熱處理基礎(chǔ)知識

1、關(guān)于熱處理基礎(chǔ)知識第一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 金屬材料是目前應(yīng)用最廣泛的一種工程材料，具有優(yōu)良的力學性能、物理性能、化學性能和工藝性能。 具有：強度較高、塑性較好、導電性高、導熱性好、有金屬光澤等特性。 下面就介紹金屬材料的熱處理基礎(chǔ)知識。 第二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1.熱處理的定義 熱處理：將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝方法。 金屬材料性能的決定因素：化學成分、內(nèi)部組織。 其中“化學成分”是改變性能的基礎(chǔ)， “熱處理”是改變性能的手段， “組織”是性能變化的根據(jù)。 第三張，PPT共二十六頁，

2、創(chuàng)作于2022年6月 熱處理的三個階段：加熱、保溫、冷卻。如圖1-1所示是最基本的熱處理工藝曲線。溫度加熱保溫冷卻時間圖1-1 熱處理工藝曲線 只有通過正確的熱處理工藝，才能得到一定的組織，獲得預(yù)期的性能。第四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月滲氮表面熱處理整體熱處理熱處理 退火 正火 淬火 回火 固溶處理 固溶處理和時效 氣體滲碳 固體滲碳 氣體碳氮共滲 液體碳氮共滲 化學熱處理 氣體滲氮 離子滲氮 氣體氮碳共滲 液體氮碳共滲 (鹽浴軟氮化） 其他(如磷化、染黑、滲鋁、滲釩、熔射等等) 表面淬火+回火（高頻淬火、火焰淬火） 物理/化學氣相沉積 2、熱處理工藝分類碳氮共滲氮碳共滲 (

3、軟氮化)滲碳第五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1 整體熱處理 整體熱處理常見的工藝為退火、正火、淬火、回火等2.1.1.退火 退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻得到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 退火的目的： 1）降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工； 2）消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防工件變形和開裂； 3）改善組織，細化晶粒，改變鋼的性能或為以后熱處理做準備。 第六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 退火的分類： 各種退火、正火加熱溫度及工藝曲線如圖2-1所示。圖2-1 退火正火工藝規(guī)范示意圖1）完全退火。 加熱到

4、Ac3以上20300C，保溫，緩冷至6000C以下，再空冷，得到接近平衡狀態(tài)組織。主要用于亞共析鋼和共析鋼的鍛件、軋件、鑄件，使晶粒細化，組織均勻和消除殘余應(yīng)力，提高鋼件的性能。過共析鋼不宜完全退火，因析出網(wǎng)狀滲碳體，降低鋼的力學性能。 2）球化退火。使鋼中的碳化物呈球狀而進行的退火。將工件加熱到Ac1以上20300C，保溫，然后緩慢冷卻。主要用于過共析鋼，使鋼中二次滲碳第七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月體和珠光體中的片狀滲碳體球狀化，以降低硬度提高韌性，改善切削加工性能。圖2-2 退火正火工藝規(guī)范示意圖3)去應(yīng)力退火。為消除形變加工、鍛造、焊接等以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進行的退

5、火。鑄鋼件的溫度為6006500C，鑄鐵件為500550C，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。組織不發(fā)生變化，只消除內(nèi)應(yīng)力，減少變形，穩(wěn)定尺寸。 4）擴散退火(均勻化退火)。將鋼加熱到略低于固相線溫度，長時間保溫，隨爐冷卻，使化學成分和組織均勻化。主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件或鍛件。 第八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1.2正火 正火是將工件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30500C，保溫適當時間，在自由流通的空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。 正火主要應(yīng)用于： 1）對不太重要的零件，可細化晶粒，組織均勻，提高機械性能，作為最終熱處理； 2）對低碳鋼和低

6、碳合金鋼，可提高硬度，改善切削加工性； 3）對于過共析鋼或工具鋼，可減少二次滲碳體，并使其不呈連續(xù)網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。 第九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1.3.淬火 淬火是將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時間，然后快速冷卻以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。 淬火可提高工件的硬度和耐磨性，一般淬火后的工件再配合適當溫度的回火，可獲得較好的綜合力學性能，如刀具、模具、軸和齒輪。淬火質(zhì)量取決于加熱溫度和冷卻方式。 1）淬火加熱溫度。 根據(jù)鋼材的化學成分決定，亞共析鋼在Ac3以上30500C，此時鋼的組織為細顆粒的奧氏體，淬火后獲得細小的馬氏體。若溫度低于Ac3，將出現(xiàn)自

7、由鐵素體。若溫度過高，得到粗大的馬氏體，性能變壞。共析鋼和過共析鋼加熱溫度在Ac1以上30500C，得到細小的馬氏體和小顆粒的滲碳體組織。 第十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2）淬火冷卻方法。 冷卻介質(zhì)對淬火效果有很大影響，常用的有水、油和鹽、堿的水溶液。水用于形狀簡單、截面較大的碳素鋼工件。油用于合金鋼和復(fù)雜的碳素鋼。常用淬火方法如圖1-3所示。1表示單液淬火，2表示雙液淬火，3表示分級淬火，4表示等溫淬火。例如：P863 防鉆板（材料65Mn）采用鹽浴等溫淬火，改善變形。 C453方舌組件（Q235)采用滲碳水淬3）淬透性和淬硬性。 圖2-3 常用淬火方法示意圖 淬透性：鋼在淬

8、火后，獲得淬透層（淬硬層） 深度的能力。 淬硬性：鋼淬火時能達到的最高硬度。 第十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.1.4.回火 回火是為了消除淬火引起的殘余應(yīng)力及獲得要求的組織和性能，將淬火后的工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 回火目的：淬火后得到性能很脆的馬氏體組織，而且淬火馬氏體是不穩(wěn)定的組織，它有變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的趨勢，而使零件尺寸變化，并存在內(nèi)應(yīng)力，零件容易變形和開裂。為此利用回火來達到以下目的： 1）減少和消除淬火應(yīng)力； 2）穩(wěn)定工件尺寸，防止變形和開裂 ； 3）獲得工件所需的組織和性能；即獲得要求的強度、硬度和韌性。 第十二張，P

9、PT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 回火的種類及應(yīng)用： 1）低溫回火。 加熱溫度為1502500C，得到碳的過飽和程度稍小的固溶體回火馬氏體，硬度較高，在HRC5864之間，高耐磨性?？上欢ǖ臍堄鄳?yīng)力，韌性有所改善。用于各類高碳鋼的工具、模具、量具。2）中溫回火。 加熱溫度為3505000C，得到極細顆粒狀滲碳體和鐵素體的混合物回后火托氏體，有極高的彈性極限和屈服強度，也有較好的韌性。硬度在HRC3545；用于各種彈簧、彈簧夾頭及鍛模。 3）高溫回火。 加熱溫度為5006500C，得到細而均勻的顆粒狀滲碳體和鐵素體的混合物-回火索氏體，有較高的強度和硬度，又有較好的韌性和塑性。工廠一般把

10、淬火和高溫回火叫調(diào)質(zhì)處理。用于重要的零件如軸、齒輪、連桿和螺栓。 第十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2.2.化學熱處理 是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。 將工件置于一定溫度下的含碳、氮或其它合金元素的活性介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱和保溫，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火。 提高工件表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性能等等。 化學熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲鋁、滲硼、滲釩等。 第十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.2.1滲碳 在富碳的介質(zhì)中使碳滲入低碳鋼（C0.1%0.3%）或低合金

11、鋼的表面，使表面層碳濃度達到0.81.2%，再經(jīng)過淬火和回火后，表面層獲得高的硬度、耐磨性和疲勞強度，而心部保持高的韌性。發(fā)生下列化學反應(yīng)： C+O2CO2 CO2+C 2CO 2CO CO2+C第十五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.2.2碳氮共滲在一定溫度下，同時將碳、氮原子滲入工件表面，并以滲碳為主的化學熱處理工藝。優(yōu)點 碳氮共滲與滲碳相比，主要有如下優(yōu)點：1.滲層性能好。兩者滲層硬度差別不大，但碳氮共滲層的 耐磨性、耐蝕性及疲勞強度比滲碳層高。2. 滲入速度快。碳、氮原子同時滲入，能相互促進滲入過程;3. 工件變形小。碳氮共滲溫度一般低于滲碳溫度。 三民公司有鹽浴碳氮共滲

12、、多用爐滲碳、 多用爐碳氮共滲等加工方式。第十六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3.硬度檢查 硬度指金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，也是衡量金屬材料軟硬程度的一種力學性能指標。工程上常用的有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。 1）布氏硬度HBS(HBW)。 布氏硬度是在布氏硬度計上進行測量的，用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球為壓頭，以相應(yīng)的實驗力壓入試樣表面，保持規(guī)定的時間后，卸除實驗力，在試樣表面形成壓痕，以壓痕球形表面所承受的平均負荷作為布氏硬度值，如圖3-1示。 圖3-1 布氏硬度實驗原理圖實驗力（kgf）；球體直徑（mm）；壓痕平均直徑（mm）。式中第十七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作

13、于2022年6月 在做布氏試驗時，只需測量出d值即可從有關(guān)表格上查出相應(yīng)的布氏硬度值。壓頭為鋼球時，為HBS，適用于布氏硬度450以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時，為HBW，適用于布氏硬度650以下的材料。 優(yōu)點：測量結(jié)果準確，缺點：壓痕大，不適合成品檢驗。 第十八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 2）洛氏硬度 洛氏硬度是用壓頭壓入的壓痕深度作為測量硬度值的依據(jù)?？梢灾苯訌穆迨嫌捕扔嫷谋肀P上讀出，它是一個相對值，人們規(guī)定每0.002mm壓痕深度為一個洛氏硬度單位。 洛氏硬度用HRA、HRB和HRC來表示。 表面洛氏硬度HR15N、 HR30N、 HR45N、 HR15T等等 HRC采用

14、頂角為120的金剛石圓錐體為壓頭，施加150kgf的外力，主要用于淬火鋼等較硬材料的測定，常用硬度值為20-67HRC； HRA采用外加載荷為60kgf，用于測量高硬度薄層，常用硬度值為70-85HRA； HRB采用直徑1.588mm的鋼球，100kgf的外加載荷，用于硬度較低的材料，常用硬度值為25-100HRB。 第十九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月洛氏硬度優(yōu)缺點優(yōu)點： 1.洛氏硬度有許多不同的標尺，壓頭有硬質(zhì)、軟質(zhì)多種，可以測出從極軟到極硬材料的硬度； 2.壓痕小，可在成品零件上檢測 ； 3.測量迅速簡便 缺點： 洛氏硬度有許多不同的標尺，其硬度值無法統(tǒng)一第二十張，PPT共二

15、十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3）維氏硬度HV 測試的基本原理與布氏硬度相同，但壓頭采用錐面夾角136的金剛石正四棱錐體。 維氏硬度試驗所用載荷小，壓痕深度淺。 適用于低載荷維氏硬度測定表面淬火時硬化層深度和滲碳、滲氮件表面硬度以及小件、薄件硬度等。優(yōu)缺點： 1.試驗載荷可任意選擇，(從1kg50kg,以及10g1000g)故可測硬度范圍寬， 2.材質(zhì)不論軟硬，測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，精度高。 3.工作效率較低。 第二十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4 金屬材料的分類 金屬材料碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼鑄鐵：灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵有色金

16、屬：銅合金、鋁合金等鋼第二十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.1碳素鋼的分類及牌號T7、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13說明舉 例形狀復(fù)雜的需要采用鑄造成形的鋼質(zhì)零件（參見 GB11352-89ZG230-450、ZG270500、ZG310-570、ZG340-640表示屈服強度為200MPa、抗拉強度為400MPa的碳素鑄鋼ZG200-400一般工程鑄造碳鋼制造需較高硬度、耐磨性、又能承受一定沖擊的工具，如手錘、沖頭等（參見 GB1298-86）表示平均Wc為千分之8的碳素工具鋼，A表示高級優(yōu)質(zhì)T8T8A碳素工具鋼用于制造曲軸、傳動軸、齒輪、連桿等重要零件（參

17、見 GB699-88）08F、10、20、35、40、50、60、65表示平均Wc為萬分之45的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼一般以型材供應(yīng)的工程結(jié)構(gòu)件，制造不太重要的機械零件及焊接件（參見 GB700-88）Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q275等屈服點為235MPa、質(zhì)量為A級的沸騰鋼Q235-A 碳素結(jié)構(gòu)鋼用 途常 用 牌 號編 號 方 法分 類第二十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4.2 合金鋼分類和牌號 4.2.1. 分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼建筑及工程用鋼或構(gòu)件用鋼機器制造用鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動軸承鋼刃具鋼模具鋼量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼磁鋼 按用途分:第二十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.2.2合金鋼的牌號1）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼Q295、Q345、Q390、Q4602）合金結(jié)構(gòu)