熱處理工藝2-緒論

1、熱處理原理及工藝熱處理原理及工藝第二篇第二篇 熱處理工藝熱處理工藝16學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)李國喜李國喜鋼的組織與結(jié)構(gòu)鋼的組織與結(jié)構(gòu)晶粒排列形態(tài)晶粒排列形態(tài)顯微組織顯微組織原子排列規(guī)律原子排列規(guī)律結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)顯微組織的晶粒越細(xì)小，鋼的強(qiáng)度越高，塑性越好，顯微組織的晶粒越細(xì)小，鋼的強(qiáng)度越高，塑性越好，所以，獲得細(xì)晶粒是提高鋼的力學(xué)性能的主要途徑。所以，獲得細(xì)晶粒是提高鋼的力學(xué)性能的主要途徑。方法有鍛造、軋制和熱處理。方法有鍛造、軋制和熱處理。截?cái)嗄ス饨財(cái)嗄ス怙@微鏡觀察顯微鏡觀察電鏡觀察電鏡觀察結(jié)構(gòu)不同，性能也不同。面心立方晶格結(jié)構(gòu)變形加工時(shí)容易滑移，所以鋼的成型結(jié)構(gòu)不同，性能也不同。面心立方晶格結(jié)構(gòu)變形加工時(shí)容易

2、滑移，所以鋼的成型加工都要把鋼加熱到呈面心立方晶格結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)域。一般在加工都要把鋼加熱到呈面心立方晶格結(jié)構(gòu)的溫度區(qū)域。一般在900 以上。以上。X射線射線制備與加工制備與加工一、金屬材料整體總結(jié)一、金屬材料整體總結(jié)金屬材料生產(chǎn)流程金屬材料生產(chǎn)流程礦物礦物冶金冶金鋼坯鋼坯鋼錠鋼錠鑄錠鑄錠粉體粉體成型成型厚板、棒厚板、棒型材型材薄板薄板線材線材管材管材元件元件加工機(jī)器零件加工機(jī)器零件工程結(jié)構(gòu)工程結(jié)構(gòu)沖壓件沖壓件建筑建筑流體輸送流體輸送器件器件化學(xué)化學(xué)物理物理物理化學(xué)物理化學(xué)力學(xué)力學(xué)物理物理機(jī)械機(jī)械鑄造鑄造如何把材料制造出來：用什么樣的設(shè)備，控制什么樣的條如何把材料制造出來：用什么樣的設(shè)備，控制什

3、么樣的條件與參數(shù)，達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或用戶的技術(shù)要求件與參數(shù)，達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或用戶的技術(shù)要求即怎么即怎么做做技術(shù)技術(shù)。不同的材料表現(xiàn)出不同的性能不同的材料表現(xiàn)出不同的性能為什么？為什么？科學(xué)科學(xué)。材料內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系材料內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系材料科學(xué)材料科學(xué)怎樣改變內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)？怎樣改變內(nèi)部組織、結(jié)構(gòu)？其中的一種方法是熱處其中的一種方法是熱處理。理?；鸱ㄒ苯鸹鸱ㄒ苯饾穹ㄒ苯饾穹ㄒ苯痣娨苯痣娨苯疖堉栖堉评卫五懺戾懺扈T造鑄造粉壓粉壓焊接焊接鋼坯是煉鋼爐煉成的鋼水經(jīng)過鑄造后得到的產(chǎn)品。鋼坯是煉鋼爐煉成的鋼水經(jīng)過鑄造后得到的產(chǎn)品。鋼坯從制造工藝上主要可分為兩種：模鑄坯和連鑄坯，目前模鑄工藝

4、已基本淘汰。鋼坯從制造工藝上主要可分為兩種：模鑄坯和連鑄坯，目前模鑄工藝已基本淘汰。從外形上主要分為兩種：從外形上主要分為兩種：板坯：截面寬、高的比值較大，主要用來軋制板材。板坯：截面寬、高的比值較大，主要用來軋制板材。 方坯：截面寬、高相等，或差別不大，主要用來軋制型鋼、線材。方坯：截面寬、高相等，或差別不大，主要用來軋制型鋼、線材。鋼錠：合金鋼鋼錠：合金鋼鋁錠：重熔鑄造用鋁錠：重熔鑄造用珠光體珠光體類組織類組織珠光體珠光體索氏體索氏體屈氏體屈氏體上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體貝氏體貝氏體馬氏體馬氏體回火馬氏體回火馬氏體回火屈氏體回火屈氏體回火索氏體回火索氏體A3、AcmA1T奧氏體奧氏體

5、鐵素體鐵素體+奧氏體奧氏體奧氏體奧氏體+碳化物碳化物相間沉淀相間沉淀t室溫室溫碳原子重布碳原子重布-時(shí)效時(shí)效共析鋼的過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變組織共析鋼的過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變組織亞共析鋼，過共析鋼、合金鋼？亞共析鋼，過共析鋼、合金鋼？二、熱處理原理總結(jié)二、熱處理原理總結(jié)推薦：東尼推薦：東尼.博贊著的思維導(dǎo)圖博贊著的思維導(dǎo)圖組織的區(qū)分組織的區(qū)分 組織是由組成相和相的形態(tài)這兩個(gè)因素決定：組織是由組成相和相的形態(tài)這兩個(gè)因素決定： 奧氏體：相：碳溶于奧氏體：相：碳溶于- -鐵中間隙固溶體（鐵中間隙固溶體（A A或或） 鐵素體：相：碳溶于鐵素體：相：碳溶于- -鐵中間隙固溶體（鐵中間隙固溶體（F F或或） 滲碳體：相

6、：鐵與碳的間隙化合物滲碳體：相：鐵與碳的間隙化合物Fe3C （Cm） 珠光體：相：珠光體：相：+ + Cm；形態(tài)：；形態(tài)： Cm呈片狀呈片狀/粒狀粒狀 貝氏體：相：貝氏體：相： + + Cm；形態(tài)：上貝氏體的；形態(tài)：上貝氏體的和和Cm為條狀，為條狀，下貝氏體下貝氏體為碳過飽和為碳過飽和的的針片狀和其內(nèi)部彌散分布的粒狀針片狀和其內(nèi)部彌散分布的粒狀Cm。 馬氏體：相：馬氏體：相：碳過飽和碳過飽和的的相；形態(tài)：低碳板條高碳片狀。相；形態(tài)：低碳板條高碳片狀。 回火馬氏體：相回火馬氏體：相:+ +；形態(tài)；形態(tài): :針狀針狀, ,粒狀在針內(nèi)粒狀在針內(nèi) 回火屈氏體：相回火屈氏體：相:+ +；形態(tài)；形態(tài): :

7、針狀針狀, ,粒片狀在針外粒片狀在針外 回火索氏體：相回火索氏體：相:+ + Cm；形態(tài)；形態(tài):多邊形多邊形, , Cm粗粒狀。粗粒狀。獲得組織的邊界條件獲得組織的邊界條件 組織存在的邊界條件主要是溫度和成分：組織存在的邊界條件主要是溫度和成分： 奧氏體：奧氏體：A3、Acm以上，加入足夠以上，加入足夠Ni、Mn等室溫下穩(wěn)定。等室溫下穩(wěn)定。 鐵素體：鐵素體：A3以下亞共析鋼中。以下亞共析鋼中。 珠光體：珠光體：A1A1以下以下200300等溫或緩慢冷卻。等溫或緩慢冷卻。 貝氏體：過冷奧氏體在貝氏體：過冷奧氏體在300500等溫或中速冷卻。等溫或中速冷卻。 馬氏體：過冷奧氏體以大于臨界冷速快速連

8、續(xù)冷卻。馬氏體：過冷奧氏體以大于臨界冷速快速連續(xù)冷卻。 回火馬氏體：淬火高碳鋼在回火馬氏體：淬火高碳鋼在100300加熱。加熱。 回火屈氏體：淬火中高碳鋼在回火屈氏體：淬火中高碳鋼在300500加熱。加熱。 回火索氏體：淬火中高碳鋼在回火索氏體：淬火中高碳鋼在500 A1加熱。加熱。各種組織的機(jī)械性能各種組織的機(jī)械性能 奧氏體：塑性好，強(qiáng)度低，滑移系多。奧氏體：塑性好，強(qiáng)度低，滑移系多。 鐵素體：塑性好，強(qiáng)度低。鐵素體：塑性好，強(qiáng)度低。 珠光體：塑性好但低于鐵素體，強(qiáng)度低。珠光體：塑性好但低于鐵素體，強(qiáng)度低。 上貝氏體：強(qiáng)度中等，韌性差。上貝氏體：強(qiáng)度中等，韌性差。 下貝氏體：強(qiáng)度中等，韌性好

9、。下貝氏體：強(qiáng)度中等，韌性好。 馬氏體：板條狀具有高強(qiáng)度和一定韌性，片狀具馬氏體：板條狀具有高強(qiáng)度和一定韌性，片狀具有高硬度和低韌性。有高硬度和低韌性。 回火馬氏體：硬度最高?；鼗瘃R氏體：硬度最高。 回火屈氏體：彈性極限最好?；鼗鹎象w：彈性極限最好。 回火索氏體：最佳的強(qiáng)度和韌性組合?；鼗鹚魇象w：最佳的強(qiáng)度和韌性組合。 如何識(shí)別組織，組織存在的條件，以及各如何識(shí)別組織，組織存在的條件，以及各種組織的性能，這些屬于基本概念，屬于種組織的性能，這些屬于基本概念，屬于原理或理論范疇。原理或理論范疇。 想要獲得某一組織所用的方法，這個(gè)方法想要獲得某一組織所用的方法，這個(gè)方法叫什么，方法的內(nèi)容是什么？

10、這些屬于工叫什么，方法的內(nèi)容是什么？這些屬于工藝或技術(shù)范疇。藝或技術(shù)范疇。第二篇第二篇 熱處理工藝熱處理工藝熱處理工藝熱處理工藝緒論緒論一、熱處理工藝涉及的內(nèi)容一、熱處理工藝涉及的內(nèi)容 一、定義：給獲得某種預(yù)期組織的工藝過一、定義：給獲得某種預(yù)期組織的工藝過程起個(gè)名字程起個(gè)名字明確概念。明確概念。 二、某種工藝能解決什么問題，達(dá)到什么二、某種工藝能解決什么問題，達(dá)到什么目的，用在什么地方？目的，用在什么地方？ 三、對(duì)某種產(chǎn)品的具體性能要求，如何選三、對(duì)某種產(chǎn)品的具體性能要求，如何選材及制定熱處理工藝？材及制定熱處理工藝？ 四、熱處理是怎樣進(jìn)行操作的？四、熱處理是怎樣進(jìn)行操作的？ 五、對(duì)于絲、板

11、、棒；小件、大件；不同五、對(duì)于絲、板、棒；小件、大件；不同材質(zhì)；進(jìn)行熱處理時(shí)工藝有何差別？材質(zhì)；進(jìn)行熱處理時(shí)工藝有何差別？10500工件比爐膛長(zhǎng)不超過工件比爐膛長(zhǎng)不超過1/3工件與爐膛長(zhǎng)度剛好相等工件與爐膛長(zhǎng)度剛好相等對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理對(duì)鑄件進(jìn)行熱處理鑄件溫度：鑄件溫度：700c熱處理工藝要求：熱處理工藝要求：900c，恒溫，恒溫3小時(shí)；在爐中隨爐冷卻小時(shí)；在爐中隨爐冷卻10小時(shí)到小時(shí)到300c出出爐。爐。請(qǐng)思考：怎樣使用爐子最節(jié)約能源？請(qǐng)思考：怎樣使用爐子最節(jié)約能源？二、二、 什么叫熱處理？什么叫熱處理？ 熱處理熱處理 冷處理冷處理 都涉及到通過溫度的改變來處理都涉及到通過溫度的改變來處理什么

12、東西的過程。什么東西的過程。金屬材料的熱處理工藝金屬材料的熱處理工藝： 將金屬材料在一定的介質(zhì)中，加熱到一定將金屬材料在一定的介質(zhì)中，加熱到一定 的溫度，保溫一段時(shí)間，然后以不同的方的溫度，保溫一段時(shí)間，然后以不同的方式冷卻以使性能改變的一種式冷卻以使性能改變的一種熱加工工藝熱加工工藝。 用熱處理工藝曲線來表示：用熱處理工藝曲線來表示： 熱處理的特點(diǎn)：工件形狀尺寸沒變，內(nèi)在熱處理的特點(diǎn)：工件形狀尺寸沒變，內(nèi)在性能變了。性能變了。是改性工藝。是改性工藝。 根據(jù)金屬學(xué)知識(shí)：組織、結(jié)構(gòu)改變或成分根據(jù)金屬學(xué)知識(shí)：組織、結(jié)構(gòu)改變或成分改變改變性能改變。性能改變。 金屬材料的組織結(jié)構(gòu)：取決于它的化學(xué)成金屬

13、材料的組織結(jié)構(gòu)：取決于它的化學(xué)成分和加工工藝過程。分和加工工藝過程。 改變金屬材料組織結(jié)構(gòu)的方法改變金屬材料組織結(jié)構(gòu)的方法 改變金屬材料整體或表面的成分改變金屬材料整體或表面的成分 改變整體成分：熔煉時(shí)加合金元素改變整體成分：熔煉時(shí)加合金元素冶金冶金。 改變表面成分：表面合金化改變表面成分：表面合金化化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理。 塑性變形塑性變形 熱加工：通過壓碎鑄態(tài)組織中的粗大樹枝晶和再結(jié)熱加工：通過壓碎鑄態(tài)組織中的粗大樹枝晶和再結(jié)晶來獲得等軸細(xì)晶使晶粒細(xì)化晶來獲得等軸細(xì)晶使晶粒細(xì)化鍛造鍛造。 冷加工：使晶粒發(fā)生形變和形成亞晶粒使位錯(cuò)密度冷加工：使晶粒發(fā)生形變和形成亞晶粒使位錯(cuò)密度增加而提高強(qiáng)度增

14、加而提高強(qiáng)度冷拔冷拔。 熱處理熱處理對(duì)對(duì)能發(fā)生固態(tài)相變能發(fā)生固態(tài)相變的材料，通過加熱和冷卻產(chǎn)生相變的材料，通過加熱和冷卻產(chǎn)生相變來改變組織中各相的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)。來改變組織中各相的形態(tài)、大小和結(jié)構(gòu)。 還有什么途徑還有什么途徑?（熱處理是改性途徑之一）（熱處理是改性途徑之一）三、熱處理的目的：三、熱處理的目的： （1）改善工藝性能，保證后道工序順利進(jìn)行。）改善工藝性能，保證后道工序順利進(jìn)行。 例如：擴(kuò)散退火改善熱加工性能，中間退火改善冷加例如：擴(kuò)散退火改善熱加工性能，中間退火改善冷加工性能，正火和球化退火改善高碳鋼的切削性能。工性能，正火和球化退火改善高碳鋼的切削性能。 （2）提高使用性能（力

15、學(xué)性能），充分發(fā)揮）提高使用性能（力學(xué)性能），充分發(fā)揮材料潛力。材料潛力。 例如：例如：LY12硬鋁合金，經(jīng)淬火和時(shí)效處理后，抗拉強(qiáng)硬鋁合金，經(jīng)淬火和時(shí)效處理后，抗拉強(qiáng)度可從度可從196MPa提高到提高到392490MPa。共析鋼熱軋空冷，。共析鋼熱軋空冷，硬度僅為硬度僅為HRC25左右，但經(jīng)過淬火和回火處理，硬度左右，但經(jīng)過淬火和回火處理，硬度可達(dá)可達(dá)HRC62以上。以上。25SiMn低合金鋼筋，軋制后空冷，低合金鋼筋，軋制后空冷，抗拉強(qiáng)度為抗拉強(qiáng)度為588MPa，但經(jīng)過淬火和回火處理，抗拉，但經(jīng)過淬火和回火處理，抗拉強(qiáng)度可提高到強(qiáng)度可提高到1372MPa。四、熱處理工藝在工業(yè)生產(chǎn)流程中的位

16、置四、熱處理工藝在工業(yè)生產(chǎn)流程中的位置 在金屬材料加工生產(chǎn)中的位置在金屬材料加工生產(chǎn)中的位置 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 退火、正火、淬火退火、正火、淬火 板、型材板、型材 鑄錠鑄錠 熱軋熱軋 棒、管材棒、管材冷軋、冷拔冷軋、冷拔再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 熱鍛熱鍛鍛件鍛件退火、正火、淬火退火、正火、淬火 冶煉冶煉鑄造鑄造 鑄件鑄件去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 在機(jī)械零件制造中的位置在機(jī)械零件制造中的位置受力不大，耐磨性要求不高受力不大，耐磨性要求不高：下料下料鍛造鍛造正火、退火正火、退火切削加工切削加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工表面或化學(xué)熱處表面或化學(xué)熱處理理精磨精磨受力較大，耐磨要求高受力較大，耐磨要求高：下料下料鍛造

17、鍛造正火、退火正火、退火切削加工切削加工滲碳、淬火及回火滲碳、淬火及回火精磨精磨五、熱處理工藝的應(yīng)用五、熱處理工藝的應(yīng)用 （1）機(jī)械制造：）機(jī)械制造： 汽車、拖拉機(jī)：汽車、拖拉機(jī)：7080%的零件的零件 機(jī)床工業(yè)：機(jī)床工業(yè)： 6070%的零件的零件 軸承、工具、模具：軸承、工具、模具：100%的零件的零件 （2）材料生產(chǎn)：）材料生產(chǎn)： 材料壓力加工：板、管、絲材料壓力加工：板、管、絲六、熱處理所依據(jù)的原理六、熱處理所依據(jù)的原理 要使性能改變要使性能改變使材料內(nèi)在的組織、結(jié)使材料內(nèi)在的組織、結(jié)構(gòu)改變構(gòu)改變(用固態(tài)相變?cè)碛霉虘B(tài)相變?cè)?一般熱處理一般熱處理 使材料（表面）成分改變使材料（表面）成

18、分改變(用擴(kuò)散原理用擴(kuò)散原理) 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理1對(duì)一般熱處理：對(duì)一般熱處理： 怎樣使金屬的組織、結(jié)構(gòu)改變呢？怎樣使金屬的組織、結(jié)構(gòu)改變呢？運(yùn)運(yùn)用固態(tài)相變的理論。用固態(tài)相變的理論。 平衡組織只有一個(gè)，而非平衡組織多種多樣，平衡組織只有一個(gè)，而非平衡組織多種多樣，因此，對(duì)應(yīng)于多種不同的性能。因此，對(duì)應(yīng)于多種不同的性能。通過合適的熱處理工藝可以獲得某種組織，通過合適的熱處理工藝可以獲得某種組織，從而具有所需的性能。從而具有所需的性能。2對(duì)化學(xué)熱處理對(duì)化學(xué)熱處理 怎樣使金屬（表面）的成分改變呢？怎樣使金屬（表面）的成分改變呢？ 不能把表面熔化不能把表面熔化這樣會(huì)改變形狀、尺這樣會(huì)改變形狀、尺寸，

19、就成冶煉了。寸，就成冶煉了。應(yīng)用擴(kuò)散的原理。應(yīng)用擴(kuò)散的原理。 把金屬放到一定的介質(zhì)（含需要加入元素把金屬放到一定的介質(zhì)（含需要加入元素的活性原子）中，加熱到高溫，的活性原子）中，加熱到高溫， 保溫一定保溫一定的時(shí)間。使所需的元素滲入金屬表面，達(dá)的時(shí)間。使所需的元素滲入金屬表面，達(dá)到一定的滲層深度。到一定的滲層深度。 表面成份改變表面成份改變組織、結(jié)構(gòu)變化組織、結(jié)構(gòu)變化性能變性能變化。化。七、熱處理的種類七、熱處理的種類 普通熱處理普通熱處理 退火退火 正火正火 淬火（固溶處理）淬火（固溶處理） 回火（時(shí)效）回火（時(shí)效） 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 滲碳滲碳 滲氮滲氮 碳氮共滲碳氮共滲 滲硼滲硼 又分

20、為：又分為： 整體熱處理整體熱處理 表面淬火表面淬火 火焰加熱火焰加熱 表面熱處理表面熱處理 感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 另外，另外， 還有形變熱處理還有形變熱處理把熱處理強(qiáng)化把熱處理強(qiáng)化和形變強(qiáng)化相結(jié)合的一種熱處理工藝。和形變強(qiáng)化相結(jié)合的一種熱處理工藝。形變熱處理工藝曲線形變熱處理工藝曲線 從材料角度看，又分為：從材料角度看，又分為： 鋼（黑色金屬）鋼（黑色金屬） 的熱處理的熱處理 有色金屬有色金屬 鋁與鋁合金鋁與鋁合金 的熱處理的熱處理 銅與銅合金銅與銅合金 鈦與鈦合金鈦與鈦合金八、熱處理的重要性八、熱處理的重要性 “熱處理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。熱處理是提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)

21、鍵?！?“搞搞好熱處理，零件一頂幾。好熱處理，零件一頂幾。” 熱處理是機(jī)械工業(yè)中的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工藝，對(duì)提高機(jī)電產(chǎn)品內(nèi)在熱處理是機(jī)械工業(yè)中的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工藝，對(duì)提高機(jī)電產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量和使用壽命，加強(qiáng)產(chǎn)品在國內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力具有舉足輕重的作用。質(zhì)量和使用壽命，加強(qiáng)產(chǎn)品在國內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力具有舉足輕重的作用。但是人們認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)卻花了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間和很大的代價(jià)。由于熱處理但是人們認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)卻花了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間和很大的代價(jià)。由于熱處理影響的是產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，它一般不會(huì)改變制品的形狀，不會(huì)使人直觀影響的是產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，它一般不會(huì)改變制品的形狀，不會(huì)使人直觀地感到它的必要性，弄不好還會(huì)嚴(yán)重畸變和

22、開裂；破壞制品的表面質(zhì)量地感到它的必要性，弄不好還會(huì)嚴(yán)重畸變和開裂；破壞制品的表面質(zhì)量和尺寸精度，致使制造過程前功盡棄。所以在我國的制造業(yè)中長(zhǎng)期存在和尺寸精度，致使制造過程前功盡棄。所以在我國的制造業(yè)中長(zhǎng)期存在著著“重冷（冷加工）輕熱（熱加工）重冷（冷加工）輕熱（熱加工）”現(xiàn)象，以致這個(gè)行業(yè)一直處于落現(xiàn)象，以致這個(gè)行業(yè)一直處于落后狀態(tài)。后狀態(tài)。（為什么？）（為什么？） 決定材料能否加工成型和最終性能決定材料能否加工成型和最終性能 科普知識(shí)需要：市場(chǎng)上銷售的鋼材一般都標(biāo)記有科普知識(shí)需要：市場(chǎng)上銷售的鋼材一般都標(biāo)記有最終的熱處理狀態(tài)最終的熱處理狀態(tài)交貨狀態(tài)。交貨狀態(tài)。九、熱處理原理及工藝課程的九、

23、熱處理原理及工藝課程的性質(zhì)、任務(wù)以及目的性質(zhì)、任務(wù)以及目的 性質(zhì)性質(zhì):熱處理原理及工藝是金屬材料工程專業(yè)的重要熱處理原理及工藝是金屬材料工程專業(yè)的重要專業(yè)課。通過這門課程的學(xué)習(xí)，為將來從事熱處理研究與專業(yè)課。通過這門課程的學(xué)習(xí)，為將來從事熱處理研究與生產(chǎn)工作打下必要的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。生產(chǎn)工作打下必要的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。 本課程的任務(wù)：是闡明黑色金屬和有色金屬熱處理的基本本課程的任務(wù)：是闡明黑色金屬和有色金屬熱處理的基本理論、介紹各種熱處理工藝方法，并介紹一些熱處理設(shè)備。理論、介紹各種熱處理工藝方法，并介紹一些熱處理設(shè)備。 本課程的目的：是使大家通過學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)不同的金屬本課程的目的：是使大家通

24、過學(xué)習(xí)，能夠根據(jù)不同的金屬材料、不同零部件的工作條件或者加工需要，合理選擇、材料、不同零部件的工作條件或者加工需要，合理選擇、制定合適的熱處理工藝，并通過相應(yīng)的熱處理設(shè)備進(jìn)行處制定合適的熱處理工藝，并通過相應(yīng)的熱處理設(shè)備進(jìn)行處理，從而獲得所需要的性能。理，從而獲得所需要的性能。十、熱處理工藝課程的內(nèi)容十、熱處理工藝課程的內(nèi)容 這門課程的內(nèi)容包括：這門課程的內(nèi)容包括： 熱處理工藝熱處理工藝 熱處理設(shè)備熱處理設(shè)備 熱處理的生產(chǎn)管理。熱處理的生產(chǎn)管理。 三個(gè)部分的內(nèi)容。三個(gè)部分的內(nèi)容。 按材料分，又分為：按材料分，又分為： 黑色金屬熱處理原理、工藝、設(shè)備；黑色金屬熱處理原理、工藝、設(shè)備； 有色金屬熱

25、處理原理、工藝、設(shè)備；有色金屬熱處理原理、工藝、設(shè)備；課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)分配 1.緒論緒論2.熱處理加熱及加熱設(shè)備熱處理加熱及加熱設(shè)備3.鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝3.1鋼的基本熱處理工藝鋼的基本熱處理工藝3.2鋼材生產(chǎn)過程中的熱處理鋼材生產(chǎn)過程中的熱處理3.3機(jī)械零件制造中的熱處理機(jī)械零件制造中的熱處理3.4形變熱處理形變熱處理4.非鐵金屬的熱處理非鐵金屬的熱處理4.1鋁及鋁合金的熱處理鋁及鋁合金的熱處理4.2鈦及鈦合金的熱處理鈦及鈦合金的熱處理4.3鎂合金的熱處理鎂合金的熱處理4.4銅及銅合金的熱處理銅及銅合金的熱處理5.鐵基粉末冶金件及硬質(zhì)合金的熱處理鐵基粉末冶金件及硬質(zhì)

26、合金的熱處理6.功能合金的熱處理功能合金的熱處理十一、金屬熱處理的發(fā)展史、現(xiàn)狀十一、金屬熱處理的發(fā)展史、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)與發(fā)展趨勢(shì) （一）（一） 發(fā)展史發(fā)展史 在我國歷史上，熱處理工藝出現(xiàn)于鐵器時(shí)代。在我國歷史上，熱處理工藝出現(xiàn)于鐵器時(shí)代。 1當(dāng)鑄鐵一出現(xiàn)，就出現(xiàn)了如何提高其韌性的當(dāng)鑄鐵一出現(xiàn)，就出現(xiàn)了如何提高其韌性的問題。鑄鐵的柔化處理就是根據(jù)這一要求最早出問題。鑄鐵的柔化處理就是根據(jù)這一要求最早出現(xiàn)的熱處理工藝，包括石墨化退火及脫碳退火?，F(xiàn)的熱處理工藝，包括石墨化退火及脫碳退火。這種處理方法出現(xiàn)在春秋時(shí)期，至西漢時(shí)期已發(fā)這種處理方法出現(xiàn)在春秋時(shí)期，至西漢時(shí)期已發(fā)展比較成熟。例如展比較成熟。例

27、如1974 年在洛陽出土的戰(zhàn)國早期年在洛陽出土的戰(zhàn)國早期的幾件鐵器，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其中一件鐵錛、一件鐵的幾件鐵器，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)其中一件鐵錛、一件鐵鏟都是生鐵鑄成的，表面層脫碳，稍向內(nèi)為相當(dāng)鏟都是生鐵鑄成的，表面層脫碳，稍向內(nèi)為相當(dāng)于黑心可鍛鑄鐵的組織。于黑心可鍛鑄鐵的組織。 2我國古代的煉鋼是采用鑄鐵脫碳退火以及反復(fù)鍛打方我國古代的煉鋼是采用鑄鐵脫碳退火以及反復(fù)鍛打方法進(jìn)行，也即所謂法進(jìn)行，也即所謂“百煉成鋼百煉成鋼”。 隨著煉鋼技術(shù)發(fā)展，隨著煉鋼技術(shù)發(fā)展，熱處理技術(shù)也得到發(fā)展。熱處理技術(shù)也得到發(fā)展。1974 年河北省易縣燕下都出土年河北省易縣燕下都出土了一批戰(zhàn)國中、晚期鋼鐵兵器。據(jù)分析，其中的兩把

28、劍和了一批戰(zhàn)國中、晚期鋼鐵兵器。據(jù)分析，其中的兩把劍和一把戟都經(jīng)過了淬火處理，金相組織中有馬氏體存在。這一把戟都經(jīng)過了淬火處理，金相組織中有馬氏體存在。這說明在戰(zhàn)國中、晚期，我國已發(fā)明了淬火技術(shù)。在這些兵說明在戰(zhàn)國中、晚期，我國已發(fā)明了淬火技術(shù)。在這些兵器中也發(fā)現(xiàn)曾進(jìn)行過正火處理以及淬火鋼的回火處理。器中也發(fā)現(xiàn)曾進(jìn)行過正火處理以及淬火鋼的回火處理。 至西漢，我國的熱處理技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)水平，不僅能進(jìn)至西漢，我國的熱處理技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)水平，不僅能進(jìn)行一般熱處理，而且還能進(jìn)行局部熱處理。當(dāng)時(shí)，化學(xué)熱行一般熱處理，而且還能進(jìn)行局部熱處理。當(dāng)時(shí)，化學(xué)熱處理主要是滲碳和碳氮共滲兩個(gè)方面。例如出土的西漢

29、中處理主要是滲碳和碳氮共滲兩個(gè)方面。例如出土的西漢中期中山靖王劉勝的配劍和錯(cuò)金書刀的內(nèi)層的含碳量最低處期中山靖王劉勝的配劍和錯(cuò)金書刀的內(nèi)層的含碳量最低處為為0 .05%，而表面含量卻高達(dá)，而表面含量卻高達(dá)0.6%以上，有一定的碳濃以上，有一定的碳濃度梯度，說明那時(shí)候就已經(jīng)有了滲碳技術(shù)。度梯度，說明那時(shí)候就已經(jīng)有了滲碳技術(shù)。 3從漢代開始，我國的熱處理技術(shù)已經(jīng)有文字從漢代開始，我國的熱處理技術(shù)已經(jīng)有文字記載，內(nèi)容包括一般淬火技術(shù)、淬火介質(zhì)以及滲記載，內(nèi)容包括一般淬火技術(shù)、淬火介質(zhì)以及滲碳工藝等等，幾乎涉及熱處理技術(shù)的各個(gè)方面。碳工藝等等，幾乎涉及熱處理技術(shù)的各個(gè)方面。例如史記、天官書當(dāng)中記載有例

30、如史記、天官書當(dāng)中記載有“火與水合為火與水合為火卒火卒 ”、漢書、王褒傳當(dāng)中記載有、漢書、王褒傳當(dāng)中記載有“清清水淬其鋒水淬其鋒”，二者都記載有淬火工藝。二者都記載有淬火工藝。 在在晉書當(dāng)中所記載的晉書當(dāng)中所記載的“大夏龍雀大夏龍雀”的兵器，與的兵器，與西漢中期的刀劍相比，其組織均勻、含碳量適中西漢中期的刀劍相比，其組織均勻、含碳量適中（均為（均為0.650.7%），）， 經(jīng)淬火，它的刀口鋒利，表面經(jīng)過氧化處理，抗經(jīng)淬火，它的刀口鋒利，表面經(jīng)過氧化處理，抗腐蝕性能良好。腐蝕性能良好。 4 在淬火介質(zhì)方面三國時(shí)期（公元在淬火介質(zhì)方面三國時(shí)期（公元222265 年）的蒲年）的蒲元和南北朝的綦（元和

31、南北朝的綦（qi)母懷文都做出過較大的貢獻(xiàn)。根據(jù)母懷文都做出過較大的貢獻(xiàn)。根據(jù)蒲元?jiǎng)e傳所記載，蒲元在今天的陜西省眉縣一帶一個(gè)蒲元?jiǎng)e傳所記載，蒲元在今天的陜西省眉縣一帶一個(gè)叫斜谷的地方為諸葛亮制劍三千把，他說叫斜谷的地方為諸葛亮制劍三千把，他說“漢中的水鈍弱，漢中的水鈍弱，不任淬；蜀水爽烈不任淬；蜀水爽烈”于是派人到成都取水，淬之果然鋒利。于是派人到成都取水，淬之果然鋒利。削裝鐵珠的竹筒削裝鐵珠的竹筒“應(yīng)手虛落，若雉生雛，稱絕當(dāng)世，因曰應(yīng)手虛落，若雉生雛，稱絕當(dāng)世，因曰神刀神刀”。 在新唐書卷在新唐書卷222 中談到了用馬血淬火；元中談到了用馬血淬火；元朝格致粗談當(dāng)中記有用地溲（可能是石油）淬火

32、；清朝格致粗談當(dāng)中記有用地溲（可能是石油）淬火；清朝續(xù)廣博物志第八卷中談到用一種硝黃、鹽鹵、人尿朝續(xù)廣博物志第八卷中談到用一種硝黃、鹽鹵、人尿合成淬火劑。這些都說明我國在使用淬火介質(zhì)方面已經(jīng)積合成淬火劑。這些都說明我國在使用淬火介質(zhì)方面已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 5在化學(xué)熱處理方面也有記載，明代宋應(yīng)星在在化學(xué)熱處理方面也有記載，明代宋應(yīng)星在天工開物卷十中談到一種制針的滲碳工藝，天工開物卷十中談到一種制針的滲碳工藝，滲碳在釜中進(jìn)行，有消除應(yīng)力的過程（工序），滲碳在釜中進(jìn)行，有消除應(yīng)力的過程（工序），采用采用“松木松木”、“火矢火矢”、“豆豉豆豉”作為滲碳劑，作為滲碳劑，用試驗(yàn)針指示滲

33、碳程度等，用試驗(yàn)針指示滲碳程度等， 記載相當(dāng)詳細(xì)，已是記載相當(dāng)詳細(xì)，已是成熟的工藝。明代便民圖篆卷成熟的工藝。明代便民圖篆卷15 制造類、清制造類、清朝陳克怒篆刻針度卷七朝陳克怒篆刻針度卷七“煉刀法煉刀法”中分別介中分別介紹了幾種膏劑滲碳法。此外還使用一些含氮滲劑，紹了幾種膏劑滲碳法。此外還使用一些含氮滲劑，實(shí)際上是進(jìn)行了碳氮共滲。實(shí)際上是進(jìn)行了碳氮共滲。 61965 年在湖北省出土了兩把亮锃锃的寶劍，其中一把年在湖北省出土了兩把亮锃锃的寶劍，其中一把上面嵌有上面嵌有“越王勾踐自作自制越王勾踐自作自制”八個(gè)字。這兩把劍埋在地八個(gè)字。這兩把劍埋在地底下已經(jīng)有底下已經(jīng)有2500 多年，至今依然光彩

34、奪目，沒有銹蝕斑，多年，至今依然光彩奪目，沒有銹蝕斑，而且鋒利異常，七八張報(bào)紙疊在一起，它輕輕一拉便可將而且鋒利異常，七八張報(bào)紙疊在一起，它輕輕一拉便可將其切透。這兩把劍是用什么材料做成的呢？表面涂了什么其切透。這兩把劍是用什么材料做成的呢？表面涂了什么物質(zhì)？科學(xué)家希望解開這個(gè)迷。在對(duì)寶劍不動(dòng)一根毫毛的物質(zhì)？科學(xué)家希望解開這個(gè)迷。在對(duì)寶劍不動(dòng)一根毫毛的情況下，科學(xué)家利用激光束照射物體表面，寶劍吸收了激情況下，科學(xué)家利用激光束照射物體表面，寶劍吸收了激光能量之后發(fā)熱，蒸發(fā)出蒸氣，再由一對(duì)處在臨界放電狀光能量之后發(fā)熱，蒸發(fā)出蒸氣，再由一對(duì)處在臨界放電狀態(tài)的電極對(duì)蒸氣進(jìn)行氣體放電放電激勵(lì)發(fā)光，利用光

35、譜儀態(tài)的電極對(duì)蒸氣進(jìn)行氣體放電放電激勵(lì)發(fā)光，利用光譜儀記錄它的光譜?？茖W(xué)家利用這種技術(shù)做極微量成分分析，記錄它的光譜?？茖W(xué)家利用這種技術(shù)做極微量成分分析，既獲得了這兩把寶劍的成分，又沒有在寶劍的本身留下任既獲得了這兩把寶劍的成分，又沒有在寶劍的本身留下任何損傷痕跡。何損傷痕跡。 從上面出土文物的考證以及一些文字的記載可以從上面出土文物的考證以及一些文字的記載可以清楚地看到，我國熱處理工藝歷史悠久，其技藝清楚地看到，我國熱處理工藝歷史悠久，其技藝曾發(fā)展到非常高超的程度，這是當(dāng)時(shí)其他國家所曾發(fā)展到非常高超的程度，這是當(dāng)時(shí)其他國家所不及的，作為中國的熱處理工作者應(yīng)當(dāng)以為榮。不及的，作為中國的熱處理工

36、作者應(yīng)當(dāng)以為榮。但是長(zhǎng)期的封建統(tǒng)治，落后的生產(chǎn)關(guān)系，阻礙了但是長(zhǎng)期的封建統(tǒng)治，落后的生產(chǎn)關(guān)系，阻礙了生產(chǎn)力的發(fā)展、阻礙著科學(xué)技術(shù)發(fā)展、也阻礙著生產(chǎn)力的發(fā)展、阻礙著科學(xué)技術(shù)發(fā)展、也阻礙著熱處理技術(shù)的發(fā)展。在以后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我熱處理技術(shù)的發(fā)展。在以后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)我國的熱處理技術(shù)的發(fā)展處于停滯狀態(tài)，有的技術(shù)國的熱處理技術(shù)的發(fā)展處于停滯狀態(tài)，有的技術(shù)甚至失傳。甚至失傳。（學(xué)歷史曉過去，知未來）（學(xué)歷史曉過去，知未來） 在國外，熱處理技術(shù)的發(fā)展較我國更晚。但是到在國外，熱處理技術(shù)的發(fā)展較我國更晚。但是到了產(chǎn)業(yè)革命以后的資本主義發(fā)展時(shí)期，其生產(chǎn)關(guān)了產(chǎn)業(yè)革命以后的資本主義發(fā)展時(shí)期，其生產(chǎn)關(guān)系有利于生

37、產(chǎn)力發(fā)展，熱處理技術(shù)也得到迅速發(fā)系有利于生產(chǎn)力發(fā)展，熱處理技術(shù)也得到迅速發(fā)展。特別是光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)，使得可以用顯微展。特別是光學(xué)顯微鏡的出現(xiàn)，使得可以用顯微鏡來觀察鋼和鑄鐵的組織。例如：鏡來觀察鋼和鑄鐵的組織。例如： 11831 年，安諾索夫在世界上首先使用化學(xué)藥年，安諾索夫在世界上首先使用化學(xué)藥品腐蝕金屬的磨光表面并借助于顯微鏡來研究金品腐蝕金屬的磨光表面并借助于顯微鏡來研究金屬。屬。 19 世紀(jì)中期，英國的索拜和德國的馬登斯世紀(jì)中期，英國的索拜和德國的馬登斯等人采用拋光、腐蝕等方法來觀察、研究鋼，并等人采用拋光、腐蝕等方法來觀察、研究鋼，并用光學(xué)顯微鏡成功地顯示了鋼的顯微組織，大大用光學(xué)

38、顯微鏡成功地顯示了鋼的顯微組織，大大推動(dòng)了熱處理技術(shù)的發(fā)展。推動(dòng)了熱處理技術(shù)的發(fā)展。 2與此同時(shí)俄國的切爾諾夫發(fā)現(xiàn)了鋼的組織影響它本身與此同時(shí)俄國的切爾諾夫發(fā)現(xiàn)了鋼的組織影響它本身的性質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了當(dāng)在加熱和冷卻過程中存在著組織變化的性質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了當(dāng)在加熱和冷卻過程中存在著組織變化的臨界點(diǎn)，為鋼的熱處理技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。的臨界點(diǎn)，為鋼的熱處理技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。 （1868年，年，切爾諾夫用肉眼對(duì)鋼的加熱和冷卻過程進(jìn)行觀察，他切爾諾夫用肉眼對(duì)鋼的加熱和冷卻過程進(jìn)行觀察，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼在冷卻的時(shí)候，當(dāng)自然冷卻到已經(jīng)是暗紅色的時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)鋼在冷卻的時(shí)候，當(dāng)自然冷卻到已經(jīng)是暗紅色的時(shí)候，鋼的顏色又變成明亮了

39、一些，切爾諾夫考慮這是由于候，鋼的顏色又變成明亮了一些，切爾諾夫考慮這是由于鋼的內(nèi)部發(fā)生了某種轉(zhuǎn)變，同時(shí)還放出了熱量造成的，經(jīng)鋼的內(nèi)部發(fā)生了某種轉(zhuǎn)變，同時(shí)還放出了熱量造成的，經(jīng)過更深入地研究這一現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)同一成分的鋼是在同一過更深入地研究這一現(xiàn)象，他發(fā)現(xiàn)同一成分的鋼是在同一個(gè)固定的溫度下發(fā)生這種變化的，而且鋼的成分不同，這個(gè)固定的溫度下發(fā)生這種變化的，而且鋼的成分不同，這一變化的溫度是不同的。一變化的溫度是不同的。 切爾諾夫了不起地將這種鋼的切爾諾夫了不起地將這種鋼的色彩變化同鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化聯(lián)系了起來，并將這一轉(zhuǎn)色彩變化同鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化聯(lián)系了起來，并將這一轉(zhuǎn)變溫度稱為變溫度稱為“臨界

40、點(diǎn)臨界點(diǎn)”。由此就為以后確立鋼以及其它合。由此就為以后確立鋼以及其它合金因?yàn)榧訜岷屠鋮s條件的不同，其組織和性能可能發(fā)生變金因?yàn)榧訜岷屠鋮s條件的不同，其組織和性能可能發(fā)生變化的金屬學(xué)、以及熱處理理論奠定了基礎(chǔ)。）（化的金屬學(xué)、以及熱處理理論奠定了基礎(chǔ)。）（觀察仔細(xì)）觀察仔細(xì)） 3不久英國的奧斯汀和法國的奧斯摩特應(yīng)不久英國的奧斯汀和法國的奧斯摩特應(yīng)用相律建立了用相律建立了Fe-C 平衡圖，使得鋼的熱處平衡圖，使得鋼的熱處理有了依據(jù)。理有了依據(jù)。 41930 年貝茵研究了過冷奧氏體的等溫年貝茵研究了過冷奧氏體的等溫變化，建立了鋼的過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變變化，建立了鋼的過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線，創(chuàng)立了等溫淬火工藝，為以后制定曲線，創(chuàng)立了等溫淬火工藝，為以后制定各種熱處理工藝提供了科學(xué)依據(jù)。從此，各種熱處理工藝提供了科學(xué)依據(jù)。從此，熱處理才真正形成一門較完整的科學(xué)。熱處理才真正形成一門較