金属热处理基本常识

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金属热处理的基本知识

金属热处理的基本知识

金属热处理的基本知识金属热处理是通过对金属材料进行加热、冷却和变形等一系列工艺步骤,以改变材料的结构和性能的过程。

它是一种重要的金属加工方法,广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。

本文将介绍金属热处理的基本知识,包括热处理的目的、方法和常见的热处理工艺。

1. 热处理的目的热处理的主要目的是改变金属材料的组织结构和性能,以满足不同工业领域的需求。

具体来说,热处理可以实现以下几个方面的目标:•改善材料的硬度、强度和韧性;•改变材料的晶粒大小和形态,提高材料的显微组织稳定性;•消除金属材料中的内部应力,减少材料的变形和裂纹等缺陷;•提高材料的耐腐蚀性能和抗疲劳性能;•调整材料的磁性、导电性等特性。

2. 常见的热处理方法热处理方法根据加热和冷却的方式可以分为几种常见形式:2.1 退火退火是最常用的热处理方法之一。

退火的目的是通过加热和缓慢冷却来改善金属材料的结构和性能。

退火有多种类型,包括完全退火、球化退火、正火退火等。

完全退火是将材料加热到足够高的温度,然后缓慢冷却,使材料的晶粒重新长大,从而改善材料的韧性和塑性。

2.2 硬化硬化是通过加热和快速冷却来提高金属材料的硬度和强度。

硬化可以通过淬火、间歇冷却等方式实现。

淬火是将材料迅速冷却到室温以下,使材料的组织结构发生相变,形成硬质的马氏体或贝氏体,从而增加材料的硬度和强度。

2.3 回火回火是在淬火后,将材料再次加热到适当的温度,然后缓慢冷却。

回火可以消除材料的内部应力,提高材料的塑性和韧性。

回火温度和时间的选择对材料的性能有着重要的影响。

2.4 化学热处理除了上述常见的热处理方法外,还有一些特殊的热处理方法,如表面渗碳和氮化等化学热处理方法。

这些方法可以在金属材料的表面形成硬质的保护层,提高材料的耐磨损和耐腐蚀性能。

3. 常见的热处理工艺在金属热处理过程中,常用的工艺包括以下几种:3.1 加热加热是热处理过程中的关键步骤之一。

加热温度和时间的选择对于保证金属材料的性能起着至关重要的作用。

(完整版)金属热处理知识点概括

(完整版)金属热处理知识点概括

(一)淬火--将钢加热到Ac3或Ac1以上,保温一段时间,使之奥氏体化后,以大于临界冷速的速度冷却的一种热处理工艺。

淬火目的:提高强度、硬度和耐磨性。

结构钢通过淬火和高温回火后,可以获得较好的强度和塑韧性的配合;弹簧钢通过淬火和中温回火后,可以获得很高的弹性极限;工具钢、轴承钢通过淬火和低温回火后,可以获得高硬度和高耐磨性;对某些特殊合金淬火还会显著提高某些物理性能(如高的铁磁性、热弹性即形状记忆特性等)。

表面淬火--表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度,而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。

分类——感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火、离子束加热表面淬火、盐浴加热表面淬火、红外线聚焦加热表面淬火、高频脉冲电流感应加热表面淬火和太阳能加热表面淬火。

单液淬火——将奥氏体化后的钢件投入一种淬火介质中,使之连续冷却至室温(图9-1a线)。

淬火介质可以是水、油、空气(静止空气或风)或喷雾等。

双液淬火——双液淬火方法是将奥氏体化后的钢件先投人水中快冷至接近MS点,然后立即转移至油中较慢冷却(图9-1b线)。

分级淬火——将奥氏体化后的钢件先投入温度约为MS点的熔盐或熔碱中等温保持一定时间,待钢件内外温度一致后再移置于空气或油中冷却,这就是分级淬火等温淬火--奥氏体化后淬入温度稍高于Ms点的冷却介质中等温保持使钢发生下贝氏体相变的淬火硬化热处理工艺。

等温淬火与分级淬火的区别是:分级淬火的最后组织中没有贝氏体而等温淬火组织中有贝氏体。

根据等温温度不同,等温淬火得到的组织是下贝氏体、下贝氏体+马氏体以及残余奥氏体等混合组织。

(二)回火--将淬火后的钢/铁,在AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理工艺。

回火的目的:为了稳定组织,减小或消除淬火应力,提高钢的塑性和韧性,获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合,以满足不同工件的性能要求。

金属热处理基本知识

金属热处理基本知识

金属热处理基本知识金属热处理是一种通过加热和冷却来改变金属结构和性能的工艺,广泛应用于工业制造过程中。

本文将介绍金属热处理的基本知识,包括常见的热处理方法、热处理的目的以及热处理对金属材料性能的影响。

一、常见的热处理方法1. 固溶处理固溶处理是一种通过加热金属至其固溶温度,然后迅速冷却以增加金属的硬度和强度的方法。

常见的固溶处理方法包括淬火和时效处理。

淬火是将金属加热至固溶温度,然后迅速冷却以形成固溶体,从而提高金属的硬度和强度。

时效处理是在淬火后,将金属加热至适当温度保持一段时间,以达到固溶体中的晶粒溶解和析出硬化相的目的,提高金属的综合性能。

2. 马氏体转变马氏体转变是一种通过加热金属至马氏体起始温度,然后迅速冷却以在金属中形成马氏体组织的方法。

马氏体转变可以显著提高金属的强度和硬度,同时还可以改善其耐磨性能和韧性。

常见的马氏体转变方法包括淬火和回火。

淬火是将金属加热至马氏体起始温度,然后迅速冷却以形成马氏体,进而提高金属的硬度和强度。

回火是在淬火后,将金属加热至适当温度保持一段时间,使马氏体转变为较为稳定的组织,从而提高金属的韧性。

3. 回火处理回火处理是一种通过加热金属至适当温度,然后保温一段时间以改善金属的组织和性能的方法。

回火处理可以降低金属的硬度和强度,提高其韧性和延展性。

不同的回火处理参数可以得到不同的金属组织和性能。

常见的回火处理方法包括低温回火、中温回火和高温回火,分别适用于不同的金属材料和应用需求。

二、热处理的目的金属热处理的主要目的是改善金属材料的组织和性能,以满足特定的工艺和使用要求。

具体来说,热处理可以实现以下几个方面的目标:1. 提高金属的硬度和强度:通过热处理,可以使金属中的晶体细化,晶体界面增多,从而提高金属的硬度和强度。

2. 改善金属的韧性和延展性:热处理可以消除金属中的内应力和缺陷,减少晶界的孔洞,从而提高金属的韧性和延展性。

3. 提高金属的耐磨性和耐蚀性:通过调整金属的组织和相态,热处理可以增加金属的耐磨性和耐蚀性,提高其在恶劣环境下的使用寿命。

金属热处理基础知识

金属热处理基础知识

金属热处理基础知识金属热处理是指通过加热和冷却的方式,以改变金属的结构和性能。

它是制造工业中非常重要的一项技术,涉及到金属材料的强度、硬度、韧性、耐磨性等方面的改善。

本文介绍金属热处理的基本原理、常用方法和应用。

1. 基本原理金属热处理的基本原理是通过对金属材料进行加热和冷却过程中的相变和组织改变来改善其性能。

加热过程中,金属晶格结构中的原子会发生位移和重新排列,形成新的相态和组织结构。

而冷却过程中,原子又会重新排列,使金属材料的结构趋于稳定。

这些相变和组织改变将直接影响金属的物理性能和力学性能。

2. 常用方法金属热处理的常用方法包括退火、淬火、回火、正火、表面处理等。

- 退火:通过加热和缓慢冷却的方法来消除金属材料内部的应力和硬度,使其结构更加均匀,提高塑性和韧性。

- 淬火:通过快速冷却的方法,使金属材料产生硬度较高的组织结构,提高其强度和硬度。

- 回火:在淬火后,将金属材料重新加热到一定温度,然后缓慢冷却,以减轻淬火造成的内部应力,提高金属的韧性和延展性。

- 正火:将金属材料加热到一定温度,然后在空气或其他介质中冷却,以改善金属的力学性能和耐磨性。

- 表面处理:金属热处理还可以通过表面处理方法,如渗碳、氮化、氧化等,来改善金属材料的表面硬度和耐磨性。

3. 应用领域金属热处理广泛应用于制造业的各个领域,其中最常见的应用包括汽车制造、机械工业、航空航天、电子电器等。

- 汽车制造:金属热处理在汽车制造中起到关键的作用。

通过对零部件进行热处理,可以提高其强度和硬度,增加耐磨性和耐久性,从而提高整车的可靠性和安全性。

- 机械工业:金属热处理在机械工业中也是不可或缺的。

通过对机械零部件进行热处理,可以提高其抗疲劳性能、耐腐蚀性能和耐磨性能,增加其使用寿命。

- 航空航天:航空航天领域对材料的性能要求极高,金属热处理可以使金属材料具有更高的强度、硬度和耐高温性能,满足航空航天工业对材料性能的要求。

- 电子电器:电子电器领域对金属材料的功能性要求也很高。

金属热处理基本知识

金属热处理基本知识

金属热处理基本知识热处理是一种加工金属的过程,通过改变金属的晶体结构和力学性能来应对各种需求。

金属热处理分为几个阶段,包括加热、保温和冷却。

本文将介绍金属热处理的基本知识,包括热处理的目的、热处理的类型、热处理的影响因素以及如何进行热处理实验。

热处理的目的热处理的主要目的是调整金属的物理和机械性能,使其适应不同的工程需求。

具体来说,热处理可以改变金属的硬度、塑性、耐蚀性、强度、韧性、磁性和导电性等性质,并使之达到最佳状态,以适应各种加工和使用要求。

热处理的类型热处理分为几种类型,包括退火、正火、淬火、回火、表面强化和时效等。

1. 退火退火是把金属加热到一定温度后,慢慢降温使其达到一种晶体结构更稳定、更均一以及更柔软的热处理方式。

退火可用于软化金属、改善可加工性、减少残余应力、优化晶粒尺寸并消除缺陷等。

2. 正火正火是把金属加热到一定温度,将其保温一段时间,然后进行适当的冷却。

这种方法常用于提高金属的强度、硬度和弹性模量等性能。

3. 淬火淬火是将金属加热到一定温度后迅速冷却到室温以下,以获得高硬度和高强度的一种热处理方式。

淬火对金属的晶粒尺寸会有一定的影响,在钢铁行业,淬火非常重要,因为它可以产生非常高的硬度和强度,同时保持较高的持久性能。

4. 回火回火是将已经淬火的金属加热到一定温度,然后以适宜方式冷却。

这种方法可以使金属达到合适的硬度和韧性。

回火可以提高淬火后的金属中弯曲问题的韧性和强度。

5. 表面强化表面强化是将金属表面加热并冷却以改善金属表面强度和硬度。

这种方法常用于硬化和淬火表面层的非平衡组织的金属。

6. 时效时效是通过一种持续时间的加热和冷却操作来改变金属的物理和化学性质。

针对不同的合金,其时效工艺也有不同,相应的性质也会有较大的变化。

热处理的影响因素金属热处理的影响因素主要包括金属类型、加热温度、保温时间、冷却速度等。

1. 金属类型不同类型的金属具有不同的性质,因此不同的金属对热处理的需求也不同。

金属热处理基础入门必须了解的二十个知识点

金属热处理基础入门必须了解的二十个知识点

金属热处理基础入门必须了解的二十个知识点1、什么是热处理将固态金属或合金采取适当方式进行加热,保温一定的时间,以一定的冷却速度冷却以改变其组织,从而获得所需性能的一种工艺方法。

2、热处理的目的是什么通过适当的热处理工艺改变钢的内部组织结构,来控制相变过程中组织转变的程度和转变产物的形态,从而改善钢的性能。

3、热处理的条件是什么必须有固态相变转变的合金才可以进行热处理。

4、热处理的工艺过程是什么(1)加热:临界点+△T值(2)保温(3)冷却:临界点- △T值一定冷却速度5、主要参数有哪些(1)加热温度T(2)保温时间 t(3)冷却速度V,冷却介质决定冷却速度,如:水、盐水、碱水、空气6、按处理阶段及目的可分为哪几种(1)预处理目的是消除偏析、内应力,为最终热处理或后续的加工获得平衡组织。

(2)最终处理作为工件处理的最后工序,获得最终组织。

7、按热处理工艺参数可分为哪几种(1)普通热处理这是生产中最常用的热处理工艺,如退火、正火、淬火、回火等。

这类的热处理一般不会额外的加入其他元素,主要是通过自身组织转变来得到所需要的性能。

(2)化学热处理这类在热处理在齿轮、轴等耐磨件上会经常用到。

工件进行化学热处理时,会在表面一层渗入其他的元素,而对心部的成分不会产生什么影响。

一般渗入什么元素,我们就称为渗×处理,如表面渗C、渗N,C、N共渗等。

(3)表面热处理综合了上述两类热处理的特点,即热处理时不加入其他元素,而且只是针对表面进行的热处理,不影响心部的组织,如表面淬火,但其要求工件的含碳量较高。

8、什么是退火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;共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。

总之退火组织是接近平衡状态的组织。

9、退火的目的是什么(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。

金属热处理等等知识

金属热处理等等知识

金属热处理知识近年来3C电子产品之设计往轻、薄、短、小的方向发展,其中对于散热功能、电磁波噪声干扰、重量、环保废弃物回收等需求也日益提高,所以在材料的开发及特性选择上,需要作相当程度的考量。

金属组织1、金属:具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小,富有延性和展性等特性的物质。

金属内部原子具有规律性排列的固体(即晶体)。

2、合金:由两种或两种以上金属或金属与非金属组成,具有金属特性的物质。

3、相:合金中成份、结构、性能相同的组成部分。

4、固溶体:是一个(或几个)组元的原子(化合物)溶入另一个组元的晶格中,而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体,固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。

5、固溶强化:由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点,使晶格发生畸变,使固溶体硬度和强度升高,这种现象叫固溶强化现象。

6、化合物:合金组元间发生化合作用,生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。

7、机械混合物:由两种晶体结构而组成的合金组成物,虽然是两面种晶体,却是一种组成成分,具有独立的机械性能。

8、铁素全:碳在α-Fe(体心立方结构的铁)中的间隙固溶体。

9、奥氏体:碳在γ-Fe(面心立方结构的铁)中的间隙固溶体。

10、渗碳体:碳和铁形成的稳定化合物(Fe3c)。

11、珠光体:铁素体和渗碳体组成的机械混合物(F Fe3c 含碳0.8%)12、莱氏体:渗碳体和奥氏体组成的机械混合物(含碳4.3%)热处理把金属材料在固态范围内通过一定的加热,保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。

1、退火:将金属或合金的材料或制件加热到相变或部分相变温度,保温一段时间,然后缓慢冷却的一种热处理工艺。

2、正火:将钢加热到完全相变以上的某一温度,保温一定的时间后,在空气中冷却的一种热处理工艺。

3、淬火:将钢加热到相变或部分相变温度,保温一段时间后,快速冷却的热处理工艺。

4、回火:将经过淬火的钢,重新加热到一定温度(相变温度以下),保温一段时间,然后冷却的热处理工艺。

金属热处理基础知识

金属热处理基础知识

金属热处理基础知识金属热处理是通过控制金属材料在高温下的加热、保温和冷却过程,以调整其组织和性能的一种工艺。

在金属热处理过程中,我们需要了解一些基础知识,包括常见的热处理工艺、影响金属性能的因素以及常见的热处理设备。

一、常见的热处理工艺1. 固溶处理固溶处理是指将固溶体加热至高温,使其中存在的合金元素完全溶解,然后在适当的温度下保温一段时间,最后通过快速冷却来获得均匀的组织。

固溶处理通常用于合金强化、改善材料的韧性和疲劳性能等方面。

2. 然后冷却处理淬火是一种快速冷却工艺,通过将金属材料迅速从高温加热状态冷却至室温或低温,以使金属材料的组织发生相变,从而获得所需的性能。

淬火可以有效提高金属材料的硬度、抗拉强度和磨损性能。

3. 回火处理回火是指在淬火后,将材料重新加热到较低的温度,保温一段时间后冷却,以减轻淬火带来的材料脆性和应力。

回火可以降低材料的硬度,提高其韧性和可加工性。

二、影响金属性能的因素1. 温度温度是热处理过程中最重要的因素之一。

不同的金属和热处理工艺需要不同的温度范围,过高或过低的温度都会对金属的性能产生负面影响。

2. 时间保温时间是指在加热过程中保持金属材料在一定温度范围内的时间。

适当的保温时间可以使金属内部的相变和晶粒生长完成,从而得到所需的性能。

3. 冷却速度冷却速度会影响金属的组织和性能。

快速冷却可以获得细小且均匀的组织,从而提高金属的强度和硬度。

相反,缓慢冷却则可以使金属的组织更加柔韧。

三、常见的热处理设备1. 炉子炉子是最常见的热处理设备之一,在炉子内加热金属材料可以实现固溶、淬火和回火等工艺。

2. 水槽水槽是用于淬火的设备,在高温加热后,将金属迅速浸入冷却介质(通常是水或油)中,以实现材料的淬火工艺。

3. 回火炉回火炉用于回火处理工艺,将经过淬火处理的材料加热到适当的温度,保温一段时间后进行冷却。

4. 空气冷却器空气冷却器通常用于对材料进行较慢的冷却过程,可以通过控制冷却速度来调整材料的性能。

金属热处理知识

金属热处理知识
将工件加热到略低于固相线温度,保温后缓慢冷 却的热处理工艺称为扩散退火。
目的:消除成份偏析。
●去应力退火
将工件加热到 Ac1以下某一温度,保温后随炉冷却
某一温度保温,然后出
炉空冷。如图是高速钢
等温退火与普通退火的
比较
图3 高速钢等温退火与普通退火的比较
精选
10
● 球化退火 将共析钢或过共析钢加热到 Ac1 +20~30℃,保温
适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火。
目的:降低硬度,改善切削加工性能;形成球状
珠光体,为后面的淬火作组织准备。
● 扩散退火
精选
3
1 金属热处理工艺基本知识
●都应包括 四个重要因素:
(1)加热速度V; (2)最高加热温度T; (3)保温时间h; (4)冷却速度Vt.
图1 热处理规范示意图
(a)简单的热处理规范精选 (b)复杂的热处理规范 4
2 钢的组织
六种组织(相) (1)铁素体(ferrite,缩写:FN)
即α-Fe和以它为基础的固溶体,具有体心立方点阵。 纯铁在912℃以下为具有体心立方晶格(注1)的α-Fe。碳溶于α-Fe中的 间隙固溶体称为铁素体,以符号F表示。由于α-Fe是体心立方晶格结构,它 的晶格间隙很小,因而溶碳能力极差,在727℃时溶碳量最大,可达0.0218 %,随着温度的下降溶碳量逐渐减小,在600℃时溶碳量约为0.0057%,在室 温时溶碳量几乎等于零。因此其性能几乎和纯铁相同,其数值如下: 抗拉强度 180—280MN/平方米 、延伸率 30--50% 、硬度 HB 50—80 由此可见,铁素体的强度、硬度不高,但具有良好的塑性与韧性。 (2)渗碳体(cementite)——铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变 时析出的Fe3C型碳化物。 渗碳体是碳钢中主要的强化相,它的形状与分布 对钢的性能有很大的影响。同时 Fe3C 又是一种介(亚)稳定相,在一定条 件下会发生分解。

金属热处理方法知识

金属热处理方法知识

金属热处理原理一、热处理的作用机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、航空、航天等用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。

拒初步统计,在机床制造中,约60%~70%的零件要经过热处理,在汽车、拖拉机制造中,需要热处理的零件多达70%~80%,而工模具及滚动轴承,则要100%进行热处理。

总之,凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。

材料的热处理通常指的是将材料加热到相变温度以上发生相变,再施以冷却再发生相变的工艺过程。

通过这个相变与再相变,材料的内部组织发生了变化,因而性能变化。

例如碳素工具钢T8在市面上购回的经球化退火的材料其硬度仅为20HRC,作为工具需经淬火并低温回火使硬度提高到60~63HRC,这是因为内部组织由淬火之前的粒状珠光体转变为淬火加低温回火后的回火马氏体。

同一种材料热处理工艺不一样其性能差别很大。

表6-1列出45钢制直径为F15mm的均匀园棒材料经退火、正火、淬火加低温回火以及淬火加高温回火的不同热处理后的机械性能,导致性能差别如此大的原因是不同的热处理后内部组织截然不同。

同类型热处理(例如淬火)的加热温度与冷却条件要由材料成分确定。

这些表明,热处理工艺(或制度)选择要根据材料的成份,材料内部组织的变化依赖于材料热处理及其它热加工工艺,材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化,材料成份-加工工艺-组织结构-材料性能这四者相互依成的关系贯穿在材料加工的全过程之中。

二、热处理的基本要素热处理工艺中有三大基本要素:加热、保温、冷却。

这三大基本要素决定了材料热处理后的组织和性能。

加热是热处理的第一道工序。

不同的材料,其加热工艺和加热温度都不同。

加热分为两种,一种是在临界点A1以下的加热,此时不发生组织变化。

另一种是在A1以上的加热,目的是为了获得均匀的奥氏体组织,这一过程称为奥氏体化。

保温的目的是要保证工件烧透,防止脱碳、氧化等。

保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。

金属热处理知识点要点(良心出品必属精品)

金属热处理知识点要点(良心出品必属精品)

1 热处理的目的、分类、条件;定义:通过加热、保温和冷却的方法,使金属的内部组织结构发生变化,从而获得所要求的性能的一种工艺方法。

目的: 1、消除毛坯中的缺陷,改善工艺性能,为切削加工或热处理做组织和性能上的准备。

2、提高金属材料的力学性能,充分发挥材料的潜力,节约材料延长零件使用寿命。

分类:特点:热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能,而不改变其形状。

热处理条件:(1)有固态相变发生的金属或合金(2)加热时溶解度有显著变化的合金热处理过程中四个重要因素:(1)加热速度V; (2)最高加热温度T;(3)保温时间h; (4)冷却速度Vt.2 什么是铁素体、奥氏体、渗碳体?其结构与性能; Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm临界温度的意义;奥氏体的形成条件;奥氏体界面形核的原因/条件;以共析钢为例,详细分析奥氏体的形成机理;影响奥氏体转变速度的因素;影响奥氏体晶粒长大的因素;铁素体:碳溶于α-Fe中形成的间隙固溶体,以F或α表示;结构:体心立方结构;组织:多边形晶粒性能:铁素体的塑性、韧性很好(δ=30~50%、aKU=160~200J/cm2),但强度、硬度较低(σb=180~280MPa、σs=100~170MPa、硬度为50~80HBS)。

其力学性能几乎与纯铁相同。

奥氏体:碳溶于γ-Fe中的间隙固溶体;用A或γ表示结构:面心立方晶格性能:奥氏体常存在于727℃以上,是铁碳合金中重要的高温相,强度和硬度不高,但塑性和韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40~50%、硬度为160~200HBS),易锻压成形。

钢材热加工都在γ区进行。

组织:多边形等轴晶粒,在晶粒内部往往存在孪晶亚结构渗碳体:铁与碳形成的金属化合物,是钢铁中的强化相,高温下可分解, Fe3C →3Fe+C(石墨) 。

结构:复杂斜方性能:渗碳体中碳的质量分数为6.69%,熔点为1227℃,硬度很高(800HBW),塑性和韧性极低(δ≈0、aKU≈0),脆性大。

金属热处理工艺基本知识部分

金属热处理工艺基本知识部分

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金属材料热处理常识

金属材料热处理常识

一、纯金属的构造固体物质可分为晶体和非晶体。

在非晶体内,原子在空间是杂乱而无序的排列,例如,玻璃就是这神非晶体。

在晶体内,原子(或分子)在空间是按一定的几何规律排列的,它构成的空间格子,称为晶格,所有固体金属都属于晶体。

晶格是金属结晶构造的最小单元,许多有规则的晶格,可组成形状不规则的晶粒。

这些我们用肉眼是看不到的,只有在显微镜下才能看到晶粒的大小和和形状。

1.纯金属的晶体结构纯金属的晶格主要有3种类型:体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。

这3种晶格的形状如图2-31所示。

1)体心立方晶格(图2-31(a))从晶格中取出一个单位立方体,它由2个原子组成,8个顶角各有一个原子,但每个顶角上的原子是8个单位立方体所共有。

在立方体中心,还有一个原子。

常温下的纯铁(又称ɑ铁)以及钼、钨、钒等是体心立方晶格。

2)面心立方晶格(图2-31(b))从晶体中取出一个单位立方体,它由14个原子,8个顶角各有一个原子,但每个顶角上的原子是8个单位立方体所共有。

在立方体的6个平面中心,也各有一个原子,每个平面中心原子是两个单位立方体所共有的。

铜、镍和温度在910℃-1390℃时的纯铁(又称γ铁)等,是有这种面心立方晶格。

3)密排六方晶格(图2-31(c))从晶体中取出一个单位六方柱体,它由6个原子组成,12个顶角各有一个原子,每个顶角上原子是6个棱柱体所共有。

上下两个正六方面的中心,各有一个原子,每个原子是两个相邻六棱柱体所共有。

在六方柱体的中心,还有3个原子。

锌、镁等是有这种晶格。

2.液体金属的结晶过程金属液体凝固为固体的过程,称做结晶(或一次结晶)。

当液态金属冷却到熔点以后,金属内部就有一些原子开始稳定下来,成为结晶的核心(简称晶核)。

温度继续下降,一方面在已经产生的晶核附近,原子按一定的几何规律凝结排列,长大为晶粒;另一方面又出现许多新的晶核,并陆续长大,直到全部液态金属完全凝固为止。

这种金属的结晶过程,如图2-32所示。

金属热处理基本知识

金属热处理基本知识

金属热处理基本知识金属热处理的工艺热处理工艺一样包含加热、保温、冷却三个过程,有时只有加热和冷却两个过程。

这些过程互相连接,弗成间断。

加热是热处理的重要工序之一。

金属热处理的加热方法专门多,最早是采取柴炭和煤作为热源,进而应用液体和气体燃料。

电的应用使加热易于操纵,且无情形污染。

应用这些热源能够直截了当加热,也能够经由过程熔融的盐或金属,以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时,工件裸露在空气中,经常产生氧化、脱碳(即钢铁零件别处碳含量降低),这关于热处理后零件的别处机能有专门晦气的阻碍。

因而金属平日应在可控氛围或爱护氛围中、熔融盐中和真空中加热,也可用涂料或包装方法进行爱护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一,选择和操纵加热温度,是包管热处理质量的重要问题。

加热温度随被处理的金属材料和热处理的目标不合而异,但一样差不多上加热到相变温度以上,以获得高温组织。

别的改变须要必定的时刻,是以当金属工件别处达到要求的加热温度时,还须在此温度保持一准时刻,使表里温度一致,使显微组织改变完全,这段时刻称为保温时刻。

采取高能密度加热和别处热处理时,加热速度极快,一样就没有保温时刻,而化学热处理的保温时刻往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中弗成缺乏的步调,冷却方法因工艺不合而不合,主假如操纵冷却速度。

一样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。

但还因钢种不合而有不合的要求,例如空硬钢就能够用正火一样的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺大年夜体可分为整体热处理、别处热处理和化学热处理三大年夜类。

依照加热介质、加热温度和冷却方法的不合,每一大年夜类又可区分为若干不合的热处理工艺。

同一种金属采取不合的热处理工艺,可获得不合的组织,从而具有不合的机能。

钢铁是工业上应用最广的金属,同时钢铁显微组织也最为复杂,是以钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热,然后以恰当的速度冷却,以改变其整体力学机能的金属热处理工艺。

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金属热处理基本知识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。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其他加工工艺相比,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。

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他新技术的移植应用,使金属热处理工艺得到更大发展。

一个显著的进展是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。

(一)、金属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。

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,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;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。

(二)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,合金钢的性能有显著的提高,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。

(三)、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。

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