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。

4.疲劳強度:

疲劳強度又称疲劳极限。減少零件的应力集中，改善零件表面质量及使零件表面保留压应力均能有效地提高零件的疲劳強度。

5.硬度:

硬度即指材料抵抗局部变形，特別是塑性变形、压痕或划痕的能力，它是各种零件和工具必须具备的性能指标之一，也是热处理主要的质量检验标准。

(1).检测方法:

就是用一定几何形狀的压头，在一定载荷下，压入被测金属材料表面，根据被压入程度來测定其硬度值。

(2).表示方法:

压入硬度测定法(如布氏硬度、洛氏硬度等);回跳硬度测定法(如肖氏硬度、里氏硬度)等，而在现場生产中常用的是压入硬度测定法，即布氏硬度、洛氏硬度等。

A.布氏硬度(HB):

它是用一定直径的球体(淬硬钢球或硬质合金球)，以相应的试验力压入被测钢料表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量表面压痕直径來计算硬度的一种压痕硬度方法。

B.洛氏硬度(HRC):

洛氏硬度值是用洛氏硬度相应标尺刻度滿量程(100)与残余压痕深度增量之差计算硬度值，HR值可直接从表盘显示数字中得出。

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。

热处理

普通（整体）热处理

表面热处理

退火 正火 淬火 回火

表面淬

表面化学热处理

感应加热表面淬火

火焰加热表面淬火 激光加热表

渗碳 渗氮 碳氮共渗 渗金属等

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”