金属热处理知识ppt课件

1、前 言 金属热处理涉及 1. 金属材料学/工程材料学； 2. 热能（简称为热加工,热处理加工的重要性 1.热处理是机械工业的重要组成部分； 2.现代制造业生产链上不可或缺的极其重要环节 ; 3.是促进金属材料潜力充分发挥、提高机械零件内在质量和使用寿命的关键加工工序，是制造业的基础技术,第一章 要了解热处理加工技术 -首先要了解金属材料,一、金属材料相关定义 1.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）。 2.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。 3.相：

2、合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 4.固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）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。 5.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。 6.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。 7.机械混合物：由两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,一、金属材料相关定义 8.铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 9.奥氏体：碳在

3、g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 10.渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 11.珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）。 12.莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）。 13.马氏体：是黑色金属材料的一种组织名称。马氏体马氏体（M）是碳溶于-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因,一、金属材料相关定义 14.Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度。 15.Ac3：加热时先共析铁素体全部转变成奥氏体的终了温度。 16.Ar1：

4、冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度。 17.Ar3：铁碳合金冷却时自A（奥氏体）中开始析出F的临界温度线。 18. Ms：马氏体转变开始温度 。 19. Mf：马氏体转变终了温度,二、金属材料分类,在机械、工程等工业领域中，采用的金属材料种类及品种繁多，其分类如下,二、金属材料分类,黑色金属 通常以铁、锰、铬为基础的合金称黑色金属。 以铁为基的合金称为钢。 有色金属 以其余合金为基的合金称有色金属。 有色金属通常按其元素名称命名。 如铝及铝合金，铜及铜合金,二、金属材料分类,按化学成分(黑色金属） 碳素钢分为： 普通碳素钢、优质碳素钢和高级碳素钢。 合金钢分为： 低合金钢、中合金钢和高合金钢,

5、三、金属材料牌号,金属材料牌号的表示方法往往是根据其含碳量、合金元素含量 、强度级别、汉语拼音来表示。 汉语拼音一般表示材料的名称、用途、特性和工艺方法,三、金属材料牌号,例：不锈钢 当含碳量上限大于0.1时，以一位数字表示C含量，其余合金元素按合金结构钢表示方法表示。如1Cr18Ni9Ti 含碳量上限不超过0.08时，前面加0 ，如：0Cr18Ni9Ti 当含碳量上限不超过0.03时，牌号前加00，如00Cr17Ni14Mo2（316L）。 含碳量上限没有规定时，采用阿拉伯数字表示含碳量上限，如2Cr13,四、金属元素的作用,碳（C）： 钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降

6、低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 典型的例子是低碳钢、高碳钢、高碳钢力学性能变化,四、金属元素的作用,铬(Cr) 铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。可提高高碳钢的硬度和耐磨性而不使钢变脆；含量超过12%时。使钢有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。还增加钢的热强性，铬为不锈耐酸钢及耐热钢的主要合金元素。 铬能提高碳素钢轧制状态的强度和硬度。降低伸长率和断面收缩率。当铬含量超过15%时，强度和硬度将下 降，伸长率和断面

7、收缩率则相应地有所提高。含铬钢的零件经研磨容易获得较高的表面加工质量。 铬在调质结构钢中的主要作用是提高淬透性。使钢经淬火回火后具有较好的综合力学性能，在渗碳钢中还可以形成含铬的碳化物，从而提高材料表面的耐磨性,四、金属元素的作用,钼(Mo) 钼在钢中能提高淬透性和热强性。防止回火脆性，增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性。 在调质钢中，钼能使较大断面的零件淬深、淬透，提高钢的抗回火性或回火稳定性，使零件可以在较高温度下回火，从而更有效地消除（或降低）残余应力，提高塑性。 在渗碳钢中钼除具有上述作用外，还能在渗碳层中降低碳化物在晶界上形成连续网状的倾向，减少渗碳层中残留奥氏体，相对地增加了

8、表面层的耐磨性。 在锻模钢中，钼还能保持钢有比较稳定的硬度，增加对变形、开裂和磨损等的抗力。 在不锈耐酸钢中，钼能进一步提高对有抗酸（如蚁酸、醋酸、草酸等）以及过氧化氢、硫酸，亚硫酸、硫酸盐、酸性染料、漂白粉液等的抗蚀性。特别是由于钼的加入，防止了氯离子存在所产生的点腐蚀倾向,四、金属元素的作用,锰(Mn) 锰是良好的脱氧剂和脱硫剂 。钢中一般都含有一定量的锰，它能消除或减弱由于硫所引起的钢的热脆性，从而改善钢的热加工性能。 锰和铁形成固溶体，提高钢中铁素体和奥氏体的硬度和强度；同时又是碳化物形成元素，进入渗碳体中取代一部分铁原子。锰在钢中由于降低临界转变温度。起到细化珠光体的作用。也间接地起

9、到提高珠光体钢强度的作用；锰稳定奥氏体组织的能力仅次于镍，也强烈增加钢的淬透性。已用含量不超过2%的锰与其他元素配合制成多种合金钢。 锰具有资源丰富、效能多样的特点，获得了广泛的应用，如含锰较高的碳素结构钢、弹簧钢。 在高碳高锰耐磨钢中。锰含量可达10%一14% ，经固溶处理后有良好的韧性，当受到冲击而变形时，表面层将因变形而强化，具有高的耐磨性,四、金属元素的作用,钒(V) 钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。在热处理应用中有二次硬化功能，抗回火回火能力好，红硬性好,四、金属元素的作用,硅(Si) 硅能溶于

10、铁素体和奥氏体中提高钢的硬度和强度，其作用仅次于磷，较锰、镍、铬、钨、钼和钒等元素强。但含硅超过3%时,将显著降低钢的塑性和韧性。硅能提高钢的弹性极限、屈服强度和屈服比(s/b),以及疲劳强度和疲劳比(-1/b)等,这是硅或硅锰钢可作为弹簧钢种的缘故。 硅能降低钢的密度、热导率和电导率。能促使铁素体晶粒粗化。降低矫顽力。有减小晶体的各向异性倾向，使磁化容易，磁阻减小，可用来生产电工用钢，所以硅钢片的磁滞损耗较低，硅能提高铁素体的磁导率，使硅钢片在较弱磁场下有较高的磁感强度。 含硅的钢在氧化气氛中加热时，表面将形成一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。 硅能促使铸钢中的柱状晶成长，降低

11、塑性。硅钢若加热或冷却较快，由于热导率低，钢的内部和外部温差较大，因而易裂,四、金属元素的作用,磷(P) 磷在钢中固溶强化和冷作硬化作用强，作为合金元素加入低合金结构钢中，能提高其强度和钢的耐大气腐蚀性能，但降低其冷冲压性能。磷与硫和锰联合使用，能增加钢的被切削性能，增加加工件的表面质量，用于易切钢，所以易切钢含磷也较高。磷溶于铁素体，虽然能提高钢的强度和硬度，最大的害处是偏析严重，增加回火脆性，显著降低钢的塑性和韧性，致使钢在冷加工时容易脆裂，也即所谓”冷脆”现象。磷对焊接性也有不良影响。磷是有害元素，应严加控制，一般含量不大于0.030%-0.040,四、金属元素的作用,硫(S) 提高硫和

12、锰的含量，可改善钢的被切削性能，在易切削钢中硫作为有益元素加入。硫在钢中偏析严重，恶化钢的质量。在高温下，降低钢的塑性，是一种有害元素，它以熔点较低的FeS的形式存在；单独存在的FeS的熔点只有1190 ，而在钢中与铁形成共晶体的共晶温度更低，只有988 ，当钢凝固时，硫化铁析集在原生晶界处。钢在1100-1200进行轧制时，晶界上的FeS就将熔化，大大地削弱了晶粒之间的结合力，导致钢的热脆现象。因此对硫应严加控制，一般控制在0.020%-0.050%。为了防止因硫导致的脆性，应加入足够的锰，使其形成熔点较高的MnS,第二章 金属热处理加工 -简称热加工 热处理过程通俗讲就是 加热、保温及冷却

13、过程,一、热处理相关定义 1.淬火：是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。 2.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。 3.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,一、热处理相关定义 4. 退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上2040度，保温一段时间后，随炉

14、缓慢冷却至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 5.球化退火：将钢加热到Ac1以上2040，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。 （主要用于高C钢） 6.固溶处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺,一、热处理相关定义 7.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。 8.调质处理：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

15、那些在交变负荷下工作的连杆、 螺栓、齿轮及轴类等,淬火的目的 获得金属材料内部马氏体或贝氏体组织。 回火的目的 提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。 消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。 调整钢铁的力学性能以满足使用要求。 调整淬火硬度。 回火的种类 低温回火 ：工件在250以下进行的回火 。 中温回火：工件在250500 之间进行的回火。 高温回火：工件500以上进行的回火,正火的目的 （1）对于力学性能要求不高的碳钢、低合金钢结构件，可作最终热处理。 （2）对于低碳钢可用来调整硬度，避免切削加工中的粘刀现象，改善切削加工性

16、。 （3）对于共析、过共析钢，正火可消除网状二次渗碳体，为球化退火作准备。 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，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的的热处理做准备。 （3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂,二、金属热处理的种类 整体热处理：零件整体硬化。 淬火/正火/调质/固溶/时效/退磁等。 表面热处理：表面强化。 高中频淬火/火焰淬火/高束能淬火/激光淬火等。 化学热处理： 发黑/渗碳/氮化/碳氮共渗/氧化/电镀/涂层等,二、金属热处理的种类 钎焊加工：焊接加工 铜基钎焊/银基钎焊/镍基钎焊等 真空烧结：PM/MIM粉末冶金

17、主要应用于复杂精密小零件粉末成型后烧结加工,三、MJ热处理制程应用 机械零件的淬火 淬火零件整体回火 消除应力回火 正火加工 退火加工 固溶 时效 T6 退磁处理：磁性材料 真空钎焊 真空烧结：铁基/铜基/镍基 调质处理 TD处理 氮化处理 渗碳/碳氮共渗,四、金属热处理过程 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，连续作业。 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，或以至浮动流

18、态粒子进行间接对流加热,四、金属热处理过程 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（激光；高、中或工频）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,四、金属热处理过程 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（主要有高压氮气

19、、油冷、盐浴、聚合物水溶液、盐水、空气冷却等），主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢（随炉或工艺参数冷），正火的冷却速度较快（空冷），淬火的冷却速度更快（介质冷却）。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢（空气中冷却或普通风扇冷却）就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬,五、影响热处理件质量的因素 热处理工艺因素 1、氧化与脱碳 脱碳：钢在某些介质中加热时，产品表面产生氧化或介质会使钢表层的含碳量下降，外观严重不良甚至于影响尺寸。 防止方法： （1）采用脱氧良好的盐浴炉加热。 （2）可控保护气氛（氮氢混合气、氮+甲醇、丙烷+空气等）炉中加热。 （3）真空炉中少无氧气进行加热。 （4）正确控

20、制加热温度与保温时间,五、影响热处理件质量的因素 2、变形与开裂 工件淬火中变形与开裂是热应力与相变应力复合的结果。 防止方法： （1）合理的材料冶炼、锻造与必要的预先热处理。 （2）合理的淬火和冷却（含介质）工艺。 （3）淬火工艺操作完成后及时进行回火处理,五、影响热处理件质量的因素 工件的结构因素 1、为了防止淬火时产生应力集中，应避免零件上尖角，棱角设计成圆角或倒角。 2、避免厚薄悬殊的断面。 3、尽量采用对称封闭结构。 4、采用组合结构。 5、有利于机械加工修正变形,六、严重误导人们的几个热处理问题 1. 真空加热有淬火增碳？ 在分析真空热处理工件增碳现象时，有两种误解：第一，认为是工

21、件在淬火油中增碳；第二，认为是加热热室的石墨件造成增碳。其实，很多情况下不是这两个原因，而是加热热室的清洁度不高，有大量淬火油在工件进出炉、料筐污染、送料小车进出带入热室，残留在热室冷壁上，加热时形成挥发性还原气氛，对工件增碳。 除了在1050高温以上的温度直接入油外。 1050以下的加热工件油淬火时，稍做预冷入油不会形成明显的增碳现象。 对加热室的石墨件等对工件的增碳情况，也不能排除，但是完全没有残留淬火的气氛严重。 真空加热淬火的增碳现象更为严重的是来自淬火油污染炉膛的原因，并不是人们所说的油中淬火或石墨件的原因,六、严重误导人们的几个热处理问题 2.我的锻造尺寸合格，热处理质量问题与我锻

22、造无关？ 锻造工序是为了消除材料缺陷，改善组织形态，提高材料性能。节约机械切削加工量，提高材料利用率。但是当今的锻造者把“消除材料缺陷，改善组织形态”忘的一干二净，仅仅在保证锻造尺寸上“下工夫”，全然不顾提高材料性能方面的要求了。更令人惊叹的是有些材料通过锻造工序，不是提高了材料性能，反而把材料的性能搞坏了。锻造者不分青红皂白地采用锻造余热退火的方法，结果在材料中形成严重的网状碳化物组织。 由于材料锻造的加热温度大多远远高于热处理淬火的加热温度，那种“严重的网状碳化物组织”发生组织遗传，给产品质量带来严重后果,六、严重误导人们的几个热处理问题 3.手册说可以热处理淬火达到这个硬度，你为什么做不

23、到这个硬度？ 有些人认为，他设计时的硬度选择是按照手册中的硬度范围选定的，你热处理怎么就说达不到这个硬度呢？ 例如：用弹簧纲60Si2Mn来制作大型件，由于实际工件厚度很大，厚薄显著，热处理已经没有好的办法达到要求的硬度标准。手册中硬度是可以达到：5860HRC。结合实际工件是没有办法达到的。只能降低热处理要求。 决定热处理的硬度受下列几个因素控制：材料牌号、模具尺寸大小、工件重量、形状结构，后续加工方式等因素。模具热处理之后不是内外硬度都是一样的，要根据模具尺寸大小来选择材料和设计尺寸，不能直接按照设计手册里的技术标准和硬度要求来选取，手册上的硬度标准是来自小试样的热处理结果，在运用到实物上

24、时一定要按实际情况来决定合理的硬度指标。不合理的硬度指标，比如过高的硬度，就会损失工件的韧性，造成工件的使用开裂,六、严重误导人们的几个热处理问题 4.这个产品是经热处理加工的，出了问题全部由热处理负责。 某企业在使用产品过程中发生问题，该企业立即通知热处理厂家索赔 产品失效要从设计、选材、材料缺陷、工艺缺陷（包括热处理）、装配与使用等方面分析，找出真正的原因，而简单的认定是热处理的原因造成失效是不科学的。 最正确的途径是在原材料和失效产品上按规范分别取样交有资质的权威机构进行专业的定性定量鉴定，检测材料化学成分、原始组织和热处理技术要求指标以及金相组织,六、严重误导人们的几个热处理问题 5.

25、产品尺寸加工已经全部完成，要求热处理保证不变形？ 为了节省产品加工费用，在热处理之前，把所有的尺寸加工结束或预留不合理的余量，然后去热处理淬火回火。要求热处理者保证在热处理过程中不变形，或者只允许变形量在最后一道冷加工的公差带值内。热处理加工实质上就是一个经过冷-热-冷的组织变形的过程，微观组织中的变形积累必在宏观上表现出来成为尺寸变形。 塑料、浇铸模具或部分表面要求耐磨和防腐蚀的产品，未经预先调质热处理（或调质热处理工艺不当）就将尺寸加工到位，此时交付进行渗氮处理后极易发生变形,六、严重误导人们的几个热处理问题 6.热处理工学好铁碳平衡相图就可以了？ 在很多资料中说明铁碳平衡相图在热处理中是

26、十分重要的知识，是制定钢铁材料加热工艺的依据，而且指出：尤其是热处理工必须熟练掌握铁碳平衡相图。 铁碳相图是铁碳合金在平衡状态时的组织组成图，而不是获得非平衡的马氏体、贝氏体等组织的转变图。铁碳相图的临界温度参数仅仅局限在碳钢和铸铁，非合金钢和合金铸铁。合金钢和合金铸铁的平衡状态图由于添加了其它合金元素，与铁碳平衡状态图相差还是很大的。 铁碳平衡相图是加热和冷却过程中的速度是及其缓慢的结果，而且又局限于铁碳合金钢种，这个理论状态，是不可能在实际生产中大量运用，实际淬火等热处理加热冷却过程中组织转变都是在一定加热速度和冷却速度下进行的，不是完全达到平衡状态。所以，铁碳平衡相图仅仅是研究热处理、学

27、习热处理的必备基础知识和出发点，而不是直接在热处理工艺过程中运用的相图。 热处理工熟练掌握了铁碳平衡相图知识只是热处理学习的开端，不能达到使用铁碳平衡相图来处理工艺实际问题的境界。 热处理工学好铁碳相图仅仅是具备热处理入门知识之一,六、严重误导人们的几个热处理问题 7.为什么热处理是高含量低价值？ 对待热处理这个行业为什么一直是高技术含量低加工价值呢？多年来机械行业重“冷”轻“热”，对于冷加工的设计、精度、设备要求很高，但对于热处理加工在整个产业链中使产品的综合机械性能大幅度提高的事实却往往视而不见，甚至于简单的理解为热处理就是把工件加热烧红，往水里一放就好了。热处理既然成为一个学科，需要设备

28、、工艺、操作、检验、系统等各方面的综合管控，才能够满足客户各种功能、外观产品件的技术要求,六、严重误导人们的几个热处理问题 8.热处理是“万能”? 现在一旦有质量问题，首先受到检测和分析的是热处理质量是否合格，其实很多是设计、制造过程或使用不当问题而不是热处理问题。这个原因的出现一方面是由于失效分析人员知识是偏重于金属材料的组织分析，对设计分析方面的知识不够，另一方面就是对热处理的职责的夸大，其实热处理不是万能的，它的潜力的挖掘是建立在正确的设计基础之上的，与所有制造过程的控制都有关系，单单最终热处理一个工序是没有这么大的功能的，忽视预先热处理也是不行的，但是往往预先热处理和最终热处理可能不是

29、在一个工厂实施,第三章钢的缺陷金相组织,一、概述,由于钢锭或铸坯在凝固时选择结晶的结果，使得钢材在冶炼、轧制、热加工过程中，易形成各种组织缺陷。 钢的组织缺陷是指需利用金相显微镜析验才能判别的显微组织缺陷，它和宏观分析的不同之处在于放大倍数（宏观，肉眼或20倍以下；微观，501000倍），首先简介一下金相试样的制备过程，然后简略的介绍一下钢中常见的几种组织缺陷，如：带状组织，带状碳化物，网状碳化物，碳化物液析，钢中的非金属夹杂物，过热，过烧组织等。正确判断钢中的各种组织缺陷，以及形成原因，和为防止或消除这些组织缺陷应采取的措施是十分重要的工作,二、金相试样的制备,由于金属对一般的光线是不透明的

30、，所以显微分析要用经过特殊制备的试样，利用反射光线在显微镜下观察。 1、取样 取样的部位及磨面要根据被检验钢材的特点，加工工艺及研究的目的而进行选择。所取的试样必须有代表性，能充分代表被检验金属材料的组织特点。如：钢中非金属夹杂物含量，不仅各炉之间不同，同一炉的不同钢锭之间也不同，而且相同钢锭不同部位也不相同。所以在一批钢中应适当选择足够数量有代表性的试样。如：GB10561-2005标准规定取样方法： 直径或边长大于40mm的钢棒或钢坯，检验面为钢材外表面到中心的中间位置的部分径向界面。（图1,直径或边长大于25mm，小于或等于400mm的钢棒或钢坯，检验面为通过直径的界面的一半（由试样中心

31、到边缘）（图2） 直径或边长小于或等于25mm的圆棒，检验面通过直径的整个界面，其长度应保证得到约200mm2的检验面积（图3） 如果观察材料的变形程度，晶粒拉长的程度和带状组织等，应平行于轧制方向上截取纵向试样。而观察氧化脱碳和表面渗碳处理的组织，则磨面应该在横截面上。 2、磨样 试样截取之后先粗磨，一般用砂轮磨平，注意用水冷却，防止温度过高组织发生变化。 细磨是为了消除粗磨时留下的磨痕，为抛光工序作准备。 抛光的目的是为了消除试样细磨留下的细磨痕，获得光亮无痕的镜面,3、试样磨面的侵蚀 除观察试样中的缺面（裂纹、气孔等）和非金属夹杂物的数量、大小、形状和分布外，一般都要用化学、物理等方法进

32、行组织显示才能观察。一般利用化学侵蚀，它是通过化学或化学作用显示金属的组织。 纯金属及单相金属的侵蚀是一个化学溶解过程，由于晶界上原子排列的规律性差，具有较高的自由能，所以晶界处较易侵蚀呈凹陷。若侵蚀较浅，由于垂直光线在晶界上的反射作用，在显微镜下可显示出纯金属或固溶体的多面体晶粒。若侵蚀较深，则在显微镜下可显示出明暗不一的晶粒，这是由于晶粒的位向不同，溶解度亦有差异，侵蚀后的显微平面和原子平面的角度不同，在垂直光线作用下，反射光线方向各异，显示明暗不一,三、显微组织缺陷观察,1、带状组织 在经热加工的亚共析钢显微组织中，铁素体与珠光体沿压延变形方向交替成层状分布的组织称为带状组织。 带状组织

33、使钢的机械性能产生各向异性，即沿着带状纵向的强度高，韧性好，横向的强度低，韧性低。此外， 带状组织的工件热处理时易产生变形，且使得硬度不均匀。 归纳形成带状组织的原因，其外因为压延，其内因为钢锭的磷、硫的偏析和夹杂物（见图4，MnS夹杂形成的带状） 带状组织不能用退火的方法来消除，应用正火的方法来减轻或消除,2、带状碳化物 在钢的凝固过程中，由于成分偏析，使含有较高碳和合金元素的钢内出现共晶碳化物，它在热加工过程中随着变形、延伸呈带状分布，称为带状碳化物，或称碳化物不均匀性。 碳化物不均匀性除受化学成分影响外，还与钢的冶炼方法，浇注温度，钢锭的几何形状，钢锭的大小，钢锭的冷却速度以及成材时的变

34、形程度有关。 高速钢、铬轴承钢、高鉻钢等钢种，出现带状碳化物的几率比较多。（如图5，GCr15钢的带状组织；图6，Cr12MoV钢的带状碳化物） 带状碳化物使工件脆性增大，加工成模具易产生崩刃、断裂，在热处理过程中，带状碳化物外的贫碳区域，容易造成加热时的过热。此外带状碳化物使工件在淬火时产生较大的变形，还可能导致淬火裂纹。 反复锻造，可以改变碳化物不均匀性的程度,3、网状碳化物 网状碳化物实际上亦是碳化物不均匀的另一种形式。 在含碳量不大于0.77%的碳工具钢，合金工具钢，鉻轴承钢等钢种，在热加工冷却过程中，碳化物沿晶界呈网状析出，故称为网状碳化物。 形成网状碳化物的原因是由于钢材在热轧或退

35、火过程中，因加热温度过高，保温时间太长，造成奥氏体晶粒的粗大，并在缓慢冷却过程中，碳化物沿晶界析出，形成网状分布的碳化物。同样，在热加工的终止温度较高，在随后的缓冷过程中亦形成网状碳化物。 网状碳化物的存在，将使钢的机械性能显著降低，尤其是冲击韧性下降，脆性增大，做成的工模具易在使用过程中崩刃或开裂。 析验网状碳化物时，试样应经淬火、回火处理并深侵蚀，腐蚀过轻、过重均不能正确反应网状组织,4、碳化物的液析 某些高合金工具钢，在凝固过程中，由于碳和合金元素的偏析，从液态中析出碳化物，这种碳化物在往后一般加工过程中不被消除，它的链状，块状，或条状沿钢的轧制方向存在。 形成碳化物液析原因是由于熔炼时

36、钢液过热，浇注温度偏高，钢锭冷却缓慢等因素造成。 在GCr15、CrWMn、CrMn钢中，容易产生碳化物液析。碳化物液析存在，切割了金属基体，使钢的脆性增大。在热处理时容易产生淬火裂纹，并使工件在使用过程中由于碳化物的剥落而成为磨粒磨损或形成疲劳破坏的发源地，故其存在有较大的危险性。 防止及减轻方法：采用合理的定型设计，适当降低浇注温度并加快冷却速度，对已产生的碳化物液析，可进行高温均热或扩散退火的办法进行补救。如GCr15细钢锭可先于1230加热，然后再进行开坯轧制,5. 非金属夹杂物 非金属夹杂物就是指存在于钢中的金属或非金属化合物，在钢铁材料中一般都含有非金属夹杂物。 钢中非金属夹杂物的

37、来源通常可以分为两类，一类是外来的非金属夹杂物，指在冶炼、浇注过程中的炉渣及耐火材料浸入剥落后进入钢液中形成的。另一类是内在的非金属夹杂物，即在冶炼及浇注过程中物理化学反应的生成物，如氧化物、硅酸盐、硫化物等。 通常存在于钢中的非金属夹杂物大致有这样几种： 1、氧化物：常见的有Al2O3、Cr2O3等。用Al脱氧时易产生高硬度的Al2O3脆性夹杂，在热加工时它不易变形，总是沿着加工压延方向呈多角形颗粒排列成条状分布。 2、硫化物：硫化物夹杂具有塑性，在钢材中呈条状形态。 3、硅酸盐：钢中的硅酸盐夹杂的成分比较复杂。硅酸盐夹杂物经过热加工后一般沿着变形方向延伸，外形粗糙，不光滑,4、氮化物：常见

38、的有TiN、Ti（NC）等，它在钢中多呈一定规则的几何形状，如方形、矩形、六角形、条形。在明场下具有粉红的色泽。 5、点状不变形。 近代随着精炼技术的开发，钢的“洁净度”大大提高，然而还无法完全避免钢中内生夹杂物的产生。非金属夹杂物降低钢的塑性、韧性和疲劳性能，使钢的冷热加工性能乃至某些物理性能变坏。但是，夹杂物的相并不总是损害钢的性能，有时甚至还能改善钢的性能。如含S钢，可改善切削加工性能,6. 过热过烧组织 钢材过热一般是指加热时由于超过正常加热温度引起韧性下降的一种现象。碳素钢过热的金相特征是出现魏氏组织。魏氏组织的出现往往伴随有粗大的奥氏体晶粒，因此，魏氏组织将造成钢的机械性能尤其是冲

39、击韧性下降，严重的将造成零件在使用过程中的脆性断裂。一般钢的魏氏组织可以通过热处理（正火处理）手段来加以矫正。但是有这样一种情况不可逆转，即锻件由于炉温过高，除了出现上述的过热的组织特征外，还会产生硫化物向A体的固溶以及在冷却时沿境界的再析出。 这种过热区别于一般过热，可称之为稳定过热或锻造过热。这是因为已经过热的成形锻件，不可能也不允许再次加热到锻造温度并通过再度变形来改善硫化物的分布形态了，同时由于硫化物沿晶界的析出是十分细小的，容易被忽视，但是由于它的存在破坏了晶粒间的紧密结合，使断面脆性增加，常会导致零件的突然断裂,过烧，一般是由于加热温度过高，或在高温下停留时间过长，除出现魏氏组织外

40、，同时发现粗大的晶粒边界被烧熔而氧化，破坏了金属基体的连续性，这种现象称为过烧。 表面过烧在条件许可（足够的加工余量）的情况下可以用机械加工除去，一般无法改正。因此，过烧是不允许的缺陷，一般只能做废品处理,图 1,图 2,图 3,汽车行业金属热处理常见问题的探讨,随着中国经济的飞速发展，汽车作为我国的支柱产业也在日新月异的发展，设计与制作水平与世界发达国家的差距逐渐缩小，在技术引进和零部件生产的消化吸收上进展很大。 汽车组成有成千上万个零部件，其中金属零部件占据近70%，这些构成了汽车的框架和主要功能结构，认识和熟悉汽车所使用的金属材料特性和零部件的制程，掌握和了解这些零部件其中需要热处理的类

41、别、方法、性能和零部件的品质、失效以及有效地预防措施，这对于从事汽车制造业的工程技术、制造工人、管理人员都是非常必要的。 金属热处理加工在汽车发动机、变速器、传动与转向系统、配气系统、底盘件与行驶系统、安全防护件、紧固件以及其他功能件的制程中广泛应用，以达到提高机械性能、耐磨、耐蚀等多项严格的技术要求，成为汽车制造行业产业链中不可缺少的重要部分。 汽车零部件热处理主要种类是表面渗碳和碳氮共渗、表面渗氮和氮碳共渗、调质或淬回火、感应（高、中、工频）加热表面淬火、固溶时效、正火和退火,汽车产品热处理部分技术瓶颈,1、汽车零部件细长件的变形较直问题； 2、渗碳、渗氮零部件渗层和硬度均匀性； 3、不同

42、的汽车零部件热处理过程中装炉或摆放的问题； 4、汽车冷作模具经真空热处理+TD强化热处理后变形组合的问题； 5、因材料、设计、冷加工、热处理、电镀、实际使用等某个环节出现问题，进行失效分析； 6、淬火冷却介质的稳定性、持久性较差，造成产品、模具热处理品质的不稳定； 7、热处理设备的炉温均匀性，制造厂家都是以空炉九点测试合格，但实际生产中往往超标,汽车产品热处理发展趋势,新材料、新技术对热处理技术的升级改造，热处理技术发生了很多实质性的变革，热处理技术正在向高品质、更精密、更环保、高度智能化的方向发展。 汽车零件的渗碳热处理装备主要有箱式多用炉，单排、双排以及多排连续炉，真空（低压）渗碳高压气淬炉等，热处理技术发展的重要标志是传感技术和计算机技术在生产中的应用。对热处理工艺参数，如温度、时间、碳势、淬火过程以及动作程序完全自动控制，甚至可以根据零件的技术要求、材料牌号及特性等，系统可以自动生成工艺，实现智能控制。汽车零件渗碳热处理生产线的特点有： 工业计算机对炉温、碳势、自动线动作程序的监控与数据自