热处理教程

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1、第一篇 金属材料导论,第一章 金属材料的力学性能,一、金属材料的主要力学性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。 二、硬度 硬度金属材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕的能力。 硬度直接影响到材料的耐磨性和切削加工性。 常用的硬度有：,金属材料的力学性能,1.布氏硬度HB*见图1-3 布氏硬度法*用钢球为压头：HBS,常用范围HBS450布氏硬度压痕大，硬度值较稳定，测试数据重复性好，但较费时，不宜成品检验。*可根据硬度近似算出金属的强度b=0.33HB2.洛氏硬度HR*见图1-4 洛氏硬度的测量。*HRC应用最广，范围是2067，还有HRA、HRB见表1-1 三.拉力试验四.冲击试验五.

2、抗压试验,第二章 铁碳合金,2-1 纯铁的晶体结构及其同素异晶结构,一、金属的结晶 金属在固态下一般都是晶体。 晶体原子在空间呈规律性排列；但注意，在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排列并不规律。,制造机器设备的主要材料是钢和铁， 他们是以铁和碳为主而组成的合金， 要了解钢和铸铁的本质，首先要了 解纯铁的晶体结构。,金属的结晶就是金属液转变为晶体的过程。 纯金属的结晶是在一定温度下进行的，在冷却曲线上出现一段水平段，见图1-6纯金属的冷却曲线。即：时间变化，固体增加，但金属的温度并不下降，这是由于金属结晶时放出热量，致使温度不下降。图1-6纯金属的冷却曲线,合金两种或两种以上的金属元素

3、，或金属和非金属元素熔合在一起，构成具有金属特性的物质，称为合金。 机械中大量使用合金的原因：,2-2 铁碳合金的基本组织,合金比纯金属强度、硬度高，且成本低。 可以改变合金的成分和进行不同的热处理，在很大的范围内调节其性能。,组元组成合金的元素，称为组元。合金总的稳定化合物也可作组元，例如Fe3C 相在合金中，凡化学成分和晶格构造相同、并与其他部分有界面分开的均匀组成部分，称为相。钢液是液相。铁碳合金的组织按显微镜下各相的形态特征，又可分成不同的组织：固溶体、金属化合物，和机械混合物。,例如：,2-3 铁碳合金状态图,图1-15是简化了的状态图，纵坐标是温度， 横坐标是含碳量（Wc）,含碳量

4、到6.69, 超过6.69,在工业上无实用价值。因Fe3C 是稳定的化合物,故可作为合金的一个组元, 因此，这个状态图实际上是FeFe3C图,一、铁碳合金状态图的建立1.配制不同成分的铁碳合金，加热后缓慢地冷却，记录数据，绘制它们的冷却曲线（时间、温度）。表12 各种成分的临界点2.从冷却曲线上找出临界点，并画到图1-16的成分温度坐标中。图116 铁碳合金状态图的建立3.相同意义的点连接起来。,一、钢的分类 按化学成分分：碳素钢、合金钢两大类。 按用途分：结构钢、工具钢和特殊性能钢三类。 按质量分：普通钢，优质钢和高级优质钢三类。 按脱氧程度分：镇静钢，沸腾钢等,2-4 工业用钢简介,1.应

5、满足零件的工作要求例如：受力状态，工作温度，环境介质等 2.应能满足工艺性能要求 金属材料的基本加工方法有铸造，锻造，冲压，焊接，切削加工和热处理，各种加工工艺对材料均有其工艺性能要求。 例如焊接选用低碳钢或低碳合金钢，冲压件选用低碳沸腾钢，冲模选用淬透性优良的合金工具钢。,2-5 零件选材的一般原则,3.必须重视材料的经济性 一般说，优先选用价格低的材料，例如优先选用碳素钢或灰铸铁，难以满足要求时，选用合金钢，球墨铸铁，铸钢或其它材料。16Mn比Q235成本略高，但强度高46，可减少用量 材料的牌号应符核国家标准，品种少而集中。,3-1 概述,热处理只改变材料组织性能，而不改变其形状和大小。

6、基本过程为：加热-保温-冷却 零件经适当热处理后，可以提高强度和硬度，增强耐磨性或改善塑性，切削加工性等。,第三章 钢的热处理,热处理方法,热处理,普通热处理,表面热处理,特殊热处理,表面淬火,化学热处理,火焰加热,感应加热(高、中、低频),3-2 退火和正火,退火：将钢加热保温，然后随炉冷却或埋入灰中缓慢冷却。 退火目的,一、退火,降低钢的硬度，以利于切削等加工（冲冷拉） 细化晶粒，提高钢的塑性和韧性 消除内应力，并为淬火作准备,退火种类：(1)完全退火(2)球化退火：球化退火的目的在于使过共析钢获得球状珠光体。球化退火的工艺是加热温度稍高于A以上10-20，在此温度适当停留，缓冷到低于A的

7、温度，并停留一段时间，然后冷致500度以下再空冷。,方法： 用途：主要用于具有亚共析组织的碳钢、合金钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用于淬火返修件。 注意：“完全”是退火件加热获得完全的奥氏体组织，也就是钢的组织全部进行了重结晶，所以，原来的晶粒组大，组织不匀，有内应力，塑性、韧性差，易裂，变形可以解决,但必须控制退火加热温度,否则晶粒仍粗大。,亚共析钢加热到Ac3以上3050-保温-,炉冷,炉冷空冷(快些),退火种类,退火种类,等温退火：将钢加热到Ac1以上30-50度，保温后。较快地冷却到稍低于Ar1的温度。并在此温度等温到奥氏体全部分解为止。然后取出空冷下来。等温退火比普通退火在时间上

8、要经济，同时内部组织和截面上的硬度均匀。广泛用于合金钢的退火。,正火的应用,正火的目的：1）降低硬度，提高塑性，改善切削性能和压力加工性能。2）细化晶粒，调整组织，改善机械性能。3）消除前一道工序（铸造、锻造、冷加工）所产生的内应力。 正火工艺：正火就是将钢加热到Ac3或Acm以上30-50度，保温一定时间后空冷。,3-3 淬火和回火,共析钢被加热到Ac1以上，全部转变成奥氏体。 缓慢冷却。 (A，至650温度内)得到铁素体和渗碳体的混合物珠光体。,一、淬火,钢的淬火,淬火方法：将钢加热到Ac3或Ac1以上3050，保温后在介质中快速冷却。 淬火的目的:通过淬火钢的硬度一般可以达到HRC60-

9、65.各种工具、量具、模具及渗碳零件等都要通过淬火来提高硬度和耐磨性。 保温时间：为了使零件整个截面都热透，既不但是表面，而且中心也达到淬火加热温度。而热量由表面传递到心部需要一定的时间。工件热透可由两种方法来获悉。一是根据工件的颜色来判定，热透的工件其颜色同盐浴（或炉膛）的颜色是一致的。另一种是根据工件的有效厚度来计算确定。 淬火冷却：淬火操作中，大多数的工件都希望全部淬透，既工件的表面和中心都能同样得到高硬度的马氏体组织。若工件的表面硬度已达到要求，而中心部分硬度偏低，这种情况表示“未淬透”。 淬火冷却剂：（1）水及水溶液 水是应用最广泛的一种淬火冷却剂，他的优点是在650-550度范围内

10、可造成强烈的冷却。但它在300-200也具有很大的冷却能力另外水温升高会显著降低工件在650-550范围内的冷却速度。当水中加入5-10%氯化钠或5-10%氢氧化钠则可以大大增加工件在650-550范围内的冷却速度。（2）矿物油 优点是当工件在300-200范围内冷却速度比较缓慢，缺点是在650-550范围内冷却能力不足。增加油温可以增加有的冷却能力，但不宜太高。一般控制在80-40度范围内。（3）淬火剂；AQ251，PAG水溶液，聚乙烯醇水溶液等。 回火的目的： （1）降低脆性，消除内应力，使淬火组织趋于稳定。（2）使工件获得满意的综合机械性能。 回火工艺的确定：根据回火加热温度的不同，生产

11、上把回火分为低温回火、中温回火、高温回火。回火温度的选择是根据零件在使用过程中的不同性能要求来确定。1）低温回火 低温回火的加热温度是150-250，其目的是在保持高硬度的前提下，适当降低马氏体的脆性及减少淬火应力。2）中温回火 中温回火的加热温度为300-500，其目的大多是为了使工件获得较高的弹性，一定的硬度和韧性。3）高温回火 高温回火的加热温度为500-650，习惯上将淬火和高温回火这两类操作合在一起称为调质。其目的是为了较高的强度和韧性等相匹配的综合机械性能。,钢的淬火应力和变形: 钢在淬火中引起的变形甚至开裂是淬火操作中常见的一种弊病.淬火钢的变形是由于其内部存在着各种应力所引起的

12、. 1、热应力和组织应力 由于工件表里热胀冷缩的不一致而造成的内应力称为热应力. 由于工件表里组织转变的不一致而造成的内应力称为组织应力. 2、减少应力和变形的措施 （1）正确选用钢材。 （2）预先热处理。 （3）合理的热处理工艺 3、开裂 除原材料本身有严重的非金属夹杂物，碳化物偏析等内部缺陷而导致开裂外，工件在热处理时因工艺或操作不当所产生的开裂是由于热处理应力大于工件材料的抗拉强度所致。常见原因有以下几个方面。 （1）淬火加热时的严重过热或过烧。 （2）淬火冷却剂选用不党。 （3）应力集中。 （4）多次淬火未经中间热处理。 （5）工件淬火后未及时回火。,铸铁的热处理,铸铁热处理的特点和应

13、用 铸铁热处理的特点：由于铸铁中硅含量比一般碳钢高的多。因而铸铁热处理的奥氏体化温度较高，同时高温保温时间要长。 铸铁热处理的目的：（1）减少铸件中的内应力。（2）消除铸件薄壁部分的白口组织。（3）提高铸件的强度、硬度及耐磨性。（4）使铸件具有较稳定的组织，保证在使用中尺寸不变。 铸件热处理的基本形式：（1）消除应力退火。（2）消除铸件白口，改善切削加工性的退火。（3）正火：正火可以提高铸铁组织中的珠光体量。因此，可以提高其强度、硬度和耐磨性。（4）淬火及回火 球墨铸铁的热处理：（1）球墨铸铁的正火和退火 其目的在于改变球墨铸铁基体组织中铁素体和珠光体量的比率。退火的目的是要得到铁素体为基体的

14、球墨铸铁，而正火的目的是为了得到珠光体为基体的球墨铸铁。（2）球墨铸铁的等温淬火。（3）球墨铸铁的调质处理。,3-4 表面淬火和化学热处理,目的：表层有较高硬度、耐磨性，而心部保持着原来的塑性、韧性。(退火、正火或调质状态的组织) 目前生产中常用感应加热，其次是火焰加热。 通常：淬火前正火或调质，淬火后低温回火。淬火后深度和电流频率有关，频率低深度大些。 常用于中碳钢、中碳低合金钢、高碳工具钢、铸铁等，硬度可比普通淬火高23HRC,一、表面淬火,1、渗碳 向低碳钢或低碳合金钢渗入碳原子的过程。加热到900950，长期保温-渗碳 渗碳后要淬火和低温回火 主要用于承受较大冲击载荷和严重磨损的零件，硬度HRC5864左右 2、氮化（渗氮） 向钢表层渗氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性等。 氮化后不需淬火，氮化生产周期长，不能承受冲击。,二、化学热处理,热处理车间常用设备,一.加热炉分类 1.按热源分 (1)电炉 (2)燃料炉 2.按炉型分 (1)箱式炉 (2)井式炉 3.按工作温度分 (1)高温炉:1000-1300 (2)中温炉:650-1000 (3)低温炉:650 4.按加热介质分 (1)空气炉 (2)控制气氛炉 (3)浴炉,