热处理

金属热处理上网课程教材

目录

第1章绪论

1.1 热处理在金属材料制造过程的意义

1.2 热处理的基本类型

第2章均质化退火

2.1 铸造合金的组织和性质

2.2 均质化退火时合金组织和性能的变化

2.3 均质化退火条件

第3章再结晶退火

3.1 加工组织的回复

3.2 再结晶

3.3 再结晶晶粒的成长

3.4 二次再结晶

3.5 集合组织

3.6 回复、再结晶退火条件

第四章相变态退火

4.1 相变态的基本类型和其原理

4.2 钢铁的相变态退火

4.3 非金属的相变态退火

第五章单向性转变合金的淬火和时效

5.1 固溶化及固溶处理

5.2 过饱和固溶体分解的热力学

5.3 时效析出过程与组织

5.4 时效时材料特性的变化

5.5 淬火及时效之条件

第6章多相性转变合金的淬火和时效

6.1 麻田散铁变态的基本理论

6.2 钢的麻田散铁变态

6.3 钢的淬火

6.4 钢的回火

6.5非铁金属的麻田散铁变态

第7章加工热处理

7.1 热加工时的组织变化

7.2 时效硬化型合金的加工热处理

第8章化学热处理

8.1 化学热处理的基本类型

8.2 钢的化学热处理

8.3 非铁金属的化学热处理

第一章绪论

1.1 热处理在金属材料制造过程的意义

◎金属热处理：

～借助热作用(温度的改变)改变金属内部的组织结构来获得所需之性能。

‧退火(annealing)：普通退火、完全退火。

～使金属材软化并且可消除金属内部之残留应力，为提高其塑性加工性以及被削性的提升。

‧淬火(quenching)：

～使高温固溶之状态冻结至室温。

‧回火(tempering)：

～施予回火可解决因为材料太硬或太脆所造成之塑性加工性的降

低。

‧时效(aging)：

～自然时效：室温下，固溶的溶质原子扩散聚集。

人工时效：不同于室温下，固溶的溶质原子扩散聚集。

◎钢材的热处理：

(1)钢锭的热处理：

～主要是在不同室温下的退火。

(2)钢材加工中、成品的热处理：

～依制造性能和使用性能之要求而调整热处理。

‧各钢材的正火处理～获得均一的组织和优良的综合机械性能。

‧高强度调质钢的淬火回火处理～达到要求的机械性能。

‧不锈钢板和钢带的固溶处理～改善耐蚀性。

‧热锻轧钢材～依使用者的要求决定热处理之方式。

‧冷加工钢材～胚料热处理、中间热处理和成品热处理。

◎非铁金属的热处理：

‧主要基本流程，但可做变化：

均质化热加工退火冷加工固溶处理时效

‧板材热处理之例：

均质化退火热轧延退火冷轧延的中间退火

最后退火

‧粉末冶金的热处理：

～主要是烧结。

例如：钨丝

swaging ：一边旋转，一边施予四周应力加压，使其变薄，再抽丝。

◎金属热处理的作用与目的：

(1)改善制造性能：

均质化退火～改善热加工性能。

中间退火～改善冷加工性能。

正火、球状化退火～改善高炭钢在制造刀具时的机械加工性能。

(2)提高使用性能：

淬火后时效或回火～提高强度。

加工后的退火～提高延性或韧性。

1.2 热处理的基本类型

◎热处理的基本过程：

～加热保温冷却

◎热处理的基本参数：

～加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度、热处理周期。

◎热处理的形式：

(1)基本热处理：

～热作用为主要过程的热处理，热作用对于于内部的组织、结构和性能起决定性的影响。

～金属的成分、形状和尺寸在热处理的前后并不会发生大的改变。

例：均质化退火、回复‧再结晶退火、相变态退火、淬火、时效、回火。

(2)加工热处理：

～塑性变形与热作用结合起来的热处理。唯有能提高金属内部晶体缺陷密度的塑性加工和能发生固体相变态的热作用结合起来，才能

显著地改变材料的组织结构，并明显地提高材料性能的制造工程

即是加工热处理。

～由塑性加工增加差排，使其达到细晶，为了达到超塑性。

例：Intermediate-Thermo-Mechanical-Treatment (ITMT)

Final-Thermo-Mechanical-Treatment (FTMT)

(3)化学热处理：

～化学作用和热作用结合起来的热处理。由于热作用和化学作用同时发生，使某些金属或非金属的元素渗入金属中，亦即化学热处理

不只可以改变金属内部的组织，而且还可以改变其化学成分(一般

指表面成分)。

～化学热处理的主要目的是改善材料的表面性质(如表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性等)。有些特殊情况的化学热处理可以去除金属内部

的有害元素。

第二章均质化处理

◎均质化退火：

对象～铸件或铸锭。

目的～在高温下藉由扩散来消除或减少在铸件冷却时实际结晶条件下，结晶内成分不均一和偏离平衡的组织状态，可让原子充分

扩散且使第二相溶解，以改善材料的制造性能和使用性能。

2.1 铸造合金的组织及性质

2.1.1 铸造合金的组织特征

◎理想状态下，冷却速率需无限慢，根据相图在凝固过程中，在凝固至单相区时其为均一之固溶体。

◎实际状态下，因为冷却速率过快，其偏离之相图使处于非平衡条件下，造成结晶内成分不均一和偏离平衡的组织状态，可利用均质化退火来

改善之。

(a)晶内偏析、树枝状组织

凝固时，浓度之分布愈往晶界处愈高，这种浓度分布不均的情况称为偏析。且共晶反应与包晶反应皆会造成微观的偏析(此乃因为

固相限不平衡之相图)

(b)非安定第二相的析出

由于实际偏移相图的影响，在凝固时，当温度到了共晶温度时，会有共晶反应发生，所以除了主要相的析出外，在晶界上亦会有

非平衡第二相的晶出。

(c)过饱和固溶体

因为急速之冷却下，使得溶过多之溶质原子。

2.1.2 铸造合金的性能特征

(1)脆性非平衡第二相的晶出

～晶界上脆、硬性之晶出第二相造成材料易于塑性加工时破裂，导致其塑性降低。