钢铁材料及热处理
2、金属材料与热处理---钢铁热处理
A1以下的某温度保温适当
时间后，置于空气或水中 冷却的工艺。
螺杆表面的 淬火裂纹
1、回火的目的 ⑴减少或消除淬火内应力,
防止变形或开裂。
⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回 火可调整硬度、韧性。
⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组
织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组 织，防止使用时变形。
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火 实质上是完全退火 的变相形式，只不过 把退火炉内缓冷改为 空冷而言。 正火表示方法为Z。
正火温度
2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作 组织准备。 ⑶ 普通件最终热处理。
下保温，使珠光体中的渗
碳体球化后出炉空冷。
主要用于共析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织，称 球状珠光体, 用P球表示。
对于有网状二次渗碳体的过共析 钢，球化退火前应先进行正火，
以消除网状.
球状珠光体
⑷ 去应力退火 将工件缓慢加热（100～150 ℃/小 时）到500~600℃ ，经过一段保温 后，随炉缓慢冷却到300~200 ℃以 下，再出炉空冷。 主要目的：1．消除内应力、稳定 尺寸、减少加工和使用过程中的变
实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象，因此将钢加热 时的实际转变温度分别用
Ac1、Ac3、Accm表示;冷却
时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
常用钢材热处理参数
常用钢材热处理参数常见的钢材热处理参数包括淬火、回火、退火、正火等。
下面将详细介绍它们的温度范围、保温时间以及应用领域。
1. 淬火（quenching）淬火是指将加热至临界温度以上的钢材迅速冷却至室温或低温的热处理过程。
淬火的目的是增加钢材的硬度和强度。
常见的淬火温度范围为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
钢材的选用因素包括成分、形状和尺寸、要求的性能等。
应用领域包括汽车零部件、工具、刀具等。
2. 回火（tempering）回火是指将淬火后的钢材加热至一个较低的温度范围并持续保温一段时间的热处理过程。
回火使得钢材硬度和强度降低，但同时也提高了其韧性和可塑性。
回火一般在淬火后立即进行。
温度范围通常为150℃到700℃，保温时间则根据要求的性能来确定。
应用领域包括航空航天、机械零部件、轴承等。
3. 退火（annealing）退火是指将钢材加热至足够高的温度并持续保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理过程。
退火的目的是消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
退火温度和保温时间的选择依赖于钢材的成分和形状，一般在600℃到800℃之间。
应用领域涉及到钢材的精密加工，如汽车制造、船舶等。
4. 正火（normalizing）正火是指将加热至临界温度以上的钢材空气冷却至室温的热处理过程。
正火可以消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
正火温度范围一般为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
应用领域包括汽车零部件、轴承、机械零件等。
此外，还有其他钢材热处理方法如奥氏体化退火、球化退火等针对不同的钢材类型和应用需求的热处理方法。
具体的热处理参数应根据材料的成分、形状和要求的性能来确定，并结合实际生产条件进行调整。
因此，在进行钢材热处理时，需要进行一系列的试验和分析，以确定最佳的处理参数。
钢铁材料的热处理介绍
(1)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650ºC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件
(2)球化退火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
热处理对于钢铁材料性能的影响
热处理对于钢铁材料性能的影响热处理是一项重要的工艺，用于改变钢铁材料的性能。
通过控制材料的加热、保温和冷却过程，可以显著改善钢铁材料的力学性能、组织结构和耐腐蚀能力。
本文将深入探讨热处理对于钢铁材料性能的影响。
一、冷处理冷处理是热处理的一种重要方式，其主要目的是通过快速冷却来提高钢铁材料的硬度和强度。
当钢铁材料经过热处理后，快速冷却可以产生细小的晶粒，从而提高材料的硬度。
此外，冷处理还可以减少材料的残余应力，提高材料的耐磨性和疲劳寿命。
二、淬火处理淬火是一种将钢铁材料加热至适宜温度后迅速冷却的热处理方法。
淬火可以使钢铁材料的晶格结构发生变化，从而显著提高材料的硬度和强度。
通过控制淬火工艺参数，如冷却速率、冷却介质等，可以获得不同的硬度和强度。
然而，过快的冷却速率可能导致材料内部产生应力过大，从而引起开裂和变形。
三、回火处理回火是一种将冷处理的材料重新加热至适宜温度后保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理方法。
回火可以减轻材料的内部应力，增加其韧性和塑性，降低脆性。
通过合理控制回火温度和时间，可以在硬度和韧性之间取得平衡，使材料具有较好的综合性能。
四、渗碳处理渗碳是一种将含碳气体或液体浸渍到钢铁材料表面，并进行高温处理的方法。
渗碳可以在材料表面形成高碳含量的渗层，从而提高材料的硬度和耐磨性。
此外，渗碳还可以改善材料的耐蚀性能和疲劳寿命。
常用的渗碳方法包括气体渗碳、液体渗碳和离子渗碳等。
五、固溶处理固溶处理是一种通过加热钢铁材料至固溶温度后快速冷却的热处理方法。
固溶处理可以使材料内部的溶质（如碳、氮等）扩散均匀，从而改善材料的强度和塑性。
此外，固溶处理还可以提高钢铁材料的冷加工性能，增加其可塑性。
综上所述，热处理对于钢铁材料性能具有显著的影响。
通过冷处理、淬火处理、回火处理、渗碳处理和固溶处理等方法，可以改善钢铁材料的硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和韧性等性能。
因此，在钢铁制造和应用过程中，合理运用热处理技术可以有效提高钢铁材料的综合性能，满足不同工程和应用的需求。
金属工艺学复习题参考答案
《金属工艺学》复习题一、填空题第一章钢铁材料及热处理1. 机械设计时常用屈服点和抗拉强度两种强度指标。
2．金属材料的力学性能主要有强度、硬度、塑性、冲击韧性等。
3．工程上常用的硬度值有布氏硬度和洛氏硬度。
4．Q235A是碳素结构钢，其中“A”的含义是A级，235表示屈服点。
5．45钢是优质碳素结构钢，45表示含碳量为0.45 %。
6．T8钢是碳素工具钢，8表示含碳量为0.8 %。
7．常见的金属晶胞结构有体心立方晶格和面心立方晶格。
8．铁碳合金在室温时的基本组织有铁素体、渗碳体和珠光体三种。
9．珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，其含碳量为0.77 %。
10．奥氏体只在高温时存在，其晶格结构为面心立方晶格，最大含碳量可达2.11 %。
11．钢的热处理一般可分为加热、保温、冷却三个步骤。
12，钢的热处理方法主要有退火、正火、淬火、回火。
13．回火可分为低温回火、中温回火、高温回火三种。
14．生产中常用的调质处理是淬火加高温回火。
15．钢的表面热处理有表面淬火和化学热处理两类。
16． 1Cr18Ni9Ti是不锈钢钢，其碳的质量分数是0.1 %。
17．在Fe-Fe3C相图中，钢与铸铁分界点的含碳量为 2.11 %。
18．QT600-03为球墨铸铁，其中的“600”的含义是抗拉强度为600MPa。
19．HT200为灰口铸铁，其中的“200”的含义是抗拉强度为200MPa。
第二章铸造1．通常把铸造方法分为_砂型铸造和特种铸造两类.2．特种铸造是除砂型铸造以外的其他铸造方法的统称, 如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等。
3．制造砂型和芯用的材料，分别称为型砂和芯砂，统称为造型材料。
4．为保证铸件质量，造型材料应有足够的_耐火性_，和一定强度、透气性、退让性等性能。
5．用_芯砂和芯盒制造型芯的过程叫造芯。
6．为填充型腔和冒口儿开设于铸型中的系列通道称为浇注系统，通常由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组成。
钢铁材料的分类、力学性能及热处理
钢铁材料的分类、力学性能及热处理一、 分类及力学性能：1． 碳素钢：按含碳量的多少可分为低碳钢（含碳量小于0.25％）、中碳钢（含碳量在0.25％～0.5％）和高碳钢（含碳量大于0.5％）。
随着含碳量的增加，钢的机械强度提高，但使它的塑性和韧性下降。
（1） 普通碳素钢：它的化学成分不准确，因而不宜进行热处理。
普通碳素钢的牌号标记如Q235（国标），表示屈服点MPa S 235=σ。
（2） 优质碳素钢：力学性能优于普通碳素钢，采用适当的热处理方法可以获得很高的内部机械强度和表面硬度。
低碳钢塑性高，焊接性好，适用于冲压、焊接零件。
采用渗碳淬火处理可提高零件表面硬度；中碳钢具有综合性能好的特点，它的机械强度、塑性和韧性均较好，可进行调质、表面淬火处理；高碳钢具有高的机械强度和良好的韧性和弹性，常制成弹性零件。
优质碳素钢的牌号如15、35、45（国标），表示含碳量平均值各为0.15％、0.35％、0.45％。
2． 合金钢：合金钢是在优质碳素钢中加入某些合金元素而形成的。
它具有良好的力学性能和热处理性能，随着所加合金元素的不同，还可获得不同的特殊性能。
合金钢的牌号如35Mn2、40Cr （国标），表示含碳量平均值为0.35％和0.40％，而含合金元素Mn2％及Cr 小于1.5％。
3． 铸钢：铸钢的含碳量一般在0.15％～0.60％范围内，含碳量较高，塑性很差，容易产生龟裂，故不能锻造。
铸钢的强度显著高于铸铁，但铸造性则比较差，收缩率较大。
铸钢的牌号如ZG500－270，前组数字表示抗拉强度MPa B 500=σ，后组数字表示屈服点MPa S 270=σ。
4． 铸铁：铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金。
铸铁因含碳量高，故它的抗拉强度、塑性和韧性都较差，不能锻造，焊接性能也差。
但它有较高的抗压强度，良好的减摩性和切削性能，吸振性好，价格又较低廉。
常用的铸铁有灰铸铁（如HT150，抗拉强度MPa B 150=σ）、可锻铸铁（如KT300－6，抗拉强度MPa B 300=σ，最低伸长率为6％）和球墨铸铁（如QT500－7，抗拉强度MPa B 500=σ，最低伸长率为7％）。
钢铁材料的一般热处理
回火
低温回火
回火 类别
中温回火
高温回火
调质
人工时效 时效 处理
自然时效
①获得所需的力学性能。在通常情况
将淬火后的钢件加热到临界温度以 下，保温一段时间，然后 在空气 或油中冷却 回火是紧接着淬火以后进行的，也 是热处理的最后一道工序
下，零件淬火后的强度和硬度有很大提 高，但塑性和韧性却有明显降低， 而零 件的实际工作条件要求有良好的强度和 韧性。选择适当的回火温度进行回火 后，可以获得所需的力学性能 ②稳定组织，稳定尺寸
钢铁材料的一般热处理
名称
热处理过程
热处理目的
退火
完全退火
退火 类别
球化退火
①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切
削加工及冷变形加工
将钢件加热到一定温度，保温一定 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的
时间，然后缓慢冷却到室温
性能及为以后的热处理作准备
③消除钢中的内应力。防止零件加工后
变形及开裂 将钢件加热到临界温度(不同钢材
等 将钢件放在感应器中，感应器在一源自定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电 流，使钢件表面迅 速加热(2一
表面感应淬 火
lOmin)到淬火温度，这时立即将水 喷射到钢件表面。 经表面感应淬火的零件，表面硬而
耐磨，而心部保持着较好的强度和 韧性。
表面感应淬火适用于中碳钢和中等
含碳量的合金钢件
随炉冷却)
变形 去应力退火适用于各种铸件、锻
件、焊接件和冷挤压件等
正火
将钢件加热到临界温度以上40～60 ºC，保温一定时间，然后在空气中 冷却
①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用正 火作为最终热处理 ③消除内应力
热处理对钢铁材料的导热性的影响
热处理对钢铁材料的导热性的影响热处理是针对金属材料进行的加热、保温和冷却等过程，旨在改变金属内部的晶粒结构和物理性能，从而获得所需的力学性能和组织状态。
在钢铁材料中，热处理对导热性能有着直接影响。
本文将探讨热处理对钢铁材料导热性的影响，并简要介绍一些常见的热处理方法。
一、导热性的定义及重要性导热性是指物质传递热量的能力，也可理解为热传导的速度。
在金属材料中，导热性能的好坏直接关系到材料的热工性能和生产过程中的热传导效率。
导热性能较好的材料能够更迅速、均匀地传递热量，提高材料的热传导效率，从而改善加热和冷却过程，优化产品性能。
二、热处理对钢铁材料导热性的影响1. 相变过程的影响热处理过程中，材料经历了多次加热和冷却，这些过程中的相变对导热性能有着重要的影响。
在固溶处理过程中，钢铁材料中的合金元素会溶解在基体中，形成固溶体，导致材料的导热性能下降。
而在淬火过程中，相变会导致晶粒尺寸的变化，进而改善材料的导热性能。
2. 晶粒结构的影响热处理过程中，材料的晶粒结构也会发生变化，从而影响导热性能。
通常情况下，细小的晶粒结构比较均匀，有利于热量在材料中的传递，从而提高导热性能。
而粗大的晶粒结构则会导致热量的传导路径变长，从而降低导热性能。
3. 碳含量的影响钢铁材料中的碳含量也会对导热性能产生影响。
当碳含量较高时，材料中会形成一定量的渗碳体，这些碳化物会在晶界上形成屏蔽层，限制热量的传递，导致导热性能下降。
因此，合理控制碳含量，可以提高材料的导热性能。
三、常见的热处理方法1. 固溶处理固溶处理是指将材料加热到一定温度，使固溶体中的合金元素溶解在基体中，然后通过快速冷却来保持固溶体结构。
固溶处理的目的是改善材料的力学性能，但对导热性能有一定的负面影响。
2. 淬火处理淬火处理是将材料加热到临界温度以上，然后迅速冷却至室温，使材料发生相变并形成马氏体结构。
淬火处理不仅可以提高材料的硬度和强度，还能改善导热性能，因为马氏体结构中的细小晶粒有利于热量的传导。
热处理对钢铁材料的热膨胀系数的影响
热处理对钢铁材料的热膨胀系数的影响热处理对钢铁材料的性能有着重要的影响，其中之一就是对热膨胀系数的影响。
热膨胀系数是描述物体在温度变化时线膨胀或收缩程度的物理量。
钢铁材料在热处理过程中经历了晶体结构的改变，从而导致热膨胀系数的变化。
本文将对热处理对钢铁材料热膨胀系数的影响进行探讨。
一、钢铁材料热处理的概述热处理是通过加热和冷却的方式对钢铁材料进行物理和化学性能的改变，以达到提高材料硬度、强度、韧性等方面的目的。
常用的热处理方法包括淬火、回火、正火、退火等。
这些热处理方法能够改变钢铁材料内部的晶体结构，从而使得材料性能发生变化。
二、热处理对钢铁材料热膨胀系数的影响钢铁材料在热处理过程中会发生晶界的变化和晶格参数的改变，这些变化会直接影响材料的热膨胀系数。
通常情况下，经过热处理后的钢铁材料的热膨胀系数相对于未经处理的材料会发生变化。
热处理中的淬火过程会使钢铁材料中的奥氏体相转变为马氏体相。
由于马氏体相具有较高的硬度和脆性，这种结构的钢铁材料具有较小的热膨胀系数。
相反，回火过程是将淬火后的钢铁材料加热到一定温度并保温一段时间，使马氏体相分解为较软和韧性较好的渗碳体和残留奥氏体。
这些结构的钢铁材料通常具有较大的热膨胀系数。
因此，在淬火和回火过程中，热处理会对钢铁材料的热膨胀系数产生显著影响。
另外，热处理还会改变钢铁材料中的晶格参数。
晶格参数是描述晶体结构的重要参数，也是影响热膨胀系数的一个因素。
经过热处理后，钢铁材料的晶格参数会发生改变，而晶格参数的变化又会直接影响热膨胀系数。
由于热处理导致的晶格参数的改变是钢铁材料内部晶体结构的重构，因此热处理对钢铁材料的热膨胀系数具有重要的影响。
三、热处理参数对热膨胀系数的影响除了热处理过程本身对钢铁材料的热膨胀系数产生影响外，热处理参数也对热膨胀系数具有一定的影响。
热处理参数包括加热温度、保温时间等。
一般而言，热处理温度越高，钢铁材料的晶体结构就越容易发生变化，热膨胀系数也会随之变大。
热处理的材料
热处理的材料
热处理是一种通过加热和冷却来改变材料性能的工艺。
在工程领域中，热处理被广泛应用于各种材料，包括金属、合金、塑料和玻璃等。
通过热处理，材料的硬度、强度、耐磨性、耐腐蚀性和导电性等性能可以得到显著提高，从而满足不同工程需求。
热处理的材料主要包括钢铁、铝合金、铜合金和镍合金等。
钢铁是最常见的热处理材料之一，其主要包括淬火、回火、正火和退火等工艺。
通过不同的热处理工艺，钢铁材料可以获得不同的组织结构和性能。
例如，淬火可以使钢铁材料获得高硬度和强度，适用于制造刀具和轴承等零部件；而回火则可以降低材料的硬度，提高韧性，适用于制造弹簧和齿轮等零部件。
铝合金是另一种常见的热处理材料，其主要包括固溶处理、时效处理和强化处理等工艺。
固溶处理可以使铝合金中的固溶体溶解，从而提高材料的塑性和可加工性；而时效处理则可以通过沉淀硬化作用，提高材料的强度和硬度，适用于制造航空航天和汽车等领域的零部件。
铜合金和镍合金也是常见的热处理材料，它们通常通过固溶处理、时效处理和退火等工艺来改善材料性能。
固溶处理可以提高材料的塑性和可加工性，适用于制造电子器件和导电材料；而时效处理则可以提高材料的强度和耐腐蚀性，适用于制造船舶和化工设备等领域的零部件。
总的来说，热处理是一种非常重要的材料改性工艺，通过热处理，材料的性能可以得到显著提高，从而满足不同工程领域的需求。
不同材料的热处理工艺各有特点，需要根据具体材料的组织结构和性能要求来选择合适的热处理工艺，以获得最佳的材料性能。
在实际工程应用中，热处理工艺需要严格控制加热温度、保温时间和冷却速度等参数，以确保材料的性能得到有效改善，从而提高工程零部件的使用寿命和安全性。
钢的五种热处理工艺
钢的五种热处理工艺热处理工艺——外表淬火、退火、正火、回火、调质工艺：1、把金属材料加热到相变温度〔700度〕以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。
2、把金属材料加热到相变温度〔800度〕以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。
3、把金属材料加热到相变温度〔800度〕以上，保温一段时间后再在特定介质中〔水或油〕快速冷却叫淬火。
◆外表淬火•钢的外表淬火有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的外表层承受着比心部更高的应力。
在受摩擦的场合，外表层还不断地被磨损，因此对一些零件外表层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有外表强化才能满足上述要求。
由于外表淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。
根据供热方式不同，外表淬火主要有感应加热外表淬火、火焰加热外表淬火、电接触加热外表淬火等。
感应外表淬火后的性能:1.外表硬度：经高、中频感应加热外表淬火的工件，其外表硬度往往比普通淬火高2～3单位〔HRC〕。
2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。
这主要是由于淬硬层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比拟高，外表的高的压应力等综合的结果。
3.疲劳强度：高、中频外表淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。
对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。
一般硬化层深δ＝〔10～20〕％D。
较为适宜，其中D。
为工件的有效直径。
◆退火工艺退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢那么是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
•退火的目的①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
钢材的热处理方法和特性(精)
-- 钢材的热处理方法和特性※均质退火处理简称均质化处理(Homogenization,系利用在高温进行长时间加热,使内部的化学成分充分扩散,因此又称为『扩散退火』。
加热温度会因钢材种类有所差异,大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均质化处理,高碳钢在1100℃至1200℃之间,而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。
※完全退火处理完全退火处理系将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围,在该温度保持足够时间,使成为沃斯田体单相组织(亚共析钢或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后,在进行炉冷使钢材软化,以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。
※球化退火处理球化退火主要的目的,是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成为球状,使改善钢材之切削性能及加工塑性,特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。
常见的球化退火处理包括:(1在钢材A1温度的上方、下方反复加热、冷却数次,使A1变态所析出的雪明碳铁,继续附着成长在上述球化的碳化物上;(2加热至钢材A3或Acm温度上方,始碳化物完全固溶于沃斯田体后急冷,再依上述方法进行球化处理。
使碳化物球化,尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂,亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。
※软化退火处理软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内(A1温度下方,维持一段时间之后空冷,其主要目的在于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性,以便能再进一步加工。
此种热处理方法常在冷加工过程反复实施,故又称之为制程退火。
大部分金属在冷加工后,材料强度、硬度会随着加工量渐增而变大,也因此导致材料延性降低、材质变脆,若需要再进一步加工时,须先经软化退火热处理才能继续加工。
※弛力退火处理弛力退火热处理主要的目的,在于清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所产生的残留应力,这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形,并对材料韧性、延展性有不良影响,因此弛力退火热处理对于尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。
金属工艺学-0绪论-1钢铁材料及热处理
河北理工大学 机械工程学院
绪论
• 金属工艺学 金属工艺学:
研究金属材料性质及其加工工艺为 主的综合性技术基础课程。 主的综合性技术基础课程。 • 主要研究内容： 主要研究内容：
– – – – 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 各种工艺方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 金属机件的加工工艺过程和结构工艺性； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 常用金属材料性能对加工工艺的影响； 工艺方法的综合比较等.
布氏硬度
HBS或HBW 或
洛氏硬度
HRC、HRB、HRA 、 、
12
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能
1.4 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。 冲击韧性：材料抵抗冲击载荷的能力。
Ak v
13
第一章 钢铁材料及热处理
第一节 金属及合金的性能 1.5 疲劳强度
材料在多次交变载荷作用下而不引起断裂 的最大应力。 的最大应力。疲劳破坏是机械零件失效的主要 原因之一。 原因之一。
碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 碳钢主要是由铁和碳两种元素组成的合金； 含碳量<2.11%，硅、锰、硫、磷等杂质.
1.1 碳及杂质对碳钢的影响 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 碳 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降； 强度、硬度、弹性提高 塑性、韧性下降 提高， 下降； 硅 --- 强度、硬度、弹性提高，塑性、韧性下降； 下降， 强度、硬度提高 塑性、韧性下降 冷脆； 提高， 磷 --- 强度、硬度提高，塑性、韧性下降，冷脆； 强度、硬度提高 对性能影响不大。 提高， 锰 --- 强度、硬度提高，对性能影响不大。
钢的热处理(五火)
钢的热处理金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。
一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。
工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。
在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。
钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。
一般把含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；大于2%的铁碳合金称为铸铁。
1.钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。
（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。
因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤00.0%,P≤0.005%）优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%），高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。
碳钢的性能主要绝定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。
根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C>0.6%）。
所以低碳钢的强度、硬度低，塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。
工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。
（a）碳素结构风该类钢主要用于各种结构件。
根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。
碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。
Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。
简述钢的普通热处理
钢的普通热处理方法：
1.正火：将钢加热到适当温度，保温一段时间后取出在空气中
冷却。
正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理；用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理；用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织；用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能；用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向；用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。
2.淬火：将钢加热至高温后快速冷却，使其硬化。
淬火的主要
目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。
3.回火：将淬火后的钢加热到一定温度并保温一段时间，然后
冷却。
回火的主要目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。
4.退火：将钢加热至适当温度并保温一段时间后缓慢冷却。
退
火的主要目的是调整硬度以方便切削加工，消除内应力，稳定尺寸，防止加工中变形。
退火还能细化晶粒，改善组织。
5.表面热处理：包括表面淬火和火焰加热表面淬火等。
表面热
处理的主要目的是提高材料表面的硬度和耐磨性。
6.化学热处理：包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
化学热处理的
主要目的是改变材料表面的化学成分，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。
热处理对钢铁材料的尺寸稳定性的影响
热处理对钢铁材料的尺寸稳定性的影响钢铁材料的尺寸稳定性是指材料在不同温度下是否会发生尺寸变化。
热处理是一种常见的改变钢铁材料性质的方法，它对材料的尺寸稳定性有着重要的影响。
本文将介绍热处理对钢铁材料尺寸稳定性的影响，以及如何通过优化热处理工艺来提高材料的尺寸稳定性。
一、热处理对钢铁材料尺寸稳定性的影响1. 热胀冷缩效应热处理过程中，材料会因温度的升高而发生热胀，因温度的降低而发生冷缩。
热胀冷缩效应是导致材料尺寸变化的主要原因之一。
在高温下，钢铁材料会膨胀，使尺寸增大；在冷却过程中，材料会收缩，使尺寸减小。
这种尺寸变化对于某些应用场景下的钢铁制品来说，可能是无法接受的。
2. 相变钢铁材料在热处理过程中可能会发生相变，如奥氏体相变、铁素体相变等。
相变的发生会引起材料晶格结构的改变，从而导致尺寸的变化。
例如，奥氏体相变为铁素体时，通常会伴随着体积的增大，因而导致尺寸增加。
3. 内应力的释放热处理过程中，材料的内应力会发生变化。
这是因为在加热和冷却过程中，材料的不同部分受到的温度变化和形变的影响不同，从而引起内应力的产生。
这些内应力可能会导致材料尺寸的变化，尤其是在温度变化较大的情况下。
二、优化热处理工艺以提高尺寸稳定性1. 合理选择热处理参数合理选择热处理过程中的温度和时间参数对于提高尺寸稳定性至关重要。
不同的钢铁材料对于热处理参数有不同的要求，需要根据具体的材料性质和使用条件进行调整。
通常，降低热处理温度和延长保温时间可以减小材料的尺寸变化。
2. 进行预应力处理预应力处理是一种通过施加外力在材料中引入预先设定的应力状态。
这种处理方式可以帮助材料在热处理过程中更好地保持尺寸稳定性。
例如，预拉伸是一种常见的预应力处理方法，通过在热处理前施加拉伸力来改变材料的组织结构，从而减小材料在热处理过程中的尺寸变化。
3. 控制冷却速率冷却速率对于材料尺寸稳定性的影响也非常重要。
过快或过慢的冷却速率都可能导致材料的尺寸变化。
钢铁硬度不同处理
钢铁硬度不同处理以钢铁硬度不同处理为标题，写一篇文章。
钢铁是一种重要的金属材料，在各个领域都有广泛的应用。
钢铁的硬度是评判其质量的重要指标之一，不同的处理方法可以使钢铁具备不同的硬度特征。
本文将就钢铁硬度不同处理进行详细介绍。
1. 热处理热处理是一种常用的钢铁处理方法，通过加热和冷却的过程来改变钢铁的硬度。
常见的热处理方法有淬火、回火和正火等。
淬火是将加热到一定温度的钢铁迅速冷却，使其获得较高的硬度。
回火是在淬火后将钢铁加热到较低的温度，然后再冷却。
这样可以降低钢铁的硬度，提高其韧性。
正火则是将钢铁加热到适当温度，然后冷却，以提高其硬度和强度。
2. 冷加工冷加工是指在室温下对钢铁进行塑性变形的处理方法。
冷加工可以显著提高钢铁的硬度和强度。
在冷加工过程中，钢铁会经历塑性变形，晶粒会细化，形成大量的位错和析出相，从而提高钢铁的硬度。
常见的冷加工方法有冷轧、冷拔和冷锻等。
3. 热轧热轧是指将钢坯加热到一定温度后进行塑性变形的处理方法。
热轧可以提高钢铁的硬度和强度，同时还可以改善钢铁的塑性和韧性。
在热轧过程中，钢铁的晶粒会得到再结晶，形成细小的晶粒，从而提高了钢铁的硬度。
4. 渗碳处理渗碳处理是一种常用的表面处理方法，通过将含有碳元素的化合物渗入钢铁表面，以提高钢铁的硬度和耐磨性。
常见的渗碳处理方法有气体渗碳、盐浴渗碳和浸渗碳等。
渗碳处理可以使钢铁表面形成高碳化层，硬度显著提高，同时还能提高钢铁的耐磨性和抗腐蚀性能。
5. 淬硬处理淬硬是一种常用的钢铁处理方法，通过将钢铁加热到适当温度后迅速冷却，使其达到高硬度和高强度。
淬硬处理可以使钢铁的晶粒细化，同时还能提高钢铁的耐磨性和耐腐蚀性能。
淬硬处理常用于制造需要具备高硬度和高强度的零部件。
总结起来，钢铁的硬度可以通过不同的处理方法来改变。
热处理、冷加工、热轧、渗碳处理和淬硬处理是常用的钢铁处理方法。
通过这些处理方法，可以使钢铁具备不同的硬度特征，以满足不同领域的需求。
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常用的非金属材料
• 乳胶密封垫：我们原使用耐油石棉橡胶， 后由于环保问题，改用乳胶密封垫，该材 料不含石棉，耐油能力强，是端面密封的 理想材料。
常用的非金属材料
• 磁性材料：我们常用的磁性材料是钡铁氧 体。
引言： 引言：
1、热处理的概念
将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和 将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得 加热 所需组织与性能的工艺。 所需组织与性能的工艺。
2、中温回火（350~500）ºC 中温回火（350~500）
目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。 目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。 又称弹性处理。硬度为35--45HRC. 弹性处理 35-又称弹性处理。硬度为35--45HRC. 主要用于：弹性零件及热锻模具等。 主要用于：弹性零件及热锻模具等。
3、高温回火（500~650）ºC 高温回火（500~650）
目的：获得良好的综合力学性能。 目的：获得良好的综合力学性能。 又称调质处理。硬度为25--35HRC. 调质处理 25-又称调质处理。硬度为25--35HRC. 主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。 主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。
几种典型钢材的特点
• GCr15：轴承钢，热处理后获得高硬度和高耐磨性， 是制作轴承和密封套的优质材料。 • 65Mn：高锰弹簧钢，具有高的强度和硬度，弹性 良好，淬透性较好；经淬火及低温回火或调质、 表面淬火处理，用于制造受摩擦、高弹性、高强 度的机械零件。 • T8：碳素工具钢，经淬火，回火处理后，可得到 较高的硬度和良好的耐磨性，但承受冲击载荷的 能力低，可制造钻套，冲头等工具。还有一些工 具材料如合金工具钢、粉末冶金材料、陶瓷刀具 等不是我们常用材料，这里就不介绍了。
几种典碳素结构钢，中碳 钢，刚度、强度、韧性等机械性能都较好， 加工性能良好，焊接性差，仍可焊接。使 用极为广泛。常用热处理方法：调质，淬 火。可获得更好的机械性能。可制作齿轮， 轴等重要零件。 • 40Cr：合金结构钢。调质后，具有良好的 综合性能。淬透性好，焊接性差，仍可焊 接。是使用最广泛的钢种之一。它的热处 理效果，热处理变形都略好于45。
第4章 钢的热处理 章
4、淬火方法： 淬火方法： 单液淬火： （1）单液淬火：将加热后的零件投入一种 冷却 剂中冷却至室温。 剂中冷却至室温。 特点：操作简单，容易实现自动化。 特点：操作简单，容易实现自动化。 双液淬火：先水后油，或先油后空气。 （2）双液淬火：先水后油，或先油后空气。 特点：可防止变形与开裂。 特点：可防止变形与开裂。 分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中， （3）分级淬火：先放入一定温度的盐浴或碱浴中， 再空冷。 再空冷。 特点：有效减小内应力，防止变形与开裂； 特点：有效减小内应力，防止变形与开裂； 但只适于小尺寸工件。 但只适于小尺寸工件。
第4章 钢的热处理 章
第四节 钢的表面热处理
引言: 引言: 为了兼顾零件表面和心部两种不同性 能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法, 能要求,生产中广泛采用表面热处理的方法, 即表面淬火和化学热处理. 即表面淬火和化学热处理. 一、表面淬火 概念： 1、概念：指仅改变钢的表层组织的局 部热处理工艺。 部热处理工艺。
第4章 钢的热处理 章
（2）球化退火 1、定义：将钢加热到Ac1以上20~30 ºC, 保温后随炉缓冷至600 ºC，出炉空冷。 2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切削 加工性能。 3、适用范围：主要用于过共析钢及合金工 具钢。
第4章 钢的热处理 章
（3）去应力退火 1、定义：将钢加热到500--600 ºC,保温 后随炉缓冷至200--300 ºC出炉空冷。又称 低温退火。 2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的内 应力 。（没有发生组织变化） 3、适用范围：用于所有的钢。
常用的非金属材料
• 下面介绍几种常用的非金属材料 • 聚四氟乙烯（PTFE）材料：耐油、耐腐蚀、自润 滑极好，加入填充剂后较耐磨，可在较高温度下 工作，是制作密封环等密封件的理想材料。本体 是白色，在加入各种材料如铜、铅粉等呈现不同 颜色。 • 橡胶：一般使用丁腈橡胶（NBR）和氟橡胶(FPM)。 丁腈橡胶耐油、耐腐蚀，价格便宜，但耐磨和耐 高温能力较差，是制作O型密封圈和一般骨架油封 的理想材料；氟橡胶耐油、耐腐蚀，耐磨和耐高 温能力都较好，但价格较高，是制造密封要求较 高的密封件的理想材料。
•
• •
2．新的分类方法 1992年10月中国颁发了“钢分类”国家标准 （GB/T13304－91）。按照此标准，钢的分类分为 两部分：第一部分，按化学成分分类；第二部分， 按主要质量等级、主要性能及使用特性分类。 • （1）按化学成分分为：非合金钢（包括含碳量小 于0.25%的低碳钢，含碳量0.25%～0.60%的中碳钢， 含碳量大于0.60%的高碳钢，）；低合金钢（合金 元素占总质量的5%以下）；和合金钢（合金元素 占总质量的5%以上）。 • （2）按主要质量等级、主要性能及使用特性分w 为：普通质量钢材，优质钢材，特殊质量钢材
1）对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加 对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度， 工性 能； 对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理； 2）对中碳钢，可提高硬度和强度，作为最终热处理； 对高碳钢， 3）对高碳钢，可为球化退火作准备 。
第4章 钢的热处理 章
退火与正火的加热温度范围
第4章 钢的热处理 章
几种典型钢材的特点
• 以上所讲的都是黑色金属材料，下面我们 将一下常用的有色金属。 • ZCuSn10Pb1：锡青铜，在较高负荷，中速 下工作的耐磨耐腐蚀材料，常用于制作衬 套、轴瓦、垫圈、涡轮等零件。 • ZALSi9：铝硅合金，铸造性很好，铸造形 状复杂的高温工作的承受冲击力的零件， 如我们使用的变矩器机芯。
钢铁材料的分类
• 钢是含碳量在0.04%-2.11%之间的 铁碳合金。我们通常将其与铁合称 为钢铁，为了保证其韧性和塑性， 含碳量一般不超过1.7%。
• 分为铸铁和钢
铸铁的分类
• 铸铁分为：普通铸铁和合金铸铁 • 普通铸铁： • 灰铸铁：如HT200等。铸造流动性好，能承受较大 弯曲应力，塑性与韧性差。 • 可锻铸铁：如KTH370-12等。比灰铸铁强度高，塑 性与韧性也较好，可承受冲击和扭转负荷，具有 良好的耐腐蚀性，切削性能好。 • 球墨铸铁：如QT400-15等。具有较高的强度和耐 磨性，具有一定的韧性，可制作行星架等零件。
• 合金铸铁 又称为特殊性能铸铁： • 耐磨铸铁如钼铬铸铁，是制造金属密 封环的主要材料。 • 耐热铸铁如RTCr16等，可制造各种加 热炉的零件。 • 耐蚀铸铁如STSi11等,可制造化工设备 零部件。
特殊和新型铸铁材料
• 特殊铸造材料——铸造碳钢：如 ZG40Cr,ZG230-450等，具有较高的强度、 韧性、和耐磨性，可进行热处理，可制作 要求较高的零部件。 • 新型铸铁材料：蠕墨铸铁，如RuT380等， 材质性能介于灰铁和球铁之间，它既有球 铁的强度、刚度和一定的韧性，且具有良 好的耐磨性，同时它具有良好的铸造性。 可铸造要求较高的大型复杂零件。
几种典型钢材的特点
• 42CrMo：调质后有较高的疲劳强度和抗多 次冲击能力，高温下具有高的持久强度和 蠕变强度，低温冲击韧性良好，工作温度 可达500℃~-110℃。在进行表面氮化处理 后，可获得较高的表面硬度HV600（约 HRC56）以上，且几乎不变形，可做为最后 一道工序。制作典型零件：齿圈，轴等。
第二节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火
1、概念： 概念：
将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度， 将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一 Ac3 以上某一温度 定时间后，快速冷却的热处理工艺。 定时间后，快速冷却的热处理工艺。
2、目的： 目的： 提高钢的硬度、 提高钢的硬度、强度和耐磨性并保持足 够的韧性。 够的韧性。
第4章 钢的热处理 章
3、回火的种类 按回火温度的不同，回火可分以下三种： • 低温回火：150 ºC ~250 ºC • 中温回火：350 ºC ~500 ºC • 高温回火：500 ºC ~650 ºC
第4章 钢的热处理 章
1、低温回火（150~250）ºC 低温回火（150~250） 低温回火
2、热处理的目的
（1）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能
第4章 钢的热处理 章
第一节 钢的热处理原理
根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为： 根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：
1、整体热处理 、 退火、正火、淬火、 退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理 、 表面淬火、 表面淬火、气相沉积 3、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗 化学热处理：渗碳、氮化、
第4章 钢的热处理 章
三、钢的回火
1、回火的概念： 回火的概念：
将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度， 将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保 Ac1以下的某一温度 温一定时间后， 温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。
2、回火的目的：
降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度， 降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消 除内应力，稳定工件的尺寸， 除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性 能。
第4章 钢的热处理 章 3、淬火剂：水、矿物油、盐水和碱水等。 淬火剂： 矿物油、盐水和碱水等 淬火方法: 4. 淬火方法: 为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂， 为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂，必须采用 已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。 已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的淬火方法包 单液淬火、双液淬火、分级淬火等 如图所示。 括单液淬火、双液淬火、分级淬火等，如图所示。