金属材料及热处理详解

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1、金属材料及热处理 考核知识点 1、熟悉钢的常规热处理、铸铁热处理、有 色金属热处理的工艺方法 3、熟悉常用热处理设备的用途 3、掌握典型零件热处理方法（轴、齿轮、 弹簧、模具、滚动轴承、工具、铸件、有 色金属件） 一、钢的常规热处理 退火： 目的：细化晶粒，消除应力，为切削 加工作准备 退火方式： 1、完全退火 得到组织：片状珠光体铁素体 应用领域： 中碳钢、低、中碳合金结构钢 球化退火 得到组织：球状珠光体细小渗碳体 应用领域： 所有高碳钢及高碳合金钢（如工具钢 、轴承钢） 正火 作用： 1、改善低碳钢，低碳合金钢的切削加工性。 2、可以消除过共析钢的网状渗碳体，往往放在 球化退火的前面，作

2、为预备热处理。 3、对性能要求不高的工件可以作为最终热处理 。 淬火回火 淬火工艺：加热某一温度，保温后通过冷却介质 快速冷却、从而得到马氏体的一种工艺。 目的：提高硬度。 能否得到马氏体，主要取决于淬透性 影响淬透性的因素：合金元素 影响淬硬性的因素：含碳量 淬火后的工件必须进行回火。 回火方式 回火方式回火组织组织得到性能 低温回火250 回火马氏体 高硬度和耐磨性 5864HRC 中温回火250 500 回火托氏体 高的弹性极限和疲劳 强度：3550HRC 高温回火（调质 ）高于500 回火索氏体 良好的综合机械性能 230350HBS 主要用途 低温回火：工具、量具、冷冲模具及耐 磨零

3、件 中温回火：弹性零件、热锻模 高温回火：受力构件，如螺栓、连杆、 齿轮、曲轴 钢的表面淬火 目的：提高表面硬度和耐磨性 一、火焰淬火 优点：操作简单、无需特殊设备、适合中碳 、中碳低合金钢（单件或小批量）生产。 缺点：加热不均匀、质量不稳定 感应加热淬火 优点： 质量好、组织均匀、硬度高。根据频率不同，可得到 不同和硬化层深 分类： 高频感应加热(200-300KHZ)： 淬硬层深：0.52mm 中频感应加热(1-10KHZ) ： 淬硬层深：28mm 工频感应加热(50HZ) ： 淬硬层深：1015mm 应用范围：中碳、中碳低合金钢（大批量） 轴类零件 钢的渗碳 分类：气体、固体、液体渗碳

4、工艺： 渗碳后进行淬火低温回火 性能： 表面具有高的硬度和耐磨性、心部具有 较好 的韧性和一定的强度。能承受大的冲击、较 大的磨擦和接触疲劳强度。 适合于：低碳钢及低碳低合金钢 用途：齿轮、主轴、活塞销 钢的渗氮 工艺： 在（AC1）以下某一个温度，使活性氮渗入工作表 面的化学热处理工艺（在精加工后进行） 分类：气体、液体、离子 优点： 变形小、硬度高、耐磨性好、疲劳强度高，并有 一定的耐蚀性的热硬性。 缺点： 周期长、渗氮层脆性大，渗层薄。 用途： 交变载荷下工作的，要求耐磨和尺寸精度高的重 要零件。如精密齿轮、高精密机床的主轴、镗床 镗杆等。 二、铸铁的热处理 灰口铸铁的热处理 工艺艺名称

5、工艺艺方法目的 消除应应力退火500560 保 温、炉冷 消除应应力、减 少变变形 消除白口组织组织 退火 800950 保 温炉冷 消除白口组织组织 、降低硬度 表面淬火火焰或感应应表 面淬火 提高表面硬度 及耐磨性 球墨铸铁 工艺艺 名称 工艺艺方法目的 退火消除应应力退火500560 高温退火920980 低温退火700760 （ 没有渗碳体的铸铸件） 消除应应力 消除白口组织组织 获获得较较高的塑性 正火高温正火（A） 低温正火（AF区） 提高铁铁素体含量 提高塑性 调质调质860 900 淬火高温 回火 提高综综合机械性能 等温淬 火 860 900 快速冷却到 250350 进进行

6、等温处处 理 得到下贝贝氏体马马 氏体残余A球状 石墨，良好的综综合性 能 三、有色金属热处理 铝合金热处理 形变铝合金热处理：（防锈铝、硬铝、超硬铝、锻铝） 工艺名称目的 扩扩散退火（均匀化退火 ） 消除合金铸锭铸锭 中的晶内 偏析 再结结晶退火消除应应力，提高塑性 去应应力退火消除应应力、保证证强度 淬火时时效提高硬度 铸造铝合金 工艺名称目的 退火消除应应力、稳稳定尺寸 淬火时时效 （ZL104合金缸体） 提高硬度和强度 铜合金的热处理 铜合金的热处理分二种情况： 能进行热处理强化的铜合金： 含铝大于9%的铝青铜、铝白铜、硅 青铜、铍青铜 铜合金不能进行热处理强化如： 黄铜、锰青铜、铬青

7、铜、锌白铜、 锰白铜 铜合金热处理 工艺名称目的 去应力退火减少应力、稳定尺寸 再结晶退火消除冷加工硬化、恢复 塑性 均匀化退火消除铸件内应力、减轻 铸造偏析 淬火时效（铍青铜） 提高硬度、强度 淬火回火（铬青铜、白 青铜、铝青铜） 提高硬度、强度 热处理设备 设备设备 名称优优点缺点 空气炉便宜、操作简单简单工件易氧化、脱 碳 盐盐浴炉加热热快、温度均匀、减少 氧化、可进进行局部加热热 辅辅助时间长时间长 、辅辅助材料消 耗大，工作条件差、清理麻 烦烦。 井式渗碳炉炉内有碳、氮气氛，有扇 叶搅搅拌、加热热均匀 仍有轻轻微氧化 保护护气氛加热热 电电炉（加氨气 、甲醇） 操作简简便、性能稳稳定

8、、应应 用范围围广泛 真空炉无氧化、无脱碳、表面光 亮、变变形小 一次性投资资大 感应应加热热炉（ 高频频、中频频、 工频频） 节节能、无公害、易实现实现 自 动动化。在一定条件下可代 替滲碳、碳氮共渗 设备设备 投资资大 零件热处理分析 热处理的工序安排 一、预备热处理（退火、正火、调质） 1、退火、正火的工序的位置通常安排在毛坯生产之 后，切削加工之前。目的是改善毛坯的组织和应力， 为后面的热处理作准备。 2、对于精密零件，为了消除切削时的残余加工应力 ，在半精加工以后还安排去应力退火。 3、调质工序一般要安排在粗加工之后，精加工、半 精加工之前。注意不要安排在粗加工之前，这样会把 调质层

9、被切削掉，失去调质处理的作用。 最终热处理 最终热处理包括淬火、回火、表面处理。 1、如要求强韧性好的零件，可采用调质处理。 2、对精度要求高的零件（如量具），淬火后要 进行冷处理后再进行回火 3、如要求表面耐磨，而心部强韧性好，分二种 情况： （1）对中碳钢：可先进行调质处理，然后再进 行表面处理 （2）对低碳钢：进行渗碳淬火低温回火 4、对高合金钢淬火后一般要进行二三次回火 处理（如高速钢就必须回火三次） 举例 齿轮热处理： 机床齿轮：45钢 坯料正火粗加工调质精加工高频淬火 低温回火 汽车齿轮：20CrMnTi 坏料正火切削加工渗碳、淬火、低温回火 喷丸磨削加工。 典型零件的热处理工艺分

10、析 一、车床主轴 热处理技术条件： 1、该轴选用45钢的锻件毛坯， 2、整体要求综合机械性能好，硬度为220 250HBS； 3、内锥孔和外锥体硬度为4548HRC； 4、花键齿廓部分硬度为4853HRC。 主轴的加工工艺路线为： 备料一锻造一检验退火一机械粗加工一调 质一机械半精加工一锥孔及外锥体的局部淬 火、低温回火 一粗磨(外圆、锥孔、外锥体 )一铣花键、高频淬火、低温回火一精磨(外 圆、锥孔、外锥体)。 近两年考试题分析 1、一汽车转向节，硬度要求241255HBS、轴颈 圆角及端面硬度5263HRC、硬化层深36mm， 硬化层组织为针状马氏体（67级），选择什么材 料？毛坯进行什么热

11、处理？热处理后获得什么组织 ？轴颈圆角及端面进行什么热处理？检查裂纹的采 取什么方法 答案： 1、选择：40Cr 2、进行调质处理 3、得到回火索氏体 4、中频感应淬火 5、磁粉探伤 2、某油压机缸体的零件尺寸如图所示，材料为40C r。钢 体为锻造毛坯，基体具有足够的强韧性，硬度为25HRC；内 壁有高的耐磨性，硬度62HRC，内孔的表面粗糙度为Ra0.4 。试制订主要工艺路线。 主要工艺路线 下料锻造检验 检查 硬度粗加工 检验精 加工 检验精磨。 退火 调质 渗氮 3、端面铣刀，材料为高速钢，要求硬度62 65HRC，制定其加工工艺顺序，并说明高速钢铣 刀的热处理工艺的特点和目的。 下料

12、锻造检验球化退火检验 机加工淬火三次回火检验精磨 球化退火的目的：消除应力、细化组织 为机加工作准备 淬火三次回火：提高硬度、耐磨性和 疲劳强度 4、为保证材料为CrWMn钢的高精度尺寸稳定性 好，硬度高、耐磨性好及足够韧性，毛坯成形后 、精加工后、粗磨后、精磨后分别要进行哪些热 处理才能满足性能要求？ 1、毛坯成形后调质处理 2、精加工后淬火冷处理低温回火 3、粗磨后冷处理 4、精磨后回火 测试题 1、在金属及合金中，主要是（ ），但有时也不同 程度混有其它键。 2、晶体的特征是具有一定的熔点和（ ）。 3、铁碳合金相图中，共析转变温度为（ ） 4、含碳量 （ ）为铸铁。 5、碳钢调质处理后

13、获得的组织应为（ ）。 6、高速钢片铣刀淬火后易变形，应采用（ ）矫正法最 为有效。 7、中碳结构钢铸件、锻、轧件以及焊接件中出现的魏氏组织 、粗大晶粒等地热缺陷和带状组织，通过（ ）处理可以 消除这些缺陷。 8、38CrMoAl钢膛杆通常采用（ ）化学热处理。 9、汽车变速齿轮一般采用（ ）化学热处理。 10、三大固体材料是指（ ） 11、测定金属材料化学成分最传统、较准确的方法是（ ） 12、测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金 属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后的硬度，多采用 （ ）硬度计。 13、机床床身通常采用（ ）材料。 14、铁碳相图中有三条恒温转变线分别表示（ ）。

14、 15、钢的淬硬性高低取决于（ ）。 16、淬火油槽的温度一般控制在（ ）以下。 17、铍青铜可采用（ ）强化。 18、为避免和减少钢件热处理时的氧化、脱氧最好采用（ ）。 19、高速钢直柄麻花钻采用（ ）化学热处理，耐用度最高。 20、65Mn钢弹簧类零件常用的强韧化的方法是（ ）。 21、机床导轨表面硬化最后采用（ ）热处理。 22、球墨铸铁制作拉延模时，经正火、回火后，还需进行（ ）化学 热处理。 答案 1.金属键 2.各向异性 3.727 4.2.11% 5.索氏体 6.回火矫正法 7.正火 8.渗 氮 9.渗碳 10.金属材料 陶瓷材料 高分子材 料 11.化学分析法 12.布氏 1

15、3.灰铸铁 14.包晶转变 共析转变 共晶转变 15.钢的 含碳量 16. 80 17.固溶时效 18.真 空炉 19.氧硫碳氮硼共渗 20.等温淬火 21. 超音频淬火 22. 氮碳共渗 复习及考试时要注意的几点 1、重点掌握和理解书中的例题和习题内容 。 2、知识点的掌握，主要是基本概念要清晰 。 3、凡是涉及到写出工艺过程的题，一定从 下料开始，写得越完整越好。 4、重点注意弹簧、轴及轴承的热处理工艺 方法。 淬火畸变的矫正方法 1.热压矫正 使工件在机械压力作用下冷却或在冷却至接近Ms时加压矫正， 可利用奥氏体的塑性消除或减小淬火的畸变 2.热点矫正 用乙炔-氧火焰在工件的凸起侧局部短时加热，利用局部加热和 冷却的内应力实现矫正 3.反击矫正 将畸变工件放置平板上，用淬过火的扁嘴锤敲击凹处，使之伸 展而变直。这种方法使用于淬火之后硬度较高的，直径在30厘米 以下的轴类，杆类零件。 4.冷压矫正 将工件于冷态在压力机上矫正。这种方法用于硬度不高或淬硬 层较浅的工件 5.回火