金屬熱處理原理及工藝.doc

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1、金屬熱處理原理及工藝緒論這門課對咱們專業(yè)是很重要的。本課程的重要性從本專業(yè)研究《金屬材料及熱處理》的名稱上可想而知，雖然現(xiàn)在改了專業(yè)名稱，但熱處理仍是一門主要專業(yè)課。本課程既研究理論問題，又解決實際問題，學(xué)好本課對于以后的科研及生產(chǎn)都有益無窮。這里，講講什么是金屬熱處理，其地位和作用，本課內(nèi)容及要求等等。一、什么是金屬的熱處理簡單地說，金屬熱處理，就是把金屬加熱到預(yù)定溫度，并在此溫度保持一定時間，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s下來，從而改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，得到預(yù)期性能（工藝性能，機(jī)械性能，物理和化學(xué)性能）的一種工藝方法。如果以溫度為縱坐標(biāo)，以時間為橫坐標(biāo)，則右圖中三條曲線即為熱處理工藝曲

2、線，可分為三個階段；加熱——保溫——冷卻。加熱曲線的斜率表示加熱速度，冷卻也如此。根據(jù)加熱介質(zhì)、方法、速度等的不同及冷卻的不同，熱處理又可分為若干類型。例如，退火、正火、淬火、回火，是四種不同的熱處理工藝，即傳統(tǒng)工藝的四把火，以后都要講到。這些方法看起來簡單，但其中有很深奧的道理。處理工藝有很大發(fā)展，僅了解這四種傳統(tǒng)工藝是遠(yuǎn)不夠的。根據(jù)加熱方式不同，還可分為感應(yīng)加熱表面淬火，火焰加熱表面淬火，離子轟擊熱處理，真空、激光熱處理。有些熱處理是要改變表面化學(xué)成分的，如表面增加C的含量為滲C，還有滲N，滲硼等?？傊饘贌崽幚砉に嚪椒ǚ浅６?，且還在不斷地發(fā)展。二、熱處理在機(jī)械制造中的地

3、位和作用各行各業(yè)的發(fā)展，如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代國防和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與金屬材料所占的比重越來越大?，F(xiàn)代工業(yè)，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)三大支柱：信息，能源，材料。而金屬仍然是基本材料，尤以鋼鐵為主。金屬材料制成的零件，在其加工過程中，要經(jīng)過鑄造、鍛造、焊接、切削加工、熱處理等一系列工序，熱處理在其中擔(dān)負(fù)著改進(jìn)工件性能、充分發(fā)揮材料潛力，以提高使用壽命的重要任務(wù)。就目前機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)狀況而言，機(jī)床中要經(jīng)過熱處理的工件占總重量的60~70%，汽車、拖拉機(jī)中占70~80%，而軸承和各種工、模具則百分之百全部需熱處理。近年來，隨著工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于金屬材料及其制件在強(qiáng)韌性、耐高溫、抗氧化、耐腐蝕

4、、耐磨損等性能方面的要求更加嚴(yán)格，采用熱處理零件的比重還將進(jìn)一步增大，工藝方法將不斷改進(jìn)和增多。以后會在工藝部分加以介紹。熱處理之所以在機(jī)械制造中占有重要地位，是由于熱處理是強(qiáng)化金屬的重要手段。強(qiáng)化金屬的三個重要手段：形變，合金化，熱處理。形變強(qiáng)化是通過變形提高位錯密度（在金屬的晶體點陣中引入大量缺陷）。合金化，改變化學(xué)成分，加入Me，形成固溶體，化合物，是通過固溶強(qiáng)化和第二相的彌散析出來強(qiáng)化的。固溶強(qiáng)化對于鋼鐵材料來說只能在體心結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)化。在體心結(jié)構(gòu)中，C原子間隙在扁八面體間隙中，造成不均勻畸變（剪切分量不相等），有一較大的切變分量，可以和位錯產(chǎn)生較大的交互作用，從而造成強(qiáng)

5、化。而面心結(jié)構(gòu)中溶入C，C處于八面體中，只產(chǎn)生膨脹，而不產(chǎn)生及變，或說造成對稱畸變，無上述效果。從Fe-C相圖中可知，F(xiàn)e-C合金在室溫下有鐵素體，F(xiàn)雖也可固溶強(qiáng)化（體心立方），但C的溶解量太少，效果不大，所以F是一軟相。此時可借助熱處理方法來強(qiáng)化。如前所述，熱處理通過加熱和冷卻，發(fā)生固態(tài)相變或組織狀態(tài)變化，以達(dá)到強(qiáng)化，如共析成分的Fe-C合金（T8鋼），室溫平衡組織為P，HB170~230，若采用淬火熱處理工藝手段（加熱——冷卻），得到M組織，則使硬度提高至HB650~720，M是體心結(jié)構(gòu)，不過飽和地固溶了相當(dāng)多的C院子，甚至對共析鋼來說，全部C原子，這就產(chǎn)生了極顯著的強(qiáng)化效

6、果。所以，熱處理相變強(qiáng)化是一種很有效的強(qiáng)化手段，而其中又以馬氏體相變強(qiáng)化效果最好，所以金屬中相變理論研究以馬氏體相變研究發(fā)展最為迅速。當(dāng)然實際上金屬強(qiáng)化往往是幾種手段綜合起來，互相滲透，互相促進(jìn)，如在Fe-C合金中，加入Me，成為合金鋼。合金鋼不經(jīng)過熱處理，其強(qiáng)化成都是有限的，通過熱處理可以達(dá)到最好的強(qiáng)烈配合，即合金化與熱處理的相變強(qiáng)化結(jié)合起來，形變與熱處理也可結(jié)合，互相促進(jìn)，如現(xiàn)在發(fā)展了形變熱處理，可有效地改善性能。根據(jù)熱處理在工藝路線中的位置，又可分為預(yù)先熱處理和最終熱處理。預(yù)先熱處理：為后續(xù)工藝（冷、熱加工）作準(zhǔn)備。最終熱處理：賦予零件最后使用性能。如銼刀，一般用T12，

7、含C1.2%工藝流程為：坯料à熱軋（后空冷，相當(dāng)于正火態(tài)，為片狀P+Fe3C，硬度較高）à球化退火（預(yù)先熱處理）à機(jī)加工（剁齒）à淬火+回火（最終熱處理）。對性能要求較多的零件都要經(jīng)過這兩道熱處理工序。熱處理工藝的判選是否合理，工藝操作是否正確，直接影響到零件壽命。“搞好熱處理，零件一頂幾”，“向熱處理要鋼”。如日本高速鋼的產(chǎn)量W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2與外國差不多，而我國每年高速鋼不夠用，要進(jìn)口，而日本要出口。熱處理的重要作用由此可見一斑。一、本課程內(nèi)容本課程分為原理及工藝兩部分