金属热处理

金属热处理金属热处理：是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。金属热处理的意义：是通过改变工件内部的显微组织，或改变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。金属热处理过程：包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳，因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。冷却是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。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。热处理普通（整体）热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火表面化学热处理感应加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火等渗碳渗氮碳氮共渗渗金属等金属热处理分类常用热处理方法的工艺曲线示意图一、退火1.退火退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度，经保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的一种热处理工艺。退火的目的：a.降低硬度，以利于切削加工；b.细化晶粒，改善组织，提高机械性能；c.消除内应力，为下一道热处理作好准备；d.提高金属材料的塑性、韧性，便于进行冷冲压或冷拉拔加工。退火的缺点：占用设备；生产率低。2.正火正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属的临界温度，经保温一定时间，随后在空气中冷却，以获得更细组织的一种热处理工艺。正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：a.正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获得的组织更细。b.正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而塑性、韧性则稍低。c.不占用设备；生产率高。3.淬火淬火是将金属制件加热到这种金属的临界温度以上30～50℃，经保温一定时间，随后在水或油中快速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。淬火的目的：提高金属材料的强度和硬度，增加耐磨性，并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。4.回火回火是把淬火后的金属制件重新加热到某一温度，保温一段时间，然后置于空气或油中冷却的热处理工艺。回火的目的：为了消除淬火时因冷却过快而产生的内应力，降低金属材料的淬性，使它具有一定的韧性。根据加热温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。（2）中温回火：回火温度为350～500℃。中温回火可大大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低，应用于弹簧和热锻模等。（3）高温回火：回火温度为500～650℃。高温回火可以消除内应力，硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、韧性等综合机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。5.调质处理淬火后再经高温回火的热处理工艺，称为调质处理。一般要求具有较高综合机械性能的重要结构零件，都要经过调质处理。回火方法加热温度（℃）力学性能特点应用范围硬度（HRC）低温回火150～250高硬度、耐磨性刃具、量具、冷冲模等58～65中温回火350～500高弹性、韧性弹簧、钢丝绳等35～50高温回火500～650良好的综合力学性能连杆、齿轮及轴类20～30热处理中的“四把火”热处理方式定义作用退火将金属构件加热到高于或低于临界点，保持一定时间，随后缓慢冷却。降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向使金属内部组织达到或接近平衡状态。正火将工件加热到适宜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，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。使钢件变硬，但同时变脆。回火将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却。调质淬火+回火获得一定的强度和韧性表面热处理和化学热处理一、表面淬火表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。目的：为了获得高硬度的表面层和有利的残余应力分布，提高工件的硬度和耐磨性。表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触加热、激光加热等。二、化学热处理化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。钢的分类按化学成分分类可分为碳素钢和合金钢碳素钢按含碳量多少可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢合金钢按合金元素的含量又可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢合金钢按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等按冶金质量分类按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为：普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%）优质钢（S%、P%≤0.040%）高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%）按冶炼时脱氧程度，可将钢分为：沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。按用途分类按钢的用途可分为：结构钢、工具钢和特殊性能钢结构钢又分为：工程构件用钢和机器零件用工具钢分为：刃具钢、量具钢、模具钢特殊性能钢分为：不锈钢、耐热钢等按金相组织分类按退火态的金相组织可分为：亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。按正火态的金相组织可分为：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。•奥氏体－碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体，仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处•珠光体－铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。合金元素在钢中的作用•镍：增加强韧性、耐蚀性、耐磨性、弹性细述和低温冲击抵抗性•铬：增加耐磨性、耐蚀性及高温强度•钨：增加耐磨性及高温强度、硬度•硅：增加耐热性、耐蚀性；低合金钢之强度增加，增加电磁气性质•锰：高温之抗拉强度、硬度增加，防止因硫而产生的脆性•钼：作用与钨相同，但效果大两倍•钴：增加硬度与磁性•钒：增加韧性、耐磨性、淬火性•钛：增加耐高温强度及对海水的耐蚀性•铜：增加在空气中之抗氧化性及抗蚀性•铝：增加流动性•磷：增加耐蚀性，但超过0.1％时会有热脆性•硫：增加钢的切削性及热脆性，但一般含量要少碳钢分类按钢中含碳量多少分：低碳钢中碳钢高碳钢Wc0.25%Wc=0.25%—0.6%Wc0.6%低碳钢特点：塑性好、韧性好、硬度强度低（软刚）、耐磨性差。热处理：通常情况下将其进行渗碳，然后淬火，再低温回火后使用。中碳钢特点：热加工及切削性能良好，强度硬度比低碳钢高，韧性塑性低于低碳钢，焊接性能较差。热处理：通常采用完全（加热到单相奥氏体区得到单相均匀奥氏体）淬火加中温或高温回火的热处理工艺。高碳钢特点：具有高硬度和高耐磨性，焊接性能差。热处理：1.预先热处理采用球化退火；2.采用不完全（加热到两相区得到奥氏体加未溶碳化物）淬火加低温回火的热处理工艺。