金属热处理原理与工艺
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目的：提高硬度和耐磨性。
（4）回火：淬火的后序工序，降低淬火 产生的缺陷，否则工件易开裂。
目的：消除淬火时因冷却过快而产生内 应力，降低金属的脆性，降低硬度，提高塑 性和韧性。
二、金属加热方法及设备
加热金属常用的能源有电能和化学能（燃 料），通过适当的方式转换为热能，从而对工 件进行加热。
加热方法不同，能源的有效利用率也不同， 耗能情况不同，科学合理地选用不同的加热方 法是节能的有效途径。
（2）正火：加热到高温，空气冷却。 特点：a.冷却速度快，获得的组织更细
b.正火后的强度、硬度较退火后稍 高，而塑性、韧性则稍低 c.不占用设备，生产率高 目的：调整材料的硬度、细化晶粒、为淬 火做准备。
（3）淬火：加热到高温，油冷、水冷 或高压空气冷却。
特点：强度、硬度会得到提高，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。
注意事项： ➢ 这类炉子一般要求炉膛严格密封； ➢ 炉内保持正压，以防炉外空气进入引起爆炸，
并保证炉内气氛稳定； ➢ 炉气必须循环流动，以利于气氛和温度均匀，
保证工件质量一致； ➢ 炉内构件要能抗气氛侵蚀； ➢ 装有安全装置，以防有毒气氛泄漏和爆炸。
2、井式加热炉 箱式电阻炉通常放在地面上，工件通过 水平移动装入炉内。井式加热炉则是安放在 地面以下，工件垂直入炉。将液体或气体渗 剂通往炉罐内可用于渗碳、渗氮和碳氮共渗 等化学热处理；不通渗剂，可以进行淬火或 回火。
优点： 炉子装料多，生产率高，装卸料方便，炉温 均匀，长轴垂直放置或细长杆件垂直吊挂不容易变 形。 缺点： ➢ 工件阻碍气体流动； ➢ 工件与电热元件同在炉膛内，靠近电热元件 易过热（可通过设置装料筐得到改善）。
井式炉与箱式炉相比的优点： 1、用于回火时温度均匀（回火温度低，传热 主要靠对流和传导，井式炉都加有电扇）、装料多， 劳动强度低。 2、用于淬火或化学热处理时适合于大件、细 长杆件（只能水平放置，容易变形，井式炉则 可 以吊挂在炉内，垂直放置，减小变形）和大型长轴 件。
C或N，会发生渗碳或渗氮反应。
（2）加热速率 影响加热时的热应力、组织应力和相变 过程。 加热速率越大，工件表面温度和心部温 度差越大，导致出现大的热应力和组织应力， 因此大工件不能进行快速加热。实际生产中， 应严格控制。
（3）加热温度和保温时间 通过保温使材料达到热力学平衡状态，结果 为成分均匀、晶粒长大、应力消除、位错密度降 低。 通过保温，使工件内外温度均匀，相变充分 进行。 加热温度根据热处理的目的和平衡相图确定。 保温时间根据试验和经验确定。
金属热处理原理与工艺
试讲人：裴迪
一、金属热处理分类
1.热处理概念 金属热处理是将工件放在一定介质中 加热、保温和冷却，通过改变工件表层的 化学成分、表面或内部显微组织的结构来 改变其性能的热加工工艺。
热处理：满足组织和性能要求。 五个要素：加热介质、加热速率、加热温度、 保温时间、冷却速率。 （1）加热介质 定义：在高温下可能与工件表面发生化学反 应而改变表层成分。 例：氧化性（空气）使工件表面发生氧化；
电阻加热炉 以电为能源，加热方式的特点 是在加热器 （电阻丝或带）和工件之间存在气体介质（氧化 性、惰性、渗碳、渗氮等）。 优点：温度控制精度高，均匀性好，无噪音， 无污染等。 根据用途不同，分类包括：箱式电阻炉，井 式电阻炉、台车炉、钟罩炉等。
1、箱式电阻加热炉 组成：炉体和电热元件，炉 体由炉衬和炉门组织，形成空间， 放置工件和保持加热温度场作用。 电热元件是炉子的发热体，使 电能转化为热能而加热工件。 辅助装置：机械传动系统， 炉子操作参数测量及控制系统，保 证炉子安全运行的装置及炉内辅助 构件等。按工作温度，箱式电阻炉 可分为高温（≤1300 ℃ ）、中温 （ ≤950 ℃ ）、低温（ ≤650 ℃ ）。
3、浴炉 定义：用液体作为加热或冷却介质的热处理 炉。 介质：熔盐、熔融金属及合金、熔碱以及油 类等。 特点：加热和冷却速度快；
无氧化脱碳； 温度均匀； 不能进行退火。
浴炉两种类型： （1）外热式浴炉：由炉体和金属坩埚组成， 又称为坩埚炉。 特点：介质放在坩埚中，电热元件放在坩埚 外，热量通过坩埚壁传入介质中。 优点：不腐蚀电热元件，介质成分稳定。 缺点：金属坩埚寿命短，热惰性大，影响控 温精度。
台车炉 将炉体一分为二， 炉底像台车一样可以移 动的炉子。将炉底与其 他部分分开，如果把炉 底做成可移动的，装炉 和出炉时把炉底拉出来， 即可装入大型工件。
钟罩炉 如果炉底不动，把 其他部分移开（用吊车 等），将被加热件放到 炉底板后再罩上去，像 钟罩一样的形状，称为 钟罩炉。
真空热处理炉 炉膛内保持真空的炉子。根据真空度不同可分为 低真空炉133~13.3Pa，中真空炉13.3~1.33×10-2Pa，高 真空炉1.33×10-2 ~ 1.33×10-4 Pa，超真空炉<1.33×104 Pa。 主要特点： ➢ 加热方式为辐射换热； ➢ 在中、高真空中加热工件基本上可保持其不氧化 和不脱碳； ➢ 在高、超真空下加热，工件中的合金元素和气体 有挥发和脱气的可能； ➢ 稀薄空气易电离产生辉光或弧光放电。
（4）冷却速率 通过合理控制冷却速度就能得到所想要的 组织。 在快速冷却条件下，工件内外温差增大， 热应力和组织应力增大，容易导致工件产生大 的内应力、变形甚至开裂。所以应尽量减小冷 却速度。
2.热处理分类 （1）退火：加热到高温，随炉冷却。 特点：a.降低硬度，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，为下一道工序做好准备 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 目的：成分均匀化、细化组织、消除内应力、 降低硬度、提高塑性。
箱式炉优点： 结构简单价格低；具有较高的温度均匀性； 较高的热效率；易于实现温度和工艺过程的自动 控制。 箱式炉缺点： 中温和高温加热时氧化和脱碳严重，人工装 工件和出工件时劳动强度大。 适用范围：中、小零件的小批量热处理生产， 可提供碳钢、合金钢的淬火、正火、退火，也可 进行回火和固体渗碳以及其他热处理。
（4）回火：淬火的后序工序，降低淬火 产生的缺陷，否则工件易开裂。
目的：消除淬火时因冷却过快而产生内 应力，降低金属的脆性，降低硬度，提高塑 性和韧性。
二、金属加热方法及设备
加热金属常用的能源有电能和化学能（燃 料），通过适当的方式转换为热能，从而对工 件进行加热。
加热方法不同，能源的有效利用率也不同， 耗能情况不同，科学合理地选用不同的加热方 法是节能的有效途径。
（2）正火：加热到高温，空气冷却。 特点：a.冷却速度快，获得的组织更细
b.正火后的强度、硬度较退火后稍 高，而塑性、韧性则稍低 c.不占用设备，生产率高 目的：调整材料的硬度、细化晶粒、为淬 火做准备。
（3）淬火：加热到高温，油冷、水冷 或高压空气冷却。
特点：强度、硬度会得到提高，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。
注意事项： ➢ 这类炉子一般要求炉膛严格密封； ➢ 炉内保持正压，以防炉外空气进入引起爆炸，
并保证炉内气氛稳定； ➢ 炉气必须循环流动，以利于气氛和温度均匀，
保证工件质量一致； ➢ 炉内构件要能抗气氛侵蚀； ➢ 装有安全装置，以防有毒气氛泄漏和爆炸。
2、井式加热炉 箱式电阻炉通常放在地面上，工件通过 水平移动装入炉内。井式加热炉则是安放在 地面以下，工件垂直入炉。将液体或气体渗 剂通往炉罐内可用于渗碳、渗氮和碳氮共渗 等化学热处理；不通渗剂，可以进行淬火或 回火。
优点： 炉子装料多，生产率高，装卸料方便，炉温 均匀，长轴垂直放置或细长杆件垂直吊挂不容易变 形。 缺点： ➢ 工件阻碍气体流动； ➢ 工件与电热元件同在炉膛内，靠近电热元件 易过热（可通过设置装料筐得到改善）。
井式炉与箱式炉相比的优点： 1、用于回火时温度均匀（回火温度低，传热 主要靠对流和传导，井式炉都加有电扇）、装料多， 劳动强度低。 2、用于淬火或化学热处理时适合于大件、细 长杆件（只能水平放置，容易变形，井式炉则 可 以吊挂在炉内，垂直放置，减小变形）和大型长轴 件。
C或N，会发生渗碳或渗氮反应。
（2）加热速率 影响加热时的热应力、组织应力和相变 过程。 加热速率越大，工件表面温度和心部温 度差越大，导致出现大的热应力和组织应力， 因此大工件不能进行快速加热。实际生产中， 应严格控制。
（3）加热温度和保温时间 通过保温使材料达到热力学平衡状态，结果 为成分均匀、晶粒长大、应力消除、位错密度降 低。 通过保温，使工件内外温度均匀，相变充分 进行。 加热温度根据热处理的目的和平衡相图确定。 保温时间根据试验和经验确定。
金属热处理原理与工艺
试讲人：裴迪
一、金属热处理分类
1.热处理概念 金属热处理是将工件放在一定介质中 加热、保温和冷却，通过改变工件表层的 化学成分、表面或内部显微组织的结构来 改变其性能的热加工工艺。
热处理：满足组织和性能要求。 五个要素：加热介质、加热速率、加热温度、 保温时间、冷却速率。 （1）加热介质 定义：在高温下可能与工件表面发生化学反 应而改变表层成分。 例：氧化性（空气）使工件表面发生氧化；
电阻加热炉 以电为能源，加热方式的特点 是在加热器 （电阻丝或带）和工件之间存在气体介质（氧化 性、惰性、渗碳、渗氮等）。 优点：温度控制精度高，均匀性好，无噪音， 无污染等。 根据用途不同，分类包括：箱式电阻炉，井 式电阻炉、台车炉、钟罩炉等。
1、箱式电阻加热炉 组成：炉体和电热元件，炉 体由炉衬和炉门组织，形成空间， 放置工件和保持加热温度场作用。 电热元件是炉子的发热体，使 电能转化为热能而加热工件。 辅助装置：机械传动系统， 炉子操作参数测量及控制系统，保 证炉子安全运行的装置及炉内辅助 构件等。按工作温度，箱式电阻炉 可分为高温（≤1300 ℃ ）、中温 （ ≤950 ℃ ）、低温（ ≤650 ℃ ）。
3、浴炉 定义：用液体作为加热或冷却介质的热处理 炉。 介质：熔盐、熔融金属及合金、熔碱以及油 类等。 特点：加热和冷却速度快；
无氧化脱碳； 温度均匀； 不能进行退火。
浴炉两种类型： （1）外热式浴炉：由炉体和金属坩埚组成， 又称为坩埚炉。 特点：介质放在坩埚中，电热元件放在坩埚 外，热量通过坩埚壁传入介质中。 优点：不腐蚀电热元件，介质成分稳定。 缺点：金属坩埚寿命短，热惰性大，影响控 温精度。
台车炉 将炉体一分为二， 炉底像台车一样可以移 动的炉子。将炉底与其 他部分分开，如果把炉 底做成可移动的，装炉 和出炉时把炉底拉出来， 即可装入大型工件。
钟罩炉 如果炉底不动，把 其他部分移开（用吊车 等），将被加热件放到 炉底板后再罩上去，像 钟罩一样的形状，称为 钟罩炉。
真空热处理炉 炉膛内保持真空的炉子。根据真空度不同可分为 低真空炉133~13.3Pa，中真空炉13.3~1.33×10-2Pa，高 真空炉1.33×10-2 ~ 1.33×10-4 Pa，超真空炉<1.33×104 Pa。 主要特点： ➢ 加热方式为辐射换热； ➢ 在中、高真空中加热工件基本上可保持其不氧化 和不脱碳； ➢ 在高、超真空下加热，工件中的合金元素和气体 有挥发和脱气的可能； ➢ 稀薄空气易电离产生辉光或弧光放电。
（4）冷却速率 通过合理控制冷却速度就能得到所想要的 组织。 在快速冷却条件下，工件内外温差增大， 热应力和组织应力增大，容易导致工件产生大 的内应力、变形甚至开裂。所以应尽量减小冷 却速度。
2.热处理分类 （1）退火：加热到高温，随炉冷却。 特点：a.降低硬度，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，为下一道工序做好准备 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 目的：成分均匀化、细化组织、消除内应力、 降低硬度、提高塑性。
箱式炉优点： 结构简单价格低；具有较高的温度均匀性； 较高的热效率；易于实现温度和工艺过程的自动 控制。 箱式炉缺点： 中温和高温加热时氧化和脱碳严重，人工装 工件和出工件时劳动强度大。 适用范围：中、小零件的小批量热处理生产， 可提供碳钢、合金钢的淬火、正火、退火，也可 进行回火和固体渗碳以及其他热处理。