技人员约1000余人，热处理加热设备11万台，年生产能力660万吨钢件，年产值约50亿元，全员劳动生产率约3万元/人年。目前我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面，与工业发达国家的差距不大，但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距，还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。为促进我国热处理技术的发展，我们应全面了解热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势，大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”，力争到 2020年时达到工业发达国家八十年代中期的水平。

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第2章 文献综述

2.1金属材料的性能

2.1.1金属材料的性能分为使用性能和工艺性能

使用性能：是金属材料在使用时所表现出的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能等。

工艺性能：是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。2.1.2金属的硬度

硬度是材料局部抵抗其他更硬物质压入其表面的能力。它不仅抵抗塑性变形，还要抵抗弹性变形。它是衡量材料软硬程度的重要指标。硬度越高，材料的耐磨性越好。2.1.3金属材料的冲击韧度

金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度。许多机械零件在工作中往往要受到冲击载荷的作用，如活塞销、锻锤杆、冲模、锻模等。制造此类零件所用材料必须考虑其抗冲击载荷能力。2.1.4金属材料的疲劳强度

弹簧、曲轴、齿轮等机械零件在工作过程中所承受载荷的大小、方向随时间变化做周期性变化，在金属材料内部就会引起应力发生周期性的波动。此时，由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽然低于材料的屈服强度，但经过长时问的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂，这就叫做疲劳断裂[1]。

2.2金属的结晶和合金的构造

2.2.1金属的结晶过程和同素异晶转变

金属结晶过程：

一、金属的结昌过程液态金属冷却到凝固温度时，原子由无序状态转变为按一定的几何形状作有序的排列。金属的这种由液体转变为晶体的现象叫做结晶。液态金属的结晶过程就是凝固过程，大致可分为两个阶段：即晶核(结晶中心)的形成和晶核的成长。晶核的澎成，一方面可能是由于液态金属中有一些原子自发的聚集在一起。按金属晶体的固有规律排列起来而形成，这叫做自发晶茧；另一方面也可能是电量液态金属中一些外来的微细固态质点而形成，这叫做外来晶核。这两种结晶全都是结晶过程中晶核发展和生长的基础[2]。2.2.2合金的相结构

固体物质一般分为晶体和非晶体，晶体原子一般呈周期性有规则的排

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列，而非晶体的原子一般不规则杂乱排列。金属材料通常都是晶体，为了便于分析晶体中原子的排列规律，通常用假想的线条将各原子中心连接起来，使之构成一个空间格架，这种三维的空间格架，称作“晶格”(或称空间点阵)取晶格中一个最基本的几何单元来表明原子排列的规律性，这个最小的几何单元，称为“晶胞”。常见的三种晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格[3]。

2.3金属材料强化的机理及基本途径

2.3.1金属围观强化机构的分类

以钢铁材料为例，其强化机理可分为晶界强化、固溶强化、位错强化、沉淀和弥散强化、相变强化、Spindal(调幅分解和有序化强化七类。实际强化大多为复合作用的结果，要严格地孤立出来讨论是困难的，且绝大部分钢种的强化增量至今尚不能定量计算，故只能对强化机理的基本特点和本质有大致的了解。2.3.2工艺方法

基于晶界强化的机理，在热处理工艺方法上采用超细化热处理工艺，即细化奥氏体晶粒或碳化物相，使晶粒度细化到10级以上。由于超细化作用，使晶界面积增加，从而对金属塑性变形的抗力增加，反映在机械性能方面其金属强韧性大为提高。如奥氏体晶粒细化10级以上，强韧性大为提高，其方法有3种：(1)利用极高加热速度的能源进行快速加热（2）利用奥氏体的递转变（3）采用两相区交替加热淬火法[4]。

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第3章 技术路线

3.1退火

3.1.1完全退火

将偏离平衡状态的金属加热至较高温度，保持一定时间然后缓慢冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法统称为退火。退火的目的在于均匀化学成分、改善力学性能及工艺性能、消除或减小内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。钢的退火工艺种类很多，按加热温度可分为两大类：①临界温度(Ac1或Ac3)以上的退火(相变重结晶退火)，包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、均匀化退火和球化退火等；②临界温度以下的退火，包括软化退火、再结晶退火及去应力退火等。将亚共析钢加热到Ac3以上的温度，并在此保温足够时间，完成奥氏体化并使成分基本均匀之后缓慢冷却(控速冷却、炉冷、埋于砂或耐火土粉中)至600°C左右出炉空冷，以得到铁素体及珠光体组织的热处理工艺，成为完全退火。3.1.2低温退火

将钢件加热到略低于Ac1的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为低温退火，低温退火由于没有重结晶过程，所以不能使钢的晶粒和组织细化，但却能消除或降低钢中的内应力，降低硬度，从而改善切削加工性能。低温退火加热时间短，成本低，而且钢材表面氧化脱碳损失较少，所以在某些情况下可以取代完全退火或不完全退火。再结晶退火、中间退火(软化退火)、去应力退火等皆属于低温退火范畴。

3.2正火

3.2.1普通正火

亚共析钢加热到Ac3+(30～50 °C)，共析钢和过共析钢加热到ACm+（30°～50°），均温后在空气中冷却，得到珠光体组织的热处理工艺，成为普通正火。低碳钢正火后，可得到较细的片状珠光体，硬度较退火略高，利于切削加工。由于所得铁素体晶粒较细，钢的韧性较好，可以保证较好的力学性能组合。3.2.2等温正火

等温正火是将普通碳钢材加热奥氏体化，加热温度及保温时间与普通正火相同。保温完了后钢材冷至某一温度并等温保持，使过冷奥氏体在此温度范围内转变完毕，得到较细(相对于等温退火而言)的珠光体组织，然后空冷，以获得较好的加工性能和力学性能的热处理工艺。3.2.3水冷正火

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含碳量极低的大型铸钢件用水冷代替空冷进行正火，可以得到较少量的铁素体及较细较多数量的珠光体组织，而使强度塑性等均得到改善。水冷正火还常用于高碳钢球化退火之前，可更有效地抑制渗碳体网的形成，获得均匀一致的组织，以稳定球化质量和获得更细小、更均匀分布的碳化物。水冷正火时钢材的加热温度与保温时间与普通正火相同。

3.3淬火

淬火是将钢或合金加热到一定温度，保温适当的时间获得相应的高温相，然后快速冷却，以获得远离平衡状态的不稳定组织的热处理工艺总称。淬火是使钢或合金强化的主要工艺(或工序)。钢件淬火主要是为了获得马氏体组织，以便在适当温度的回火后具有所需要的力学性能组合。合金淬火则是为了得到单一均匀的固溶体，为下工序的时效强化或形变加工做好组织上的准备。钢的淬火工艺种类很多，可根据加热温度、加热方式、加热介质以及冷却介质和冷却方式的不同，可分为以下几种。按加热温度的不同可分为：完全淬火、不完全淬火、亚共析钢的亚温淬火(临界区淬火)、低温(低于临界温度)淬火等。3.3.1完全淬火

将亚共析钢加热到Ac3以上温度保温以后大于临界冷却速度的冷却速度急速冷却，得到马氏体组织，以提高强度、硬度及耐磨性的热处理称为完全淬火。

3.3.2不完全退火

国共析钢以及共析钢加热到某一温度，保温后急速冷却的热处理工艺成为不完全淬火，不完全淬火有以下有点：

①淬火加热温度低，保留了一定数量未溶的颗粒状碳化物，使钢在淬火后具有最高的硬度和耐磨性。

②由于加热温度低，使奥氏体含碳及合金元素数量不致过高，保证淬火后残余奥氏体数量不致过多，有利于提高硬度及耐磨性。

③加热温度低，奥氏体晶粒细小，淬火后可获得较优的力学性能。不完全淬火主要用于碳素工具钢及低合金工具钢

3.4回火

将淬火后的钢，在AC1以下加热、保温后冷却下来的热处理工艺。回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺

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寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。回火是工件淬硬后加热到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。

3.4.1低温回火

回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体。钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低。主要应用于高碳钢和高碳合金钢制造的工具模和滚动轴承，以及经渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为58-64HRC。3.4.2中温回火

中温回火常在250～500℃温度范围内进行，主要用途是对淬火后的各种弹簧及锻模回火。其目的是为了获得较高的弹性极限和屈服点，同时使塑性及韧性得到改善。3.4.3高温回火

高温回火常在500～650℃区间进行，多应用于结构钢制造的工件。其目的主要是在降低强度、硬度及耐磨性的情况下大幅度提高塑性及韧性，以便得到良好的综合力学性能。含

Cr、Mo、W、V、Ti等元素较多的合金钢(结构钢及工具钢)在高温回火过程常因析出弥散分布的特殊碳化物而产生二次硬化现象，而使硬度略有升高。淬透性较大或截面较小的工件，正火后硬度可能偏高而塑性偏低，也需进行高温回火以改善之[5]。

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第4章 结论

金属材料之所以获得如此广泛的应用，不仅是因为冶炼铸铁和钢的铁矿石在地壳中储量丰富，而且满足知道机器所需要的物理、化学性能，并且还可用简便的工艺方法加工成为适用的机器零件，也即具有所需的工艺性能。

机械知道中所用的金属材料以合金为主，很少使用纯金属。原因是合金比纯金属具有更好的力学性能和工艺性能，且价格低廉。合金是一种以金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼制成的具有金属特性的材料。最常用的合金是以铁为基础的铁碳合金，如碳素钢、合金钢、灰铸铁等，还有以铜为基础的黄铜、青铜，以铝为基础的铝硅合金等。

金属的热处理在我们生活中的重要性也不言而喻，通过对金属进行一定的工艺处理，就会获得我们所需要性能的金属。虽然我国这几年金属加工制造业有了长足的发展，但不能否认与欧美等发达国家还存在一定的差距，我们这一代青年务必要夯实自己的基础，争取缩短与欧美发达国家的差距。

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参考文献

[1]吕海，糜留芳，张大为，朱玉霞.金属材料及热处理.武汉：华中科技大学出版社，2011.08.6-9.[2]邓文英.金属工艺学.北京：人民教育出版社，1981年二月第一版修订版上册，9-15.[3]王可勇,邓华凌，宋云京，孟祥泽.金属热处理，北京：中国水利水电出版社出版.2006.1.20-25.[4]谭家俊，李国俊.国内外金属材料及热处理技术现状与发展.北京：国防大学出版社1995.11.119-115.[5]雷廷权，傅家骐.金属热处理工艺方法500种.北京：机械工业出版社.1998.09.120-130.新乡学院本科毕业论文（设计）

致 谢

在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮忙。同时，感谢所有任课老师和所有同学在这几年来给自己的指导和帮助，是他们教会了我专业知识，教会了我如何学习，教会了我如何做人。正是由于他们，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他们表示我由衷的谢意，并祝所有的老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下！

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第二篇：热处理经典论文

金属材料热处理论文

题目：热处理变形的影响因素

热处理变形的影响因素

摘 要：工业发展日新月异，对机械精度和性能的要求也越来越高。在工业零件生产中，热处理是必不可少的一部分，它对材料性能的影响非常大，金属热处理在改善材料各种性能的同时，热处理变形是不可避免的，并且会直接影响到工件的精度、强度、噪声和寿命，因此对于精度要求较高的零件要尽可能减小其变形量，着重分析温度是控制变形的关键因素的同时罗列几点次要因素。

关键词：热处理变形 金属热处理 变形因素 温度

一、引言

什么是金属材料的热处理？ 热处理有什么弊端 ？（变形等）

金属材料的热处理是将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，有时并兼之以化学作用和机械作用，使金属合金内部的组织和结构发生改变，从而获得改善材料性能的工艺。热处理工艺是使各种金属材料获得优良性能的重要手段。很多实际应用中合理选用材料和各种成形工艺并不能满足金属工件所需要的力学性能、物理性能和化学性能，这时热处理工艺是必不可少的。但是热处理工艺除了具有积极的作用之外，在处理过程中也不可避免地会产生或多或少的变形，而这又是机械加工中必须避免的，两者之间是共存而又需要避免的关系，只能采用相应的方法尽量把变形量控制在尽量小的范围内。而要减小热处理的变形，我们就需要了解影响热处理变形的因素。

二、温度是变形的关键因素

工业生产中实际应用的热处理工艺形式非常多，如退火，正火，回火，淬火等，但是它们的基本过程都是热作用过程，都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的。整个工艺过程都可以用加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度以及热处理周期等几个参数来描述。在热处理工艺中，要用到各种加热炉，金属热处理便在这些加热炉中进行（如基本热处理中的退火、淬火、回火、化学热处理的渗碳、渗氨、渗铝、渗铬或去氢、去氧等等）。因此，加热炉内的温度测量就成为热处理的重要工艺参数测量。每一种热处理工艺规范中，温度是很重要的内容。如果温度测量不准确，热处理工艺规范就得不到正确的执行，以至造成产品质量下降甚至报废。温度的测量与控制是热处理工艺的关键，也是影响变形的关键因素。

（1）工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减少，塑性抗力增强。这样工件的抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的综合能力增强，变形就会减少；

（2）工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间减少，由此而引起的各部位温度不一致性也会降低，由此而导致的热应力和组织应力也相对减少，这样变形就会减少；

（3）如果工艺温度降低、且热处理工艺时间缩短，则工件的高温蠕变时间减少，变形也会减少。

减小热处理变形需要合理的热处理工艺。各种热处理方式相结合，搭配，尽量既满足性能需要同时又减少变形等缺陷。例如经热处理后的20CrNi2MoA钢齿圈齿表面、齿心部硬度及有效硬化层深度均达到要求。图1为模数mn=12mm的齿圈经不同温度球化退火后的硬度梯度曲线。由图1可以看出，在650℃球化退火后的硬度梯度和740℃球化+680℃等温处理的硬度梯度结果相近，未经球化退火的齿轮的硬度较前两个低。这是因为球化退火可使淬火后渗层表面残留奥氏体量减少，从而提高了齿表面硬度，因此20CrNi2MoA钢齿圈渗碳后应采用球化退火工艺，同时为减小热处理变形，在650℃球化退火效果更好。

三、变形的其它影响因素及减小措施

（一）合理的加热次序和冷却次序

根据，不同零件的结构特点，制定适合该零件的热处理顺序，可相应的减小热处理带来的变形，尽量使各部分热处理产生的变形可以相互抵消。最终达到变形最小的目的。不过，此方法成本较高，较复杂，浪费时间。一般情况下，除非非常精密的零件，才会采用此种方式。

（二）预备热处理 正火硬度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。金属的正火、退火以及在进行淬火之前的调质，都会对金属最终的变形量产生一定的影响，直接影响到的是金属组织结构上的变化。实践证明，在正火时采用等温淬火可有效地使金属组织结构趋于均匀，从而使其变形量减小。

（三）运用合理的冷却方法

金属淬火后冷却过程对变形的影响也是很重要的一个变形原因。热油淬火比冷油淬火变形小，一般控制在100±20℃。油的冷却能力对变形也是至关重要的。淬火的搅拌方式和速度均影响变形。金属热处理冷却速度越快，冷却越不均匀，产生的应力越大，模具的变形也越大。可以在保证模具硬度要求的前提下，尽量采用预冷；采用分级冷却淬火能显著减少金属淬火时产生的热应力和组织应力，是减少一些形状较复杂工件变形的有效方法；对一些特别复杂或精度要求较高的工件，利用等温淬火能显著减少变形。

（四）零件结构要合理

金属热处理后在冷却过程中，总是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在满足实际生产需要的情况下，应尽量减少工件厚薄悬殊，零件截面力求均匀，以减少过渡区因应力集中产生畸变和开裂倾向；工件应尽量保持结构与材料成分和组织的对称性，以减少由于冷却不均引起的畸变；工件应尽量避免尖锐棱角、沟槽等，在工件的厚薄交界处、台阶处要有圆角过渡；尽量减少工件上的孔、槽筋结构不对称；厚度不均匀零件采用预留加工量的方法。

（五）采用合理的装夹方式及夹具

此方法的目的是使工件加热冷却均匀，以减少热应力不均，组织应力不均，来减小变形，可改变装夹方式，盘类零件与油面垂直，轴类零件立装，使用补偿垫圈，支承垫圈，叠加垫圈等，花键孔零件可用渗碳心轴等。

（六）机械加工

当热处理是工件加工过程的最后工序时，热处理畸变的允许值应满足图样上规定的工件尺寸，而畸变量要根据上道工序加工尺寸确定。为此，应按照工件的畸变规律，热处理前进行尺寸的预修正，使热处理畸变正好处于合格范围内。当热处理是中间工序时，热处理前的加工余量应视为机加工余量和热处理畸变量之和。通常机械加工余量易于确定，而热处理由于影响因素多比较复杂，因此为机械加工留出足够的加工余量，其余均可作为热处理允许畸变量。热处理后再加工，根据工件的变形规律，施用反变形、收缩端预胀孔，提高淬火后变形合格率。

（七）采用合适的介质 在保证同样硬度要求的前提下，尽量采用油性介质，实验和实践证明，再其他条件无差异的前提下，油性介质的冷却速度较慢，而水性介质的冷却速度则相对快一些。而且，和油性介质相比，水温变化对水性介质冷却特性的影响较大，在同样的热处理条件下，油性介质相对水性介质淬火后的变形量要相对小。

四、结束语

热处理能改善工件的机械性能，提高工件的强度和硬度，满足各种性能的需要，但引起的变形影响是不可避免的。我们要重视我国现阶段的热处理技术和装备的改进，不断学习国外先进的技术，同时发展自主研发，创新的能力提高热处理工件质量及合格率，为我国的热处理行业作出贡献。为我国成为工业大国而努力。

第三篇：模具材料与热处理论文

冲压模具材料的分类及强化处理技术

[摘要] ：随着现代制造技术的不断进步，尤其是汽车、电子、航空工业的快速发展，越来越多的产品要求模具在高温、高速条件下工作且具有高的耐磨性、抗氧化性等，在一定程度上给模具制造业带来了挑战。文章从常用冲压模具材料的种类、冲压模具材料的合理选择对热处理的影响、冲压模具表面处理技术等方面出发，对常用冲压模具材料的分类及处理技术进行相应分析。

[关键词] ：冲压模具材料 ；热处理 ；表面处理 ；模具材料性能

模具作为工业生产的重要工艺设备，在其实际应用过程中，具有

生产效率高、材料利用率高、制件精度高、复杂程度高等优势，这些是其它加工制造技术无法比拟的。模具生产技术已经广泛应用在汽车、电子、机械、仪表、家电、航空等行业中。在很长一段时间内，模具作为重要工艺设备极大的促进了生产的发展，但是随着模具种类的不断增多，形状越来越复杂，加工工艺越来越困难，再加上热处理技术的限制，模具技术的发展速度逐渐缓慢，并出现各种质量问题。在这种情况下，有必要对模具材料的种类进行分析并选取合适的模具材料以及对应的处理技术，确保模具质量。常见冲压模具材料的种类及性能

1.1 常见冲压模具材料种类

常见冲压模具材料主要包括碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高

铬工具钢、高速钢、基体钢、硬质合金和钢结硬质合金等。其中，碳素工具钢价格便宜、加工性能较好，热处理后硬度高、耐磨性好。一般在尺寸较小、形状简单且承受荷较小的模具零件中使用；低合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入适量的合金元素而形成的。它的优势是能有效的降低淬火冷却速度，将热应力和组织应力降至最低，同时减小淬火变形和降低开裂倾向；高碳高铬工具钢不仅具有高硬度、高强度、高耐磨性优势，还具有较好的淬透性、淬硬性、高稳定性等优 势，热处理变形很小；高速钢硬度较高，还具有较高的抗压强度和耐磨性，通常采用快速加热和低温淬火工艺，在一定程度上改善了材料的韧性。但是高速钢中的合金元素含量较高、成本高、脆性较大，再加上其工艺性能不佳，不能广泛应用在工业生产中；基体钢是在高速钢的基础上添加少量的其它元素，在具有高速钢好的耐磨性和硬度的前提下，其抗弯强度和韧性均有所提高。一般用于制造冷挤压、冷镦模具；硬质合金一般具有较高的硬度和耐磨性，而钢结硬质合金的性能更佳，它是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂，以碳化钛、碳化钨等材料作为硬质相，用粉末冶金的方法烧结而成，用这种材料制作的模具坚固耐用，适合在大批量生产用模具上应用。

1.2 模具材料性能

在模具材料的选用过程中，必须充分了解材料的使用性能和工艺性能。模具使用性能主要包括强度、硬度、韧性、耐磨性、抗疲劳性等。强度是材料抵抗变形能力和断裂能力的指标；硬度的高低将直接影响模具的使用寿命，对模具质量有重要影响；韧性反映材料在较强的冲击载荷的作用下，抵抗脆性断裂的能力，也是模具钢尤其是冲压用冷作模具钢的重要性能指标；抗疲劳性是指材料在重复载荷条件下抵抗疲劳破坏的性能指标。工艺性能主要包括锻造性能和热处

理性能等。锻造性能是指材料经受锻压时的工艺性能；热处理工艺对模具质量有很大影响，在实际应用过程中，材料必须有较好的淬硬性和较高的淬透性，以保证模具硬度及耐磨性。冲压模具材料的合理选择对热处理的影响

冲压模具有很多类型，不同的冲压模具对材料性能的要求也不同。因此，在选用模具材料时，应该以模具工作条件和使用寿命为依据对模具材料和热处理工艺进行合理选择，以保证模具质量。某工 厂在选择模具材料过程中，出于经济角度和热处理简便的考虑，最终选择T10A钢，在实际应用过程中，该材料热处理后硬度与要求相符，但热处理后模具产生较大变形，最终导致模具报废；为了保证模具热处理后的性能，热处理前应该对模具材质进行分析。某工厂新进一批结构较为复杂的冲压模具，热处理后，模板上的圆孔变成椭圆形，甚至呈带状或块状分布。出现这种现象的主要原因是模具钢中有不均匀的碳化物存在，因碳化物膨胀系数比钢小，加热时它阻止模具内孔膨胀，冷却时又阻止模具内孔收缩，最终出现变形。从上述内容可以看 出，冲压模具材料的合理选择对热处理有重要影响。为了保证模具质量和热处理工艺的顺利进行，应该对冲压模具材料进行合理选择。3 冲压模具的表面处理

模具除要求基体金属具有足够高的强度和韧性外，其表面性能对

生产效率和模具寿命也有很大影响，包括耐腐蚀性能、耐磨损性能及疲劳性能等。举例说明，冲压生产高强度板材时，模具表面易产生划伤、棱角磨损等缺陷，需要经常下模修理，严重影响生产效率。该问题可以通过模具表面处理技术来解决。模具的表面处理技术已经非常成熟，主要分为物理表面处理法和化学表面处理法两种。

3.1 化学表面处理

从广义上说，化学表面处理可以分为表面扩散渗入和表面涂覆两大类型。其中，表面扩散渗入的处理方法是将模具放置在具有特定温度和特定活性介质的密闭空间里保温，使特定介质渗入模具表面，改变模具表面的化学成分和组织，从而提高模具材料表面的耐磨性、耐蚀性等，主要包括渗氮、渗碳、碳氮共渗等；表面涂覆是指在模具材料表面涂覆一层新材料的技术，以达到提高模具表面性能的效果，其中化学表面涂覆技术主要包括化学镀、离子注入、化学气相沉积等。

3.2 物理表面处理

物理表面处理技术是指用物理的办法对模具材料的表面进行强化处理，使模具表面获得较高的力学性能和物理性能。主要包括激光表面淬火、高频淬火等技术，可以有效的提高模具表面的硬度、耐磨性、耐疲劳性能等。结语

模具凭借其独特优势在工业领域中广泛应用，然而在生产制造过程中，模具容易因材料选择错误或处理技术不合适等出现相应问题，在一定程度上影响模具质量和使用寿命。文中通过对常用冲压模具材

料的种类进行分析，并采取合适的热处理、表面处理技术，使冲压模具的性能得到改良，在生产中更好的发挥其作用。随着经济和科学技术的发展，工业生产对模具的性能和精度要求将会进一步提高。为了更好的满足时代发展需求，我们要不断对冲压模具材料、热处理技术、表面处理技术进行改良。

参考文献

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第四篇：热处理

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。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。

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。

回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韧性等。

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。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。

6．渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

3.固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺

4.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

5.固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型

6.时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度

9.钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

11.钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺

第五篇：热处理

1、马氏体的组织形态主要有两种类型,即板条状马氏体和片状马氏体.淬火钢中形成的马氏体形态主要与钢的含碳量有关.板条状马氏体是低碳钢,马氏体时效钢,不锈钢等铁系合金形成的一种典型的马氏体组织,因其单元立体形状为板条状,故称板条状马氏体.由于它的亚结构主要是由高密度的位错组成,所以又称位错马氏体;片状马氏体则常见于高,中碳钢,每个马氏体晶体的厚度与径向尺寸相比很小其断面形状呈针片状,故称片状马氏体或针状马氏体.由于其亚结构主要为细小孪晶,所以又称为孪晶马氏体.一般当Wc<0.3%时,钢在马氏体形态同乎全为板条马氏体;当Wc>1.0%时,则几乎全为片状马氏体;当Wc=0.3%-1.0%时,为板条马氏体和片状马氏体的混合物,随含碳量的升高,淬火钢中板条马氏体的量下降,片状马氏体的量上升.高碳钢在正常温度淬火时,细小的奥氏体晶粒和碳化物都能使其获得细针状马氏体组织,这种组织在光学显微镜下无法分辨称为隐针马氏体.2、（一）马氏体的分解

从室温到200℃左右范围内回火时，马氏体中一部分过饱和的碳以及细小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在马氏体基体上，使马氏体中的含碳量下降，体心正方的正方度c/a减小（即国饱和程度降低），使马氏体热处理的脆性下降，硬度稍降。此时组织为过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。

（二）残余奥氏体的转变

约在200-300℃，马氏体继续分解的同时，残余奥氏体也发生转变，变成了下贝氏体组织。此时主要组织仍是回火马氏体，但由于加热温度较高，马氏体的过饱和程度进一步降低，组织的硬度降低，塑性提高。由于残余奥氏体转变为硬度较高的下贝氏体，因此钢的硬度下降不大。此时组织为“回火马氏体+下贝氏体”

（三）渗碳体形成和铁素体恢复

约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和的热处理碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1），体心正方晶格变成体心立方晶格，此时组织为“铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合物”,称为“回火屈氏体”，T回。

（四）渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶

约在400-650℃之间，渗碳体不断聚集长大，内应力与晶格歪扭完全消除，组织是由铁素体和球化的渗碳体所组成的混合物，称为“回火索氏体”，S回。此时，碳固溶强化作用消失，强度取决于Fe3C质点的尺寸和弥散度。回火温度越高，渗碳体质点越大，弥散读越低，强度越低。

3、一、过热现象

我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界面析出，受冲击时易沿粗大奧氏体晶界断裂。

3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象

加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。

三、脱碳和氧化

钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性）

四、氢脆现象

高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

4、混合物的组分在浓度梯度的作用下由高浓度向低浓度的方向转移的过程叫做传质。在含有两种或两种以上组分的流体内部，如果有组分的浓度梯度存在，则每一种组分都有向其低浓度方向转移，已减弱这种浓度不均匀的趋势。

A传质方式及历程，物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散；传质过程的方向及极限，一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系，条件的改变可破坏原有的平衡态；传质过程推动力和速率，平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。

A、传质方式及历程

 物质首先从一相主体扩散至两相界面的该相一侧，然后通过相界面进入另一相，最后通过此相的界面向主体扩散。

B、传质过程的方向及极限

 一定条件下，非平衡态的两相体系进行趋于平衡态的传递；两相体系必存在着平衡关系。 条件的改变可、B、传质过程推动力和速率

平衡是传质过程的极限，组分在两相分配偏离平衡状态的程度为传质推动力。单位时间，单位相接触面上传递的物质的量，mol/(㎡.s). 传质速率等于传质系数乘以传质推动力。 破坏原有的平衡态。

相变的类型可以从三个不同的角度（即按热力学关系、按结构变化和按动力学关系）来进行讨论。

 相变的热力学规律是非常清楚的，在按热力学关系讨论相变问题时，系统的吉布斯自由能起了热力学势的作用。一级相变的自由能的一阶导数在相变点是不连续的，因而熵和体积的变化不连续，说明它有相变潜热。而二级相变中，熵和体积在相变点是连续的，而自由能的二阶导数所确定的一些响应函数，如比热容、压缩率和膨胀率则有不连续的变化。在自然界中观察到的相变多数是一级相变，合金和金属中的相变也是如此。

从晶体学的观点，阐明母相与新相在晶体结构上的差异，即按结构变化对相变进行分类，是对用热力学关系进行分类的一个重要补充。

结构相变可以分重构型、位移型和有序无序型三种基本类型。重构型相变中，大量化学键被破坏，在重新组合后，新相和母相之间在晶体学上没有明确的位向关系，而且原子的近邻的拓扑关系也产生显著的变化。这类相变经历了很高的势垒，相变潜热很大，过程缓慢。这类相变属于强一级相变。当然，液-固相变和气-固相变也必然是重构型的。另外，还有位移型相变，在相变前后原子的近邻的拓扑关系仍保持不变，相变过程不涉及化学键的破坏，新相与母相之间存在明确的晶体学位向关系，它经历的势垒很小，相变潜热也很小甚至完全消失。因此位移型相变可能是二级相变或弱一级相变。还有一种位移相变，它以晶格切变为主，也可能涉及晶胞内原子的相对位移，这就是人们通常说的马氏体相变，也是强一级相变。有序-无序相变在结构上往往涉及多组元固溶体中两种或多种原子在晶格点阵上排列的有序化。这可以是二级相变或弱一级相变。

相变动力学的任务在于具体地描述相变的微观机制，转变途径，转变速率及一些物理参量对它们的影响。由于在相变的进程中，系统要经历一系列非平衡态，所以要依靠物理动力学的理论和方法。