鋼的熱處理介紹

1、鋼的熱處理介紹 金屬材料進(jìn)行熱處理是改善和提高零件性能的重要方法，因此 在零件的制造過程中，熱處理是不可缺少的。 一、常用的金屬材料鋼與鑄鐵 金屬材料包括純金屬及其合金（即在一種金屬中加入其它元素 所形成的金屬材料） 。工業(yè)上又把金屬材料分為兩大類：一類為黑色 金屬，它包括鐵、錳、鉻及其合金，其中以鐵基合金（即鋼和鑄鐵） 應(yīng)用最廣； 另一類為有色金屬， 是指除黑色金屬以外的所有金屬及其 合金。 在工業(yè)上使用的金屬材料中，以鋼和鑄鐵使用最多。鋼和鑄鐵 （總稱為鋼鐵材料）是以鐵為主，加入碳等其它合金元素所組成的， 故稱為鐵碳合金材料。一般把含碳量小于2%的鐵碳合金稱為鋼；大 于 2%的鐵碳合金稱為

2、鑄鐵。 1. 鋼的分類、編號(hào)及性能特點(diǎn)： 根據(jù)成分不同鋼可分為碳素鋼（簡(jiǎn)稱碳鋼）和合金鋼兩類。 （1）碳素鋼 碳素鋼中以鐵和碳為主要元素， 但常含有Mn Si、S、P等雜質(zhì) 元素，其中 S、 P 對(duì)鋼的性能危害很大。因此根據(jù)硫、磷含量多少， 把鋼分為：普通質(zhì)量鋼（S 00.0%,PW 0.005%）優(yōu)質(zhì)鋼（S 0.03%,P 0.035%），高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（S 0.02%,P0.6%。所以低碳鋼的強(qiáng)度、硬 度低，塑性韌性好，常用于受力較小的沖壓件 （如皮帶輪罩殼、 墊圈、 自行車的擋泥板等） 、焊接件等；高碳鋼的強(qiáng)度高，塑性低，常用于 制造受力較大的彈簧等零件；中碳鋼既有一定強(qiáng)度，也有一定塑性，

3、常用于制備受力較大、較復(fù)雜的軸類零件等。 工業(yè)上根據(jù)用途不同， 將碳素鋼分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和碳素工具鋼。 （a）碳素結(jié)構(gòu)風(fēng) 該類鋼主要用于各種結(jié)構(gòu)件。根據(jù)鋼的質(zhì)量不同（即S、P含量） 分為碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼是屬于普通質(zhì)量鋼，其牌號(hào)表示方法為Q+三位數(shù)字。 q為“屈”字的漢語(yǔ)拼音子首，后面三位數(shù)為表示該鋼的屈服點(diǎn)（MPa 數(shù)值，如常用的Q235表示屈服點(diǎn)為235MPa的普通質(zhì)量鋼。Q235鋼 的舊牌號(hào)稱為A3鋼，一般受力不大、不重要零件常用 Q235鋼制造， 如一般的螺釘、螺母、沖壓件、焊接件。橋梁建筑的結(jié)構(gòu)件等。屬于 這類鋼的還有 Q195 Q215 Q255 Q275等。

4、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼常經(jīng)熱處理后使用，其牌號(hào)的 一般表示方法為兩位數(shù)字，這兩位數(shù)字表示該鋼的含碳量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)。 如 45 號(hào)鋼，表示該鋼的含碳量為 0.45%左右。常用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu) 鋼為 20 45 和 65號(hào)鋼。 20號(hào)鋼屬低碳鋼， 45號(hào)鋼屬中碳鋼， 65號(hào) 鋼屬高碳鋼。 （b）碳素工具鋼 該類鋼主要用于制造各種工具、量具、模具及量具等。該鋼的 牌號(hào)表示方法是“ T后面加一位或兩位數(shù)字組成。T為“碳”字漢 語(yǔ)拼音字首，后面的數(shù)字表示該鋼含碳量的千分?jǐn)?shù)。如 T8A鋼，表示 含碳量為 0.8%的高級(jí)碳素工具鋼； T12 表示含碳量為 1.2%的碳素工 具鋼。常用的碳素工具鋼有：T7、T

5、8 T10、T12等。 該類鋼的含碳量較多，強(qiáng)度、硬高度、耐磨性好，經(jīng)熱處理后 使用。常用于高強(qiáng)度、高耐磨性的零件和工具等如銼刀、鋸條、簡(jiǎn)單 小型沖模等。 （2）合金鋼 合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上再加入其它合金元素所形成的鋼。 合金元素的加入是為了改善與提高鋼的力學(xué)性能和獲得某些特殊性 能（如耐蝕性）。常用的合金元素有 Mn、 Cr、 Ni、 Si、 W、 Mo、 Ti 等。 按加入的合金元素含量多少可分為低合金鋼（合金元素總含量 10%。工業(yè)上按合金鋼的用途分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼 和特殊性能鋼。 （a）合金結(jié)構(gòu)鋼用來(lái)制造各種重要的機(jī)械零件，其編號(hào)為：數(shù) 字+化學(xué)元素符號(hào) +數(shù)字，前面的為兩

6、位數(shù)字， 表示鋼的平均含碳量的 萬(wàn)分之幾，后面的數(shù)字表示含合金元素含量的百分比。 如 60Si2Mn,60 表示含碳量0.6%; Si2表示含硅量為2%含Mn為w 1.5%。這類鋼中 應(yīng)用較多的是 40Cr 鋼。 （ b 、合金工具鋼這類鋼常用于制造各種刀具、模具和量具等。 其牌號(hào)表示方法和合金結(jié)構(gòu)鋼類似， 不同的是第一位數(shù)表示含碳量的 千分之幾，且大于1%寸不標(biāo)出。例如3Cr2W8Vt岡。高速鋼是常用的 合金工具鋼，含碳量一般不標(biāo)出，如W18Cr4V其含碳量為0.70.8%。 W18Cr4V常用于制造車刀、銑刀、刨刀和各種沖模。 (c) 特殊性能鋼是指具有特殊物理和化學(xué)性能的合金鋼，不銹 鋼

7、是其中一種，常用的牌號(hào)為 1Cr18Ni9。 2. 鑄鐵 常用鑄鐵的成分與鋼不同，鑄鐵的含碳量大于 2%(常用 2.5 4%C,其雜質(zhì)遠(yuǎn)大于鋼。鑄鐵的組織中有石墨存在，石墨的強(qiáng)度近于 零，因此石墨存在相當(dāng)于鋼的基體上存在裂縫或空洞， 使鑄鐵的性能 比鋼低，特別是抗拉強(qiáng)度和塑性低，不能進(jìn)行鍛壓加工，但其硬度和 抗壓強(qiáng)度較好， 所以鑄鐵主要用于承受壓力的零件。 工業(yè)上根據(jù)石墨 形狀不同分為灰口鑄鐵、可鍛鑄鐵和球墨鑄鐵等。 ( 1 )灰鑄鐵 石墨以片狀形態(tài)存在的鑄鐵稱為灰鑄鐵。由于片狀石墨存在， 其石墨尖端的應(yīng)力集中現(xiàn)象， 使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度及塑性低。 灰鑄鐵 的牌號(hào)為HT后加三位數(shù)字。三位數(shù)字表示

8、最低的抗拉強(qiáng)度(MPa。 例如HT200 HT250和 HT300等共六種。 ( 2)可鍛鑄鐵 石墨以團(tuán)絮狀的形態(tài)存在的鑄鐵稱為可鍛鑄鐵。由于團(tuán)絮狀石 墨對(duì)應(yīng)力集中影響較小， 故可鍛鑄鐵的力學(xué)性能較灰鑄鐵高。 可鍛鑄 鐵的牌號(hào)為三個(gè)拼音字和二組數(shù)字：如KTH300-06、 KTZ550-04。 KT 表示“可鍛”，“ H和“Z”分別表示“黑”和“珠”的拼音字首；前 一組三位數(shù)表示最低的抗拉強(qiáng)度（MPa；后一組數(shù)字表示最低伸長(zhǎng)率 （ %）。 （ 3 ）球墨鑄鐵 石墨以球狀形態(tài)存在的鑄鐵稱為球墨鑄鐵。由于球狀石墨的應(yīng) 力集中影響更小， 故球黑鑄鐵的性能最好。 球墨鑄鐵的牌號(hào)表示和可 鍛鑄鐵類似，就

9、是把拼音字母改為“QT。如QT45O-10 QT600-3等。 二、鋼的熱處理工藝 熱處理就是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫 和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)的工藝。所以熱處理的過程就是按加熱- 保溫-冷卻這三階段進(jìn)行，這三個(gè)階段可用冷卻曲線來(lái)表示（如圖所 示）。不管是那種熱處理，都是分這三個(gè)階段，不同的是加熱溫度、 保溫時(shí)間和冷卻速度不同。 熱處理工藝的特點(diǎn)是不改變金屬零件的外形尺寸，只改變材料 內(nèi)部的組織與零件的性能。 所以鋼的熱處理目的是消除材料的組織結(jié) 構(gòu)上的某些缺陷， 更重要的是改善和提高鋼的性能， 充分發(fā)揮鋼的性 能潛力，這對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長(zhǎng)使用壽命有重要的意義。 鋼的熱處

10、理種類分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。常用的 整體熱處理有退火，正火、 淬火和回火；表面熱處理可分為表面淬火 與化學(xué)熱處理兩類。 1. 退火 退火就是將金屬或合金的工件加熱到適當(dāng)溫度（高于或低于臨 界溫度，臨界溫度即使材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度） ，保持一定的時(shí)間， 然后緩慢冷卻（即隨爐加熱保溫冷卻冷或者埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中） 的熱處理工藝。退火工藝的特點(diǎn)是保溫時(shí)間長(zhǎng)，冷卻緩慢，可獲得平 衡狀態(tài)的組織。 鋼退火的主要目的是為了細(xì)化組織，提高性能，降低硬度，以 便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力；提高韌性，穩(wěn)定尺寸。使鋼的組織與成 分均勻化； 也可為以后的熱處理工藝作組織準(zhǔn)備， 根據(jù)退火的目的不 同，退火

11、有完全退火、球化退火、消除應(yīng)力退火等幾種。 退火常在零件制造過程中對(duì)鑄件、鍛件、焊件接進(jìn)行，以便于 以后的切削加工或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備。 2. 正火 將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50 C，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止 的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的主要目的是細(xì)化組織， 改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織。 正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所 以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。 故退火與正火同樣能達(dá)到零件性能要求 時(shí)，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處 理。一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使 其正火后硬度較高，不利于切削加工。 3.

12、淬火 將鋼件加熱到臨界點(diǎn)以上某一溫度（ 45 號(hào)鋼淬火溫度為 840-860 C ,碳素工具鋼的淬火溫度為760780C）,保持一定的時(shí)間, 然后以適當(dāng)速度冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為 淬火。 淬火與退火、正火處理在工藝上的主要區(qū)別是冷卻速度快，目 的是為了獲得馬氏體組織。 也就是說要獲得馬氏體組織， 鋼的冷卻速 度必須大于鋼的臨界速度。 所謂臨界速度就是獲得馬氏體組織的最小 冷卻速度。鋼的種類不同， 臨界冷卻速度不同，一般碳鋼的臨界冷卻 速度要比合金鋼大。 所以碳鋼加熱后要在水中冷卻， 而合金鋼在油中 冷卻。冷卻速度小于臨界冷卻速度得不到馬氏體組織， 但冷卻速度過 快，會(huì)使鋼

13、中內(nèi)應(yīng)力增大，引起鋼件的變形，甚至開裂。 馬氏體組織是鋼經(jīng)淬火后獲得的不平衡組織，它的硬度高，但 塑性、韌性差。馬氏體的硬度隨鋼的含碳量提高而增高。 所以高碳鋼、 碳素工具鋼淬火后的硬度要比低、 中碳鋼淬火后的硬度高。 同樣馬氏 體的塑性與韌性也與鋼的含碳量有關(guān)，含碳量低，馬氏體的塑性，韌 性就較好。 4. 回火 鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時(shí) 間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。 淬火后的鋼件一般不能直接使用，必須進(jìn)行回火后才能使用。 因?yàn)榇慊痄摰挠捕雀?、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷。通過回火可以 消除或減少內(nèi)應(yīng)力、降低脆性，提高韌性；另一方面可以調(diào)整淬火鋼 的力學(xué)

14、性能，達(dá)到鋼的使用性能。根據(jù)回火溫度的不同，回火可分為 低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。 （1）低溫回火 淬火鋼件在250C以下的回火稱為低溫回火。低溫回火主要是 消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，一般很少降低鋼的硬度，即低溫回火后 可保持鋼件的高硬度。 如鉗工實(shí)習(xí)時(shí)用的鋸條、 銼刀等一些要求使用 條件下有高硬度的鋼件，都是淬火后經(jīng)低溫回火處理。 （2）中溫回火 淬火鋼件在250C500C之間的回火稱為中溫回火。淬火鋼件 經(jīng)中溫回火后可獲得良好的彈性，因此彈簧、壓簧、汽車中的板彈簧 等，常采用淬火后的中溫回火處理。 （3）高溫回火 淬火鋼件在高于500C的回火稱為高溫回火。淬火鋼件經(jīng)高溫 淬火后，具

15、有良好綜合力學(xué)性能（既有一定的強(qiáng)度、硬度，又有一定 的塑性、韌性）。所以一般中碳鋼和中碳合金鋼常采用淬火后的高溫 回火處理。軸類零件應(yīng)用最多。淬火 +高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。 5. 表面熱處理 僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變組織和性能的工藝稱表面熱處 理。 （1）表面淬火僅對(duì)鋼件表層進(jìn)行淬火的工藝稱為表面淬火。其 熱處理的特點(diǎn)是用快速加熱的方法把鋼件表面迅速加熱到淬火溫度 （這時(shí)鋼件的心部溫度較低） ，然后快速冷卻，使鋼件的一定深度表 層淬硬，心部仍保持其原來(lái)狀態(tài)。 這樣就提高鋼件表面硬度和耐磨性， 心部仍具有較好的綜合力學(xué)性能 （一般表面淬火前進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理） 例如齒輪工作時(shí)表面接觸應(yīng)力大，摩擦

16、利害，要求表層高硬度，而齒 輪心部通過軸傳遞動(dòng)力（包括沖擊力） 。所以中碳鋼制造的齒輪是調(diào) 質(zhì)處理后，再經(jīng)表面淬火。表面淬火由于采用的快速加熱方法不同有： 火焰加熱表面淬火、 感應(yīng)加熱表面淬火。 感應(yīng)加熱表面淬火又由于電 源頻率不同有高頻淬火、中頻淬火。 （2）化學(xué)熱處理將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中 保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面， 以改變工件表面的化學(xué)成分、 組織和性能的熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理。 化學(xué)熱處理的過程也是加 熱T保溫T冷卻的三個(gè)階段，其不同的是在一定介質(zhì)中保溫。根據(jù)滲 入元素不同，化學(xué)熱處理有滲低碳合金鋼（如 20， 20Cr 鋼）；氣體滲 碳時(shí)的滲碳劑為煤油或

17、乙醇；滲碳溫度為900-950 C ,煤油或乙醇在 該溫度下裂解出活性碳原子C , C就滲入低碳鋼件的表層，然后向 內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定厚度的滲碳層。 6. 熱處理常用加熱設(shè)備 熱處理中常用的加熱設(shè)備主要有加熱爐、測(cè)溫儀表、冷卻設(shè)備 和硬度計(jì)等。其中加熱爐有很多種，常用電阻爐和鹽浴爐。 （1）電阻爐電阻爐是利用電流通過電熱元件（如金屬電阻絲， SiC 棒等）產(chǎn)生的熱量來(lái)加熱工件。根據(jù)其加熱的溫度不同，可分為 高溫電阻爐、 中溫電阻爐和低溫電阻爐等。 又根據(jù)形狀不同分為箱式 電阻爐和井式電阻爐等多種。這種爐子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，價(jià)格 較低，主要用于中、小型零件的退火、正火、淬火、回火等熱處理。

18、其主要缺點(diǎn)是加熱易氧化、脫碳，是一種周期性作業(yè)爐，生產(chǎn)率低。 （ 2）鹽溶爐鹽浴爐是用熔融鹽作為加熱介質(zhì) （即工件放入熔融 的鹽中加熱）的加熱爐。使用較多的是電極式鹽浴爐和外熱式鹽浴爐。 鹽浴爐常用的鹽為氯化鋇、氯化鈉、硝酸鉀和硝酸鈉。由于工件加熱 是在熔融鹽中進(jìn)行， 與空氣隔開，工件的氧化、脫碳少，加熱質(zhì)量高， 且加熱速度快而均勻。 鹽浴爐常用于小型零件及工、 模具的淬火和回 火。 三、鋼鐵材料的火花鑒別 1. 火花鑒別的基本知識(shí) 火花鑒別是利用鋼鐵材料在高速旋轉(zhuǎn)的砂輪上磨削時(shí)，根據(jù)所 產(chǎn)生的火花形狀、 光亮度和色澤等特征大致鑒別鋼鐵材料的種類及化 學(xué)成分。 鋼鐵材料在砂輪上磨削時(shí)所射出的全部火花稱作火花束，