金属材料及热处理基础

金属材料及热处理基础知识讲座,授课人杨华,金属材料,工程材料根据其结构特点可分为金属材料、非金属材料和复合材料等。金属材料是工业上应用最为广泛的。金属材料之所以得到广泛的应用，是由于其具有许多优良的性能。金属材料的性能一般可分为使用性能和工艺性能。使用性能是指材料在工作条件下所必须具备的性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能。工艺性能是指金属材料对诸如铸造、锻造、焊接、切削加工和热处理等工艺性能，采用各种工艺方法加工成形和进行性能调整的适应性，满足金属材料的使用要求。,物理、化学性能主要有导电性、导磁性、耐蚀性、耐热性。力学性能是金属材料最主要的使用性能，所谓金属力学性能是指金属在力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能。它包括强度、塑性、硬度、韧性及疲劳强度。1）强度：金属抵抗永久变形和断裂的能力。常用的有屈服点（屈服强度）Rel（s）和抗拉强度Rm（b）。根据载荷作用的方式不同，强度可分为抗拉强度、抗弯强度、抗剪强度、抗压强度和抗扭强度等。一般情况下多以屈服点和抗拉强度作为判断金属材料强度高低的判据。屈服点：试样在试验过程中力不增加仍能继续伸长（变形）时的应力。抗拉强度：试样拉断前承受的最大标称拉应力。,2）塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。断后伸长率A%（%）和断面收缩率Z%（%）。断后伸长率和断面收缩率数值越大，表示材料的塑性越好。塑性好的金属可以发生大量塑性变形而不破坏，便于通过塑变加工成复杂形状零件；塑性好的材料在受力过大时，材料产生塑性变形而不致于发生突然断裂，因而安全性好。3）硬度：材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是各种零件和工具的必备的性能指标。常用的硬度表示法有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、里氏硬度等等。,布氏硬度布氏硬度的表示方法：HBS(HBW)布氏硬度主要用于检测铸铁、金属及合金的退火、正火、调质的钢材。压痕较大，因此不适合测定成品及薄件。洛氏硬度洛氏硬度的表示方法：HRC应用最广泛。(HRAHRBHRC)洛氏硬度操作简单迅速，由于压痕小，可测量成品及薄工件，用于测量最终热处理工序的高硬度零件。维氏硬度维氏硬度的表示方法：HV它是一种较为精确的硬度检测方法，主要利用低载荷来测定不适合用布氏和洛氏法来测定的薄工件和工件上薄的硬化层的硬度。,里氏硬度里氏硬度的表示方法：HL里氏硬度也是一种常用的检测方法，目前应用比较广泛，它的优点是：便携，检测方便，测量压痕小，可以与其它硬度进行转换。肖氏硬度：表示方法HS。主要轧辊类零件的硬度检测。4）韧性：金属在断裂前吸收变形能量的能力。ak：冲击韧度；Ak：冲击吸收功。冲击韧度越大，表示材料的韧性越好。承受冲击载荷的机械零件，很少因一次大能量冲击而遭破坏，绝大多数是在一次冲击不足以使零件破坏的小能量多次冲击作用下而破坏的。材料的多次冲击抗力取决于材料的强度和塑性的综合性能判据。冲击能量小时，材料的多次冲击抗力主要取决于材料的强度；冲击能量大时，则主要取决于材料的塑性。,5）疲劳强度：材料在循环应力和应变作用下，在一处或多处产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程称为金属的疲劳。在机械零件失效中有近80%以上属于疲劳破坏。金属在指定循环基数下的疲劳强度称为疲劳极限。金属的疲劳强度受工作条件、表面状态、材料本质及残余应力等因素的影响。2、金属材料的工艺性能金属材料的工艺性能直接影响零件加工的工艺质量，是选材和制定零件加工工艺路线时必须考虑的因素之一。包括：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能、热处理性能。,合金的结构,一、合金与合金的基本组织1、合金；是指两种或两种以上的金属与非金属经熔炼或烧结而成的具有金属特性的物质。合金不仅具有纯金属的基本特性，还具有优良的力学、物理和化学性能。因此合金比纯金属应用广泛。我们机械制造业中使用的的金属材料绝大多数都是合金，如碳素钢、合金钢、铸铁、黄铜、青铜等。1）组元：组成合金的最基本的独立的物质叫做组元。它可以是金属元素（如），非金属（如、）或稳定的化合物（如）。2）相：是指一个合金系统中的这样一种物质部分，它具有相同的物理和化学性能并与该系统的其余部分以界面分开。,如果合金是由成分、结构都相同的同一种晶粒构成的，个晶粒间虽有界面分开，但它们仍属于同一种相；如果合金是由成分、结构都不相同的几种晶粒构成，则它们将属于不同的几种相。3）组织：所谓的组织是指用金相观察方法，在金属及合金内部看到的涉及晶体或晶粒的大小、方向、形状、排列状况等组成关系的构造情况。也可说是人们观察到的合金的特征与形貌。2、合金的基本相合金中的基本相结构可分为固溶体和金属化合物两大类。1）固溶体：合金的组元之间以不同的比例相互混合，混合后形成的固相的晶体结构与组成合金的某一组元的晶体结构相同，这种相称为固溶体。根据溶质原子在溶剂中所处位置不同，固溶体可分为间隙固溶体和置换固溶体两大类。,间隙固溶体的溶质原子分布于溶剂晶格间隙之中而形成的固溶体。置换固溶体的溶质原子置换了溶剂晶格中某些结点位置上的溶剂原子而形成的固溶体。无论是间隙固溶体还是置换固溶体，由于溶质原子的溶入而使溶剂的晶格发生畸变，阻碍了位错的运动，使位错的滑移变得困难，从而提高了合金抵抗塑性变形的能力，使合金的强度、硬度升高，而塑性、韧性下降。这种通过溶入溶剂元素形成固溶体，从而使金属材料的强度、硬度升高的现象称为固溶强化。它是提高金属材料力学性能的重要途径之一。2）金属化合物：它是合金间发生化合而形成的一种新相，其晶格类型和性能完全不同于任一组成元素，一般可用分子式表示，且具有一定的金属性质。特点是具有高熔点、高硬度和高脆性。它是许多合金的重要组成相。3、合金组织：纯组元、固溶体和金属化合物是构成合金内部组织的基本相。,二、铁碳合金相图1、铁碳合金的基本组织主要有三种形态：固溶体、金属化合物和机械混合物。它们是铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体。铁素体表示符号：F（a-Fe是体心立方晶格的固溶体）奥氏体表示符号：A（r-Fe是面心立方晶格的固溶体）渗碳体表示符号：Fe3C（间隙式化合物）珠光体表示符号：P（机械混合物）莱氏体表示符号：Ld（机械混合物）2、根据Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C相图中不同含碳量的铁碳合金一般可分成三类：1）工业纯铁（wc0.0218%）2）钢（0.0218%wc2.11%）亚共析钢（0.0218%wc0.77%）共析钢（wc=0.77%）过共析钢（0.77%wc2.11%）,3）白口铸铁（2.11%wc6.69%）3、Fe-Fe3C相图的应用1）作为选用钢铁材料的依据。根据Fe-Fe3C相图所表示的成分组织和性能的规律。如强度较高，塑性韧性好，焊接性好的的钢材，可以选择碳含量小于0.25%的低碳钢；如需要强度、韧性、塑性都比较好用钢可选择碳含量0.250.6%的中碳钢；如需要强度、硬度高和耐磨性好的工具用钢，可选择碳含量高于0.6%的高碳钢。2）制定铸锻和热处理等热加工工艺的依据。铸造生产根据相图的液相线可以找出不同成分铁碳合金的熔点，找到钢熔化和浇注的合理温度。由于奥氏体组织具有强度低、塑性好、便于塑性变形加工的特点，合理选择锻造的开始轧制和终锻温度。根据对工件材料性能要求的不同，采取各种不同的热处理工艺方法，选择热处理加热温度等。,热处理,热处理是机械零件制造的重要的特殊工序之一。零件的加工工艺主要是：冶炼锻造（铸造）第一热处理粗加工（车、铣、刨、镗等等）(预备)热处理半精加工最终热处理精加工热处理：通过加热、保温和冷却的方法使金属和合金内部的组织结构发生变化，从而改善了工件的原始状态或应力分布，满足工件使用性能的要求的工艺方法。热处理是由加热、保温、冷却三个基本环节组成的。金属材料的传热方式有:传导、对流和辐射。,钢的加热和冷却,一、钢的加热在大多数热处理工艺中，钢的加热的主要目的是获得奥氏体组织。因此我们把将钢件加热到Ac3或Ac1点以上，以获得完全或部分奥氏体组织的操作称为奥氏体化。金属或合金在加热和冷却过程中，发生相变的温度称为相变点（或临界点）。A1、A3、Acm等。A1：表示加热时珠光体向奥氏体或奥氏体向珠光体转变的温度；A3：表示亚共析钢加热时先共析铁素体完全容入奥氏体的温度或冷却时先共析铁素体开始从奥氏体中析出的温度；Acm：表示过共析钢加热时二次渗碳体完全容入奥氏体的温度或冷却时二次渗碳体开始从奥氏体中析出的温度。,二、钢在加热过程中常见的缺陷：欠热、过热和过烧都是加热时的组织缺陷，它们都因加热不当形成非正常组织，导致材料的性能下降甚至开裂。1、欠热、过热和过烧欠热是由于加热温度过低或加热时间过短,未充分进行奥氏体化而引起的组织缺陷.过热是金属或合金在热处理加热时,由于温度过高,晶粒长的过大,以致性能显著降低的现象.过热除了引起晶粒粗大,在冷却过程中易于形成魏氏组织.因此过热的工件不仅易于引起淬火变形、开裂，能使力学性能明显降低，塑性和韧性的降低尤为明显。过烧是金属和合金在加热温度达到其固相线附近时，晶界氧化和开始部分熔化的现象称为过烧。过烧的工件不仅晶粒严重粗化，会因局部熔化造成工件报废。2、氧化和脱碳3、变形、开裂,三、钢的冷却转变钢在冷却时，主要的转变形式有两种：一种是等温转变；另一种是连续冷却转变。1、等温转变：钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的温度区间内等温保持时，过冷奥氏体所发生的相转变称为等温转变。属于这种转变方式的有等温退火、等温淬火及分级淬火。等温转变图称“C曲线”2、连续冷却转变：钢经奥氏体化后在不同冷速的冷却过程中过冷奥氏体所发生的相转变称为连续冷却转变。属于这种转变方式的有普通退火、正火和淬火。连续冷却转变图称CCT曲线。,四、过冷奥氏体的组织转变类型1、珠光体型转变：A1550A1650之间等温转变得到粗片状珠光体（P）。650600之间等温转变得到细片状珠光体，又称索氏体（S）。600550之间等温转变得到极细状珠光体，称为托氏体（T）。2、贝氏体型转变：550Ms温度范围内550350范围内形成的贝氏体称为上贝氏体（B上）。350Ms范围内形成的贝氏体称为下贝氏体（B下）。3、马氏体型转变：MsMf低碳板条马氏体（0.2%C）高碳针状马氏体或片状马氏体（1.0%C）,五、工艺方法：1、加热和保温：加热温度是热处理工艺的重要的工艺参数。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而不同，但一般都是加热到相变温度以上。当金属工件表面达到要求的加热温度时，还需在此温度保温一定时间，使内外温度一致，显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。因工艺方法的不同，加热、保温的速度和时间也不相同。2、冷却：冷却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。3、工艺类型：从工艺类型上大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火。,钢的退火与正火,一、退火：就是将金属或合金加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的实质是将钢加热到奥氏体化后进行珠光体转变。1、退火的目的：1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。2）细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作准备。3）消除钢的内应力，以防止变形和开裂。,2、常见的退火方式：1）完全退火：在Ac3+3050主要用于亚共析钢。2）不完全退火：在Ac1Ac3之间(用于共析或过共析钢).3）球化退火：主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢。球化退火有普通球化退火和等温球化退火。4）去应力退火：主要为了消除锻造、铸造、焊接、加工及塑性变形后的内应力。5）再结晶退火：以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。6）均匀化退火：扩散退火。消除或减少铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性。,3、常见的退火缺陷1）硬度偏高2）过热与过烧3）球化不完全4）石墨化断口5）氧化与脱碳6）网状组织二、正火：将钢件或钢材加热到Ac3或Accm以上3050，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。目的：过共析钢正火后可消除网状碳化物；低碳钢正火后将显著改善钢的切削加工性能；所有钢铁材料通过正火均可使铸锻件晶粒细化并消除内应力。正火后的钢件可获得优于退火态的综合性能。正火比退火的冷速快，组织也比较细，零件的强度和硬度比退火高。,钢的淬火,一、淬火定义和目的:钢的淬火就是将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度,保持一定时间,然后以适当速度冷却获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺.淬火的目的:是使过冷奥氏体进行马氏体(或贝氏体)转变,得到马氏体(或贝氏体)组织,然后配合以不同温度的回火,获得所需的力学性能.二、淬火温度的选择：亚共析钢：Ac3+3050共析钢过共析钢：Ac1+3050在选择钢见淬火温度时，除根据Fe-Fe3C相图的选择温度外，还应考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响。,三、淬火介质：1、定义：工件进行淬火冷却时所使用的介质称为淬火介质。理论的淬火介质应具备的条件：使工件既能淬成马氏体，又不致引起太大的淬火应力。这就要求在C曲线的“鼻子”以上温度缓冷，以减少急冷所产生的热应力；在“鼻子”处冷速要大于临界冷却速度，以保证过冷奥氏体不发生非马氏体转变；在“鼻子”下方，特别是Ms点以下温度时，冷速尽量小，以减少组织转变的应力。1）冷却过程中会发生物态变化的介质：如水、油、水溶性淬火液。特点是：沸点较低，冷却过程伴随着介质汽化，因为在工件表面吸收大量的热量冷却过程一般分为三个阶段：蒸汽膜阶段、沸腾阶段、对流阶段。）冷却时不发生物态变化的介质：如熔盐、溶碱、熔融金属及气体。,）冷却时不发生物态变化的介质：如熔盐、溶碱、熔融金属及气体。2、常用的淬火介质：水、碱水和盐水、油、盐浴和碱浴、新型水溶性淬火介质。3、淬火冷却的分类：单液淬火、双液（介质）淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、延迟淬火冷却、局部淬火、深冷处理。四、淬硬性和淬透性：1、淬硬性：钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。决定钢淬硬性高低的主要因素是钢的含碳量。2、淬透性：指在规定条件下决定钢材淬硬深度和硬度的分布的特征。钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只决定于其本身的内部因素，而与外部因素无关。,五、钢淬火时的缺陷：1、淬火内应力：工件在加热和冷却的过程中，不仅因热胀冷缩会发生体积变化，还会因相变时发生新旧两相比容的不同而发生体积的变化。这就造成了零件的内应力。淬火过程中的快冷在工件内部产生的内应力是导致工件变形和开裂的根本原因。内应力：包括热应力和相变应力。1）、热应力：工件在加热和冷却时，由于不同部位存在的温度差异而导致热胀和冷缩的不一致所引起的应力，称为热应力。2）、相变应力：热处理过程中由于钢件各部位相转变的不同时性所引起的应力，称为相变应力，又称组织应力。,2、淬火变形和开裂：1）淬火变形影响因素：钢的成分、原始组织、零件的几何形状、冷加工工艺、热处理工艺。2）淬火裂纹：淬火裂纹多数在淬火冷却后期产生的。即在马氏体转变温度范围内冷却时，由淬火内应力在工件表面附近所产生的拉应力超过了该温度下钢件的抗拉强度而引起的。淬火时在Ms点以下的快冷是造成淬火裂纹的主要原因。常见的裂纹有：纵向裂纹、横向裂纹、应力集中裂纹、网状裂纹、淬火过热裂纹等。3、防止淬火变形和开裂的措施：1）合理的选择淬火加热温度。2）合理的进行加热。3）正确的选择冷却方式和冷却介质。4）正确掌握淬火操作方法。,钢的回火,一、回火处理：1、定义；回火是钢件淬硬后，再加热到低于Ac1点以下的某一温度保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。2、回火的目的：1）合理的调整力学性能，使零件满足使用要求；2）稳定组织，使零件在使用过程中不发生组织转变；3）降低或消除内应力，以减少零件的变形和开裂。3、回火后的组织：A1650之间回火得到的组织回火珠光体。500650之间回火得到的组织称回火索氏体。350500之间回火得到的组织称为回火托氏体。,二、回火的分类：按加热温度的不同回火可分为低温、中温和高温。1、回火分类低温回火：在250以下，回火组织为回火马氏体。中温回火：在300500，回火组织为回火托氏体。高温回火：在500650，回火组织为回火索氏体。2、回火后的力学性能：1）对硬度的影响：200250回火，其硬度较淬火马氏体只是稍有下降；300回火，各种碳钢的硬度都随回火温度的升高而显著下降。2）回火对钢强度、塑性、韧性的影响：钢的强度指标随着回火温度的升高而下降；塑性随回火温度的升高而逐渐增大；冲击韧性也是随回火温度的升高而增大。,3、回火过程中的的二次硬化、回火脆性、回火稳定性1）二次硬化：铁碳合金在一次或多次回火后提高了硬度的现象，是由于特殊碳化物的离位析出和（或）残余奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致。如高合金钢（高速钢、高铬模具钢等）。2）回火脆性：一般钢，淬火后回火时其冲击韧度值随回火温度的升高而增大。但某些钢在一定温度范围内回火时，其冲击韧度比在较低温度回火时反而显著降低，像这些淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓冷通过该温度区间的脆化现象称为回火脆性。通常分为第一类回火脆性和第二类回火脆性两种。3）回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力称回火稳定性。合金钢的回火稳定性较碳钢好。三、调质处理：将钢件经淬火及高温回火后，获得良好的综合机械性能，并得到回火索氏体组织的热处理工艺过程,钢的表面淬火,钢的表面淬火：是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使工件表面获得淬火马氏体组织的方法。进行表面淬火的零件，表面具有高的强度、硬度和耐磨性，心部具有一定的强度、足够的塑性和韧性。钢的表面淬火有很多种，感应加热、火焰加热、电接触加热、电解液加热以及激光加热等表面淬火工艺。1、感应加热表面淬火：就是利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，使工件表面、局部或整体加热并进行快速冷却获得马氏体组织的淬火方法。根据零件尺寸和硬化层深度的要求选择不同的电流频率。感应加热表面淬火:分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热。工件经表面淬火后应进行低温回火以降低残余应力和脆性，并保持表面高硬度、高耐磨性。,回火方式有炉中回火和自回火。为了保证工件表面淬火后的表面硬度和心部强度及韧性，一般选用中碳钢及中碳合金钢，其表面淬火前的原始组织应为调质态或正火态。2、火焰加热表面淬火：就是用氧乙炔（或其它可燃气）燃烧的火焰，喷射在工件表面，使它快速加热，当达到淬火温度时立即喷水冷却，从而获得预期的硬度和有效淬硬深度的一种表面淬火方法。火焰加热表面淬火方法简便，无需特殊设备，适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工具或工件。火焰加热表面淬火较感应加热表面淬火，硬化层浅，较易过热，淬火质量不够稳定。利用火焰淬火机床能有效的控制质量。,化学热处理化学热处理：金属制件放在一定的化学介质中，使其表面与介质相互作用，吸收其中某些化学元素的原子（或离子）并能通过加热，使该原子自表面向内部扩散的过程称为化学热处理。化学热处理的目的：是通过改变金属表面的化学成分及热处理的方法获得单一材料难以获得的性能，或进一步提高零件的使用性能（如表面高硬度、高耐磨性、抗腐蚀性，心部良好的塑性、韧性特征）。1、化学热处理的三个基本过程：分解、吸收、扩散。2、常见的化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗、渗金属等。3、钢的渗碳：就是钢件在渗碳介质中加热和保温，活性介质在工件表面产生活性碳原子,经过表面吸收和扩散将碳渗入表面。为使起达到共析或略高于共析成分的含碳量,经淬火和低温回火后,其表面的硬度、强度,特别是疲劳强度和耐磨性较心部有显著提高,而心部仍保持一定的强度和良好的韧性.,渗碳的目的：使机械零件获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触强度和弯曲疲劳强度，同时心部保持良好韧性。渗碳钢多为低碳钢或低碳合金钢，一般c为0.10.25%.一般渗碳工件的加工工艺路线:锻造正火(退火)粗加工调质(正火)滚齿半精加工渗碳防渗碳保护淬火低温回火精加工渗碳后的工件必须通过热处理使表面获得马氏体组织.淬火的热处理方法有三种:直接淬火法、一次淬火法、两次淬火法。4、钢的渗氮：渗氮是将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，并提高疲劳强度和耐蚀性。渗氮用钢通常是含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢。38CrMoAl是典型的渗氮钢。渗氮的工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨渗氮精磨,热处理在机械零件制造中的作用,1、机械零件冷、热加工工艺与热处理工艺的区别机械零件的加工就是把材料制备成具有一定形状尺寸和性能的制品的过程。所有的冷加工（车、铣、刨、磨、钻、插、滚、拉、钳等）及铸造、锻造、焊接等热加工，均是以获得零件的结构外形、尺寸精度为主要目的的加工工艺方法。而热处理工艺基本上不塑造或改变零件的外形，仅改变材料内部组织与性能。因此，热处理工艺是提高零件的可靠性与使用寿命的重要保证。2、热处理工艺与零件设计的关系机械零件的设计，包括根据零件的服役条件选择材料、确定零件的外形结构、几何尺寸、传动精度及热处理技术要求等。,（1）.正确选材：选材时应根据零件的服役条件、失效形式找出该零件所选材料的主要力学性能指标。因此力学性能指标是材料选用的主要依据。根据材料的材料几力学性能选择合理的热处理工艺方法。（2）.合理地确定热处理技术条件：合理地确定热处理技术条件是以热处理正常生产、保证产品质量、降低生产成本等为前提。1）根据零件服役条件，恰当地提出性能要求。2）热处理技术要求只能定在所选钢好淬透性和淬硬性允许范围之内。3）显微组织的控制标准。4）热处理技术要求应该允许一定的热处理变形。5）经济性：零件技术要求与制造成本和使用寿命的关系。,（3）.恰当处理热处理件外形结构：在实际生产中，如何使零件的结构、形状及尺寸即适合零件结构的需要，又不会因其结构的不合理给热处理生产带来不利，引起应力集中导致淬火变形或开裂。因此在设计淬火零件的结构、形状及尺寸时应掌握以下原则：1）避免尖角和棱角：零件的尖角和棱角是淬火应力最集中的地方，往往是淬火开裂的起点。2）设计时要避免厚薄悬殊，考虑零件的对称性。3）采取封闭、对称结构。4）采取组合结构。5）轴类零件的细长比不可太大。6）内孔要求淬硬时，应变盲孔为通孔。7）提高零件结构的刚性，必要时可附加加强肋。8）热处理前零件表面不得有扎刀、较深的划痕和表面缺陷。,3、热处理工艺与铸造的关系(1)铸造工艺对热处理质量的影响晶粒粗大、魏氏体组织、枝晶偏析、凝固和冷却的不均匀造成内应力过大等铸造缺陷的存在，会使铸件的力学性能大大降低，给后续热处理带来很大的质量隐患。因此在机加工前进行预备热处理，消除组织缺陷，做好组织准备。(2)铸钢件的预备热处理:1)低碳钢一般选用正火处理,以获得均匀的铁素体细片壮珠光体组织.2)中碳钢和合金钢一般采用完全退火或等温退火,以获得铁素体片状(或球状)珠光体组织.3)只为了消除铸造应力可采取低温退火.4)对于大型铸件,经常会出现枝晶偏析,可采取扩散退火.,(3)铸铁件灰铸铁件一般需要进行退火,包括消除铸件内应力的去应力退火；消除白口组织的石墨化退火；提高铸件强度和塑性的正火处理等。(4)非铁金属铸件按照技术要求进行淬火（固溶处理）与时效处理。4、热处理工艺与锻造的关系(1)锻造工艺对热处理的影响：由于锻造温度较高，一般在11501200，锻后往往带有过热缺陷。这种缺陷采用一般的正火方法很难消除，对最终热处理的性能和组织影响很大，淬火过程中易导致变形开裂。因此锻件必须进行预备热处理。(2)锻件的预备热处理方法1）碳的质量分数小于0.45%的碳素钢和碳的质量分数小于0.40的低碳合金结构钢，一般采用正火方法。,(2)碳的质量分数在0.450.70%的碳素钢和弹簧钢,碳的质量分数大于0.40%的合金结构钢和弹簧钢,一般采用完全退火.(3)对于工具钢应采用球化退火.(4)对于需要渗氮或感应淬火的锻件,因含有一定的合金元素,甚至含量很高.可采用调质处理作为预备热处理.5、热处理工艺与焊接的关系焊接件的热处理目的主要是去除因焊接而产生的结构应力，稳定构件的尺寸；其次是对焊缝处的组织缺陷进行弥补。焊接成形后进行去应力处理。6、热处理工艺与切削加工的关系钢的切削加工性的好坏与其化学成分、金相组织和力学性能有关.热处理可以改善材料的切削加工性能,降低加工后的表面粗糙度,提高刀具的使用寿命.切削加工进刀量过大会引起工件产生切削应力,导致热处理后变形严重;工件表面粗糙度过大,刀痕较深,易导致热处理淬火开裂.因此淬火前进行消除应力处理.,7、工艺路线对热处理的影响零件加工工艺路线安排的是否合理将直接影响热处理的质量.在表面淬火、渗碳淬火、淬火等最终热处理前尽量减少凹槽、孔洞及棱角，将加工在热处理后进行，防止热处理时应力集中引起的变形或开裂。对于不对称的或精密零件，为稳定尺寸，最终热处理前的工艺路线中安排去应力或时效处理。,热处理的质量检验及过程控制,热处理的质量检查贯穿热处理的全过程：热处理前、热处理过程和热处理后的检查。依据：工件图纸、工艺文件、技术标准（热处理前的相关软件资料）等。热处理前对人员、设备、检测计量仪器的有效定期检测并合格。一、热处理前的检查与控制1、外观检查：热处理前依据图纸、工艺、技术规范对零件外形尺寸、加工状态、工艺余量、表面缺陷等进行检查；2、软件资料：图纸、冷热工艺，前期需要的探伤和化学成分检查等；3、热处理工艺方案的制定、审核、批准或进行工艺评审等；,4、热处理件的工装方式及合理性、设备的选择等。二、热处理过程的检查和控制1、严格按照工艺参数及设备操作规范执行；2、淬火过程的操作方法和方式选择（辅助工装）；3、淬火冷却介质的控制；4、操作过程的真实记录及出现故障的应急预案;5、质量监控人员对生产过程进行监督检查和跟踪。三、热处理后的检查和控制1、对零件热处理后的外观质量变形和开裂情况检查；2、软件资料工艺、记录和曲线的检查核对；3、零件表面硬度检查（轴类、齿轮类、板类、异形件）;4、力学性能和金相组织的检查；5、化学成分和探伤检查。,碳素钢,碳的质量分数小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的钢称为碳素钢。1）、碳钢中常存元素对其性能的影响硅（Si）：是有很好的脱氧能力，是钢中的有益元素，但含量不能超过0.4%，否则将降低钢的塑性。锰（Mn）:是炼钢过程中用锰铁脱氧而残留在钢种的.它可溶于铁素体和渗碳体,使钢的强度和硬度提高.锰是钢中的有意元素,其含量一般为0.250.80%硫（）：硫是在炼钢过程中由矿石和燃料中的焦碳带来的有害元素它不溶于铁，以化合物FeS的形式存在,FeS与Fe形成低熔点共晶体,往往由于加热温度超过其熔点而使这些处于晶界的低熔点共晶体熔化,导致钢材开裂,这种现象称为热脆.磷（）：是由生铁带入钢中的有害元素.它在钢中形成脆性很大的化合物Fe3P,使钢在低温下(100)的塑性和韧性急剧下降,这种现象称为冷脆.,非金属夹杂物：炼钢中，炉渣、耐火材料及冶炼中反应产物的一少部分可能残留于钢液，形成非金属夹杂物。氧、氮、氢：钢在冶炼过程中吸收气体，也会对钢的质量产生不良影响。氧对钢的力学性能不利，使钢的强度、塑性及疲劳强度降低；氮虽能提高钢的硬度、强度，但塑性和韧性则急剧下降；氢能引起钢的氢脆和白点。2）、碳素钢的分类：按钢的含碳量可分为：低碳钢、中碳钢、高碳钢按钢的质量分类（以钢中的有害杂质硫、磷含量）：碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢。按用途分类：碳素结构钢（构件用钢、零件用钢）、碳素工具钢（刃具钢、模具钢、量具钢）。,合金钢,为了提高钢的力学性能、工艺性能或物理、化学性能，在冶炼时特意往钢中加入一些合金元素，这种钢就称为合金钢。在碳钢中加入合金元素后可以改善钢的使用性能和工艺性能