金属热处理原理与工艺

金属热处理原理及工艺

绪论

这门课对咱们专业是很重要的。

本课程的重要性从本专业研究《金属材料及热处理》的名称上可想而知，虽然现在改了专业名称，但热处理仍是一门主要专业课。本课程既研究理论问题，又解决实际问题，学好本课对于以后的科研及生产都有益无穷。这里，讲讲什么是金属热处理，其地位和作用，本课内容及要求等等。

一、什么是金属的热处理

简单地说，金属热处理，就是把金属加热到预定温度，并在此温度保持一定时间，然后以适当的速度冷却下来，从而改变其内部组织结构，得到预期性能（工艺性能，机械性能，物理和化学性能）的一种工艺方法。

如果以温度为纵坐标，以时间为横坐标，则右图中三条曲线即为热处理工艺曲线，可分为三个阶段；加热——保温——冷却。加热曲线的斜率表示加热速度，冷却也如此。

根据加热介质、方法、速度等的不同及冷却的不同，热处理又可分为若干类型。

例如，退火、正火、淬火、回火，是四种不同的热处理工艺，即传统工艺的四把火，以后都要讲到。

这些方法看起来简单，但其中有很深奥的道理。

处理工艺有很大发展，仅了解这四种传统工艺是远不够的。根据加热方式不同，还可分为感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，离子轰击热处理，真空、激光热处理。

有些热处理是要改变表面化学成分的，如表面增加C的含量为渗C，还有渗N，渗硼等。总之，金属热处理工艺方法非常多，且还在不断地发展。

二、热处理在机械制造中的地位和作用

各行各业的发展，如工业、农业、现代国防和现代科学技术的发展与金属材料所占的比重越来越大。现代工业，现代科学技术三大支柱：信息，能源，材料。而金属仍然是基本材料，尤以钢铁为主。金属材料制成的零件，在其加工过程中，要经过铸造、锻造、焊接、切削加工、热处理等一系列工序，热处理在其中担负着改进工件性能、充分发挥材料潜力，以提高使用寿命的重要任务。就目前机械工业生产状况而言，机床中要经过热处理的工件占总重量的60~70%，汽车、拖拉机中占70~80%，而轴承和各种工、模具则百分之百全部需热处理。近年来，随着工业和科学技术的发展，对于金属材料及其制件在强韧性、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等性能方面的要求更加严格，采用热处理零件的比重还将进一步增大，工艺方法将不断改进和增多。以后会在工艺部分加以介绍。

热处理之所以在机械制造中占有重要地位，是由于热处理是强化金属的重要手段。

强化金属的三个重要手段：形变，合金化，热处理。

形变强化是通过变形提高位错密度（在金属的晶体点阵中引入大量缺陷）。

合金化，改变化学成分，加入Me，形成固溶体，化合物，是通过固溶强化和第二相的弥散析出来强化的。

固溶强化对于钢铁材料来说只能在体心结构产生强化。在体心结构中，C原子间隙在扁八面体间隙中，造成不均匀畸变（剪切分量不相等），有一较大的切变分量，可以和位错产生较大的交互作用，从而造成强化。而面心结构中溶入C，C处于八面体中，只产生膨胀，而不产生及变，或说造成对称畸变，无上述效果。从Fe-C相图中可知，Fe-C合金在室温下有铁素体，F虽也可固溶强化（体心立方），但C的溶解量太少，效果不大，所以F是一软相。此时可借助热处理方法来强化。

如前所述，热处理通过加热和冷却，发生固态相变或组织状态变化，以达到强化，如共析成

分的Fe-C合金（T8钢），室温平衡组织为P，HB 170~230，若采用淬火热处理工艺手段（加热——冷却），得到M组织，则使硬度提高至HB 650~720，M是体心结构，不过饱和地固溶了相当多的C院子，甚至对共析钢来说，全部C原子，这就产生了极显著的强化效果。所以，热处理相变强化是一种很有效的强化手段，而其中又以马氏体相变强化效果最好，所以金属中相变理论研究以马氏体相变研究发展最为迅速。当然实际上金属强化往往是几种手段综合起来，互相渗透，互相促进，如在Fe-C合金中，加入Me，成为合金钢。合金钢不经过热处理，其强化成都是有限的，通过热处理可以达到最好的强烈配合，即合金化与热处理的相变强化结合起来，形变与热处理也可结合，互相促进，如现在发展了形变热处理，可有效地改善性能。

根据热处理在工艺路线中的位置，又可分为预先热处理和最终热处理。

预先热处理：为后续工艺（冷、热加工）作准备。

最终热处理：赋予零件最后使用性能。

如锉刀，一般用T12，含C 1.2%工艺流程为：坯料→热轧（后空冷，相当于正火态，为片状P+Fe3C，硬度较高）→球化退火（预先热处理）→机加工（剁齿）→淬火+回火（最终热处理）。对性能要求较多的零件都要经过这两道热处理工序。

热处理工艺的判选是否合理，工艺操作是否正确，直接影响到零件寿命。“搞好热处理，零件一顶几”，“向热处理要钢”。

如日本高速钢的产量W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2与外国差不多，而我国每年高速钢不够用，要进口，而日本要出口。

热处理的重要作用由此可见一斑。

三、本课程内容

本课程分为原理及工艺两部分。工艺后面讲。

a 原立课的内容：

1、固态相变的基本规律及特征

2、成分——组织结构——性能之间的关系

3、工艺因素的改进对上述规律的影响

工艺课是原理的具体应用，讲一般规律、共性的东西。

原理部分基本按教科书的顺序讲，但第一章“金属固态相变概论”不讲，两个原因：一是一开始就讲许多抽象的相变理论不易被接受，不如在以后各章学到哪部分讲哪部分，二是学时很紧张。

四、本课程的基本要求原理部分

1、掌握金属固态相变的基本规律，其中包括组织转变规律，转变动力学以及影响转变的因

素；

2、了解各种组织与常规力学性能的基本关系；

3、熟悉常用钢经不同热处理后的组织特征，掌握用光学显微镜识别金属材料不平衡组织的

基本方法。

学习方法：每个同学都由自己的学习方法，有些同学学习方法还是很不错的，针对本门课的特点，提出两点让大家注意：

○1注意理论结合实际，这门课是理论性实践性都很强的课，没有实际经验，较难，主要要重视实验课，实验课将接触到许多实际问题。对实验课要重视，实验课是很重要的环节，上实验课前，要看实验指导书，之后认真写好实验报告。按规定，三次实验报告布鞋，不能参加考试，相信本班没有三次不交的，不会出现这种情况。

○2要及时复习

此门课根据前几届的情况看来，有些同学不适应，这门课跟以前学过的课不太一样，不是严