金屬熱處理12511

1、金屬熱處理金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成

2、形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。在從石器時代進(jìn)展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識。早在公元前770～前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化

3、處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206～公元2

4、4)中山靖王墓中的寶劍心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時

5、，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。二十世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點電位差計使?fàn)t內(nèi)氣氛的

6、碳勢達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。金屬熱處理的工藝熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料

7、。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進(jìn)行間接加熱。金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛可控氣氛或保護(hù)氣氛中保護(hù)氣氛中、熔融鹽中熔融鹽中和真空中真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和

8、控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學(xué)熱處理的保溫時間往往較長。(3)零件的形狀尺寸、加熱溫度、冷卻方式等，在不同程度上

9、都影響著鋼的淬透性。形狀尺寸小、加熱溫度高，連續(xù)冷卻等都能在一定程度上提高淬透性；而形狀尺寸大、加熱溫度低、等溫冷卻形狀尺寸大、加熱溫度低、等溫冷卻等卻能使淬透性下降使淬透性下降。(4)加熱的方式也會影響淬透性，在實際操作中這是很重要的，我們往往容易忽視這一點。因為加熱方式不同，產(chǎn)生的加熱效果也不同。例如用箱式電爐就比鹽浴爐產(chǎn)生的氧化、脫碳現(xiàn)象嚴(yán)重，就會降低淬透性箱式電爐就比鹽浴爐產(chǎn)生的氧化、脫碳現(xiàn)象嚴(yán)重，就會降低淬透性。退火淬火回火一

10、退火的種類1完全退火和等溫退火完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。2球化退火球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火

11、作好準(zhǔn)備。3去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火）去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程切削加工過程中產(chǎn)生變形或產(chǎn)生變形或裂紋裂紋。二淬火淬火時，最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬

12、不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴(yán)重易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開裂開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用適用于過冷奧氏體過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火小尺寸的碳鋼工件的淬火。三鋼回火的目的1降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時回火如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形變形甚至開裂開裂。2獲得工件所要求的機(jī)械性能獲得工件所要求的機(jī)械性

13、能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性得到所需要的韌性，塑性。3穩(wěn)定工件尺寸穩(wěn)定工件尺寸4對于退火難以軟化的某些合金鋼對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工，以利切削加工。特殊性能鋼簡介特殊性能鋼簡介特殊性能鋼具有特殊物理或化學(xué)性能，用來制造除要求具有一定

14、的機(jī)械性能外，還要求具有特殊性能的零件。其種類很多，機(jī)械制造中主要使用不銹耐酸鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。一不銹耐酸鋼不銹耐酸鋼包括不銹鋼與耐酸鋼不銹鋼與耐酸鋼。能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼能抵抗大氣腐蝕的鋼稱為不銹鋼。而在一些化學(xué)介質(zhì)（如酸類等）中能抵抗腐蝕的鋼稱為耐酸鋼耐酸鋼。通常也將這兩類鋼統(tǒng)稱為不銹鋼。一般不銹鋼不一定耐酸，而耐酸鋼則一般都具有良好的耐蝕性能。不銹鋼的鋼號前的數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾含碳量的千分之幾，合金元素金元素仍

15、以百分?jǐn)?shù)表示百分?jǐn)?shù)表示。當(dāng)含碳量≤0.03％及≤0.08％者，在鋼號前分別冠以“00”或“0”，例如不銹鋼3Cr13的平均含碳量為0.3％、鉻≈13％；0Cr13鋼的平均含碳量≤0.08％、鉻≈13％；00Cr18Ni10鋼的平均含碳量≤0.03％、鉻≈18％、鎳≈10％常用分類1馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼常用馬氏體不銹鋼含碳量為0.10.45％含鉻量為含鉻量為12141214％，屬鉻不銹鋼屬鉻不銹鋼。隨著鋼中含碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度

16、、耐磨性提高，但耐蝕性則下降碳量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性提高，但耐蝕性則下降。為了提高耐蝕性及機(jī)械性能，這類鋼最后熱處理是淬火和回火。它在空氣中可淬硬，但一般仍用油冷。這類鋼多用于機(jī)械性能要求較高，而耐蝕性要求較低的零件。如汽輪機(jī)葉片、各種泵的零件、彈簧、滾動軸承及一些醫(yī)療器械。2鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼常用含碳量低于0.15％含鉻量為1230％也屬于鉻不銹鋼。其塑性、焊接性均較馬氏體鋼好。這類鋼廣泛用于硝酸、氮肥、磷酸等化學(xué)工業(yè)