金屬熱處理工藝金屬加工行業(yè)的工藝方法01相關(guān)簡(jiǎn)介書(shū)籍簡(jiǎn)介機(jī)械性能熱處理鋼的分類(lèi)發(fā)展歷史目錄030502040607工藝過(guò)程工藝學(xué)分類(lèi)緒論目錄0908010基本信息金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變金屬材料表面或內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)來(lái)控制其性能的工藝方法。相關(guān)簡(jiǎn)介金屬組織原理氣體氮化回火化學(xué)反應(yīng)12345相關(guān)簡(jiǎn)介金屬組織金屬：具有不透明、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。合金：一種金屬元素與另外一種或幾種元素，通過(guò)熔化或其他方法結(jié)合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。相：合金中同一化學(xué)成分、同一聚集狀態(tài)，并以界面相互分開(kāi)的各個(gè)均勻組成部分。固溶體：是一個(gè)（或幾個(gè)）組元的原子（化合物）溶入另一個(gè)組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類(lèi)型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn)，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強(qiáng)度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。金屬化合物：合金的組元間以一定比例發(fā)生相互作用而生成的一種新相，通常能以化學(xué)式表示其組成。機(jī)械混合物：由兩種相或兩種以上的相機(jī)械的混合在一起而得到的多相集合體。鐵素體：碳在a-Fe（體心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。奧氏體：碳在g-Fe（面心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。原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(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝方法。早在公元前770～前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。但在古代作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專(zhuān)利。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專(zhuān)利。二十世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個(gè)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(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)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。氣體氮化氮化是向鋼的表面層滲入氮原子的過(guò)程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性。它是利用氨氣在加熱時(shí)分解出活性氮原子，被鋼吸收后在其表面形成氮化層，同時(shí)向心部擴(kuò)散。氮化通常利用專(zhuān)門(mén)設(shè)備或井式滲碳爐來(lái)進(jìn)行。適用于各種高速傳動(dòng)精密齒輪、機(jī)床主軸（如鏜桿、磨床主軸），高速柴油機(jī)曲軸、閥門(mén)等。氮化工件工藝路線(xiàn)：鍛造－退火－粗加工－調(diào)質(zhì)－精加工－除應(yīng)力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強(qiáng)度的心部組織，所以要先進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機(jī)械性能和氮化層質(zhì)量。鋼在氮化后，不再需要進(jìn)行淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性。氮化處理溫度低，變形很小，它與滲碳、感應(yīng)表面淬火相比，變形小得多(2).鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程，習(xí)慣上碳氮共滲又稱(chēng)作氰化。耐磨性和疲勞強(qiáng)度，低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。10.調(diào)質(zhì)處理quenchingandtempering：一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理?；鼗鸶鶕?jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種：（一）低溫回火（150－250℃）低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。（二）中溫回火（350－500℃）中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性。因此，（它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。（三）高溫回火（500－650℃）高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車(chē)，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類(lèi)?；鼗鸷笥捕纫话銥镠B200－330?；瘜W(xué)反應(yīng)（一）．氣氛與鋼鐵的化學(xué)反應(yīng)1.氧化2Fe+O2→2FeOFe+H2O→FeO+H2FeC+CO2→Fe+2CO2.還原FeO+H2→Fe+H2OFeO+CO→Fe+CO23.滲碳[C]+CO2→2COCH4→[C]+2H2熱處理熱處理熱處理殘余力是指工件經(jīng)熱處理后最終殘存下來(lái)的應(yīng)力,對(duì)工件的形狀,尺寸和性能都有極為重要的影響。當(dāng)它超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí),便引起工件的變形,超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)使工件開(kāi)裂,這是它有害的一面,應(yīng)當(dāng)減少和消除。但在一定條件下控制應(yīng)力使之合理分布,就可以提高零件的機(jī)械性能和使用壽命,變有害為有利。分析鋼在熱處理過(guò)程中應(yīng)力的分布和變化規(guī)律,使之合理分布對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。例如關(guān)于表層殘余壓應(yīng)力的合理分布對(duì)零件使用壽命的影響問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。（一）、鋼的熱處理應(yīng)力工件在加熱和冷卻過(guò)程中,由于表層和心部的冷卻速度和時(shí)間的不一致,形成溫差，就會(huì)導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力,即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的作用下,由于表層開(kāi)始溫度低于心部,收縮也大于心部而使心部受拉,當(dāng)冷卻結(jié)束時(shí)，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進(jìn)行而使表層受壓心部受拉。即在熱應(yīng)力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度,材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當(dāng)冷卻速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷卻過(guò)程中在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大,最后形成的殘余應(yīng)力就愈大。另一方面鋼在熱處理過(guò)程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),因比容的增大會(huì)伴隨工件體積的膨脹,工件各部位先后相變，造成體積長(zhǎng)大不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力變化的最終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力,心部受壓應(yīng)力,恰好與熱應(yīng)力相反。組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度,形狀，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。書(shū)籍簡(jiǎn)介書(shū)籍簡(jiǎn)介書(shū)名:熱處理工藝學(xué)作者：潘健生出版社：高等教育出版社出版時(shí)間：2009年01月ISBN:07開(kāi)本：16開(kāi)定價(jià):80元《金屬熱處理工藝學(xué)》經(jīng)審定為工科高等學(xué)校金屬材料與熱處理專(zhuān)業(yè)教材。鋼的分類(lèi)鋼的分類(lèi)鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。鋼是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中極為重要的金屬材料。鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼（簡(jiǎn)稱(chēng)碳鋼）與合金鋼兩大類(lèi)。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼具有一定的機(jī)械性能，又有良好的工藝性能，且價(jià)格低廉。因此，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿(mǎn)足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，有目的地加入某些元素（稱(chēng)為合金元素）而得到的多元合金。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應(yīng)用日益廣泛。由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)、保管、選用與研究，必須對(duì)鋼材加以分類(lèi)。按鋼材的用途、化學(xué)成分、質(zhì)量的不同，可將鋼分為許多類(lèi)：（一）．按用途分類(lèi)按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類(lèi)。1.結(jié)構(gòu)鋼：（1）.用作各種機(jī)器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動(dòng)軸承鋼。（2）．用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類(lèi)鋼及普通低合金鋼。機(jī)械性能機(jī)械性能金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類(lèi)。所謂工藝性能是指機(jī)械零件在加工制造過(guò)程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來(lái)的性能。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過(guò)程中加工成形的適應(yīng)能力。由于加工條件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、切削加工性等。所謂使用性能是指機(jī)械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來(lái)的性能，它包括機(jī)械性能、物理性能、化學(xué)性能等。金屬材料使用性能的好壞，決定了它的使用范圍與使用壽命。發(fā)展歷史發(fā)展歷史早在商代，就已經(jīng)有了再結(jié)晶退火的金箔飾物。公元前770～前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(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(guó)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(shuō)明是經(jīng)過(guò)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(duì)淬火質(zhì)量的影響。中國(guó)出土的西漢(公元前206～公元24)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(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國(guó)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(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國(guó)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(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對(duì)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(zhuān)利。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專(zhuān)利。二十世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。工藝過(guò)程工藝過(guò)程熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)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。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)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)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(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，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)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(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。分類(lèi)分類(lèi)金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類(lèi)。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善低碳材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱(chēng)為回火。退火、正火、淬