金屬熱處理12435

1、第1頁，共27頁金屬熱處理heattreatment金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，並在此溫度中保持一定時間後，又以不同速度冷卻的一種工藝。金屬熱處理是機(jī)械製造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。爲(wèi)使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、

2、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織複雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。在從石器時代進(jìn)展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸爲(wèi)人們所認(rèn)識。早在西元前770～前222年，中國人在生産實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因

3、溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是製造農(nóng)具的重要工藝。西元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被採用，爲(wèi)了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陝西斜穀爲(wèi)諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻

4、能力。中國出土的西漢(西元前206～西元24)中山靖王墓中的寶劍心部含碳量爲(wèi)0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時作爲(wèi)個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變爲(wèi)一種較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，爲(wèi)

5、現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對於應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。二十世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生産中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體

6、滲碳；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢達(dá)到可控，以後又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；鐳射、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。金屬熱處理的工藝熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是採

7、用木炭和煤作爲(wèi)熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易於控制，且無環(huán)境污染。第3頁，共27頁火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、鐳射和電子束等?；瘜W(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是後者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元

8、素。滲入元素後，有時還要進(jìn)行其他熱處理工藝如淬火及回火。化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。熱處理是機(jī)械零件和工模具製造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利於進(jìn)行各種冷、熱加工。例如白口鑄鐵經(jīng)過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪採用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具

9、有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。鋼的分類鋼的分類:鋼是以鐵、碳爲(wèi)主要成分的合金，它的含碳量一般小於2.11%。鋼是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中極爲(wèi)重要的金屬材料。鋼按化學(xué)成分分爲(wèi)碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳爲(wèi)其主要成分外，還含有少量的錳、矽、硫、磷等雜質(zhì)。碳鋼具有一定的機(jī)械性能，又有良好的工藝性能，且價格低廉。因此，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與

10、科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要，於是人們研製了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，有目的地加入某些元素（稱爲(wèi)合金元素）而得到的多元合金。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應(yīng)用日益廣泛。由於鋼材品種繁多，爲(wèi)了便於生産、保管、選用與研究，必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途、化學(xué)成分、質(zhì)量的不同，可將鋼分爲(wèi)許多類：一按用途分類按鋼材的用途可分爲(wèi)結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。結(jié)構(gòu)鋼：1.用作各種機(jī)器零件的鋼。它包括滲碳鋼、

11、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。2用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。工具鋼：用來製造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分爲(wèi)刃具鋼、模具鋼與量具鋼。特殊性能鋼：是具有特殊物理化學(xué)性能的鋼。可分爲(wèi)不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。二按化學(xué)成分分類按鋼材的化學(xué)成分可分爲(wèi)碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼：按含碳量又可分爲(wèi)低碳鋼（含碳量≤0.25%）；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量≥0.6%）。合金鋼：按