03金属热处理及表面改性
第3章 钢的热处理和表面改性
Á 高碳马氏体：主要是在高碳钢和高碳合金钢 中，显微形貌呈针状（或者竹叶状），故又称针 状马氏体； 性能：高碳马氏体的硬度高、塑性和韧性很差
Á 低碳马氏体：主要是在低碳钢和低碳合金钢
中，显微形貌呈板条状，故又称板条马氏体。
第3章 钢的热处理 和表面改性
教学目标 1. 熟悉钢在热处理过程中的组织转变及转变产物的形 态和性能，等温转变动力学曲线； 2. 掌握退火、正火、淬火和回火常规热处理工艺的特 点、目的及应用； 3. 理解钢的表面热处理强化、化学热处理强化； 4. 了解钢的表面处理改性。
重点 1. 等温转变动力学曲线（C曲线）的意义和应用。
冷却方式
¤ 等温冷却:钢由加热温度迅速冷却到临界点Ac1以下的既定
温度，保温一段时间，进行恒温转变，然后再冷却至室温
¤ 连续冷却：钢由加热温度连续冷却到室温，在临界点Ac1
以下进行连续转变
过冷奥氏体：在A1（ 727 °C ）温度下尚未发生转变
的奥氏体。
等温转变曲线（C曲线或TTT图）：钢在不同温
度下的等温转变动力学曲线，通过实验绘制。共析钢的过冷奥 氏体在不同温度下发生等温转变时，按转变温度的高低可以得 到珠光体、索氏体、屈氏体、上贝氏体、下贝氏体和马氏体等
TTT：Time-Temperature-Transformation
共
析
钢
金属材料的表面处理
金属材料的表面处理
金属材料的表面处理是一种对金属材料表面进行改性或保护的工艺。
表面处理可以改善材料的表面性能，延长材料的使用寿命，并且可以使材
料具有更好的装饰效果。在工业制造和日常生活中，常常需要对金属材料
进行表面处理，以达到所需的功能和效果。
机械处理是对金属材料表面进行物理改变的一种方法。常见的机械处
理方法包括抛光、喷砂和磨削等。抛光是通过机械方法将金属材料表面的
凹凸不平去除，使其达到光滑亮丽的效果。喷砂是通过高压气流将砂粒喷
射到金属材料表面，以去除表面氧化物和污垢。磨削是用砂轮或磨料将金
属材料表面进行加工，以获得所需的尺寸和粗糙度。
化学处理是通过在金属材料表面施加或浸泡化学物质，使其表面发生
化学反应，从而改变表面性能的一种方法。常见的化学处理方法包括酸洗、电镀和磷化等。酸洗是通过将金属材料浸泡在酸性溶液中，使其表面的氧
化物被酸腐蚀掉，以去除表面污垢和氧化层。电镀是将金属材料浸泡在电
解液中，通过电流的作用使金属离子在材料表面电化学沉积，形成一层均
匀的金属镀层。磷化是将金属材料浸泡在含有磷酸盐的酸性溶液中，使其
表面形成一层磷化物膜，以提高材料的耐腐蚀性和润滑性。
电化学处理是利用电化学原理对金属材料表面进行处理的一种方法。
常见的电化学处理方法包括阳极氧化、阳极电镀和电解整理等。阳极氧化
是将金属材料作为阳极浸泡在含有电解液的溶液中，通过外加电流使材料
表面形成一层致密的氧化膜，以提高材料的耐磨性和耐腐蚀性。阳极电镀
是将金属材料作为阴极浸泡在含有金属离子的电解液中，通过外加电流使
金属离子在材料表面电化学沉积，形成一层金属镀层。电解整理是对金属
金属热处理工艺
金属热处理工艺
热处理是一种重要的工艺，它使各种金属材料和结构能够以最有效的方式优化性能和结构。热处理可以改变金属材料的组织结构、增强抗腐蚀性、改善机械性能、恢复表面外观和性能、改变金属的密度、硬度、强度、延展率、热稳定性等。
金属热处理可以分为常温热处理和高温热处理。常温热处理包括晶间转变、热处理、淬火、回火和表面淬火等；高温热处理主要是指固溶处理和正火处理。固溶处理包括正火固溶、液相固溶、间接固溶等；正火处理包括正火、表面熔化半熔化、气相入侵、逆火和冷变形等。
常温热处理主要用于改善金属材料的体积稳定性和改善其力学性能。晶间转变可以改变金属的硬度和强度；淬火可以根据金属的硬度要求选择不同的处理深度；回火可以改善金属的断裂韧性；表面淬火可以使金属表面抗磨损性大大提高。
高温热处理是通过改变金属材料组织结构来改善其性能的一种重要工艺。固溶处理可以有效地改变金属的抗拉强度，抗压强度，断裂韧性，抗磨损性和耐腐蚀性；正火处理可以改变金属的硬度，强度，延展性，冲击韧性，抗磨性，耐氧化性和耐蚀性等。
金属热处理工艺的创新是正在加速进行的。目前，新型金属热处理工艺不仅涉及到各种传统的热处理技术，还包括新型超快速热处理技术、激光热处理技术、表面改性技术、电子束热处理技术、电弧热处理技术等，为工业应用提供了更广泛的选择。
综上所述，金属热处理工艺是一种重要的工艺，它可以改变金属的性能，提高金属材料的质量和使用寿命。金属热处理工艺的改进和创新，为工业应用提供了更大的空间，使其具有更强的应用能力。
打磨金属产生的温度
打磨金属产生的温度
打磨金属时所产生的温度是一个重要的参数，它直接影响着金属的质量和加工效果。本文将从打磨金属的原理、温度的产生机制以及影响因素等方面进行探讨，以便更好地理解和控制打磨金属时的温度变化。
一、打磨金属的原理
打磨金属是指利用砂轮等工具对金属表面进行摩擦磨削，以去除表面的氧化物、污渍和粗糙度，使金属表面变得光滑。打磨金属的过程中，金属与砂轮之间存在着相对运动，从而产生热量。
二、温度的产生机制
打磨金属时，温度的产生主要是由于以下两个原因：
1.摩擦热：打磨金属的过程中，金属与砂轮之间存在着相对运动，金属表面受到砂轮的摩擦力，从而产生摩擦热。摩擦热主要来自于金属表面的摩擦阻力和塑性变形所消耗的机械能。
2.塑性变形热：在金属打磨过程中，金属表面发生塑性变形，金属晶粒之间的位错滑移会产生内应力，从而引起局部温度升高，这种温度升高被称为塑性变形热。
三、影响因素
打磨金属时产生的温度受到多种因素的影响，主要包括以下几点：1.转速和进给量：砂轮的转速和金属的进给量会直接影响到摩擦热
的产生。转速过高和进给量过大会增加摩擦热的产生，导致温度升高。
2.砂轮材料和硬度：不同材料和硬度的砂轮对金属的摩擦磨削效果不同，从而影响温度的产生。一般来说，硬度较高的砂轮会产生更高的温度。
3.冷却液的使用：适量使用冷却液可以有效地降低金属打磨时的温度。冷却液的喷洒可以冷却砂轮和金属表面，减少摩擦热的产生。
4.金属的导热性：金属的导热性能会影响温度的传导速度。导热性能较好的金属会迅速将热量传导到周围环境中，从而降低温度的升高。
表面改性技术
⑥ 生产率高，便于实现机械化和自动化；淬火层深度易于控制，适 于批量生产形状简单的机器零件，因此得到广泛的应用。 缺点：设备费用昂贵，不适用于单件生产。
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2. 感应加热表面淬火原理
图 感应加热表面淬火原理图
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当感应圈中通过一定频率交流电时，在其内外将产生与电流变化频率 相同的交变磁场。将工件放入感应圈内，在交变磁场作用下，工件内 就会产生与感应圈频率相同而方向相反的感应电流。感应电流沿工件 表面形成封闭回路，通常称之为涡流。
3
二、形变强化的主要方法及应用
（一）形变强化的主要方法 主要有滚压、内挤压和喷丸
1、滚压
图 表面滚压强化示意图
4
2、喷丸
利用高速弹丸强烈冲击零部件表面，使之产生形变硬化 层并引进残余压应力。 广泛应用在弹簧、齿轮、链条、轴、叶片、火车轮等零 部件，可显著提高抗弯曲疲劳、抗腐蚀疲劳、抗应力腐蚀疲
劳、抗微动磨损、耐点蚀能力。
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③ 工件表层强度高。由于马氏体转变产生体积膨胀，故在工件表面 产生很大的残余压应力，因此淬火后表层产生很大的残余压应力，因 此可以显著提高其疲劳强度并降低缺口敏感性。 ④ 工件的耐磨性比普通淬火高。这与奥氏体晶粒细化、表面硬度高 以及表面压应力状态等因素有关。 ⑤ 由于加热速度快，无保温时间，工件一般不产生氧化和脱碳问题， 又因工件内部未被加热，故工件淬火变形小。
材料表面改性方法
材料表面改性方法
材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。
现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理，赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。
分类：
1、传统的表面改性技术：
表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。
表面渗碳：面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能.
2、60年代以来：传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热
高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使锅炉体本身自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。
3、70年代以来：
工程材料及机械制造基础习题
第一章材料的种类与性能
一、概念题
1．强度：
2．屈服强度：
3．弹性极限：
4．弹性模量：
5．抗拉强度：
6．塑性：
7．硬度：
8．冲击韧度：
9．断裂韧度：
10．疲劳强度：
11．黏着磨损：
12．磨粒磨损：
13．腐蚀磨损：
14．功能材料：
15．使用性能：。
16．工艺性能：
17．交变载荷：
18．疲劳：
19．疲劳强度：
20．蠕变：
21．脆断：
22．应力松弛：
23．腐蚀：
二、填空：
1．工程材料通常分为、、、和功能材料。2．金属材料通常分为和材料。
3．高分子材料通常分为、和塑料。
4．复合材料按其基体分为合材料、合材料和陶瓷基复合材料。
5．塑料通常分为、、特种塑料和胶黏剂。
6工程材料的性能分为性能和性能。
7．工程材料的使用性能包括、和。
8．金属材料常用的力学性能指标有：表示抗拉强度；表示屈服强度；表示硬度；和表示塑性；表示冲击韧性。
三、判断题
1．布氏硬度试验的优点氏压痕面积大，数据稳定，因而适用于成品及薄壁件检验。（）
2．压头为硬质合金球时，用HBW表示布氏硬度。（）
3．压头为硬质合金球时，用HBS表示布氏硬度。（）
4．洛氏硬度的测定操作迅速，简便，压痕面积小，数据波动大，适用于半成品检验。（）
四、问答题：见教材、习题集及补充题。
第二章材料的组织结构
1．晶体：
2．晶格：
3．各向同性：
4．各向异性：
5．晶胞：
6．晶向：
7．单晶体：
8．晶体缺陷：
9．空位：
10．间隙原子：
11．晶面：
12．位错线：
13．晶界：
14．合金：
15．组元：
16．合金系：
17．合金化：
18．相：
19．固溶体：
20．置换固溶体：
21．间隙固溶体：
表面改性技术ppt课件
氮共渗等。
精品课件
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三、 金属表面化学热处理
（四）渗碳
以结构钢渗碳为例。方法：
1、气体渗碳：在渗碳炉中通人含碳的气体
介质，如甲醇、乙醇、丙酮、煤油、苯等来 渗碳。
2、固体渗碳：用固体渗碳剂，如木炭、焦
炭等。
3、盐浴（液体）渗碳：在熔融盐浴中进行
精品课件
图 感应加热表面淬火示意
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二、 表面热处理强化
（二）火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火是应用氧－乙炔或其他可燃气体对零件表面加热，
随后淬火冷却的工艺。
优点：与感应加热表面淬火等方法相比，具有设备简单，操作灵活，适
用钢种广泛，零件表面清洁、一般无氧化和脱碳、形变小等优点。
缺点：加热温度不易控制，噪音大，劳动条件差，使用混合气体不够安
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四、三束表面改性处理
(1)激光与材料的相互作用 激光与材料的相互作用主要是通过电子激发
实现的。只有一部分激光光子能量被材料所吸 收而转化为热能，激光并未穿过金属表面;另一 部分激光则从材料表面反射。
不同材料对不同波长激光的反射率是不同的。 一般情况下，电导率高的金属材料对激光的反 射率高，表面粗糙度小反射率也高。
钢表面热处理材料经表面改性处理后既能发挥基体材料的力学性能又能使材料表面获得各种特殊性能如耐磨耐腐蚀耐高温合适的射线吸收辐射和反射能力超导性能润滑绝缘一表面形变强化二表面热处理三表面化学热处理四三束激光电子和离子束表面改性技术五离子注入表面改性1表面形变强化
金属热处理技术的最新研究成果
金属热处理技术的最新研究成果金属热处理技术自创始以来，一直是金属加工行业中不可或缺
的重要环节。其作用不仅可以改善金属的力学性能，提升清洁度，更可以使金属在使用过程中具有更长的使用寿命。近年来，伴随
着国家对产业升级的推动，金属热处理技术也取得了长足的进步
和发展。本文将介绍金属热处理技术的最新研究成果。
一、金属热处理技术的发展历程
金属热处理技术的发展历程可以追溯到史前时期。早在距今几
千年前的新石器时代，人们就开始利用火种对原始金属进行加热
改性，以适应生产和生活所需。随着人类文明的不断演化，金属
热处理技术也在不断地完善。在长期的发展历程中，人们逐渐认
识到金属热处理的重要性，热处理工艺也得到了不断的改进和提高。
二、金属热处理技术的现状
目前，金属热处理技术已经取得了很大的进展，已经成为各种
金属制造业不可或缺的一部分。金属热处理技术可分为六大类：
退火、正火、淬火、回火、表面硬化和缺陷修复六类。其中最常
见的淬火和回火技术已经可以达到很好的效果。另外，金属热处
理过程中，还会涉及到多种辅助技术，如化脱碳、氮化等。
三、金属热处理技术的未来发展方向
虽然金属热处理技术已经取得了长足的进步，但是仍然有很大
的发展空间。随着先进制造技术的不断升级，金属热处理技术也
将面临着新的挑战和机遇。未来，金属热处理技术的发展方向将
会朝着以下方面发展：
一方面，金属热处理技术将进行深度集成，实现与整个生产线
的智能化管理、自动化运行及互联互通。
另一方面，金属热处理技术将进行数字化研发，以应对新型金
属材料的研发需求。
此外，金属热处理技术还将面临着环保和能源消耗方面的挑战。因此，未来金属热处理技术也将更加注重节能减排，实现绿色环保。
金属热处理和金属表面处理的区别和联系【详解】
金属热处理和金属表面处理的区别和联系
内容来源网络，由深圳机械展收集整理！
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，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来控制其性能的一种工艺。
金属材料表面处理技术与金属热处理和表面热处理不是一个类型的慨念。一般把金属表面防护和改性称之为金属材料表面处理，改变金属材料表面组织结构和力学性能指标称为金属表面热处理。
表面防护的内容：电镀、涂装、化学处理层；电镀包括（镀锌、铜、铬、铅、银、镍、锡、镉等）；涂装包括（油漆涂装、静电喷粉、喷塑工艺）；化学处理包括（发黑处理、磷化处理）。另一方面是金属的表面改性,也称表面优化,就是借助离子束、激光、等离子体等新技术手段，改变材料表面及近表面的组分、结构与性质，从而获得用传统的冶金和表面处理技术无法得到的新薄层材料，或者使传统材料具有更好的性能。现代先进的表面改性技术主要有物理气相沉积（简称PVD）、化学气相沉积（简称CVD）、等离子体化学气相沉积（简称PCVD）、离子注入和离子束沉积。
至于工艺步骤的确是太多了，电镀有挂镀和滚镀、油漆涂层分类更多，有刷涂、
浸漆、烤漆、电泳、静电喷涂等，不同的要求，工艺方法区别也大。
热处理主要包括：淬火、回火、退火、调质等等；目的是改变金属材料的机械性能；都与加热有关；
表面处理包括的内容太多：涂覆（涂漆，喷塑）、热浸镀、电镀、氧化、发蓝、着色、磷化、钝化、酸洗、化学抛光、电解抛光、电铸、抛丸、磨沙、拉丝、振光、火焰喷涂、渗碳、渗氮....
表面科学工程-金属表面改性
离子注入发展动向
（1）离子注入工艺技术的改进
已由单纯的一次注入发展为轰击扩散镀层 （BDC）及离子束混合（IBM）技术和不同能 量的重叠注入方法。
（2）离子注入技术的应用领域的拓宽
离子注入已广泛地用于宇航尖端零件、重要化 工零件、医学矫形件以及模具、刀具和磁头的表 面改质，而且作为陶瓷和高分子材料的改性技术 也引起人们关注。
2、激光表面改性
利用激光器获得极高的加热和冷却速度，使 表面形成微晶、非晶及其它亚稳合金。
• 激光相变硬化（LTH） • 激光表面熔融处理（LSM） • 激光表面合金化（LSA） • 激光熔覆（LSC）
激光束作用原理图
激光束与金属的交互作用
※金属对激光的吸收主要是通过大量传导电子带间跃 迁实现，使激光束能量转变为晶格的动能。不同金属 吸收不同波长的激光。 ※激光仅加热金属表面，在表面层光能变为热能。激光 透入深度，仅表面下 10－5cm的范围，
热喷涂，物理、化学气相沉积，离子注入等
• 湿式被覆方法
电镀，化学镀，阳极化处理，化学处理等
按学科特点分类
• 表面合金化技术
热渗镀，离子注入，激光熔敷等
• 表面覆盖层与覆膜技术
热喷涂，电镀，化学镀，气相沉积，涂装等
• 表面组织转化技术
激光、电子束热处理以及喷丸、辊压等
世界较传统的Matton分类法 • 原子沉积物 • 粒状沉积物 • 整体涂层 • 表面改性
第八章表面改性技术(表面形变强化热处理-化学热处理高能束表面改性技术)精品PPT课件
8.3 金属表面化学热处理
• 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮（氮 化）、碳、氮共渗、多元共渗、渗硼、渗金属等。
渗 碳 回 火 炉
可控气氛渗碳炉
化学热处理的基本过程
1、介质(渗剂)的分解 分解的同时释放出活性原子 如：渗碳 CH4→2H2+[C] 氮化 2NH3→3H2+2[N]
各种感应器
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表面改性技术——分类
金属表面形变强化
提高金属材料疲 劳强度的重要工
艺之一
1.滚压 2.内挤压 3.喷丸
表面热处理
仅对工件加热、 冷却，改变表层 组织和性能而不 改变成分的一种
工艺
1.感应加热表面淬火 2.火焰加热表面淬火 3.接触电阻加热表面 淬火 4.浴炉加热表面淬火 5.其它
金属表面化学 热处理
感应穿透加热
4 超音频感应加热表面淬火
• 频率： 20～100 kHz（比声频20kHz高）
• 淬透层： 深度比高频略深；淬透层沿零件轮廓均匀分布
• 用途： 中小型零件 如齿轮、凸轮、花键轴、链轮等
• 火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等火焰加热工件表面， 进行淬火，淬硬层深度，2～6mm。
续传 应淬动 器火轴
感连
感应加热表面淬火齿轮的截面图
2 中频感应加热表面淬火
• 频率：1500～10000 Hz • 淬透层深度： 2～10 mm • 用途：大中型零件,如大中模数齿轮、直径较大的轴
金属材料表面处理有几种方法【干货技巧】
1铸铁——流动性
下水道盖子作为我们日常生活环境中不起眼的一部分，很少会有人留意它们。铸铁之所以会有如此大量而广泛的用途，主要是因为其出色的流动性，以及它易于浇注成各种复杂形态的特点。铸铁实际上是由多种元素组合的混合物的名称，它们包括碳、硅和铁。其中碳的含量越高，在浇注过程中其流动特性就越好。碳在这里以石墨和碳化铁两种形式出现。
铸铁中石墨的存在使得下水道盖子具有了优良的耐磨性能。铁锈一般只出现在最表层，所以通常都会被磨光。虽然如此，在浇注过程中也还是有专门防止生锈的措施，即在铸件表面加覆一层沥青涂层，沥青渗入铸铁表面的细孔中，从而起到防锈作用。生产砂模浇注材料的传统工艺如今被很多设计师运用到了其他更新更有趣的领域。
材料特性：优秀的流动性、低成本、良好的耐磨性、低凝固收缩率、很脆、高压缩强度、良好的机械加工性。
典型用途：铸铁已经具有几百年的应用历史，涉及建筑、桥梁、工程部件、家居、以及厨房用具等领域。
2不锈钢——不锈的爱
不锈钢是在钢里融入铬、镍以及其他一些金属元素而制成的合金。其不生锈的特性就是来源于合金中铬的成分，铬在合金的表面形成了一层坚牢的、具有自我修复能力的氧化铬薄膜，这层薄膜是我们肉眼所看不见的。我们通常所提及的不锈钢和镍的比例一般是18：10。
“不锈钢”一词不仅仅是单纯指一种不锈钢，而是表示一百多种工业不锈钢，所开发的每种不锈钢都在其特定的应用领域具有良好的性能。
20世纪初，不锈钢被引入到产品设计领域中，设计师们围绕着它的坚韧和抗腐蚀特性开发出许多新产品，涉及到了很多以前从未涉足过的领域。这一系列设计尝试都是非常具有革命性的：比如，消毒后可再次使用的设备首次出现在医学产业中。
金属材料表面处理
金属材料表面处理
金属材料表面处理是指通过一系列的工艺和方法，对金属材料的表面进行改性和提升，以达到增加金属材料的耐腐蚀性、耐磨性、硬度和美观度等目的。金属材料表面处理的主要方法包括镀层、涂装、热处理和机械加工等。
其中，镀层是通过在金属材料表面镀上一层特殊材料，以改变其表面特性。常见的镀层方法有电镀、镀锌和镀铬等。电镀是将金属材料浸入含有金属离子的电解液中，通过电流作用使金属离子还原到金属表面，形成一层金属镀层。电镀可以提高金属材料的耐腐蚀性、耐磨性和美观度。涂装是指在金属材料表面涂上一层涂料，以保护金属材料不被氧化和腐蚀。常见的涂装方法有喷涂、喷粉和涂漆等。热处理是将金属材料加热到一定温度，然后快速冷却，以改变金属的晶体结构和硬度。常见的热处理方法有淬火、回火和退火等。机械加工是通过机械设备和工具，对金属材料的表面进行切削、磨削和拉伸等，以改变金属的形状和表面粗糙度。
金属材料表面处理的好处是多方面的。首先，金属材料经过表面处理后，可以提高其耐腐蚀性，延长使用寿命。其次，金属材料表面处理可以增加其耐磨性和硬度，提高其抗压和抗刮擦能力。此外，金属材料表面处理也可以增加其美观度，使其具有更好的外观效果。最后，金属材料经过表面处理后，也可以改善其润滑性能和导电性能，提高其机械和电子性能。
综上所述，金属材料表面处理是一种重要的工艺方法，通过改变金属材料的表面特性，可以提高其耐腐蚀性、耐磨性、硬度
和美观度等，从而提高金属材料的使用性能和寿命。在实际应用中，根据金属材料的不同要求和使用环境，可以选择不同的表面处理方法，以达到最佳的效果。
材料表面改性方法
材料表面改性方法
材料表面改性是指不改变材料整体（基体）特性，仅改变材料近表面层的物理、化学特性的表面处理手段，材料表面改性也可以称为材料表面强化处理。
现代材料表面改性目的：是把材料表面与基体看作为一个统一的系统进行设计与改性，以最经济、最有效的方法改变材料近表面层的形态、化学成份和组织结构，赋予新的复合性能，以新型的功能，实现新的工程应用。现代材料表面改性技术就是应用物理、化学、电子学、机械学、材料学的知识,对产品或材料进行处理，赋予材料表面减磨、耐磨、耐蚀、耐热、隔热、抗氧化、防辐射以及声光电磁热等特殊功能的技术。
分类：
1、传统的表面改性技术：
表面热处理：通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容，其目的是获得高硬度的表面层和有利的内应力分布，以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。
表面渗碳：面渗碳处理:将含碳(0.1~0.25)的钢放到碳势高的环境介质中,通过让活性高的碳原子扩散到钢的内部,形成一定厚度的碳含量较高的渗碳层,再经过淬火\回火,使工件的表面层得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始浓度而得到碳含量低的M,M的硬度主要与
其碳含量有关,故经渗碳处理和后续热处理可使工件获得外硬内韧的性能.
2、60年代以来：传统的淬火已由火焰加热发展为高频加热
高频加热设备是采用磁场感应涡流加热原理，利用电流通过线圈产生磁场，当磁场内磁力线通过金属材质时，使锅炉体本身自行高速发热，然后再加热物质，并且能在短时间内达到令人满意的温度。
3、70年代以来：
工程材料及机械制造基础习题答案
⼯程材料及机械制造基础习题答案
《⼯程材料及机械制造基础》习题参考答案
第⼀章材料的种类与性能（P7）
１、⾦属材料的使⽤性能包括哪些？
⼒学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是⾦属的⼒学性能？它包括那些主要⼒学指标？
⾦属材料的⼒学性能：⾦属材料在外⼒作⽤下所表现出来的与弹性和⾮弹性反应相关或涉及⼒与应变关系的性能。主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、⼀根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最⼤载荷为多少？断⾯收缩率是多少？
F=35325N ψ=27.75%
４、简述洛⽒硬度的测试原理。
以压头压⼊⾦属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应⼒松弛？
蠕变：⾦属在长时间恒温、恒应⼒作⽤下，发⽣缓慢塑性变形的现象。
应⼒松弛：承受弹性变形的零件，在⼯作过程中总变形量不变，但随时间的延长，⼯作应⼒逐渐衰减的现象。
6、⾦属腐蚀的⽅式主要有哪⼏种？⾦属防腐的⽅法有哪些？
主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐⽅法：
1）改变⾦属的化学成分；2）通过覆盖法将⾦属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第⼆章材料的组织结构（P26）
1、简述⾦属三种典型结构的特点。
体⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的中⼼和每个顶⾓各有⼀个原⼦。每个体⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：2个。塑性较好。
⾯⼼⽴⽅晶格：晶格属于⽴⽅晶系，在晶胞的8个顶⾓和6个⾯的中⼼各有⼀个原⼦。每个⾯⼼⽴⽅晶格的原⼦数为：4个。塑性优于体⼼⽴⽅晶格的⾦属。
密排六⽅晶格：晶格属于六⽅棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项⾓上各有⼀个原⼦，两个端⾯的中⼼各有⼀个原⼦，晶胞内部有三个原⼦。每个密排六⽅晶胞原⼦数为：6个，较脆
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二、钢的正火
1、概念： 将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50 ºC ，保
温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。 2、目的：
对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加工性能； 对中碳钢，可提高硬度和强度，可作为最终热处理； 对高碳钢，可为球化退火作准备 。
退火与正火的选择
从切削加工性考虑
作为预备热处理，低碳钢正火优于退火，高碳 钢必须采用退火；
从使用性能考虑
对亚共析钢正火比退火具有较好的力学性能。 如果零件的性能要求不高，则可用正火做最终 热处理。当零件形状复杂时，采用退火。
从经济上考虑
正火生产周期短、耗能少、成本低，优先选用。
3.2.2 钢的淬火与回火
一、钢的淬火
将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一 定时间后，快速冷却的热处理工艺。
2.A等温转变曲线的分析
五条线： A1线 转变开始线 转变终了线 M转变开始线：Ms M转变终了线：Mf 四个区域： 稳定A区 过冷A区 转变过渡区 转变产物区
高温转变产物区 中温转变产物区 低温转变产物区
高温转变产物——珠光体型（727～550℃）
铁素体＋渗碳体的层片
过冷A等温转变图
过冷A在不同过冷温度下 的等温过程中，转变 温度、转变时间与转 变产物量的关系曲线 图，也称TTT ( TimeTemperatureTransformation)曲线， 或C曲线。
1. 共析钢A等温转变曲线的建立
共析碳钢的等温转变曲线通常采用金相法配合测量硬度的方 法建立，有时需用磁性法和膨胀法给予补充和校核。
1、完全退火 定义：将钢加热Ac3以上30~50ºC，完全奥氏体后，保温
一定时间随之缓慢冷却到500ºC以下，出炉空冷。 目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加
工。 适用范围：亚共析钢型材。
2、不完全退火（球化退火）
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。
将一系列共析碳钢薄片试样加热到奥氏体化后，分别迅速 投入Ac1以下不同温度的等温槽中，使之在等温条件下进 行转变；
每隔一定时间取出一块，立即在水中冷却，对各试样进行 金相观察，并测定硬度；
由此得出在不同温度、不同恒温时间下奥氏体的转变量；
并分别测定出过冷奥氏体的转变开始和转变终了时间，将 所得结果标注在温度与时间的坐标系中，再将意义相同的 点连接起来，即可得TTT图。
粗片状珠光体（727～650℃） 索氏体（650～600℃）：细片P 托氏体（600～550℃）：极细片P
组织名称及符号 形成温度范围 片层间距(μm)
HBS σb/MPa
珠光体(P) A1~650℃
> 0.4 70~230
550
索氏体(S) 650~600℃
0.4~0.2 230~320 870
临界冷却速度
与CCT曲线相切的冷却曲线Vk叫做淬火临界冷却 速度，它表示钢在淬火时过冷奥氏体全部发生马 氏体转变所需的最小冷却速度。
Vk值愈小，钢在淬火时愈容易获得马氏体组织， 即钢接受淬火能力愈大。
按不同冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体转变成 不同的产物：
5.5℃/秒——珠光体； 33℃/秒——珠光体和少量马氏体； 138℃/秒——马氏体和残余奥氏体。
高温下A晶粒的长大是一个自发的过程。
钢的成分和冶炼条件：C和难溶第二相微粒 加热温度和保温时间
3.1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却过程是热处理的关键工序，决定着钢在热处理后的组织和 性能。
热处理的冷却方式可分为两种： 等温冷却：将奥氏体迅速冷至Ar1以下某个温度，等温停 留一段时间，再继续冷却。 连续冷却：将奥氏体以一定的速度冷却，如水冷、油冷、 空冷、炉冷等。
退火与正火的目的有以下几点： ①消除残余内应力，防止工件变形、开裂 ②改善组织，细化晶粒 ③调整硬度，改善切削性能 ④为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备
3.2.1 钢的退火与正火
一、钢的退火
将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷 却的热处理工艺。
根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退 火和去应力退火。
托氏体(T) 600~550℃
< 0.2 300~400
1100
பைடு நூலகம்温转变产物——贝氏体型（550～230℃）
过饱和铁素体＋微小渗碳体 上贝氏体（550～350℃）：羽毛状 下贝氏体（350～230℃）：黑色针状
低温转变产物——马氏体型（<230℃）
马氏体M＋残余奥氏体Ar
属非扩散型转变
马氏体M：过饱和的α-Fe固溶体
含碳量小于0.2％时，马氏体呈板条状 含碳量大于1.0％时，马氏体呈片状或针
叶状
3.连续冷却转变曲线
这两种转变的不同处在于：
①在连续冷却转变曲线中， 珠光体转变所需的孕育 期要比相应过冷度下的 等温转变略长，而且是 在一定温度范围中发生 的
②共析碳钢和过共析碳钢 连续冷却时一般不会得 到贝氏体组织
2. 奥氏体晶粒大小及影响因素
起始晶粒
是指珠光体刚刚全部转变成奥氏体时的晶粒。一般很细小。
实际晶粒
是指钢在某个具体热处理或热加工条件下所获得的奥氏体晶粒。直接 影响热处理后钢的晶粒大小。
A晶粒大小的控制
“小晶粒→大晶粒”将使合金总的晶界面积减少， 从而减少了界面能，使合金的总能量下降，因此
目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。 适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。
过共析钢组织
球化退火后
3、去应力退火
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。
目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。（没有发生 组织变化）
适用范围：用于所有的钢。
3.2 钢的普通热处理工艺
3.2.1 钢的退火与正火 3.2.2 钢的淬火与回火
3.2.1 钢的退火与正火
主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件， 由于处理时冷却速度较慢，故对钢的强化作用较 小，在许多情况下不能满足使用要求。除少数性 能要求不高的零件外，一般不作为获得最终使用 性能的热处理，而主要用于改善其工艺性能，故 称为预备热处理