金属热处理工艺学-有色金属的热处理-3

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机械基础03-3.3金属材料的热处理

第三节金属材料的热处理一、概论：1.热处理：热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。

2.热处理的目的：①提高零件的使用性能；②充分发挥钢材的潜力；③延长零件的使用寿面；④改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。

3.钢的热处理方法：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。

4.热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。

二、退火：1.概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。

2.退火的主要目的是：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，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；③消除钢中的残余内应力，以防止变形帮开裂。

3.退火的方法：①完全退火的应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。

②球化退火的应用：适用于共析钢及过共析钢。

如碳素工具钢，合金工具钢、轴承钢等。

③去应力退火的应用：消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。

三、正火1.概念：将钢加热到一定温度，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。

2.应用：①善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；②正火可细化晶粒；③消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备；④代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。

四、淬火1.概念：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；2.目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。

3.钢的淬氏性和淬硬性4.淬火缺陷：①氧化与脱碳②过热和过烧③变形与开裂④硬度不足五、回火1.概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。

2.回火目的：①消除内应力；②获得所需要的力学性能；③稳定组织和尺寸。

金属热处理

四、渗金属指以金属原子渗入钢的表面层的过程。它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。
表面淬火
将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用于中碳钢。
热处理工艺曲线示意图
热处理可以提高零件的强度、硬度、韧性、弹性。热处理是改善原材料或毛坯的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘材料潜力不可缺少的工艺方法。铁碳合金状态图是确定热处理工艺的重要依据。
铁碳合金状态图铁碳合金状态图.doc
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，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。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。
七：固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的目的主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。
八、沉淀硬化（析出强化）指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。如奥氏体沉淀不锈钢在固溶处理后或经冷加工后，在 400～500℃或700～800℃进行沉淀硬化处理，可获得很高的强度。
二、正火指将钢材或钢件加热到Ac3 或Acm（钢的上临界点温度）以上30～50℃，保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。正火主要用于１、取代完全退火２、用于普通结构件的最终热处理３、用于过共析钢，以减少或消除网状二次渗碳体，为球化退火做好准备

有色金属热处理

等温ω相电镜照片(暗场)：a) 椭球体 b) 立方体
合金元素较少时，ω相为六方结构；合金元素含量增加，逐步过渡到棱方晶系 ω相可由淬火时的β相形成，也可由淬火后亚稳β在 550℃以下的等温(回火或时效)转变而来。
慢冷却中的相变
Ti-β同晶二元系固态平衡相图示意图
t0点为纯钛的同素异构转变温度；t0Cβ线表示β→α转变开始温度线，即β相变点线； t0Cα线为β→α转变终止线
Cu在α相中固溶度为5.65%(548℃时)，在室温下降至0.05%；在548℃时发生共晶转变
时效热力学
Al-Cu合金中不同沉淀产物相应的体积自由焓与成分的关系曲线
时效过程是第二相从过饱和固溶体中沉淀的过程，新相以形核和长大方式完成转变
驱动力是两相自由能(焓)差。从热力学的角度看，在过饱和的α 固溶体中直接析出平衡的θ相最有利
Mg-Zn相图
不同Mg-Zn二元合金力学性能
wZn(%) 2
原始加工状态
A(%) 11
Rp0.2/MPa Rm/Mpa
35
180
4
9
50
180
6
5
65
180
8
4
75
170
淬火态
A(%) Rp0.2/MPa 11 35
8
40
6
55
5
75
Rm/Mpa 180 180 190 190
淬火+人工时效/176℃×16h
12~16
16 3~5 2~3 3~5 0.5 4~8 2 2 24 16
介质
空气空气空气空气空气空气 -
空气
空气空气空气空气空气空气空气空气空气空气

金属材料及其热处理ppt课件

1. 体心立方晶格（BCC）：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC）：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程中的位置和作用，热处理又可分为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解，是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为晶界。

金属材料热处理工艺(详细工序及操作手法)

金属材料热处理工艺（详细工序及操作手法）一、热处理的定义热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。

热处理的三大要素:①加热（ Heating）目的是获得均匀细小的奥氏体组织。

②保温（Holding）目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。

③冷却（Cooling）目的是使奥氏体转变为不同的组织。

热处理后的组织加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。

不同的组织具有不同的性能。

二、热处理工艺1.退火操作方法：将钢件加热到Ac3+30-50度或Ac1+30-50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。

2.正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Acm 以上30-50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。

对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。

对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。

3.淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。

目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。

应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。

金属材料与热处理模块三课题三金属材料的热加工和冷加工

金属的塑性变形与再结晶
（2）热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒，而使金属的机械性能全面提高。图3-14所示为金属在热轧时变形和再结晶的示意图。但这与热加工的变形量和加工终了温度关系很大，一般来说，变形量应大些，加工终了温度不能太高。
金属的塑性变形与再结晶
料的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，即产生加工硬化的现象。加工硬化具有极重要的
延伸率 % 冲击韧度/J cm -2
HB 强度极限/MPa
实际意义。
360 320 280 240 200 160 120
80 40
0
强度极限布氏硬度
220
700 600 500
冲击韧度
延伸率 %
180 160 140 120
金属的塑性变形与再结晶
3 金属材料的热加工和冷加工
金属的塑性变形与再结晶
案例导入
在生产和生活中，铁匠师傅常常要“趁热打铁”，如图3-13所示。锻打过程中，如果温度下降需要重新加热后才能继续。用圆钢棒制作齿轮时，将圆钢棒热镦成齿坯再加工成齿轮比用圆钢棒作齿坯再加工成齿轮更合理。请问这是为什么呢？
金属的塑性变形与再结晶
案例分析
“趁热打铁”是铁匠师傅在打铁时，要趁热将钢材进行变形加工，当温度下降后要继续加热后才能继续加工。只有达到一定温度后才能进行后续的“打铁”，否则继续锻打可能使工件断裂，而且变形阻力增大难以进行后续加工，这一过程属于金属的热塑性变形加工。
金属塑性变形的加工方法有热加工和冷加工两种。热加工和冷加工不是根据变形时是否加热来区分，而是根据变形时的温度处于再结晶温度以上还是以下来划分的。
金属的塑性变形与再结晶
必备知识一、

金属热处理工艺学有色金属的热处理3

铜及铜合金的热处理
黄铜
良好的机械性能、耐蚀性、导电性和导热性等。与纯铜和其它铜合金相比，价格较低，是重有色金属中应用最广的合金材料。分为二元黄铜（普通黄铜）和多元黄铜（复杂黄铜、特殊黄铜）。
Cu>50%
H70 H62
图 Cu-Zn合金相图
铜及铜合金的热处理
黄铜
从铜锌合金相图可以看出黄铜有和+’ 两种组织，分别称单相黄铜和两相黄铜。
铜及铜合金的热处理
一、纯铜（紫铜）
（1）导电性好、导热性好。（导线、电缆、散热管、热交换器等），任何杂质元素的加热都会降低铜的导电性和导热性；
冷变形对铜导电性能影响不大，纯铜经80%冷变形，导电率降低不到3% ，因此铜导线可在冷作硬化状态使用。冷作硬化是提高铜及铜合金强度的常用方法。
图杂质元素对铜导电和导热性影响
铜及铜合金的热处理
锡青铜
铜与锡的合金称为锡青铜。锡青铜的应用在我国已有两千多年历史，最主要特点是耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率很小。
锡青铜的用途：（1）高强弹性材料：弹簧、弹片、弹性元件；（2）耐磨材料：轴承套、齿轮等；（3）艺术铸件，铜像等。
图 Cu-Sn合金相图
铜及铜合金的热处理
单相黄铜
两相黄铜
铜及铜合金的热处理
黄铜的性能
图 Zn含量对铸态Cu合金力学性能的影响
铜及铜合金的热处理
黄铜的应用
• 单相黄铜塑性好。
• H96和H85具有良好导热性和耐蚀性，一定强度和良好塑性。大量用于冷凝器和散热器。
• H70和H68强度较高，塑性特别好，用于冷冲压或深拉伸法制造复杂零件。枪弹壳、炮弹筒，有“弹壳黄铜”之称。
锡青铜

金属热处理原理及工艺总结_整理版

⾦属热处理原理及⼯艺总结_整理版5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和⾯缺陷对⾦属性能有何影响？答：如果⾦属中⽆晶体缺陷时，通过理论计算具有极⾼的强度，随着晶体中缺陷的增加，⾦属的强度迅速下降，当缺陷增加到⼀定值后，⾦属的强度⼜随晶体缺陷的增加⽽增加。

因此，⽆论点缺陷，线缺陷和⾯缺陷都会造成晶格崎变，从⽽使晶体强度增加。

同时晶体缺陷的存在还会增加⾦属的电阻，降低⾦属的抗腐蚀性能。

6.为何单晶体具有各向异性，⽽多晶体在⼀般情况下不显⽰出各向异性？答：因为单晶体内各个⽅向上原⼦排列密度不同，造成原⼦间结合⼒不同，因⽽表现出各向异性；⽽多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个⽅向上的⼒相互抵消平衡，因⽽表现各向同性。

7.过冷度与冷却速度有何关系？它对⾦属结晶过程有何影响？对铸件晶粒⼤⼩有何影响？答：①冷却速度越⼤，则过冷度也越⼤。

②随着冷却速度的增⼤，则晶体内形核率和长⼤速度都加快，加速结晶过程的进⾏，但当冷速达到⼀定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原⼦的扩散能⼒减弱。

③过冷度增⼤，ΔF⼤，结晶驱动⼒⼤，形核率和长⼤速度都⼤，且N的增加⽐G增加得快，提⾼了N与G的⽐值，晶粒变细，但过冷度过⼤，对晶粒细化不利，结晶发⽣困难。

8.⾦属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①⾦属结晶的基本规律是形核和核长⼤。

②受到过冷度的影响，随着过冷度的增⼤，晶核的形成率和成长率都增⼤，但形成率的增长⽐成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的⽅法也会增⼤形核率。

9.在铸造⽣产中，采⽤哪些措施控制晶粒⼤⼩？在⽣产中如何应⽤变质处理？答：①采⽤的⽅法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的⽅法来控制晶粒⼤⼩。

②变质处理：在液态⾦属结晶前，特意加⼊某些难熔固态颗粒，造成⼤量可以成为⾮⾃发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数⽬⼤⼤增加，从⽽提⾼了形核率，细化晶粒。

③机械振动、搅拌。

第⼆章⾦属的塑性变形与再结晶2．产⽣加⼯硬化的原因是什么？加⼯硬化在⾦属加⼯中有什么利弊？答：①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直⾄破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈⼤，晶粒破碎的程度愈⼤，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长⽽被拉长。

金属材料与热处理(全)精选全文

2、常用的细化晶粒的方法：
A、增加过冷度
B、变质处理 C、振动处理。
三、同素异构转变
1、金属在固态下，随温度的改变有一种晶格转变为另一晶格的现象称为同素异构转变。
2、具有同素异构转变的金属有：铁、钴、钛、锡、锰等。同一金属的同素异构晶体按其稳定存在的温度，由低温到高温依次用希腊字母α，β，γ， δ等表示。
用HBS（HBW）表示，S表示钢球、W表示硬质合金球当F、D一定时，布氏硬度与d有关，d越小，布氏硬度值越大，硬度越高。（2）布氏硬度的表示方法：符号HBS之前的数字为硬度值符号后面按以下顺序用数字表示条件：1）球体直径；2）试验力；3）试验力保持的时间（10~15不标注）。
应用范围：主要适于灰铸铁、有色金属、各种软钢等硬度不高的材料。
2、洛氏硬度
（1）测试原理：
采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面后，经规定保持时间后即除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值。
表示符号：HR
（2）标尺及其适用范围：
每一标尺用一个字母在洛氏硬度符号HR后面加以注明。常用的洛氏硬度标尺是A、B、C三种，其中C标尺应用最为广泛。
见表：P21 2-2
§2-2金属的力学性能
学习目的：★了解疲劳强度的概念。 ★ 掌握布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬
度测试及表示的方法。 ★掌握冲击韧性的测定方法。教学重点与难点 ★布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度的概念、硬度测
试及表示的方法。
§2-2金属的力学性能教学过程：
复习：强度、塑性的概念及测定的方法。
2、非晶体：在物质内部，凡原子呈无序堆积状态的（如普通玻璃、松香、树脂等）。非晶体的原子则是无规律、无次序地堆积在一起的。

金属材料及其热处理

㈡合金的晶体结构合金：由两种或两种以上元素组成的具有金属特性的物质。如碳钢、合金钢、铸铁、有色合金。相：金属或合金中凡成分相同、结构相同，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分。 1、固溶体：与组成元素之一的晶体结构相同的固相. ⑴ 置换固溶体：溶质原子占据溶剂晶格结点位置形成的固溶体。多为金属元素之间形成的固溶体。
㈡热处理工艺
工艺
目的
加热温度
组织
退火
1.调整硬度,便于切削加工。 2.细化晶粒,为最终热处理作组织准备。
亚共析钢Ac3+30~50℃ 共析钢 Ac1+30~50℃ 过共析钢Ac1+30~50℃
F+P P P球
正火
1.低中碳钢同退火。 2.过工析钢：消除网状二次渗碳体。 3.普通件最终热处理
三、组织
㈠纯金属的组织 1、结晶：金属由液态转变为晶体的过程 ⑴ 结晶的条件——过冷：在理论结晶温度以下发生结晶的现象。过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差。 ⑵ 结晶的基本过程——晶核形成与晶核长大形核——自发形核与非自发形核长大——均匀长大与树枝状长大
⑶ 结晶晶粒度控制方法：①增加过冷度；②变质处理；③机械振动、搅拌 2、纯金属中的固态转变同素异构转变：物质在固态下晶体结构随温度而发生变化的现象。固态转变的特点：①形核部位特殊；②过冷倾向大;③伴随着体积变化。
2、冷却时的转变
⑴ 等温转变曲线及产物
650℃
600℃
550℃
350℃
A1
MS
Mf
时间
P
S
T
B上
B下
M
M+A’
A→P
A→S
A→T
A→B上
A→B下

金属材料与热处理(最全)PPT课件

铁碳合金和铁碳相图
3.1 铁碳合金中的组元和基本相 3.2 Fe-Fe3C相图 3.3 典型铁碳合金的平衡结晶过程及组织 3.4 铁碳合金的成分－组织－性能关系 3.5 铁碳相图在工业中的应用
• 工业纯铁：塑性较好，强度较低，具有铁磁性，在一般的机器制造中很少应用，常用的是铁碳合金
• 铁素体（F）：碳溶于 -Fe中的一种间隙固溶体，体心立方晶体结构，组织和性能与工业纯铁相同
珠光体（P）：铁素体和渗碳体的机械混合物，是两者呈层片相间的组织，即层片状组织特征，可以通过热处理得到另一种珠光体的组织形态
五个单相区： ABCD 以上-液相区（L）；AHNA- 固溶体区（）； NJESGN- 奥氏体区（ A）；GPQ 以上-铁素体区（F）；DFKL-渗碳体区（Fe-Fe3C）
• 奥氏体（A）：碳溶于 -Fe中的一种间隙固溶体，具有面心立方晶体结构，塑性好，变形抗力小，易于锻造成型
铁碳合金中的组元和基本相
渗碳体：铁和碳的金属化合物（即 Fe3C）属于复杂结构的间隙化合物，硬而脆，强度很低，耐磨性好，是一个亚稳定的化合物，在一定温度下可分解为铁和石墨
七个两相区（两相邻的单相区之间）：
L+,L+A,L+Fe3C, +A,F+A,A+Fe3C,F +Fe3C
Fe-Fe3C相图
包晶反应： HJB水平线
LB＋H（1495°） AJ
包晶反应仅可能在含碳量0.09～0.53％的铁碳合金中，其结果生成生成奥氏体
恒温转变线
共晶反应： ECF水平线
Ae＋Fe3C （1148°） Lc

金属材料热处理工艺

奥氏体型不锈钢：固溶处理，性能更好塑料，韧性，耐腐蚀性，焊接性能等不能通过热处理强化；
铁素体：也是不能通过热处理强化，高温抗氧化性好及具有更好的耐腐蚀性。
金属材料热处理工艺
有色金属热处理：
铝合金： LY12 T6处理
固溶+时效
490-500℃
固溶
快冷
150℃ 时效
金属材料热处理工艺
硬度
静载压入法：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度和显微硬度。（HB； HR； HV）
奥氏体：A、γ
珠光体：P
屈氏体：T 索氏体：S
回火屈氏体：T’
回火索氏体：S’
残余奥氏体：Ar、γR、AR 铁素体：F、α
渗碳体：Fe3C
马氏体：M 贝氏体：B（ B上、B下）
金属材料热处理工艺
工艺-组织
工艺-性能
组织-性能
力学性能
金属材料热处理工艺热处理相关规律
一个规律：组织－成分－结构－工艺－性能二个文件：Fe－Fe3C相图、TTT图(C曲线）三个过程：加热、保温、冷却四把火：淬火、回火、正火、退火五大相变：奥氏体转变、珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变、回火转变（合金时效）六大方面：晶体学、形态学、热力学、动力学、力学性能、相变机理
金属材料热处理工艺
布氏硬度HBS或HBW：
压头为钢球时，布氏硬度用符号HBS表
示，适用于布氏硬度值在450以下的材料。
压头为硬质合金球时，用符号HBW表示，
适用于布氏硬度在650以下的材料。
布氏硬度
金属材料热处理工艺
洛氏硬度 • 洛氏硬度用符号HR表示
• 根据压头类型和主载荷不同，分为九个标尺，常用的标

金属热处理的方法

调质热处理指的是金属热处理的方法。

将金属在固态范围内通过一定方式的加热、保温和冷却处理程序，使金属的性能和显微组织获得改善或改变，这种工艺方法称为热处理。

根据热处理的目的不同，有不同的热处理方法，主要可分为下述几种：（1）退火（代号Th）：在退火热处理炉内，将金属按一定的升温速度加热到临界温度以上300~500℃左右，其显微组织将发生相变或部分相变，例如钢被加热到此温度时，珠光体将转变为奥氏体。

然后保温一段时间，再缓慢冷却（一般为随炉冷却）至室温出炉，这整个过程称为退火处理。

退火的目的是清除热加工时产生的内应力，使金属的显微组织均匀化（得到近似平衡的组织），改善机械性能（例如降低硬度，提高塑性、韧性和强度等），改善切削加工性能等等。

视退火处理工艺的不同，可分为普通退火、双重退火、扩散退火、等温退火、球化退火、再结晶退火、光亮退火、完全退火、不完全退火等多种退火工艺方式。

（2）正火（代号Z）：在热处理炉内，将金属按一定的升温速度加热到临界温度以上200~600℃左右，使显微组织全部变成均匀的奥氏体（例如钢在此温度时，铁素体完全转变为奥氏体，或者二次渗碳体完全溶解于奥氏体），保温一段时间，然后置于空气中自然冷却（包括吹风冷却和堆放自然冷却，或者单件在无风空气中自然冷却等多种方法），这整个过程称为正火处理。

正火是退火的一种特殊形式，由于其冷却速度比退火快，能得到较细的晶粒和均匀的组织，使金属的强度和硬度有所提高，具有较好的综合机械性能。

（3）淬火（代号C）：在热处理炉内，将金属按一定的升温速度加热到临界温度以上300~500℃左右，使显微组织全部转变成均匀的奥氏体，保温一段时间，然后快速冷却（冷却介质包括水、油、盐水、碱水等等），获得马氏体组织，可显着提高金属的强度、硬度和耐磨性等等。

淬火时的快速冷却导致的急剧组织转变会产生较大的内应力，并使脆性增大，因此必须随后及时进行回火处理或时效处理，以获得高强度与高韧性相配合的性能，一般较少仅仅采用淬火处理的工艺。

金属热处理知识

金属热处理知识————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：金属熱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、大型铸钢件的热处理炉物理和化学性能，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。

第三章金属材料和热处理-pdf

第三章金属材料及热处理金属材料是现代机械工业使用最广泛的材料，品类繁多，性能各不相同，合理选用金属材料和正确运用热处理方法，可以充分发挥金属材料的机械性能，提高产品的质量。

金属可以分为黑色金属和有色金属，黑色金属主要是指钢和铸铁，以铁和碳为基本组成元素形成铁碳合金，即碳素钢。

在铁碳合金中加入一定量的合金元素，如铬、锰、镍、钴等成为合金钢。

有色金属是指非铁金属及其合金，如铝、铜、铅、锌等金属及其合金。

一、碳素钢的分类、编号和用途碳素钢简称碳钢，是含碳量小于 2．11％的铁碳合金，具有较好的机械性能、良好的锻压性能、焊接性能和切削加]：性能，价格比合金钢低，在机械工业中得到广泛使用。

(一)碳素钢的分类1．按钢的含碳量分类低碳钢——含碳量≤0．25％；中碳钢——含碳量：0．30％-0．55％；高碳钢——含碳量≥0．60％。

2．按钢的质量分类普通碳素钢：硫、磷含量分别≤O．055％和 O．045％优质碳素钢：硫、磷含量均≤0．040％；高级优质碳素钢：S、P含量 0．030％-0．035％。

3．按钢的用途分类碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器件，这类钢一般属于低碳钢和中碳钢。

碳素工具钢：主要用于制造各种刀具、量具、模具，这类钢含碳量较高，一般属于高碳钢。

(二)碳素钢牌号和用途1．普通碳素结构钢甲类钢：这类钢出厂时按保证机械性能供应，除硫、磷外不保征化学成分。

甲类钢的牌号以“甲”或“A”字加上阿拉伯序数表示，共 1-7级，即甲 l、甲 2、…、甲 7(或 A1、A2、…、A7)，数字越大，强度越高，塑性越差，主要用来制造钢板、角钢、圆钢和工字钢等。

乙类钢：这类钢出厂时按化学成分供应，不保证机械性能。

乙类钢的牌号用“乙”或“旷加上阿拉伯数字表示，也分为 1-7级，即乙 1、乙 1、…、乙 7(或 Dl、u2、…、B7)，数字越大，含碳量越高，主要用于制造不重要的零件，一般须经热处理。

2．优质碳素结构钢优质碳素结构钢既要保证钢的化学成分，还要保证机械性能其机械性能，用于制造比较重要的零什。

金属材料及热处理--练习3

132 . 不属于马氏体转变特点的是A.转变不能进行到底B.转变速度很慢C.转变时体积发生膨胀D.转变在一定的温度范围内连续冷却过程中进行答案：B133 . 制造一些受力不大的机械零件如铆钉和螺母，应选择A.铸铁B.铸钢C.合金钢D.碳素结构钢答案：D134 . 明矾属于A.晶体 B.非晶体 C.晶格D.晶胞答案：A135 . 被广泛的应用于制造电线和电缆等，且不宜制造受力构件的铜及铜合金是A.黄铜B.青铜C.紫铜D.白铜答案：C136 . 属于低淬透性渗碳钢的是A.20Mn2B.12Cr2Ni4C.20Cr2Ni4D.20CrMnTi 答案：A137 . 过共析钢正火的目的是A.调整硬度，便于切削加工B.消除或破碎网状二次渗碳体C.细化晶粒，为最终热处理作组织准备D.消除残余内应力，防止发生变形和开裂答案：B138 . 不属于晶体的物质是A.石英 B.蜂蜡 C.味精D.食盐答案：B139 . 主要用于要求重量轻而受力较大的重要构件（如飞机大梁）的铝合金是A.防锈铝B.硬铝 C .超硬铝 D.锻铝答案：C140 . 制造丝锥和板牙一般用A.45 B.Q235 C.T10D.T12 答案：C141 . 不易磨损的铸铁称为A.耐磨铸铁B.耐热铸铁C.耐蚀铸铁D.球墨铸铁答案：A142 . 属于冷作模具钢的是A.CrWMnB.5CrMnMoC.5CrNiMoD.60Si2Mn 答案：A143 . 碳素钢按照用途分为结构钢和A.优质钢B.普通钢C.工具钢D.沸腾钢答案：C144 . 金属实际结晶温度与理论结晶温度之间的差值称为A.临界点B.凝固点C.过冷度D.熔点答案：C145 . 合金调质钢含碳量一般是A.lt; 0.25%B.0.25%-0.5%C.0.45%-0.75%D.gt;1% 答案：B146 . 牌号ZG270-500中500表示A.抗拉强度不低于500MPB.屈服强度不低于500MPC.抗压强度不低于500MPD.极限强度不低于500MP 答案：A147 . 下列牌号中，属于优质碳素结构钢的有A.T8A B.08F C.T10 D.Q235-AF 答案：B148 . 与钢相比，铸铁的工艺性能特点是A.焊接性好B.铸造性好C.热处理性能好D.锻造性好答案：B149 . 同样体积的金属，密度大的质量A.相同 B.越小 C.越大 D.不确定答案：C150 . 属于晶体的物质是A.石英B.松香C.沥青D.橡胶答案：A151 . 含碳量相同的碳钢和合金钢，当回火温度相同时，它们的硬度关系是A.碳钢硬度高B.合金钢硬度高C.两者一样高D.无法确定答案：B152 . 原子呈无序和无规则堆积的物质是A.晶体 B.非晶体 C.晶格 D.分子答案：B153 . 下列金属当中，低熔点金属是A.W B.Mo C.V D.Pb 答案：D154 . 复杂形状铸件在切削加工前为了稳定尺寸和防止变形，常安排A.表面淬火B.石墨化退火C.去应力退火D.正火答案：C155 . 灰铸铁低温退火的目的是A.增加应力B.消除应力C.降低耐磨性D.提高耐磨性答案：B156 . 碳钢中，硅作为杂质一般应不超过A.0.4% B.0.8% C.1%D.8% 答案：A157 . 晶体面缺陷包括晶界和A.空位原子B.刃位错C.间隙原子D.亚晶界答案：D158 . 反映金属原子排列规律的最小单元是A.晶格B.晶体C.晶胞D.电子答案：C159 . 碳钢中，锰作为杂质一般应不超过A.0.2%B.0.8%C.1%D.8%答案：B160 . 50CrV的平均含碳量为 A.50% B.5% C.0.5% D.0.05% 答案：C161 . 关于渗碳处理后表面含碳量叙述不正确的是A.含碳量一般在0.85%-1.05%B.含碳量过高，脆性增加，渗层易脱落C.含碳量过低，会降低硬度、耐蚀性及疲劳强度D.为了达到良好的规定的含碳量，加热温度应控制在650-800℃。

金属学与热处理第三章

二元合金的相结构与结晶组元——组成材料最基本的、独立的物质合金——指由两种或两种以上的金属、或金属与非金属经熔炼或用其他方法制成的具有金属特性的物质。

相--是指合金中结构相同，成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分金属化合物，它的晶体结构与固溶体完全不同，成分和性能也不相同组织：所谓合金组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态固溶体——以合金中某一组元作为溶剂，其它组元为溶质，所形成的与溶剂有相同晶体结构、晶格常数稍有变化的固相。

按溶质原子在溶剂晶格中所占位置：置换固溶体和间隙固溶体。

置换固溶体——溶质原子占据溶剂晶格某些结点位置所形成的固溶体间隙固溶体——溶质原子进人溶剂晶格的间隙中所形成的固溶体按溶质与溶剂原子相对分布分类无序固溶体——溶质原子统计式地或概率地分布在溶剂的晶格中。

有序固溶体——溶质原子在溶剂晶格的结点位或溶剂晶格的间隙中，有规律的排列。

有限固溶体：在一定条件下，溶质组元在固溶体的浓度有一定的限度，超过这个限度就不再溶解，这种限度称为溶解度或固溶度，这种固溶体是有限固溶体无限固溶体；溶质能以任意比例溶入溶剂，固溶度的溶解度可达100%，这种称为固溶体就称为无限固溶体。

无限固溶体只可能是置换固溶体影响置换固溶体溶解度的因素尺寸因素、晶体结构、电负性差及电子浓度是影响固溶体溶解度的四个主要因素(1)尺寸因素组元间的原子半径越相近，则固溶体的固溶度越大。

晶格畸变（溶质原子相邻的溶剂原子偏离其平衡位置）溶质原子溶入溶剂晶格引起晶格的点阵畸变。

溶质点阵的膨胀与收缩导致晶体能量升高，这种升高的能量称为晶格畸变能。

溶质原子引起的点阵畸变能越大，固溶体的溶解度就越小。

组元间的原子半径相差越大，晶格畸变能越高，晶格便不稳定。

当溶质原子溶入很多时，则单位体积的晶格畸变能越高，直至溶质晶格不能再维持时，便达到了固溶体的固溶度极限。

如此时再继续加入溶质原子，溶质原子将不再溶入固溶体中，只能形成其他新相(2) 晶体结构因素组元间晶体结构相同时，固溶度较大，而且有可能形成无限固溶体。

金属热处理工艺学

1.碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既部增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量.2.脱碳：钢中的碳也会和气氛作用，使钢的表面失去一部分碳，含碳量降低,这种现象成为脱碳。

3.过烧：加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。

4.放热式气体：原料气与较充足的空气混合，仅靠其本身的不完全燃烧所放出的热量就能维持其反应时，所制成的气体。

5.光亮热处理：是指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理的工件表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工件表面的光亮或相对光亮。

6.淬火烈度：淬火介质的冷却能力。

7.淬透性：钢材淬火时获得马氏体的能力的特性.8.淬硬性：淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。

9.自回火：当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火。

10.退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。

11.表面淬火：被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。

12.连续加热法：对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。

13.化学热处理：将工件放置于某种渗入元素的活性介质中，通过加热、保温和冷却，使渗入元素被吸附并扩散渗入工件表面层，以改变表面层化学成分和组织，从而使其表面具有与心部不同的特殊性能的一种工艺。

14.淬火：把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却，以得到介稳状的M或B下组织的热处理工艺。

15.反应扩散：由溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物，这种扩散称为反应扩散。

金属工艺学电子教学教案——第四章钢的热处理03(高教版王英杰主编).doc

第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。

2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。

教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

其中表面淬火是最常用的表面热处理。

♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。

其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。

依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。

(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。

1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。

2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。

奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。

工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。

(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。

(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。

3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。

生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。

根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火。

感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。

感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。

【图文】金属热处理工艺学-有色金属的热处理

镁合金的固态相变特点以Mg-Al系合金为例：从晶界开始的非连续析出进行到一定程度后，晶内产生连续析出。

Mg17Al12 相以细小片状形式沿基面（0001）生长，基体中含铝量不断下降，晶格常数连续增大，因晶格常数变化是连续的，因此成为连续析出。

镁合金的固态相变特点以Mg-Al系合金为例：连续与非连续析出在时效组织中所占的相对量与成分、淬火温度、冷却速度和时效参数等因素有关。

一般来说，非连续析出先进行，特别是过饱和度较低，固溶体内存在成分偏析及时效不充分的情况下；反之，在含铝量较高，快速淬火及时效温度较高的条件下，连续析出占主导地位。

有关文献指出，在100-250°C时效，同时存在两种析出方式；而250°C以上时效，扩散速度较高，只进行连续析出。

镁合金的主要热处理类型镁合金的热处理方式与铝合金基本相同，但镁合金原子扩散速度慢，淬火加热后通常在空气中冷却即可达到固溶处理的目的。

对自然时效不敏感，长期放置在室温条件下可保持淬火状态下的原有性能。

镁合金氧化倾向比铝合金强烈，热处理炉内应保持一定中性气体。

镁合金常用热处理类型如下：（1）T1：铸造、加工后直接人工时效。

Mg-Zn合金晶粒容易长大，重新淬火晶粒会粗大，因此不如使用T1处理；（2）T2：消除残余应力和冷作硬化而进行的退火处理；（3）T4：固溶处理。

可提高抗拉强度和延伸率；（4）T6：固溶（空冷）+人工时效，提高合金的屈服强度，但塑性降低；（5）T61：固溶（热水）+人工时效，针对对冷速敏感的Mg-RE-Zr合金，可比T6强化效果更好。

常见热处理缺陷：不完全淬火、晶粒长大、表面氧化、过烧、变形等。