热处理说明.doc

1、概 括金 属 组 织金 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 。 相 ： 合 金 中 成 份 、 结 构 、 性 能 相 同 的 组 成 部 分 。 固 溶 体 ： 是 一 个 (或 几 个 )组 元 的 原 子 (化 合

2、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 。 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 。 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 。 机 械 混 合 物 ： 由 两

3、 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 -Fe(体 心 立 方 结 构 的 铁 )中 的 间 隙 固 溶 体 。 奥 氏 体 ： 碳 在 -Fe(面 心 立 方 结 构 的 铁 )中 的 间 隙 固 溶 体 。 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

4、组 成 的 机 械 混 合 物 (含 碳 4.3%) 工 艺 介 绍金 属 热 处 理 是 机 械 制 造 中 的 重 要 过 程 之 一 ， 与 其 他 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 能 看 到 的 ， 所 以 ， 它 是 机 械 制 造中 的 特 殊 工

5、艺 过 程 ， 也 是 质 量 管 理 的 重 要 环 节 。 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

6、处 理 改 变 其 力 学 、 物 理 和 化 学 性 能 ， 以 获 得 不 同 的 使 用 性 能 。 工 艺 发 展在 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 商 代 ， 就 已 经 有 了 经 过 再 结 晶 退 火 的 金 箔 饰 物 。 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

7、的 重 要 工 艺 。 公 元 前 六 世 纪 ， 钢 铁 兵 器 逐 渐 被 采 用 ， 为 了 提 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

8、 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 0.15 0.4%， 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

9、下 的 六 种 不 同 的金 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

10、 氧 化 和 脱 碳 等 。 1850 1880 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 。 1889 1890 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 他 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 1901 1925 年 ， 在 工 业 生 产 中 应用 转 筒 炉 进 行 气 体 渗 碳 ； 30

11、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 。 工 艺 特 点金 属 热 处 理 是 机 械 制 造 中 的 重 要 工 艺 之 一 ， 与 其 他 加

12、 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 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

13、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 。 处 理 过 程综 述热 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

14、过 程 互 相 衔 接 ， 不 可 间 断 。 加 热加 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 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

15、 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 目的 不 同 而 异 ， 但 一 般 都

16、是 加 热 到 某 特 性 转 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 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 却冷 却 也 是 热 处

17、 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 。 工 艺 介 绍综 述金 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 、

18、 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 繁 多 。 工 艺 介 绍整 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

19、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 ， 或 者是 使 前 道 工 序 产 生 的 内 部 应 力 得 以 释 放 ， 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 或 称 常 化 是

20、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 他 无 机 盐 溶 液 、 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 。 为 了 降 低 钢 件 的 脆 性 ， 将 淬 火 后 的 钢 件 在 高 于 室

21、 温 而 低 于 650 的 某一 适 当 温 度 进 行 较 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 。 工 艺 结 合“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 ，

22、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 ； 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

23、 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

24、 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 分 。化 学 热 处 理 是 将 工 件 放 在 含 碳 、 氮 或 其 他 合 金 元 素 的 介 质 (气 体 、 液 体

25、 、 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 他 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 ，

26、 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 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 。 目 前 ， 随 着 激

27、 光 和 等 离 子 技 术 的 日 益 成 熟 ， 利 用 这 两 种 技 术 ， 并 在 普 通钢 工 件 表 面 涂 敷 一 层 其 他 耐 磨 、 耐 蚀 或 耐 热 涂 层 ， 以 改 变 原 工 件 表 面 性 能 ，这 种 新 技 术 称 为 表 面 改 性 。 钢钢 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

28、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

29、到 的 多 元 合 金 。 与 碳钢 比 ， 合 金 钢 的 性 能 有 显 著 的 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

30、 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

31、类 。 碳 素 钢 ： 按 含 碳 量 又 可 分 为 低 碳 钢 (含 碳 量 0.25%)； 中 碳 钢 (0.25%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%、

32、 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 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

33、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 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 。 所 谓 工 艺 性 能 是 指机 械 零 件 在 加 工 制 造 过 程 中 ， 金 属 材 料 在 所 定 的 冷 、 热 加 工 条 件 下 表 现 出 来的 性 能 。 金 属 材 料 工 艺 性 能 的 好 坏 ， 决 定 了 它 在 制 造 过 程 中 加 工 成 形 的 适 应能 力 。 由 于 加 工 条

34、 件 不 同 ， 要 求 的 工 艺 性 能 也 就 不 同 ， 如 铸 造 性 能 、 可 焊 性 、可 锻 性 、 热 处 理 性 能 、 切 削 加 工 性 等 。 所 谓 使 用 性 能 是 指 机 械 零 件 在 使 用 条件 下 ， 金 属 材 料 表 现 出 来 的 性 能 ， 它 包 括 机 械 性 能 、 物 理 性 能 、 化 学 性 能 等 。金 属 材 料 使 用 性 能 的 好 坏 ， 决 定 了 它 的 使 用 范 围 与 使 用 寿 命 。 在 机 械 制 造 业 中 ， 一 般 机 械 零 件 都 是 在 常 温 、 常 压 和 非 强 烈 腐 蚀 性 介 质中

35、 使 用 的 ， 且 在 使 用 过 程 中 各 机 械 零 件 都 将 承 受 不 同 载 荷 的 作 用 。 金 属 材 料在 载 荷 作 用 下 抵 抗 破 坏 的 性 能 ， 称 为 机 械 性 能 (或 称 为 力 学 性 能 )。 金 属 材 料 的 机 械 性 能 是 零 件 的 设 计 和 选 材 时 的 主 要 依 据 。 外 加 载 荷 性 质不 同 (例 如 拉 伸 、 压 缩 、 扭 转 、 冲 击 、 循 环 载 荷 等 )， 对 金 属 材 料 要 求 的 机械 性 能 也 将 不 同 。 常 用 的 机 械 性 能 包 括 ： 强 度 、 塑 性 、 硬 度 、

36、冲 击 韧 性 、 多次 冲 击 抗 力 和 疲 劳 极 限 等 。 下 面 将 分 别 讨 论 各 种 机 械 性 能 。 1.强 度 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

37、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 。 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、

38、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 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 火退 火1.完 全 退 火 和 等 温 退

39、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

40、 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 。 淬 火淬 火 时 ， 最 常 用 的 冷 却 介 质 是 盐 水 ， 水 和 油 。 盐 水 淬 火 的 工 件 ， 容

41、 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 。 回 火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

42、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 。 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

43、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

44、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 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

45、 热 缺 陷 及 控 制一 、 过 热 现 象 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

46、 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

47、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 ， 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

48、 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

49、 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 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