材料及其热处理方式和性能影响

材料及其热处理方式和性能影响

金属材料

一、金属材料包括黑色金属材料和有色金属材料。

二、黑色金属是指铁和碳的合金。如钢、生铁、铸铁等。

1、钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。

钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%生铁是指把铁矿石放到高炉中冶炼而成的产品，主要用来炼钢和制造铸件。生铁含碳量大于2％

2、把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼，即得到铸铁（液状），把液状铸铁浇铸成铸件，这种铸铁叫铸铁件。

三、有色金属材料

有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。

金属材料在各种外力作用下所表现出來的性能称为机械性能。金属的机械性能主要包括:強度、塑性、硬度、韧性及疲劳強度等。

1.強度:

強度是金属材料在靜载荷作用下，抵抗变形和破断的能力。

A.弹性极限 : 材料在外力作用下只产生弹性变形时所能承受的最大应力称为弹性极限，符号σe。

B.屈服极限 : 材料产生屈服现象时的应力称为屈服极限或屈服強度,符号σS。

C.抗拉強度: 材料在拉断前所能承受的最大应力为抗拉強度或強度极限，符号σb。

2.塑性:

金属材料在断裂前发生塑性变形的能力称为塑性。延伸率 (δ)和断面收缩率(ψ)是衡量金属材料塑性的指标。

3. 冲击韧性:

金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力，称为冲击韧性。

金属热处理

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，又以不同速度冷却的一种工艺。

金属热处理的意义：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。

金属热处理过程：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。

金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳，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。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。

冷却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。

热处普通（整体）热处理

退火

正火

淬火

回火

表面淬

感应加热表面淬火

火焰加热表面淬火

激光加热表

常用热处理方法的工艺曲线示意图

1. 退火

退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度，经保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。

退火的目的：

a. 降低硬度，以利于切削加工；

b. 细化晶粒，改善组织，提高机械性能；

c. 消除内应力，为下一道热处理作好准备；

d. 提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷冲压或冷拉拔加工。

退火的缺点：占用设备；生产率低。

2. 正火

正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度，经保温一定时间，随后在空气中冷却，以获得更细组织的一种热处理工艺。

正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：

a. 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组织更细。

b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。

c. 不占用设备；生产率高。

3. 淬火

淬火是将金属制件加热到这种金属的临界温度以上30～50℃，经保温一定时间，随后在水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。

淬火的目的：提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性，并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。

4. 回火

回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。

回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具有一定的韧性。

根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。

（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。

（2）中温回火：回火温度为350～500℃。中温回火可大大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低，应用于弹簧和热锻模等。

（3）高温回火：回火温度为500～650℃。高温回火可以消除内应力，硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、韧性等综合机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。

回火方法

加热温

度（℃）

力学

性能特点

应用范围硬度

（HRC）

低温回火150～250 高硬度、

耐磨性

刃具、量具、冷

冲模等

58～65

中温回火350～500 高弹性、

韧性

弹簧、钢丝绳等35～50

高温回火500～650 良好的

综合力学性能

连杆、齿轮及轴

类

20～30

5. 调质处理

淬火后再经高温回火的热处理工艺，称为调质处理。一般要求具有较高综合机械性能的重要结构零件，都要经过调质处理。

热处理中的“四把火”

热处理方式定义作用

退火将金属构件加热到高于或低于

临界点，保持一定时间，随后缓

慢冷却。

降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定

尺寸，减少变形与裂纹倾向使金属内部组织达到或

接近平衡状态。

正火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。

使钢件变硬，但同时变脆。

回火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。

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。

调质淬火+回火获得一定的强度和韧性