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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.金属热处理基本知识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。 1金属组组织l 金属：具有有不透明明、金属属光泽良良好的导导热和导导电性并并且其导导电能力力随温度度的增高高而减小小，富有有延性和和展性等等特性的的物质。金金属内部部原子具具有规律律性排列列的固体体（即晶晶体）。l 合金：由两两种或两两种以上上金属或或金属与与非金属属组成，具具有金属属特性的的物质。l 相：合金中中成份、结结构、
2、性性能相同同的组成成部分。l 固溶体：是是一个（或或几个）组组元的原原子（化化合物）溶溶入另一一个组元元的晶格格中，而而仍保持持另一组组元的晶晶格类型型的固态态金属晶晶体，固固溶体分分间隙固固溶体和和置换固固溶体两两种。l 固溶强化：由于溶溶质原子子进入溶溶剂晶格格的间隙隙或结点点，使晶晶格发生生畸变，使使固溶体体硬度和和强度升升高，这这种现象象叫固溶溶强化现现象。l 化合物：合合金组元元间发生生化合作作用，生生成一种种具有金金属性能能的新的的晶体固固态结构构。l 机械混合物物：由两两种晶体体结构而而组成的的合金组组成物，虽虽然是两两面种晶晶体，却却是一种种组成成成分，具具有独立立的机械械性能
3、。l 铁素体：碳碳在a-Fe（体体心立方方结构的的铁）中中的间隙隙固溶体体。l 奥氏体：碳碳在g-Fe（面面心立方方结构的的铁）中中的间隙隙固溶体体。l 渗碳体：碳碳和铁形形成的稳稳定化合合物（FFe3cc）。l 珠光体：铁铁素体和和渗碳体体组成的的机械混混合物（FF+Fee3c 含含碳0.8%）l 莱氏体：渗渗碳体和和奥氏体体组成的的机械混混合物（含含碳4.3%）金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而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
4、能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提
5、高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的
6、金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 18501880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒
7、炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。 金属热处理的工艺 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。 加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至
8、浮动粒子进行间接加热。 金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。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，也可用涂料或包装方法进行保护加热。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致， 使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面
9、热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。 冷却也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。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。 金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类
10、繁多。 整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是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。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。
11、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，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。 把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；
12、在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。 表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。 化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成
13、分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。 热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。 例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性
14、能，可以代替某些耐热钢、不锈钢 ；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。钢的分类 钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。 钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的
15、提高，故应用日益广泛。 由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类： 一 按用途分类 按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。 结构钢：1.用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。 2用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。 工具钢：用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。 特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 二 按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按
16、含碳量又可分为低碳钢（含碳量0.25%）；中碳钢（0.25%含碳量0.6%）；高碳钢（含碳量0.6%）。 合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%-10%）；高合金钢（合金元素总含量10%）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。三 按质量分类 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量0.045%、含硫量0.055%；或磷、硫含量均0.050%）；优质钢（磷、硫含量均0.040%）；高级优质钢（含磷量0.035%、含硫量0.030%）。 此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性
17、平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。 钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。金属材料的的机械性性能金属材料的的性能一一般分为为工艺性性能和使使用性能能两类。所所谓工艺艺性能是是指机械械零件在在加工制制造过程程中，金金属材料料在所定定的冷、热热加工条条件下表表现出来来的性能能。金属属材料工工艺性能能的好坏坏，决定定了它在在制造过过程中加加工成形形的适应应能
18、力。由由于加工工条件不不同，要要求的工工艺性能能也就不不同，如如铸造性性能、可可焊性、可可锻性、热热处理性性能、切切削加工工性等。所所谓使用用性能是是指机械械零件在在使用条条件下，金金属材料料表现出出来的性性能，它它包括机机械性能能、物理理性能、化化学性能能等。金金属材料料使用性性能的好好坏，决决定了它它的使用用范围与与使用寿寿命。 在机械械制造业业中，一一般机械械零件都都是在常常温、常常压和非非强烈腐腐蚀性介介质中使使用的，且且在使用用过程中中各机械械零件都都将承受受不同载载荷的作作用。金金属材料料在载荷荷作用下下抵抗破破坏的性性能，称称为机械械性能（或或称为力力学性能能）。 金属材材料的机
19、机械性能能是零件件的设计计和选材材时的主主要依据据。外加加载荷性性质不同同（例如如拉伸、压压缩、扭扭转、冲冲击、循循环载荷荷等），对对金属材材料要求求的机械械性能也也将不同同。常用用的机械械性能包包括：强强度、塑塑性、硬硬度、冲冲击韧性性、多次次冲击抗抗力和疲疲劳极限限等。下下面将分分别讨论论各种机机械性能能。 1 强度 强度是是指金属属材料在在静荷作作用下抵抵抗破坏坏（过量量塑性变变形或断断裂）的的性能。由由于载荷荷的作用用方式有有拉伸、压压缩、弯弯曲、剪剪切等形形式，所所以强度度也分为为抗拉强强度、抗抗压强度度、抗弯弯强度、抗抗剪强度度等。各各种强度度间常有有一定的的联系，使使用中一一般较
20、多多以抗拉拉强度作作为最基基本的强强度指针针。 2 塑性 塑性是是指金属属材料在在载荷作作用下，产产生塑性性变形（永永久变形形）而不不破坏的的能力。3 硬度 硬度是衡量金属材料软硬程度的指针。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。 常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。 4 疲劳 前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。 5 冲击韧性 以很大速度作用
21、于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 退火-淬火-回火 一退火的种类 1 完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 2 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 3 去应力退火 去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应
22、力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 二淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 三钢回火的目的 1 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需
23、要的韧性，塑性。 3 稳定工件尺寸 4 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。 炉型的选择 炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定 1对于不能成批定型生产的，工件大小不相等的，种类较多的，要求工艺上具有通用性、 多用性的，可选用箱式炉。 2加热长轴类及长的丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。 3小批量的渗碳零件，可选用井式气体渗碳炉。 4对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉。 5对冲压件板材坯料的加热大批量生产时，最好选用滚动炉，辊底炉。 6对成批的定型零件，生产上可选用推杆式或
24、传送带式电阻炉（推杆炉或铸带炉） 7小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。 8钢球及滚柱热处理可选用内螺旋的回转管炉。 9有色金属锭坯在大批量生产时可用推杆式炉，而对有色金属小零件及材料可用空气循环加热炉。加热缺陷及及控制 一一、过热热现象 我们知知道热处处理过程程中加热热过热最最易导致致奥氏体体晶粒的的粗大，使使零件的的机械性性能下降降。 1.一般般过热：加热温温度过高高或在高高温下保保温时间间过长，引引起奥氏氏体晶粒粒粗化称称为过热热。粗大大的奥氏氏体晶粒粒会导致致钢的强强韧性降降低，脆脆性转变变温度升升高，增增加淬火火时的变变形开裂裂倾向。而而导致过过热的原原因是炉炉温仪
25、表表失控或或混料（常常为不懂懂工艺发发生的）。过过热组织织可经退退火、正正火或多多次高温温回火后后，在正正常情况况下重新新奥氏化化使晶粒粒细化。 2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。 3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，
26、可采用中间退火或多次高温回火处理。 二、过烧现象 加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。 三、脱碳和氧化 钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。 加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面
27、光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。 为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉（使炉气呈还原性） 四、氢脆现象 高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。几种常常见热处处理概念念 1 正火：将钢材材或钢件件加热到到临界点点AC33或ACMM以上的的适当温温度保持持一定时时间后在在空气中中冷却，得得到珠光光体类组组织的热热处理工工艺。 2 退火annn
28、eaalinng：将将亚共析析钢工件件加热至至AC33以上200400度，保保温一段段时间后后，随炉炉缓慢冷冷却（或或埋在砂砂中或石石灰中冷冷却）至至5000度以下下在空气气中冷却却的热处处理工艺艺 3 固溶热热处理：将合金金加热至至高温单单相区恒恒温保持持，使过过剩相充充分溶解解到固溶溶体中，然然后快速速冷却，以以得到过过饱和固固溶体的的热处理理工艺 4 时效：合金经经固溶热热处理或或冷塑性性形变后后，在室室温放置置或稍高高于室温温保持时时，其性性能随时时间而变变化的现现象。 5 固溶处处理：使使合金中中各种相相充分溶溶解，强强化固溶溶体并提提高韧性性及抗蚀蚀性能，消消除应力力与软化化，以便
29、便继续加加工成型型 6 时效处处理：在在强化相相析出的的温度加加热并保保温，使使强化相相沉淀析析出，得得以硬化化，提高高强度 7 淬火：将钢奥奥氏体化化后以适适当的冷冷却速度度冷却，使使工件在在横截面面内全部部或一定定的范围围内发生生马氏体体等不稳稳定组织织结构转转变的热热处理工工艺 8 回火：将经过过淬火的的工件加加热到临临界点AAC1以以下的适适当温度度保持一一定时间间，随后后用符合合要求的的方法冷冷却，以以获得所所需要的的组织和和性能的的热处理理工艺 9 钢的碳碳氮共渗渗：碳氮氮共渗是是向钢的的表层同同时渗入入碳和氮氮的过程程。习惯惯上碳氮氮共渗又又称为氰氰化，目目前以中中温气体体碳氮共
30、共渗和低低温气体体碳氮共共渗（即即气体软软氮化）应应用较为为广泛。中中温气体体碳氮共共渗的主主要目的的是提高高钢的硬硬度，耐耐磨性和和疲劳强强度。低低温气体体碳氮共共渗以渗渗氮为主主，其主主要目的的是提高高钢的耐耐磨性和和抗咬合合性。110 调质处处理quuencchinng aand temmperringg：一般般习惯将将淬火加加高温回回火相结结合的热热处理称称为调质质处理。调调质处理理广泛应应用于各各种重要要的结构构零件，特特别是那那些在交交变负荷荷下工作作的连杆杆、螺栓栓、齿轮轮及轴类类等。调调质处理理后得到到回火索索氏体组组织，它它的机械械性能均均比相同同硬度的的正火索索氏体组组织为
31、优优。它的的硬度取取决于高高温回火火温度并并与钢的的回火稳稳定性和和工件截截面尺寸寸有关，一一般在HHB20003350之之间。 11 钎焊：用钎料料将两种种工件粘粘合在一一起的热热处理工工艺 回火的的种类及及应用 根根据工件件性能要要求的不不同，按按其回火火温度的的不同，可可将回火火分为以以下几种种：（一一）低温温回火（150250度） 低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC5864。 （二）中温回火（350500
32、度） 中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC3550。 （三）高温回火（500650度） 高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200330。气氛与金属的化学反应 一 气氛与钢铁的化学反应 1. 氧化 2FeO22FeO FeH2OFeOH2 FeCCO2Fe2CO 2. 还原 FeOH2FeH2O
33、FeOCOFeO2 3. 渗碳 2COCCO2 FeCFeC CH4C2H2 4.渗氮 2NH32N3H2 FeNFeN 二 各种气氛对金属的作用 氮气：在1000度时会与Cr,CO,Al.Ti反应 氢气：可使铜，镍，铁，钨还原。当氢气中的水含量达到百分之0.20.3时，会使钢脱碳 水：800度时，使铁、钢氧化脱碳，与铜不反应 一氧化碳：其还原性与氢气相似，可使钢渗碳 三 各类气氛对电阻组件的影响 镍铬丝，铁铬铝：含硫气氛对电阻丝有害钢的氮化及及碳氮共共渗 钢钢的氮化化（气体体氮化） 概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。 它是利用
34、氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。 氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。 氮化工件工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨氮化精磨或研磨。 由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。 钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850）及耐磨性。氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上
35、碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较是广。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。 铍青铜的热处理 铍青铜是一种用途极广的沉淀硬化型合金。经固溶及时效处理后，强度可达1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其热处理特点是：固溶处理后具有良好的塑性，可进行冷加工变形。但再进行时效处理后，却具有极好的弹性极限，同时硬度、强度也得到提高。 （1） 铍青铜的固溶处理 一般固溶处理的加热温度在780-820之间，对用作弹性组件的材料，采用760-780，主要是防
36、止晶粒粗大影响强度。固溶处理炉温均匀度应严格控制在5。保温时间一般可按1小时/25mm计算，铍青铜在空气或氧化性气氛中进行固溶加热处理时，表面会形成氧化膜。虽然对时效强化后的力学性能影响不大，但会影响其冷加工时工模具的使用寿命。为避免氧化应在真空炉或氨分解、惰性气体、还原性气氛（如氢气、一氧化碳等）中加热，从而获得光亮的热处理效果。此外，还要注意尽量缩短转移时间（此淬水时），否则会影响时效后的机械性能。薄形材料不得超过3秒,一般零件不超过5秒。淬火介质一般采用水（无加热的要求），当然形状复杂的零件为了避免变形也可采用油。 （2） 铍青铜的时效处理 铍青铜的时效温度与Be的含量有关，含Be小于2
37、.1%的合金均宜进行时效处理。对于Be大于1.7%的合金，最佳时效温度为300-330，保温时间1-3小时（根据零件形状及厚度）。Be低于0.5%的高导电性电极合金，由于溶点升高，最佳时效温度为450-480，保温时间1-3小时。近年来还发展出了双级和多级时效，即先在高温短时时效，而后在低温下长时间保温时效，这样做的优点是性能提高但变形量减小。为了提高铍青铜时效后的尺寸精度，可采用夹具夹持进行时效，有时还可采用两段分开时效处理。 （3） 铍青铜的去应力处理 铍青铜去应力退火温度为150-200，保温时间1-1.5小时，可用于消除因金属切削加工、校直处理、冷成形等产生的残余应力，稳定零件在长期使
38、用时的形状及尺寸精度。热处理应力力及其影影响 热热处理残残余力是是指工件件经热处处理后最最终残存存下来的的应力,对工件件的形状状,&1127;尺寸和和性能都都有极为为重要的的影响。当当它超过过材料的的屈服强强度时,&1227;便便引起工工件的变变形,超过材材料的强强度极限限时就会会使工件件开裂,这是它它有害的的一面,应当减减少和消消除。但但在一定定条件下下控制应应力使之之合理分分布,就可以以提高零零件的机机械性能能和使用用寿命,变有害害为有利利。分析析钢在热热处理过过程中应应力的分分布和变变化规律律,使之合合理分布布对提高高产品质质量有着着深远的的实际意意义。例例如关于于表层残残余压应应力的合
39、合理分布布对零件件使用寿寿命的影影响问题题已经引引起了人人们的广广泛重视视。一、钢钢的热处处理应力力工件在在加热和和冷却过过程中,由于表表层和心心部的冷冷却速度度和时间间的不一一致,形成温温差，就就会导致致体积膨膨胀和收收缩不均均而产生生应力,即热应应力。在在热应力力的作用用下,由于表表层开始始温度低低于心部部,收缩也也大于心心部而使使心部受受拉,当冷却却结束时时，由于于心部最最后冷却却体积收收缩不能能自由进进行而使使表层受受压心部部受拉。即即在热应应力的作作用下最最终使工工件表层层受压而而心部受受拉。这这种现象象受到冷冷却速度度,材料成成分和热热处理工工艺等因因素的影影响。当当冷却速速度愈快
40、快,含碳量量和合金金成分愈愈高,冷却过过程中在在热应力力作用下下产生的的不均匀匀塑性变变形愈大大,最后形形成的残残余应力力就愈大大。另一一方面钢钢在热处处理过程程中由于于组织的的变化即即奥氏体体向马氏氏体转变变时,因比容容的增大大会伴随随工件体体积的膨膨胀,&1277;工件件各部位位先后相相变，造造成体积积长大不不一致而而产生组组织应力力。组织织应力变变化的最最终结果果是表层层受拉应应力,心部受受压应力力,恰好与与热应力力相反。组组织应力力的大小小与工件件在马氏氏体相变变区的冷冷却速度度,形状，材材料的化化学成分分等因素素有关。实践证明,任何工件在热处理过程中,&127;只要有相变,热应力和组
41、织应力都会发生。&127;只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程中,热应力与组织应力综合作用的结果,&127;就是工件中实际存在的应力。这两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向相同时二者相互迭加。不管是相互抵消还是相互迭加,两个应力应有一个占主导因素,热应力占主导地位时的作用结果是工件心部受拉,表面受压。&127;组织应力占主导地位时的作用结果是工件心部受压表面受拉。二、热处理应力对淬火裂纹的影响存在于淬火件不同部
42、位上能引起应力集中的因素(包括冶金缺陷在内),对淬火裂纹的产生都有促进作用,但只有在拉应力场内(&127;尤其是在最大拉应力下)才会表现出来,&127;若在压应力场内并无促裂作用。淬火冷却速度是一个能影响淬火质量并决定残余应力的重要因素,也是一个能对淬火裂纹赋于重要乃至决定性影响的因素。为了达到淬火的目的，通常必须加速零件在高温段内的冷却速度,并使之超过钢的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论,这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值,故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。其效果将随高温冷却速度的加快而增大。而且,在能淬透的情况下,截面尺寸越大的工件,虽然实际冷却速度
43、更缓,开裂的危险性却反而愈大。这一切都是由于这类钢的热应力随尺寸的增大实际冷却速度减慢,热应力减小,&127;组织应力随尺寸的增大而增加,最后形成以组织应力为主的拉应力作用在工件表面的作用特点造成的。并与冷却愈慢应力愈小的传统观念大相径庭。对这类钢件而言,在正常条件下淬火的高淬透性钢件中只能形成纵裂。避免淬裂的可靠原则是设法尽量减小截面内外马氏体转变的不等时性。仅仅实行马氏体转变区内的缓冷却不足以预防纵裂的形成。一般情况下只能产生在非淬透性件中的弧裂,虽以整体快速冷却为必要的形成条件，可是它的真正形成原因,却不在快速冷却(包括马氏体转变区内)本身,而是淬火件局部位置(由几何结构决定),在高温临
44、界温度区内的冷却速度显著减缓,因而没有淬硬所致&127;。产生在大型非淬透性件中的横断和纵劈,是由以热应力为主要成份的残余拉应力作用在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心处,首先形成裂纹并由内往外扩展而造成的。为了避免这类裂纹产生，往往使用水-油双液淬火工艺。在此工艺中实施高温段内的快速冷却,目的仅仅在于确保外层金属得到马氏体组织,&127;而从内应力的角度来看,这时快冷有害无益。其次,冷却后期缓冷的目的,主要不是为了降低马氏体相变的膨胀速度和组织应力值,而在于尽量减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度,从而达到减小应力值和最终抑制淬裂的目的。 三、残余压应力对工件的影响渗碳表面
45、强化作为提高工件的疲劳强度的方法应用得很广泛的原因。一方面是由于它能有效的增加工件表面的强度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是渗碳能有效的改善工件的应力分布,在工件表面层获得较大的残余压应力,&127;提高工件的疲劳强度。如果在渗碳后再进行等温淬火将会增加表层残余压应力,使疲劳强度得到进一步的提高。有人对35SiMn2MoV钢渗碳后进行等温淬火与渗碳后淬火低温回火的残余应力进行过测试其热处理工艺残余应力值（kg/mm2)渗碳后8880-9900度度盐浴加加热，2260度度等温440分钟钟-655渗碳后后8800-9000度盐盐浴加热热淬火，260度等温90分钟-18渗碳后880-900度盐浴
46、加热，260度等温40分钟，260度回火90分钟-38表1.355SiMMn2MMoV钢钢渗碳等等温淬火火与渗碳碳低温回回火后的的残余应应力值从从表1的测试试结果可可以看出出等温淬淬火比通通常的淬淬火低温温回火工工艺具有有更高的的表面残残余压应应力。等等温淬火火后即使使进行低低温回火火,其表面面残余压压应力，也也比淬火火后低温温回火高高。因此此可以得得出这样样一个结结论,即渗碳碳后等温温淬火比比通常的的渗碳淬淬火低温温回火获获得的表表面残余余压应力力更高,从表面面层残余余压应力力对疲劳劳抗力的的有利影影响的观观点来看看，渗碳碳等温淬淬火工艺艺是提高高渗碳件件疲劳强强度的有有效方法法。渗碳碳淬火
47、工工艺为什什么能获获得表层层残余压压应力?渗碳等等温淬火火为什么么能获得得更大的的表层残残余压应应力?其主要要原因有有两个：一个原原因是表表层高碳碳马氏体体比容比比心部低低碳马氏氏体的比比容大,淬火后后表层体体积膨胀胀大,而心部部低碳马马氏体体体积膨胀胀小,制约了了表层的的自由膨膨胀,&1277;造成成表层受受压心部部受拉的的应力状状态。而而另一个个更重要要的原因因是高碳碳过冷奥奥氏体向向马氏体体转变的的开始转转变温度度（Mss）,比心部部含碳量量低的过过冷奥氏氏体向马马氏体转转变的开开始温度度（Mss）低。这这就是说说在淬火火过程中中往往是是心部首首先产生生马氏体体转变引引起心部部体积膨膨胀
48、,并获得得强化,而表面面还末冷冷却到其其对应的的马氏体体开始转转变点（Ms）,故仍处于过冷奥氏体状态,&127;具有良好的塑性,不会对心部马氏体转变的体积膨胀起严重的压制作用。随着淬火冷却温度的不断下降使表层温度降到该处的（Ms）点以下,表层产生马氏体转变,引起表层体积的膨胀。但心部此时早已转变为马氏体而强化,所以心部对表层的体积膨胀将会起很大的压制作用,使表层获得残余压应力。&127;而在渗碳后进行等温淬火时，当等温温度在渗碳层的马氏体开始转变温度（Ms）以上,心部的马氏体开始转变温度（&127;Ms）点以下的适当温度等温淬火,比连续冷却淬火更能保证这种转变的先后顺序的特点(&127;即保证表层马氏体转变仅仅产生于等温后的冷却过程中)。&1