《高钢的硬度与热处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高钢的硬度与热处理（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、高钢的硬度及热解决金属热解决是将金属工件放在一定的介质中加热到合适的温度，并在此温度中保持一定期间后，又以不同速度冷却的一种工艺。 金属热解决是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热解决一般不变化工件的形状和整体的化学成分，而是通过变化工件内部的显微组织，或变化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。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和多种成形工艺外，热解决工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热解决予以控制，因此钢铁的热解决是金属热解决的重要内
2、容。此外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热解决变化其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热解决的作用逐渐为人们所结识。早在公元前770前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化解决就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中均有马氏体存在，阐明是通过淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相
3、传是派人到成都取水淬火的。这阐明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同步也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，阐明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织变化，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热解决工艺初步奠定了理论基本。与此同步，人们还研究了在金属热
4、解决的加热过程中对金属的保护措施，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 18501880年，对于应用多种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热解决的专利。 二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热解决工艺得到更大发展。一种显着的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代浮现露点电位差计,使炉内氛围的碳势达到可控，后来又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内氛围碳势的措施；60年代，热解决技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使
5、金属获得了新的表面热解决和化学热解决措施。 金属热解决的工艺 热解决工艺一般涉及加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。 加热是热解决的重要工序之一。金属热解决的加热措施诸多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。运用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量减少)，这对于热解决后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属一般应在可控氛围或保护氛围中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装措施进行保护加
6、热。 加热温度是热解决工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热解决质量的重要问题。加热温度随被解决的金属材料和热解决的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。此外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到规定的加热温度时，还须在此温度保持一定期间，使内外温度一致， 使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热解决时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热解决的保温时间往往较长。 冷却也是热解决工艺过程中不可缺少的环节，冷却措施因工艺不同而不同，重要是控制冷却速度。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。但还因钢
7、种不同而有不同的规定，例如空硬钢就可以用正火同样的冷却速度进行淬硬。 金属热解决工艺大体可分为整体热解决、表面热解决和化学热解决三大类。根据加热介质、加热温度和冷却措施的不同，每一大类又可辨别为若干不同的热解决工艺。同一种金属采用不同的热解决工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，并且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热解决工艺种类繁多。 整体热解决是对工件整体加热，然后以合适的速度冷却，以变化其整体力学性能的金属热解决工艺。钢铁整体热解决大体有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火是将工件加热到合适温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却
8、，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到合适的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对某些规定不高的零件作为最后热解决。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中迅速冷却。淬火后钢件变硬，但同步变脆。为了减少钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650的某一合适温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热解决中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 “四把火”随着加
9、热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热解决工艺 。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的合适温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热解决工艺称为时效解决。 把压力加工形变与热解决有效而紧密地结合起来进行，使工件获得较好的强度、韧性配合的措施称为形变热解决；在负压氛围或真空中进行的热解决称为真空热解决，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持解决后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热解决。 表面热解决是只加热工件表层，以变化其表层力学性能的金属热解决工艺。为了只加热工件表层而不
10、使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上予以较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热解决的重要措施有火焰淬火和感应加热热解决，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。 化学热解决是通过变化工件表层化学成分、组织和性能的金属热解决工艺。化学热解决与表面热解决不同之处是后者变化了工件表层的化学成分。化学热解决是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热解决工艺如淬火及回火。化学热解决的重要措施有渗碳、渗氮、渗金属。 热解
11、决是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的多种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行多种冷、热加工。 例如白口铸铁通过长时间退火解决可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用对的的热解决工艺，使用寿命可以比不经热解决的齿轮成倍或几十倍地提高；此外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以替代某些耐热钢、不锈钢 ；工模具则几乎所有需要通过热解决方可使用。 钢的分类 钢是以铁、碳为重要成分的合金，它的含碳量一般不不小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。 钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类
12、。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其重要成分外，还具有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了多种合金钢。合金钢是在碳钢基本上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显着的提高，故应用日益广泛。 由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类： 一 按用途分类 按钢材的用途可分为构造钢、工具钢、特殊性能钢三大类。 构造钢：1
13、.用作多种机器零件的钢。它涉及渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。 2用作工程构造的钢。它涉及碳素钢中的甲、乙、特类钢及一般低合金钢。 工具钢：用来制造多种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。 特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 二 按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按含碳量又可分为低碳钢（含碳量0.25%）；中碳钢（0.25%含碳量0.6%）；高碳钢（含碳量0.6%）。 合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%-10%）；高合金钢（合金元素总
14、含量10%）。此外，根据钢中所含重要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。三 按质量分类 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为一般钢（含磷量0.045%、含硫量0.055%；或磷、硫含量均0.050%）；优质钢（磷、硫含量均0.040%）；高档优质钢（含磷量0.035%、含硫量0.030%）。 此外，尚有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧限度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇定钢（脱氧比较完全）及半镇定钢。 钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类措施结合起来。如将钢称为
15、一般碳素构造钢、优质碳素构造钢、碳素工具钢、高档优质碳素工具钢、合金构造钢、合金工具钢等。 金属材料的机械性能 金属材料的机械性能 金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下体现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，规定的工艺性能也就不同，如锻造性能、可焊性、可锻性、热解决性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料体现出来的性能，它涉及机械性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范畴与使用寿命。 在机械制造业中，
16、一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵御破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。 金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的重要根据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料规定的机械性能也将不同。常用的机械性能涉及：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论多种机械性能。 1 强度 强度是指金属材料在静荷作用下抵御破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，因此强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。多种
