1、金属热处理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。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，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。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，
2、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
3、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
4、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 19011925 年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；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
5、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
6、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
7、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
8、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、油或其他无机盐、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。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
9、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；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
10、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、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
11、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。影响钢材淬透性的因素 影响钢材淬透性的主要因素有；钢材的化学成分、淬火加热温度、冷却介质的特性、冷却的方式方法、零件的形状尺寸以及加热方式等。 (1)钢材的化学成分是影响淬透性
12、最重要的因素之一。凡是在钢中引起“c”曲线右移或左移的合金元素，都对淬适性有着极大的影响。使“c”曲线右移的元素将提高钢的淬透性；使“c”曲线左移的元素将降低钢的淬透性。如 45 钢与 40Cr 钢，其含碳量差不多，但，由于前者不含铬元素，后者含铬元素约 1，在同等的热处理条件下，它们的淬透性就显然不同，45 钢只能淬远 3595 毫米，而 40Cr 钢可淬透 25-32 毫米。 (2)热处理冷却介质的冷却特性和冷却速度，对钢的淬透性也有很大影响。冷却速度快的，淬透性就提高，冷却速度但的，淬透性就降低。例如 45 钢在水中冷却和在油中冷却，其淬透性就不同，在水中冷却时，可淬透 11一 20 毫
13、米，在油中冷却时，可淬透 3595 毫米。 (3)零件的形状尺寸、加热温度、冷却方式等，在不同程度上都影响着钢的淬透性。形状尺寸小、加热温度高，连续冷却等都能在一定程度上提高淬透性；而形状尺寸大、加热温度低、等温冷却等却能使淬透性下降。 (4)加热的方式也会影响淬透性，在实际操作中这是很重要的，我们往往容易忽视这一点。因为加热方式不同，产生的加热效果也不同。例如用箱式电炉就比盐浴炉产生的氧化、脱碳现象严重，就会降低淬透性。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
14、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
15、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。特殊性能钢简介特殊性能钢具有特殊物理或化学性能，用来制造除要求具有一定的机械性能外，还要求具有特殊
16、性能的零件。其种类很多，机械制造中主要使用不锈耐酸钢、耐热钢、耐磨钢。 一 不锈耐酸钢 不锈耐酸钢包括不锈钢与耐酸钢。能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。而在一些化学介质（如酸类等）中能抵抗腐蚀的钢称为耐酸钢。通常也将这两类钢统称为不锈钢。一般不锈钢不一定耐酸，而耐酸钢则一般都具有良好的耐蚀性能。 不锈钢的钢号前的数字表示平均含碳量的千分之几，合金元素仍以百分数表示。当含碳量0.03及0.08者，在钢号前分别冠以“00”或“0” ，例如不锈钢 3Cr13 的平均含碳量为 0.3、铬13；0Cr13 钢的平均含碳量0.08、铬13；00Cr18Ni10 钢的平均含碳量0.03、铬18、镍10 常用分类
17、 1 马氏体不锈钢 常用马氏体不锈钢含碳量为 0.1-0.45,含铬量为 12-14，属铬不锈钢。随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度、耐磨性提高，但耐蚀性则下降。为了提高耐蚀性及机械性能，这类钢最后热处理是淬火和回火。它在空气中可淬硬，但一般仍用油冷。这类钢多用于机械性能要求较高，而耐蚀性要求较低的零件。如汽轮机叶片、各种泵的零件、弹簧、滚动轴承及一些医疗器械。 2 铁素体不锈钢 常用含碳量低于 0.15, 含铬量为 12-30,也属于铬不锈钢。其塑性、焊接性均较马氏体钢好。这类钢广泛用于硝酸、氮肥、磷酸等化学工业中。 3 奥氏体不锈钢 这是应用最广泛的不锈钢，属镍铬钢。 二 耐热钢 1 抗
18、氧化钢（不起皮钢）一般钢铁在较高温度下（560以上）表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的 FeO，它较易剥落，最终导致零件破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为低碳钢。 2 热强钢 金属在高温下的强度有两个特点：一是温度升高，金属原子间结合力减弱、强度下降；二是在再结晶温度以上，即使金属受的应力不超过该温度下的弹性极限，它也会缓慢地发生塑性变形，且变形量随时间的增长而增大，最后导致金属破坏。这种现象称为蠕变。产生的原因是：在高温下金属原子扩散能力增大，使那些在低温下起强化作用的因
19、素逐渐减弱或消失。 热强钢采用的合金元素，如铬、镍、钼、钨、硅等，除具有提高高温强度的作用外，还可提高高温抗氧化性。分类 A 珠光体钢：这类钢在 350-600范围使用。 B 马氏体钢：这类钢在低于 620范围内使用。 C 奥氏体钢：这类钢一般在 600-700范围内使用。 三 耐磨钢 耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的高锰钢。它只有在强烈冲击与摩擦的作用下，才具有耐磨性，在一般机器工作条件下，它并不耐磨。主要用于制造坦克、拖拉机的履带，挖掘机铲斗的斗齿以及防弹钢板、保险箱钢板、铁路道岔等。由于高锰钢极易加工硬化，使切削加工困难，故大多数高锰钢零件是采用铸造成型的。常用金属材料牌号表
20、示方法机械零件所用金属材料多种多样，为了使生产、管理方便、有序，有关标准对不同金属材料 规定了它们牌号的表示方法，以示统一和便于采纳、使用。现将常用金属材料牌号表示方法向读者作一些简单介绍。一、钢铁产品牌号表示方法(参照 GB/T2212000)1.标准的基本概况 GB/T2212000 标准是参照国外钢铁产品牌号表示方法和国内钢铁产品牌号表示方法变化( 如 Q345 代替16Mn)等情况修订后，于 2000 年 4 月 1 日发布，并于 2000 年 11 月 1 日开始实施。 2.主要技术内容变动情况 (1)由于一些钢铁产品牌号有它们专用的标准，故取消了原标准中铁合金、铸造合金、高温 合金
21、、精密合金、耐蚀合金和铸铁、铸钢、粉末材料等牌号表示方法。 (2)一些新的钢铁产品的出现，更加完善了原标准。新标准增加了脱碳低磷粒铁、含钒生铁 JP2、铸造耐磨生铁、保证淬透性钢、非调质机械结构钢、塑料模具钢、取向硅钢(电讯用) 等牌号表示方法。(3)对不适应科技发展和与生产不协调的一些用钢牌号作了彻底改变或修改。如碳素结构钢 A 改为Q235，低合金高强度结构钢 16Mn 改为 Q345 等。对不锈钢、耐热钢和冷轧硅钢等的牌 号表示方法也做了修改。(4)原标准中“钢铁产品牌号表示方法举例”的表 3，因不适用于新标准而被删除。3.钢铁产品牌号表示方法的基本原则(1)凡国家标准和行业标准中钢铁产
22、品的牌号均应按 GB/T2212000 标准规定的牌号表示方法 编写。凡不符合规定编写的钢铁产品牌号，应在标准修订时予以更改，一些新的钢铁产品，其牌号也应按此予以编写牌号。(2)产品牌号的表示，一般采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法来 表示。(3)采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉 语拼音中选取第一个字母。当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。(4)暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。4.钢铁产品名称、用途、特性和工艺方法表示符号(摘录)钢铁产品名称、
23、用途、特性和工艺方法表示符号见表 1。 5.钢铁产品牌号表示方法示例及说明(1)生铁牌号表示方法生铁牌号采用表 1 中规定的符号和阿拉伯数字表示。阿拉伯数字表示平均含硅量(以千分之几计) 。例如：含硅量为 2.75%3.25%的铸造用生 铁，其牌号表示为“Z30 ”；含硅量为 0.85%1.25% 的炼钢用生铁，其牌号表示为 “L10”。含钒生铁和脱碳低磷粒铁，阿拉伯数字分别表示钒和碳的平均含量(均以千分之几计) 。例 如：含钒量不小于 0.40%的含钒生铁，其牌号表示为 “F40”；含碳量为 1.20%1.60% 的炼钢用脱碳低磷粒铁，其牌号表示为“TL14”。(2)碳素结构钢和低合金高强度
24、结构牌号表示方法以上用钢通常分为通用钢和专用钢两大类。通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q ”。屈服点数值( 单位为 MPa)和表 1 中规定的质 量等级、脱氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如：碳素结构钢牌号表示为：Q235AF，Q235BZ；低合金高强度结构钢牌号表示为：Q345C，Q345D。碳素结构钢的牌号组成中，镇静钢符号“Z”和特殊镇静钢符号“TZ”可以省略，例如：质 量等级分别为 C 级和 D 级的 Q235 钢，其牌号表示应为 Q235CZ 和 Q235DTZ，但可以省略为 Q235C 和 Q235D。低合金高强度结构钢有镇静钢和特殊镇静钢，但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。
25、专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q ”、屈服点数值和表 1 中规定的代表产品用途 的符号等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R” ；耐候钢其牌号表示为：Q340NH 。根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(以万分之几计平 均含碳量) 和标准的元素符号组成；专用低合金高强度结构钢的牌号，除一般组成外，尚应加写表 1 中规定代表产品用途的符号。(3)优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢牌号表示方法优质碳素结构钢采用两位阿拉伯数字(以万分之几计表示平均含碳量) 或阿拉伯数字和元素符 号、表 1 中规定的符号组合成牌号。沸腾钢和半镇静钢，在牌号尾部分别加符号“F”和
26、“b” 。例如：平均含碳量为 0.08%的 沸 腾钢，其牌号表示为“08F ”；平均含碳量为 0.10%的半镇静钢，其牌号表示为“10b” 。镇静钢(S、P 分别0.035%)一般不标符号。例如：平均含碳量为 0.45%的镇静钢，其牌号表示为“45” 。较高含锰量的优质碳素结构钢，在表示平均含碳量的阿拉伯数字后加锰元素符号。例如： 平均含碳量为 0.50%，含锰量为 0.70%1.00%的钢，其牌号表示为“50Mn” 。高级优质碳素结构钢(S、P 分别0.030%) ，在牌号后加符号“A” 。例如：平均含碳量为 0.45%的高级优质碳素结构钢，其牌号表示为“45A ”。特级优质碳素结构钢(S0
27、.020% 、P 0.025%)，在牌号后加符号 “E”。例如：平均含碳量为 0.45%的特级优质碳素结构钢，其牌号表示为“45E” 。优质碳素弹簧钢牌号的表示方法与优质碳素结构钢牌号表示方法相同(65、70、85、65Mn 钢 在GB/T1222 和 GB/T 699 两个标准中同时分别存在)。(4)合金结构钢和合金弹簧钢牌号表示方法合金结构钢牌号采用阿拉伯数字和标准的化学元素符号表示。用两位阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计) ，放在牌号头部。合金元素含量表示方法为：平均含量小于 1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量； 平均合金含量为 1.50%2.49%、2.50% 3.4
28、9% 、3.50%4.49%、4.50% 5.49%、时，在合金元素后相应写成2、3、4、5。例如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为 0 30%、0.95% 、0.85%、1.05%的合金结构钢，当 S、P 含量分别0.035%时，其牌号表示为 “30CrMnSi”。高级优质合金结构钢(S、P 含量分别0.025%) ，在牌号尾部加符号“A”表示。例如：“30 CrMnSiA” 。特级优质合金结构钢(S0.015% 、P 0.025%)，在牌号尾部加符号 “E”，例如：“30CrM nSiE ”。专用合金结构钢牌号尚应在牌号头部(或尾部) 加表 1 中规定代表产品用途的符号。合金弹簧钢牌号的表示
29、方法与合金结构钢相同。例如：碳、硅、锰的平均含量分别为0.60%、 1.75%、0.75% 的弹簧钢，其牌号表示为“60Si2Mn ”。高级优质弹簧钢，在牌号尾部加符号“A ”，其牌号表示为“60Si2MnA ”。(5)易切削钢牌号表示方法易切削钢采用标准化学元素符号、表 1 规定的符号和阿拉伯数字 表示。阿拉伯数字表示平均含碳量(以万分之几计 )。加硫易切削钢和加硫、磷易切削钢，在符号“Y ”和阿拉伯数字后不加易切削元素符号。例如：平均含碳量为 0.15%的易切削钢，其牌号表示为“Y15 ”。较高含锰量的加硫或加硫、磷易切削钢在符号“Y”和阿拉伯数字后加锰元素符号。例如 ：平均含碳量为 0.
30、40%，含锰量为 1.20%1.55%的易切削钢，其牌号表示为“Y40Mn” 。含钙、铅等易切削元素的易切削钢，在符号“Y ”和阿拉伯数字后加易切削元素符号。例 如：“Y15Pb”、 “Y45Ca”。(6)非调质机械结构钢牌号表示方法非调质机械结构钢，在牌号头部分别加符号“YF”和“F”表示易切削非调质机械结构钢和热锻用非调质机械结构钢，牌号表示方法的其他内容与合金结构钢相同。例如：“YF35V” 、“F45V”。(7)工具钢牌号表示方法工具钢分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢三类。碳素工具钢采用标准化学元素符号、表 1 规定的符号和阿拉伯数字表示。阿拉伯数字表示 平均含碳量(以千分之几计
31、)。a.普通含锰量碳素工具钢，在工具钢符号“T”后为阿拉伯数字。例如：平均含碳量为 0.80%的碳素工具钢，其牌号表示为“T8” 。b.较高含锰量的碳素工具钢，在工具钢符号“T”和阿拉伯数字后加锰元素符号。例如：“ T8Mn” 。c.高级优质碳素工具钢，在牌号尾部加“A ”。例如： “T8MnA”。合金工具钢和高速工具钢合金工具钢、高速工具钢牌号表示方法与合金结构钢牌号表示方法相同。采用标准规定的合 金元素符号和阿拉伯数字表示，但一般不标明平均含碳量数字，例如：平均含碳量为 1.60% ，含铬、钼，钒含量分别为11.75%、0.50%、0.22% 的合金工具钢，其牌号表示为“Cr12MoV”
32、；平均含碳量为 0.85%，含钨、钼、铬、钒含量分别为 6.00%、5.00%、4.00% 、2.00% 的高速工具钢，其牌号表示为“W6Mo5Cr4V2 ”。若平均含碳量小于 1.00%时，可采用一位阿拉伯数字表示含碳量( 以千分之几计)。例如：平 均含碳量为0.80%，含锰量为 0.95%，含硅量为 0.45%的合金工具钢，其牌号表示为“8MnSi ”。低铬(平均含铬量1.00%)合金工具钢，在含铬量(以千分之几计)前加数字“0” 。例如：平均含铬量为 0.60%的合金工具钢，其牌号表示为“Cr06” 。(8)塑料模具钢牌号表示方法塑料模具钢牌号除在头部加符号“SM”外，其余表示方法与优质
33、碳素结构钢和合金工具钢牌 号表示方法相同。例如：平均含碳量为 0.45%的碳素塑料模具钢，其牌号表示为“SM45” ；平均含碳量为 0.34%，含铬量为 1.70%，含钼量为 0.42%的合金塑料模具钢，其牌号表示为“SM3Cr2Mo” 。(9)轴承钢牌号表示方法轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高 温轴承钢等四大类。高碳铬轴承钢，在牌号头部加符号“G ”，但不标明含碳量。铬含量以千分之几计，其他 合金元素按合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含铬量为 1 50%的轴承钢，其牌号表示 为“GCr15 ”。渗碳轴承钢，采用合金结构钢的牌号表示方法，另在牌号头部加符号“G” 。
34、例如：“G20 CrNiMo”。高级优质渗碳轴承钢，在牌号尾部加“A ”。例如：“G20CrNiMoA ”。高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不锈钢和耐热钢的牌号表示方法，牌号头部不加符 号“G” 。例如：高碳铬不锈轴承钢“9Cr18”和高温轴承钢“10Cr14Mo” 。(10)不锈钢和耐热钢的牌号表示方法不锈钢和耐热钢牌号采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示，为切削不锈钢、易切削耐热钢在牌号头部加“Y ”。一般用一位阿拉伯数字表示平均含碳量(以千分之几计) ；当平均含碳量1.00%时，用两位 阿拉伯数字表示；当含碳量上限0.10%时，以 “0”表示含碳量；当含碳量上限0.03% ，0.
35、01%时(超低碳) ，以“03”表示含碳量；当含碳量上限(0.01%时极低碳)，以“01”表示含碳量。含碳量没有规定下限时，采用阿拉伯数字表示含碳量的上限数字。合金元素含量表示方法同合金结构钢。例如：平均含碳量为 0.20%，含铬量为 13%的不锈钢，其牌号表示为“2Cr13” ；含碳量上限为 0.08%，平均含铬量为 18%，含镍量为 9%的铬镍不锈钢，其牌号表示为“0Cr18Ni9” ；含碳量上限为 0.12%，平均含铬量为 17%的加硫易切削铬不锈钢，其牌号表示为 “Y1Cr17”；平均含碳量为1.10%，含铬量为 17%的高碳铬不锈钢，其牌号表示为“ 11Cr7”；含碳量上限为 0.0
36、3%，平均含铬量为 19%，含镍量为 10%的超低碳不锈钢，其牌号表示为 “03Cr19Ni10”；含碳量上限为 0.01%，平均含铬量为 19%，含镍量为 11%的极低碳不锈钢，其牌号表示为“01Cr19Ni11” 。(11)焊接用钢牌号表示方法焊接用钢包括焊接用碳素钢、焊接用合金钢和焊接用不锈钢等，其牌号表示方法是在各类焊 接用钢牌号头部加符号“H” 。例如：“ H08”、 “H08Mn2Si”、 “H1Cr18Ni9”。高级优质焊接用钢，在牌号尾部加符号“A ”。例如：“H08A ”、 “08Mn2SiA”。正火与退火的区别正火和退火主要有四个区别： (1)正火的温度较高,退火的温度较低
37、. (2)正火的冷却速度比退火的冷却速度快. (3)使用效果不同，在渗碳处理以后，正火能消除网状渗碳体，退火则不能.对含碳量在 o25X 以下的，正火后可提高硬度，改善切削加工性能，退火却做不到。 (4)正火的周期短，操作方便；退火的周期长，操作较麻烦(指需要控制一定的冷却速度)。 表面热处理的分类表面热处理一般分为两类：一类叫表面淬火只改变表层的组织而不改变表层的化学成分，包括火焰加热表面淬火、高中频加热表面淬火、接触电加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光电子束加热表面淬火等；另一类叫化学热处理，它即改变表层化学成分又改变表层组织，它包括渗碳、氮化、氰化、渗硼、渗金属等。此外还有一种最新表
38、面硬化技术，是在金属材料表面上覆盖特殊的硬化层，如化学气相沉积(CVD 法)和物理气相沉积(PVD法)，以及等离子喷涂等。金属热处理基本知识(二) (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
39、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界，而冷却时这些夹杂物又会沿晶界析出，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
40、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或介质（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
41、（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。八 几种常见的热处理概念 1 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 3050 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 3 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶速冷却，以
42、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。5 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 6 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解到固溶体中，然后快生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 8 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 9
43、 钢的氮化及碳氮共渗 (1).钢的氮化（气体氮化）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及
44、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 (2).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作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体氮碳共渗（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。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
45、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 HB200350 之间。 11 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺九 回火的种类及应用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（150250）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）中温回火所得组织为回火屈氏体。其目
46、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。1（三）高温回火（500650）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。十 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 FeOCOFeO2 3. 渗碳
47、 2COCCO2 CH4C2H2 FeCFeC 4.渗氮 2NH32N3H2 FeNFeN（二） 各种气氛对金属的作用氮气：在1000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十一 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
48、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
49、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 2.1%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、
