金属材料的改性方法3

3、等温退火 加热温度与完全退火相同， 加热温度与完全退火相同，但保温后快速冷 却到A1线以下再进行保温， A1线以下再进行保温 却到A1线以下再进行保温，使奥氏体的转变于稍 低温度时进行，这样可以缩短转变时间， 低温度时进行，这样可以缩短转变时间，提高生 产率。 产率。 主要适用与奥氏体稳定的合金钢工件和高合 金钢件的处理。 金钢件的处理。 4、扩散退火 把钢加热到A3线以上150~250℃ 长时间保温后， 把钢加热到A3线以上150~250℃ 长时间保温后， A3线以上 缓慢冷却。 缓慢冷却。目的是为了消除铸件中存在的偏析缺 使成分均匀化。 陷，使成分均匀化。
扩散退火后的组织，成分均匀了， 扩散退火后的组织，成分均匀了，但存在过热 现象。为保证性能，应再一次完全退火或正火， 现象。为保证性能，应再一次完全退火或正火，以 消除过热带来的影响。 消除过热带来的影响。 5、去应力退火 把钢加热到低于A 线的某一温度（ 把钢加热到低于A1线的某一温度（一般为 ），保温后缓慢冷却的热处理工艺 保温后缓慢冷却的热处理工艺。 600~650℃ ），保温后缓慢冷却的热处理工艺。 加热温度比完全退火低，故氧化损失少， 加热温度比完全退火低，故氧化损失少，无脱碳现 象，工件不会产生过大变形。 工件不会产生过大变形。
3.1
整体热处理方法
热处理--指金属在固态下通过改变温度、 热处理 指金属在固态下通过改变温度、保 指金属在固态下通过改变温度 温和调整至室温，实现改变金属组织， 温和调整至室温，实现改变金属组织，从 而获得所需性能的工艺方法。 而获得所需性能的工艺方法。 热处理中改变温度的目的--使金属内部发生 热处理中改变温度的目的 使金属内部发生 组织转变。 组织转变。 保温的作用--保证组织转变进行得彻底 保证组织转变进行得彻底。 保温的作用 保证组织转变进行得彻底。调 整至室温的阶段是热处理中的重要阶段。 整至室温的阶段是热处理中的重要阶段
三、淬火
淬火——把钢加热到组织转变温度（A3或A1）以上 把钢加热到组织转变温度（ 淬火
保温后快速冷却的处理工艺。 30~50℃ ，保温后快速冷却的处理工艺。 目的——获得马氏体组织，使钢具有高硬度和高耐 获得马氏体组织， 目的 获得马氏体组织 磨性。是强化钢材的重要方法。 磨性。是强化钢材的重要方法。
（3）对过共析钢，可消除网状二次渗碳 对过共析钢， 体，为球化退火和后续淬火做组织准备。 为球化退火和后续淬火做组织准备。 （4）对某些高合金钢件，正火的冷却速 对某些高合金钢件， 度有可能大于获得马氏体的临界冷却速 度，因而正火起到了淬火作用，故Baidu Nhomakorabea时 因而正火起到了淬火作用， 应把正火处理称为空淬。 应把正火处理称为空淬。
3、分级淬火法 将加热后的钢件放入温度稍高于点Ms的盐浴或碱 将加热后的钢件放入温度稍高于点Ms的盐浴或碱 Ms 浴槽中，停留2~5分中，然后取出空冷的方法。 2~5分中 浴槽中，停留2~5分中，然后取出空冷的方法。工 件内外温差小，淬火应力减至最小。 件内外温差小，淬火应力减至最小。 4、等温淬火法 将加热后的工件放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴 将加热后的工件放入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴 Ms 槽中，保温足够的时间， 槽中，保温足够的时间，待奥氏体转变为贝氏体后 取出空冷的工艺。工件的内应力很小， 取出空冷的工艺。工件的内应力很小，不易变形和 开裂。 开裂。
第三章
金属材料的改性方法
金属材料的原始性能不能满足各种零件 工作条件的要求， 工作条件的要求，必须采用某些工艺方法 如热处理、塑性变形等） （如热处理、塑性变形等）使之具有理想 的性能。 的性能。 金属性能主要取决于内部结构， 金属性能主要取决于内部结构，一切改 变内部结构的手段均属改性方法。 变内部结构的手段均属改性方法。
根据回火加热的温度不同，可分为三种： 根据回火加热的温度不同，可分为三种： 把淬火后的钢加热至150~200℃ 1、低温回火——把淬火后的钢加热至150~200℃ ， 低温回火 把淬火后的钢加热至 保温后冷却到室温的热处理工艺。 保温后冷却到室温的热处理工艺。对工件的硬度没 有大的影响，但应力小很多。因此， 有大的影响，但应力小很多。因此，低温回火是对 刃具类、摸具类及渗碳等工件必须进行的处理。 刃具类、摸具类及渗碳等工件必须进行的处理。 2、中温回火——把淬火后的工件加热到 中温回火 把淬火后的工件加热到 保温后冷却到室温的处理工艺。 350~500℃ ，保温后冷却到室温的处理工艺。回 火后应力基本消除，工件的弹性和韧性很高，因此， 火后应力基本消除，工件的弹性和韧性很高，因此， 对弹簧类、热变形模具类工件必须进行中温回火。 对弹簧类、热变形模具类工件必须进行中温回火。
依据加热温度的不同，退火有以下几种： 依据加热温度的不同，退火有以下几种： 1、完全退火 把钢加热到A3线以上30~50℃ A3线以上 把钢加热到A3线以上30~50℃ ，保温后缓 慢冷却的处理工艺。 慢冷却的处理工艺。可消除工件内部的粗晶粒结 构和不均匀组织，降低工件硬度， 构和不均匀组织，降低工件硬度，提高强度和韧 性，同时可消除残余应力。 同时可消除残余应力。 2、球化退火 把钢加热到A1线以上20~40℃ A1线以上 把钢加热到A1线以上20~40℃ ，保温后缓慢 冷却到600℃ 冷却到600℃ 出炉在空气中冷却的热处理工艺
四、回火
回火---把淬火后的钢加热到A 回火---把淬火后的钢加热到A1线以下某一温 ---把淬火后的钢加热到 保温后冷却至室温的处理工艺。 度，保温后冷却至室温的处理工艺。 这是淬火必须进行的一个工序， 这是淬火必须进行的一个工序，它决定了该 工件在使用状态时的组织和性能， 工件在使用状态时的组织和性能，也可以 说是决定了工件的使用性能和寿命。 说是决定了工件的使用性能和寿命 回火的目的---是为了消除淬火时因冷却过快 回火的目的--是为了消除淬火时因冷却过快 而产生的内应力，降低淬火工件的脆性。 而产生的内应力，降低淬火工件的脆性。
3、高温回火——把淬火后的工件加热到 高温回火 把淬火后的工件加热到 保温后冷却的处理工艺。 500~650℃ ，保温后冷却的处理工艺。获得 回火索氏体，综合力学性能很高， 回火索氏体，综合力学性能很高，对重要结 构零件必须进行高温回火。 构零件必须进行高温回火
回火脆性——回火过程中，保温温度应避开 回火过程中， 回火脆性 回火过程中 否则钢的韧性明显下降， 250~350℃ ，否则钢的韧性明显下降，工件 脆性显著。 脆性显著。
根据钢种的不同， 根据钢种的不同，淬火时所使用的冷却介质也 有所不同。 有所不同。 常用的冷却介质——水、油及盐或碱的溶液。 水 油及盐或碱的溶液。 常用的冷却介质 水便宜，腐蚀作用小， 水便宜，腐蚀作用小，适用于奥氏体稳定性 较小的碳钢的冷却 碳钢的冷却。 较小的碳钢的冷却。 盐碱溶液激冷作用强， 盐碱溶液激冷作用强，淬火后钢的硬度高而 且均匀，但具有一定的腐蚀作用， 且均匀，但具有一定的腐蚀作用，容易使工件的内 应力增大，淬火后工件必须加以清洗。 应力增大，淬火后工件必须加以清洗。
一、退火
退火——把钢材加热到某一温度，经保温后缓 把钢材加热到某一温度， 退火 把钢材加热到某一温度 慢冷却（ 慢冷却（随炉冷却或在导热能力差的介质中冷 ），已获得接近平衡组织的方法 已获得接近平衡组织的方法。 却），已获得接近平衡组织的方法。 目的——降低硬度以便于切削加工；提高塑性 目的 降低硬度以便于切削加工； 降低硬度以便于切削加工 以利于塑性加工成型；细化晶粒以提高力学性能； 以利于塑性加工成型；细化晶粒以提高力学性能； 消除裂纹以防止变形或开裂。 消除裂纹以防止变形或开裂。
6、再结晶退火
把钢加热到再结晶温度以上150℃ 左右， 把钢加热到再结晶温度以上150℃ 左右，保 温后缓冷的处理工艺。 温后缓冷的处理工艺。主要适用与冷变形塑性加 工件。用以消除加工硬化， 工件。用以消除加工硬化，获得较好的综合力学 性能。 性能。
二、正火
把钢加热到A 线或A 把钢加热到A3线或Am以上 30~50℃ ，保温后在静止空气中冷却 的热处理工艺。 的热处理工艺。 正火冷却速度比退火快、 正火冷却速度比退火快、得到的是 非平衡组织， 非平衡组织，因此钢的性能有很大改 变。
油冷可保证工件的淬火冷却速 度，适用于奥氏体稳定性较高的 合金钢。 合金钢。 其它混合冷却介质（ 其它混合冷却介质（如水玻 璃）
淬火方法有以下几种： 淬火方法有以下几种： 1、单液淬火法 加热后的工件放入一种淬火介质中直接冷却到室温。 加热后的工件放入一种淬火介质中直接冷却到室温。 2、双液淬火法 加热后先放入冷却能力较强的介质中，冷却到稍高 加热后先放入冷却能力较强的介质中， 于点Ms温度， Ms温度 于点Ms温度，再立即转入另一种冷却能力较弱的 介质中进行淬火。淬火中工件内应力小， 介质中进行淬火。淬火中工件内应力小，不易变形 和开裂，但操作难度较大。 和开裂，但操作难度较大。
几种热处理工艺示意图
3.2
表面热处理方法
许多零件（如齿轮、机床主轴、凸轮、曲轴、活塞销等） 许多零件（如齿轮、机床主轴、凸轮、曲轴、活塞销等）在工 作中，表面层承受着比零件心部更高的应力和受到磨损。 作中，表面层承受着比零件心部更高的应力和受到磨损。因此对 零件表面具有高强度、高硬度、耐磨和抗疲劳能力，而心部则应 零件表面具有高强度、高硬度、耐磨和抗疲劳能力， 保持较好的塑性和韧性。表面热处理方法是一种有效的手段。 保持较好的塑性和韧性。表面热处理方法是一种有效的手段。 一、表面淬火－通过改变钢的表层组织，不改变钢的表层化学成分 表面淬火－通过改变钢的表层组织， 的处理方法。 的处理方法。 表面淬火的特点：可快速加热使工件表层奥氏体化， ①、表面淬火的特点：可快速加热使工件表层奥氏体化，不等心部 组织发生变化，立即快速冷却，表层起到淬火作用。 组织发生变化，立即快速冷却，表层起到淬火作用。淬火后表层 获得马氏体组织，而心部仍保持塑性、韧性均好的组织， 获得马氏体组织，而心部仍保持塑性、韧性均好的组织，工件各 部性能均能满足使用要求。 部性能均能满足使用要求。 表面淬火的方法：电感应、火焰、电接触、浴炉、电角液、 ②、表面淬火的方法：电感应、火焰、电接触、浴炉、电角液、脉 冲能量等加热方法。我国采用较多的是电感应加热和火焰加热。 冲能量等加热方法。我国采用较多的是电感应加热和火焰加热。 感应加热表面淬火－把工件置于通有一定频率电流的感应器中， １、感应加热表面淬火－把工件置于通有一定频率电流的感应器中， 表面快速升温达淬火温度， 表面快速升温达淬火温度，随即将工件放入淬火介质中冷却的处 理工艺。 理工艺。 感应加热原理：工件在感应器产行的交变磁场中， ⑴感应加热原理：工件在感应器产行的交变磁场中，形成涡流加热 工件。通入感应器中的电流频率越高， 工件。通入感应器中的电流频率越高，感应电流越向工件表面集 集肤效应），被加热的金属层厚度越小， ），被加热的金属层厚度越小 中（集肤效应），被加热的金属层厚度越小，淬火后的淬硬层深 度越小。 度越小。
淬火过程是一个典型的非平衡冷却的过 工件内部存在较大的温差， 程。工件内部存在较大的温差，必将产生热 应力，同时组织转变的前后结构不同， 应力，同时组织转变的前后结构不同，应此 会相应产生组织应力。两种应力如果叠加， 会相应产生组织应力。两种应力如果叠加， 势必引起工件变形，并容易形成开裂废品。 势必引起工件变形，并容易形成开裂废品。 金属材料经淬火处理的效果如何， 金属材料经淬火处理的效果如何，可用 淬透性和淬硬性来表示和衡量 来表示和衡量。 淬透性和淬硬性来表示和衡量。
正火的作用因钢种的不同有很大差别。 正火的作用因钢种的不同有很大差别。 （1）对普通结构钢件或低碳钢、低合金钢。正火 对普通结构钢件或低碳钢、低合金钢。 的目的是消除过热组织、细化晶粒、提高硬度、 的目的是消除过热组织、细化晶粒、提高硬度、改 善切削加工性能， 善切削加工性能，为保证后续加工质量和满足使用 性能的要求奠定基础。 性能的要求奠定基础。 （2）对中碳结构钢工件，正火可消除成形工艺过 对中碳结构钢工件， 程中产生的某些组织缺陷，保持合适的硬度（ 程中产生的某些组织缺陷，保持合适的硬度（HB 不超过250），便于切削加工，为后续热处理作好 不超过250），便于切削加工， 250），便于切削加工 准备。 准备。
淬透性——淬火时所能达到的淬硬层深度。 淬火时所能达到的淬硬层深度。 淬透性 淬火时所能达到的淬硬层深度 理论上，淬硬层的深度应该是全部淬透 理论上， 成马氏体的深度。但实际情况肯定存在 成马氏体的深度。 非马氏体的组织。因此，规定将工件表 非马氏体的组织。因此， 面向里得到半马氏体组织（50%马氏体 面向里得到半马氏体组织（50%马氏体 和50%非马氏体）的距离作为淬硬层。 50%非马氏体）的距离作为淬硬层。 非马氏体 淬硬性——淬火后能达到的最高硬度值。 淬火后能达到的最高硬度值。 淬硬性 淬火后能达到的最高硬度值