金属热处理基础知识 字母代号

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金属热处理基础知识 字母代号

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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。
' Y8 q6 a! a5 `- u4 ?% g1．金属组织
7 k9 `7 S5 \( V" u; x$ O/ k9 a金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。
合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。
) N" N( K/ N* l1 F0 K( O  S  Y相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。
, H+ L! t/ ]  U" ^# x固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
+ ?) r7 m( ~# D5 w固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。
9 T5 Z% O' f: h0 l化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
1 \* Z$ s# ~8 O机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
" g$ e( o$ r$ m/ O7 a: A奥氏体：碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
6 q- m1 x, Y  M- l3 o, p) I渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。
珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）
莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）
8 t- e7 [$ i+ y6 B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。
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。
“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。
6 H5 }+ n: u; r6 L: [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分。
+ R. f0 U7 d8 b$ s  R2 H. v; W　　钢的分类
9 R$ P6 K; D( F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。
, J, Q  @0 W3 z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。
+ g+ O- {$ A6 k8 |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。
. k' H& u# ^5 k) T: `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。
" Q4 o1 r9 Y- B3 l3 @; k2 E碳素钢：按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
) r: x3 I9 f4 }; J* |  \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%）。
# [) y% E9 S' W1 @此外，还有按冶炼炉的种类，将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），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。
7 m6 J* p" s" a( ^# x金属材料的机械性能
金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两类。下面将分别讨论各种机械性能。
& r, S4 ~9 K$ t/ S1． 强度
- `0 G- g" t" N- M: }) \强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。
2． 塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。
0 d2 M6 i2 H  G5 q1 o5 Q3． 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。
. H. S! p; K0 G/ @1 D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
' M5 y/ U- ?6 c/ p5 `) S- s# j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。
3 \* J5 V, J- r" s  _" u　　退火---淬火---回火
$ V" i3 G, B  `, m! r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。
/ l; [+ {8 A3 V' r8 {$ k  E: \  a2． 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。
( c; p) V; ~! b$ N3 o三．钢回火的目的
4 k0 W' g) U! x; h" q9 f9 k' `$ ?5 f& h1． 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，得到所需要的韧性，塑性。
7 s2 v* }' }5 k3． 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。
6 _. P* l% T7 K% ?6 o; B　　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
/ c/ j% c+ b2 [  [$ ~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。
& \' z( }. m' A2 {% \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。
+ E0 f# r' m# ~5 g( f; r$ ?* L5．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。
  q  v1 U8 {3 C' E7 t6 Q6．对成批的定型零件，生产上可选用推杆式或传送带式电阻炉（推杆炉或铸带炉）
- g3 v& j/ u) `" Z/ D7．小型机械零件如：螺钉，螺母等可选用振底式炉或网带式炉。
$ @( }9 b1 B2 ?: {6 `$ r8．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。
加热缺陷及控制
　　一、过热现象
6 X. W8 A) y. b4 Y我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。
1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。
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。
8 z8 c# K& T# \& W1 Z1 H5 v* c  F3.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，可采用中间退火或多次高温回火处理。
二、过烧现象
5 f8 s; _- ?. c- [; e# K0 Z: x三、脱碳和氧化
5 W( D% U* R# o" F- p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。
　　几种常见热处理概念
* D8 |) Q% J! O' Q1． 正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
2． 退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺
8 r  y' l' t6 r* p( L, a3． 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺
4． 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。
9 W& j7 C) J: m5 t! k! S* S5． 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型
' B* ~0 R- [0 Y- ^& z* E4 G: o6． 时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度
7． 淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺
4 W% n/ F) V" f' K8． 回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺
* i4 ^8 O, w! Z& C7 c9． 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。习惯上碳氮共渗又称为氰化，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）应用较为广泛。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。
10． 调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。
" \* r; R- t( ?! w3 p2 p11． 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺
回火的种类及应用
0 _( i# s: n: R& s9 s　　根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：
（一）低温回火（150－250度）
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  G$ c3 F0 n/ Q/ B& P2 p（二）中温回火（350－500度）
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（三）高温回火（500－650度）
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