金属材料热处理是机械制造中的重要工艺之一

第一篇：金属材料热处理是机械制造中的重要工艺之一

金属材料热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。

在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。

二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显着的进展是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。

金属材料热处理的工艺

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。

加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。腿火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。

把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。

化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。

热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。

例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢 ；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。钢的分类

钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。钢是经济建设中极为重要的金属材料。

钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显着的提高，故应用日益广泛。

由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：

一．按用途分类

按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

结构钢：1.用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。2．用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。

工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。二．按化学成分分类

按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳钢（含碳量≥0.6%）。

合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。

三．按质量分类

按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。

此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。

金属材料的机械性能

金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。

金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。

1．强度

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。

2．塑性

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。

3．硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。4．疲劳

前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。5．冲击韧性

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

(待续)金属材料热处理及其应用(二)---工艺流程控制技巧

第二篇：金属热处理的工艺过程介绍

金属热处理的工艺过程介绍 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。

加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。

不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。

热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。

例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢 ；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。

第三篇：金属热处理原理及工艺 期末总结

正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺

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 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。Al-4Cu合金在时效过程中，过饱和固溶体的各个沉淀阶段，其顺序可概括为： 过饱和G.P.区过渡相过渡相(CuAl2)稳定相 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 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，提高强度时效处理有自然时效和人工时效两种。

淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺

回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺

调质处理：将钢件淬火，随之进行高温回火，这种复合工艺称调质处理。表面热处理：改变钢件表面组织或化学成分，以其改面表面性能的热处理工艺。表面淬火：是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用于中碳钢。化学热处理：是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺 渗碳：向钢的表面渗入碳原子，提高表面含碳量，提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性。

渗氮：在工件表面渗入氮原子，形成一个富氮硬化层的过程。提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，且渗氮性能优于渗碳。碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点

完全退火和等温退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。

球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。铁素体(F)1.组织: 碳在α-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体2.特性: 呈体心立方晶格.溶碳能力最小,最大为0.02%;硬度和强度很低,HB=80-120,σb=250N/mm^2;而塑性和韧性很好,δ=50%,ψ=70-80%.因此,含铁素体多的钢材(软钢)中用来做可压、挤、冲板与耐冲击震动的机件.这类钢有超低碳钢,如 0Cr13,1Cr13、硅钢片等

奥氏体1.组织: 碳在γ-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。2.特性:呈面心立方晶格.最高溶碳量为2.06%,在一般情况下,具有高的塑性,但强度和硬度低,HB=170-220,奥氏体组织除了在高温转变时产生以外,在常温时亦存在于不锈钢、高铬钢和高锰钢中,如奥氏体不锈钢等 渗碳体(C)1.组织: 铁和碳的稳定化合物(Fe3C)2.特性: 呈复杂的八面体晶格.含碳量为6.67%,硬度很高,HRC70-75,耐磨,但脆性很大,因此,渗碳体不能单独应用,而总是与铁素体混合在一起.碳在铁中溶解度很小,所以在常温下,钢铁组织内大部分的碳都是

以渗碳体或其他碳化物形式出现

珠光体(P)1.组织;铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）铁素体片和渗碳体

片交替排列的层状显微组织, 2.特性: 是过冷奥氏体进行共析反应的直接产物.其片层组织的粗细随奥氏体过冷程度不同,过冷程度越大,片层组织越细性质也不同.奥氏体在约600℃分解成的组织称为细珠光体(有的叫一次索氏体),在500-600℃分解转变成用光学显微镜不能分辨其片层状的组织称为极细珠光体(有的一次屈氏体),它们的硬度较铁素体和奥氏体高,而较渗碳体低,其塑性较铁素体和奥氏体低而较渗碳体高.正火后的珠光体比退火后的珠光体组织细密,弥散度大,故其力学性能较好,但其片状渗碳体在钢材承受负荷时会引起应力集中,故不如索氏体 莱氏体(L)1.组织: 渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）2.特性: 铁合金溶液含碳量在2.06%以上时,缓慢冷到1130℃便凝固出莱氏体.当温度到达共析温度莱氏体中的奥氏转变为珠光体.因此,在723℃以下莱氏体是珠光体与渗碳体机械混合物(共晶混合).莱氏体硬而脆(＞HB700),是一种较粗的组织,不能进行压力加工,如白口铁.在铸态含有莱氏体组织的钢有高速工具钢和Cr12型高合金工具钢等.这类钢一般有较大有耐磨性和较好的切削性

淬火与马氏体1.组织: 碳在α-Fe中的过饱和固溶体,显微组织呈针叶状2.特性:淬火后获得的不稳定组织.具有很高的硬度,而且随含碳量增加而提高,但含碳量超过0.6%后的硬度值基本不变,如含C0.8%的马氏体,硬度约为HRC65,冲击韧性很低,脆性

很大,延伸率和断面收缩率几乎等于零.奥氏体晶粒愈大,马氏体针叶愈粗大,则冲击韧性愈低;淬火温度愈低,奥氏体晶粒愈细,得到的马氏体针叶非常细小,即无针状马氏组织,其韧性最高 回火马氏体(S)1.组织: 与淬火马氏体硬度相近,而脆性略低的黑色针叶状组织

2.特性:淬火钢重新加热到150-250℃回火获得的组织.硬度一般只比淬火马氏体低HRC1-3格,但内应力比淬火马氏体小

索氏体(S)1.组织: 铁索体和较细的粒状渗碳体组成的组织2.特性:淬火钢重新加热到500-680℃回火后获得的组织.与细珠光体相比,在强度相同情冲下塑性及韧性都高,随回火温度提高,硬度和强度降低,冲击韧性提高.硬度约为HRC23-35.综合机械性能比较好.索氏体有的叫二次索氏体或回火索氏体

屈氏体屈氏体(T)组织或特性

1.组织: 铁索体和更细的粒状渗碳体组成的组织2.特性:淬火钢重新加热到350-450℃回火后获得的组织.它的硬度和强度虽然比马氏体低,但因其组织很致密,仍具有较高的强度和硬度,并有比马氏体好的韧性和塑性,硬度约为

HRC35-45.屈氏体有的叫二次屈氏体或回火屈氏体

下贝氏体(B)1.组织: 显微组织呈黑色针状形态,其中的铁素体呈现针状,而碳化物呈现极小的质点以弥散状分布在针状铁素体内2.特性:过冷奥氏体在400-240℃等温度转变后的产物.具有较高的硬度,约为HRC40-55,良好的塑性和很高的冲击韧性,其综合机械性能比索氏体更好;因此,在要求较大的、韧性和高强度相配合时,常以含有适当合金元素的中碳结构钢等温淬火,获得贝氏体以改善钢的机械性能,并减小内应力和变形 低碳马氏体具有高强度与良好的塑性、韧性相结合的特点(σb=1200-1600N/mm^2，σ0.2=1000-1300N/mm^2,δ5≥10%,ψ≥40%αk≥60J/cm^2);同时还有低的冷脆转化温度(≤-60℃);在静载荷、疲劳及多次冲击载荷下,其缺口敏感度和过载敏感性都较低.低碳马氏体状态的20SiMn2MoVA综合力学性能,比中碳合金钢等温淬火获得的下贝氏体更好.保持了低碳钢的工艺性能,但切削加工较难.工艺

1.低碳钢及低碳合金钢制模具 例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。

2.高合金渗碳钢制模具 例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。3.调质钢制模具 例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。

4.碳素工具钢及合金工具钢制模具 例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。

5.预硬钢制模具

例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。论述钢材在热处理过程中出现脆化现象的主要原因及解决方法。答：①过共析钢奥氏体化后冷却速度较慢出现网状二次渗碳体时，使钢的脆性增加，脆性的网状二次渗碳体在空间上把塑性相分割开，使其变形能力无从发挥。解决方法，重新加热正火，增加冷却速度，抑制脆性相的析出。②淬火马氏体在低温回火时会出现第一类回火脆性，高温回火时有第二类回火脆性，第一类回火脆性不可避免，第二类回火脆性，可重新加热到原来的回火温度，然后快冷恢复韧性。③工件等温淬火时出现上贝氏体时韧性降低，重新奥氏体化后降低等温温度得到下贝氏体可以解解。④奥氏体化温度过高，晶粒粗大韧性降低。如：过共析钢淬火温度偏高，晶粒粗大，获得粗大的片状马氏体时，韧性降低；奥氏体晶粒粗大，出现魏氏组织时脆性增加。通过细化晶粒可以解决。

20CrMnTi、40CrNiMo、60Si2Mn、T12属于哪类钢？含碳量为多少？钢中合金元素的主要作用是什么？淬火加热温度范围是多少？常采用的热处理工艺是什么？最终的组织是什么？性能如何？

20CrMnTi为渗碳钢，含碳量为0.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体，表面为高碳马氏体（渗碳后），强度、硬度高，耐磨性好；心部低碳马氏体（淬透）强韧性好。Mn与Cr 提高淬透性，强化基体，Ti阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒。

40CrNiMo为调质钢，含碳量为0.4%，最终

热处理工艺是淬火加高温回火，得到回火索氏

体，具有良好的综合机械性能，Cr、Ni提高淬透性，强化基体，Ni提高钢的韧性，Mo细化晶粒，抑制第二类回火脆性。

60Si2Mn为弹簧钢，含碳量为0.6%，最终热处理工艺是淬火加中温回火，得到回火托氏体（或回火屈氏体），具有很高的弹性极限，Si、Mn提高淬透性，强化基体，Si提高回火稳定性。

T12钢为碳素工具钢钢，含碳量为1.2%，最终热处理工艺是淬火加低温回火，得到回火马氏体＋粒状Fe3C＋残余奥氏体（γ'），强度硬度高、耐磨性高，塑性、韧性差。

用T12钢（锻后缓冷）做一切削工具，工艺过程为：正火→球化退火→机加工成形→淬火→低温回火。各热处理工艺的目的是什么？得到什么组织？各种组织具有什么性能。

① 正火：消除网状的二次渗碳体，同时改善锻

造组织、消除锻造应力，得到片状的珠光体，片状的珠光体硬度较高，塑性韧性较差。② 球化退火：将片状的珠光体变成粒状珠光

体，降低硬度，便于机械加工；组织为粒状珠光体，这种组织塑性韧性较好，强度硬度较低。

③ 淬火：提高硬度、强度和耐磨性；组织为马

氏体＋粒状碳化物＋残余奥氏体；这种组织具有高强度高硬度，塑性韧性差。

④ 低温回火：减少或消除淬火应力，提高塑形

和韧性；组织为回火马氏体＋粒状碳化物＋残余奥氏体。回火组织有一定的塑性韧性，强度、硬度高，耐磨性高。

什么是淬火？目的是什么？具体工艺有哪些？简述淬火加热温度的确定原则。

把钢加热到临界点（Ac1或Ac3）以上保温并随之以大于临界冷却速度（Vc)冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺方法称为淬火。

淬火目的：提高工具、渗碳零件和其它高强度耐磨机器零件等的硬度、强度和耐磨性；结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合机械性能；此外，还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性等。

具体工艺有：单液淬火法；中断淬火法(双淬火介质淬火法)；喷射淬火法；分级淬火法；等

温淬火法。

淬火加热温度，主要根据钢的相变点来确定。对亚共析钢，一般选用淬火加热温度为Ac3＋(30～50℃)，过共析钢则为Ac1＋(30～50℃)，合金钢一般比碳钢加热温度高。确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。

某车床主轴（45钢）加工路线为： 下料→锻造→正火→机械加工→淬火（淬透）→高温回火→花键高频表面淬火→低温回火→半精磨→人工时效→精磨。正火、淬火、高温回火、人工时效的目的是什么？花键高频表面淬火、低温回火的目的是什么？表面和心部的组织是什么？

正火处理是为了得到合适的硬度，以便切削加工，同时改善锻造组织，消除锻造应力。淬火是为了得到高强度的马氏体组织，高温回火是为了得到回火索氏体，淬火＋高温回火称为调质，目的是为使主轴得到良好的综合力学性能。人工时效主要是为了消除粗磨削加工时产生的残余应力。花键部分用高频淬火后低温回火是为了得到回火马氏体，增加耐磨性。表面为回火马氏体，心部为回火索氏体组织。

低碳钢（15、20）、中碳钢（40、45）、共析钢（T8）获得良好综合力学性能的最终热处理工艺及组织。

低碳钢：淬火加低温回火，组织为回火马氏体。中碳钢：淬火加高温回火，组织为回火索氏体。共析钢：等温淬火，组织为下贝氏体。三

十九、正火、退火工艺选用的原则是什么？ 含0．25％C以下的钢，在没有其它热处理工序时，可用正火来提高强度。对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。对含碳0．25～0．50％的钢，一般采用正火。对含碳0．50～0．75％的钢，一般采用完全退火。含碳0．75～1．0％的钢，用来制造弹簧时采用完全退火作预备热处理，用来制造刀具时则采用球化退火。含碳大于1．0％的钢用于制造工具，均采用球化退火作预备热处理。珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？

片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3C颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。第二相的数量越多，对塑性的危害越大；片状与粒状相比，片状强度高，塑性、韧性差；上贝氏体为羽毛状，亚结构为位错，韧性差；下贝氏体为黑针状或竹叶状，亚结构为位错，位错密度高于上贝氏体，综合机械性能好；低碳马氏体为板条状，亚结构为位错，具有良好的综合机械性能；高碳马氏体为片状，亚结构为孪晶，强度硬度高，塑性和韧性差。

常用的热处理方法

一、退火目的：

1、降低硬度，便于切削加工；

2、细化晶粒，均匀组织，以改善钢件毛坯的机械性能，或者为下一步淬火做好准备；

3、消除内应力具体工艺有：扩散退火、完全退火、不完全退火、球化退火、再结晶退火和消除应力退火。

二、正火目的是使低碳和中碳钢件及渗碳机件的组织细化，增加强度与韧性，减少内应力，改善切削性能。正火实质上是退火的一种特殊形式具有与退火相似的目的所不同的是冷却速度比退火快，可以缩短生产周期，比较经济。

三、淬火目的是提高钢件的硬度和强度。对于工具刚来说，淬火的主要目的是提高它的硬度，以保证刀具的切削性能和冲模工具及量具的耐磨性。有很多零件如齿轮、曲轴等，他们在工作时一方面要受磨，另一方面又要受到冲击作用，因此要求零件表面有很高的硬度，而中心有较好的韧性。这时可以利用表面淬火的方法来达到上述要求。表面淬火是应用将工件的表面迅速加热到淬火温度（这时金属内部的温度仍比较低），随后立即用水喷到工件表面上，进行急速冷却。这样就能获得表面硬、中心韧的要求。表面加热时，可用氧炔焰、高频电流或中频电流加热。

四、回火目的是消除淬火后的脆性和内应力，调整组织，提高钢件的塑性和冲击韧性。对于工具来说，是为了尽可能减少脆性保留硬度。对于零件来说是为了提高韧性，但不可避免的会使硬度降低。

五、调质淬火后高温回火，叫做调质。

目的是使钢件获得很高的韧性和足够的强度，使其具有良好的综合机械性能。很多重要零件如主轴、丝杠、齿轮等都是经过调质处理的。调质一般是在零件机械加工后进行的，也可把锻坯或经过粗加工的光坯调质后再进行机械加工。

第四篇：热处理升温工艺

热处理升温工艺程序

1、常温至300℃：升温情况按每15分钟升10℃，到温后保温4小时；（注：在前200℃时，底室门打开，各区水蒸气流出口打开，升温至200℃后，需把水蒸气流出口关闭）

2、300℃至600℃：升温情况按每12分钟升10℃，到温后保温4小时；

3、600℃至工作温度：升温情况按每10分钟10℃至工作状态；

4、温度升至850℃后，即可往炉内提供发生气；前期天然气不供给，供入发生气后，观察保温室两个废气点火嘴及加热炉进料门燃气口点燃，关闭底室门等候稍许，使底室门点火嘴点燃，方可通入天然气，使炉内气氛还原，还原气体过程中，可持续升温，850℃直接升温至工作温度即可；

5、发生炉常温升温需用加热一档预热一小时至两小时，在切换到二档加热，升温情况为每小时升50℃，常温升温至200℃保温一小时；

6、200℃升温至400℃保温一小时，升温情况为每小时升50℃；400℃升温至800℃保温一小时后切换至三挡升温至加热温度，升温情况为每小时升50℃；

注：

1、炉内温度高于200℃时，需保证循环风扇运转；炉温低于800℃或废气点火嘴没有点燃的状态下，不可向炉内送入天然气；各区送入天然气后才可将碳控仪表由手动改为自动（“Man”为手动自动切换）；

2、起炉前，碳控仪差值需归零，碳势升至设定值保持1~2个小时由技术员进行定碳分析，并根据定碳结果对碳控仪显示值进行修正，碳势测定标准详见《JB/T 10312-2011 钢箔称重法》

3、连续炉各区碳势设定值如下：

a、强渗一区设定值为1.08；b、强渗二区设定值为1.09；c、扩散三区设定值为0.85；d、预冷四区设定值为0.8；e、保温室设定值为0.77；

4、低温回火炉升温可在产品进满预冷炉后进行，升温前需启动风扇；

5、废气排放系统可在设备运行前启动；

6、设备正常运行前需确认各基本位置是否在规定位置上，各行程开关及限位块都在规定位置上，如不满足，需调整到指定位置上；

第五篇：热处理工艺课程设计

沈阳理工大学热处理工艺课程设计

T10A 检验量棒的 热处理工艺设计
1 热处理工艺课程设计的目的
热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是 热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所 学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。

2 热处理课程设计的任务
①普通热处理工艺设计 ②制定热处理工艺参数 ③选择热处理设备 ④分析热处理工序中材料的组织和性能 ⑤设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具 ⑥特殊热处理工艺设计 ⑦填写工艺卡片

3 T10A 检验量棒的技术要求及选材
3.1 T10A 的零件图
T10A 检验量棒的零件如图 3.1 所示。

图 3.1

检验量棒图

3.2 技术要求
1

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T10A 检验量棒的技术要求 如下： 硬度：HRC60～63

[1]

3.3 材料的选择
3.3.1 零件用途 量棒是用来度量工件工件内经专门尺寸的工具。3.3.2 工作条件（1）量棒在使用过程中经常受到工件的摩擦与碰撞，长时期使用量棒会因磨损 而失去其精度。（2）量棒在长时期存放和使用过程中，会因环境和工作而导致量棒的变形，进 而尺寸不再稳定，不能再用来度量工件。（3）量棒在使用过程中，还会受到冲击作用，会导致量棒因偶然碰撞而断裂。综上所述，量棒在使用过程中，经常受到工件的摩擦和碰撞，而作为量棒本身又 必须具备非常高的尺寸精确性和恒定性。长期使用会导致量棒失去其精度，且在存放 时会因保存不当而导致其变形，所以要求量棒不仅要有高的硬度和耐磨性，还要有一 定的韧性。

3.3.3

性能要求

检验量棒的形状简单，尺寸不太大，但量棒在使用中要求很高，为了满足这些要 求，可选用含碳量高的钢，同时要求有一定的韧性。含碳量高的钢经淬火热处理后可 得到马氏体和未溶碳化物，可使量棒有高的硬度和耐磨性，保证量棒在长期使用中不 致被很快磨损，而失去其精度。此外还有高的尺寸稳定性，保证量棒在使用和存放过 程中保持其形状和尺寸的稳定性。高碳钢经淬火并及时回火后，可以在很少降低硬度 的同时使钢的韧性明显提高，这样可使量棒有足够的韧性，以保证量棒在使用时不致 因偶然因素而损坏。

3.3.4

材料选择

根据检验量棒的工作条件，尺寸及性能要求选择碳素工具钢，其未加入合金元素，价格便宜，退火后硬度低，可

加工性好，磨削及抛光性好。T8,T8A,T9,T9A,T10A,T11A 等都属于碳素工具钢，但T8,T8A,T9,T9A接近共析成分，含碳量较少，淬火后的组织
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中未溶碳化物极少，耐磨性差。而T11,T11A远离共析成分，在淬火后组织中的未溶碳 化物较多，降低了钢的韧性。T10A在淬火加热时不易过热，又存适量的未溶碳化物，耐磨性高，且弥补了T11A韧性不足的缺点。

3.3.5

T10A钢化学成分及合金元素作用

T10A 钢的化学成分示于表 3.1
表 3.1 T10A 钢的化学成分 ω/% C 0.15～0.30 Mn 0.15～0.30 Si 0.15～0.30 P ≤0.030 S ≤0.030
[1]

化学元素作用： ①C ：保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度 ②Si： 能提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合机械性能，还能增高淬火温度，阻碍碳元素溶于钢中。③Mn：能增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成 MnS），防止热脆，故 Mn 能改善钢的锻造性和韧性，可增进刚的硬化深度，降低钢的下临界点，增加奥氏 体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。

3.3.6

T10A 钢热处理临界转变温度

T10A 钢热处理的临界转变温度见表 3.2[1]
表 3.2 T10A 钢临界转变温度/℃ 钢号 T10A Ac1 730 Ac3 800 Ar1 700

3.4

T10A 钢量棒加工制造工艺流程 T10A 钢量棒加工制造工艺流程如下：

下料→锻造→调质处理→机加工→不完全淬火→清洗→冷处理→低温回火→时效→ 检验→包装

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T10A 钢的热处理工艺

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4.1 T10A 钢的调质处理工艺
4.1.1 调质处理（淬火+高温回火）目的

进行预备热处理，获得粗大回火索氏体，降低淬火前机加工的表面粗糙度，使淬 火后具有高而且均匀的硬度。如果采用正火加球化退火，则加热周期长,生产效率低。所以选择调质处理作为 T10A 钢的预备热处理，处理后可以获得回火索氏体，减少淬 火变形，提高机械加工的光洁度。4.1.2 淬火工艺（1）淬火目的 淬火是为了获得马氏体（2)淬火温度 加热温度：780±10℃。因为 T10A 是过共析钢，钢中含有碳化物形成元素。为使碳化物溶入奥氏体中，使 奥氏体合金化程度增高，提高淬火回火后的机械性能，因此调质处理加热温度在 730℃（即 Ac1 温度）加 30-50℃。所以最终选择的加热温度为 780±10℃.（3）淬火设备 选用RDM系列埋入式盐浴炉，盐浴炉参数见表 4.1。
表 4.1 RDM-70-8 埋入式盐浴炉 型号 额定功率 电源 相数 RDM-70-8 70(KW)3 电压 380(V)850℃
[7]

额定温度

工作空间尺寸(mm ×mm)450×350×700

说明：炉温均匀，介质流动性好，加热速度，温度均匀，工件变形小，加热质量好，利于提高产品质量，炉膛容积有效利

用率高，产量大，耗电量少，可节省电能与筑炉 材料，电极寿命长，减小停炉时间。适用于中，小型工件成批量生产。

（4）加热方法 采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行 加热。原因是加热速度快，节约时间，便于批量生产。
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(5)加热介质 加热介质为 44%NaCl+56%KCl
表 4.2 加热介质与使用温度的关系 盐浴成分（%，按重量计算）28NaCl+72CaCl2 34NaCl+33CaCl2+33BaCl2 50NaCl+50BaCl2 22NaCl+78BaCl2 44NaCl+56KCl 34KCl+66BaCl2 熔点（℃）500 570 600 640 663 657 使用温度范围（℃）540～870 600～870 650～900 675～900 700～870 700～950

(6)保温时间 保温时间：12min 选定的依据： 加热时间可按下列公式进行计算： t=a×K×D，式中 t 为加热时间（min），K 为反映装炉时的修正系数，可根据表 4.4 可得 K 取 1.4，a 为加热系数 min/mm,加热 系数 a 可根据钢种与加热介质、加热温度，参数按照表 4.3 选取，D 为工件有效厚度（mm）.可得 t=a×K×D=1.4×20×24=672s
表 4.3 工件加热系数 a 钢号 碳钢 合金钢 高合金钢 高速钢 退火、正火（箱式炉）箱式炉 0.7～0.8min/mm 0.9～1.0min/mm 1.0～1.5min/mm 2～3min/mm 0.7～0.8min/mm 0.9～1.0min/mm 预热 1min/mm 加热 45s/mm 2～2.5min/mm 淬火 盐炉 20～30s/mm 30～45s/mm 预热 30s/mm 加热 16s/mm 预热 15～30s/mm 加热 8～12s/mm

(7)冷却方式 由 T10A 的淬透性曲线可知，要达到所要求的硬度，可选择水淬，且由于 T10A 的淬透 性低，为获得马氏体组织，应选择强烈的淬火介质.所以选择水作为 T10A 的淬火介质。（8）冷却介质 冷却介质：水
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