金属热处理基本知识

1、金属热处理综合知识金属热处理的工艺热处理过程有加热、保温、蒸发制冷三个过程，有时只有加热和蒸发制冷两个过程。 这些个的过程是相互联系的，是不断的。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，最初以木炭和煤为热源，再使用液体和气体燃料。 电的应用使加热的控制变得容易，也没有环境污染。 既可以由这些个的热源直接加热，也可以由熔融的盐或金属、甚至浮游粒子间接加热。当金属被加热时，工件经常暴露于空气中，氧化、脱碳(即铁元素钢零配件表面的碳含量降低)很多，就会对热处理后的零配件的表面性能带来不良影响。 因此，金属通常可以在可控气氛或气氛中、熔盐中及真空中加热，用涂料或包装方法进行保护加热。加

2、热温度是热处理工艺的重要工艺残奥表之一，选择控制加热温度是保证热处理质量的主要问题。 加热温度根据处理的金属材料和热处理的目的而不同，一般加热到过渡相温度以上得到高温组织。 此外，由于转变需要一定的时间，因此当金属工件的表面达到要求的加热温度时，在该温度下保持一定时间，使内外温度一致，使金相组织转变完全的时间称为保温时间。 采用高能量密度加热和表面热处理时，加热速度极快，无保温时间，化学热处理保温时间长。蒸发制冷也是热处理过程中不可或缺的一步，蒸发制冷方法因过程而异，主要控制蒸发制冷速度。 一般退火蒸发制冷速度最慢，正火蒸发制冷速度快，淬火蒸发制冷速度更快。 但根据钢种不同，也有不同的要求，例

3、如空硬钢可以正火那样的蒸发制冷速度进行淬火。金属热处理工艺大致可分为整体热处理、表面热处理、化学热处理3种。 根据加热介质、加热温度、蒸发制冷方法的不同，各自的类别可以分为几个不同的热处理过程。 对同一金属采用不同的热处理工艺可以得到不同的组织，具有不同的性能。 铁元素钢是工业应用最广泛的金属，而且铁元素钢金相组织也最复杂，因此铁元素钢热处理工艺种类繁多。整体热处理是将工件整体加热后，以适当的速度进行蒸发制冷，使整体的力学性能变化的金属热处理过程。 整个铁元素钢的热处理包括退火、正火、淬火和退火四个基本工艺。物理热处理一、退火退火的目的是将工件加热到适当的温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温

4、时间，然后进行退火，使金属内部组织成为平衡态，得到良好的过程性能和使用性能，为进一步淬火做好组织准备。 将亚共析钢工件加热至ac320-40度，有会儿保温后，与炉一起逐渐蒸发制冷(或埋入砂中或石灰中蒸发制冷)，在空气中蒸发制冷至500度以下的热处理工艺。1 .降低钢硬度，提高塑性，有利于切削加工和冷变形加工。2 .细化晶粒，消除铸造、锻造、焊接造成的组织缺陷，使钢的组织和成分均匀，改善钢的性能，或为以后的热处理做好组织准备。3 .消除钢中的内部应力，防止变形和开裂。分类1 .完全退火又称为再结晶退火，也简称为退火，经常用作非重要工件的最终热处理或工件的预备热处理。 完全奥氏体化铁元素-碳合金，

5、随之缓慢蒸发制冷，得到接近平衡态的组织的退火工艺。 完全退火主要用于亚共析钢，是中碳钢和低碳合金结构钢的锻件、铸造件和热轧型材，有时也用于它们的焊接件。 完全退火不适用于过共析钢。 由于过共析钢的完全退火需要加热到Acm以上，缓冷时渗碳体沿奥氏体晶粒界析出，呈网状分布，材料的脆性增大，给最终热处理留下危险。完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3 (3050)； 其合金钢材为Ac3 (50070)； 保温时间由钢材的种类、工件的尺寸、装入炉量、选定的设备形式等各种因素决定。 为了保证过冷奥氏体完全转变为珠体，完全退火的蒸发制冷必须缓慢，伴随着炉蒸发制冷进行炉空冷至500左右。2 .等温退火是将钢或面

6、团儿加热至高于Ac3 (或Ac1 )的温度，保持适当时间后，尽快蒸发制冷至珍珠岩温度区间的某温度进行等温保持，将奥氏体不锈钢变成珍珠型组织，然后在空气中蒸发制冷的退火工序。等温退火工艺应用于中碳合金钢材与低合金钢，目的是细化组织，降低硬度。 亚共析钢加热温度为Ac3 (3050)，过共析钢的加热温度为Ac3 (2040)，保持一定时间，与炉冷一起进行等温变换直到比Ar3温度稍低的温度，然后进行炉空冷。 等温退火组织，硬度比完全退火均匀。3 .不完全退火不完全退火是将铁元素-碳合金加热到Ac1Ac3之间的温度，进行不完全奥氏体化，随之进行缓冷的退火工艺。 不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢

7、的锻造、压延材等，以组织微细化和降低硬度为目的，加热温度为Ac1 (4060)，保温后缓慢蒸发制冷。4 .球化退火球化退火主要适用于碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等共析钢和过共析钢。 (刀具、修正器、用于制造模具的钢种等)。 其主要目的是降低硬度，改善切削加工性，为今后的淬火做准备。 球化退火是使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。 将钢加热至ac12030，有会儿保温后缓冷，得到在镍锌铁氧体沉积基质上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。这些个的钢在压延锻造后经过风冷，得到的组织为片状珍珠岩和网状渗碳体，该组织既硬且脆，切削加工困难，在其后的淬火过程中也容易发生变形和裂纹。 由球化退火得到的是球

8、状珍珠岩组织，其中的渗碳体呈球状粒子，分散分布在镍锌铁氧体沉积基质上，与板状珍珠岩相比硬度低，不仅切削加工容易，而且在淬火加热时奥氏体晶粒难以成长，蒸发制冷时的工件变形和裂纹倾向小。 另外，对于冲压、冷镦等需要改善冷塑性形变的亚共析钢也有时采用球化退火。球化退火加热温度为Ac1 (2040)或Acm-(2030)，保温后等温蒸发制冷或直接缓冷。 球化退火时奥氏体化为“不完全”，板状珍珠岩变为奥氏体不锈钢，只溶解少量的过剩碳化物。 因此，去除网状碳化物是不可能的，当过共析钢中存在网状碳化物时，必须在球化退火之前进行正火，将其去除，以确保球化退火正常进行。球化退火的工艺方法很多，最常用的两个工艺是

9、普通球化退火和等温球化退火。 一般球化退火是将钢加热到ac12030，保温适当的时间后，伴随炉的缓冷，蒸发制冷到500左右进行炉空冷。 等温球化退火是在与通常球化退火过程相同的加热保温后，随着炉蒸发制冷至比Ar1稍低的温度而进行等温，等温时间是其加热保温时间的1.5倍。 等温后，伴随炉冷，炉空冷至500左右。 与通常的球化退火相比，球化退火不仅能够缩短循环，而且能够使球状化组织均匀，能够严格地控制退火后的硬度。5 .脱应力退火脱应力退火也称为低温退火(或高温退火)，该退火主要用于消除铸造件、锻件、焊材、热轧材、冷拉材等残馀应力。 如果不消除这些个应力，钢部件在一定时间后，或者在以后的切削加工中

10、可能会发生变形或裂纹。 锻造、铸造、焊接和切削加工后的工件内部存在内应力，如果不及时去除，在加工和使用过程中工件会变形，影响工件的精度。 通过脱应力退火除去加工中产生的内部应力十分重要。 由于脱应力退火的加热温度低于相变温度A1，因此在整个热处理过程中不会发生组织转变。 内部应力主要通过工件在保温和缓冷的过程中被去除。 为了更完全地消除工件内的应力，请在加热时控制加热温度。 一般在低温入炉中，之后以100/h左右的加热速度加热到规定温度。 焊接物的加热温度必须比600高一点。 保温时间因情况而异，但通常为24h。 铸造件的脱应力退火的保温时间取上限，蒸发制冷速度控制在(2050)/h，冷却到3

11、00以下后进行炉空冷。6 .均匀化退火(扩散退火)均匀化退火是一种为了降低金属锭、铸造件或锻件的化学成分的偏析和组织的不均匀性，在高温下加热、长时间保持后进行缓冷，以使化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。均匀化退火的加热温度为Ac3 (150200)、即10501150，保温时间一般为1015h，其目的在于扩散进行到一盏茶，大量消除或减少成分或组织的不均匀。 扩散退火由于加热温度高、时间长、晶粒粗大，所以在扩散退火后进行完全退火和正火，使组织再细微化。7 .再结晶退火(中间退火)再结晶退火是将冷变形的金属加热到再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒再结晶为均匀的等轴晶粒，强化变形和消除残

12、馀应力的热处理过程。二、正火正火工艺是将钢材加热至Ac3 (或Acm )以上的3050，保温适当时间后，在静止的空气中蒸发制冷得到珍珠岩系组织的热处理工艺。 将钢加热到Ac3以上100150的正火称为高温正火。 正火的效果与退火相似，但得到的组织更细，经常用于改善材料的切削性能。 有时也用要求低的零配件作为最终热处理。 由于正火蒸发制冷速度快，奥氏体不锈钢过冷度大，所得到的组织中的珍珠岩片层薄，珍珠岩粒细，钢材的硬度和强度比退火高，随碳含量的增加该差异显着。中低碳钢对铸造锻件正火的主要目的是细分组织。 与退火相比，正火后的珠光体片层细，镍锌铁氧体粒也细，因此强度和硬度高。 低碳钢由于退火后硬度

13、过低，在切削加工时发生刀的现象，切削性能差，以正火提高硬度，可改善切削性能，部分中碳结构钢零配件以正火代替调质，可简化热处理工艺。过共析钢正火加热刀Acm以上，将原本呈网状的渗碳体全部溶解于奥氏体不锈钢，之后以较快的速度蒸发制冷，抑制在奥氏体晶粒界的渗碳体析出，从而消除网状碳化物，改善过共析钢的组织。 焊接件要求焊接强度的零配件用正火改善焊接组织，保证焊接强度。 热处理过程中退货维修零配件必须进行正火处理，要求力学性能指标的结构零配件必须在正火后调质处理，才能满足力学性能要求。 中、高合金钢和大型锻件必须在正火后施加高温回火以消除正火时产生的内部应力。 部分合金钢材在锻造时发生部分马氏体相变，

14、形成硬组织。 为了消除这种不良组织而采取正火时，在比正常正火温度高20左右的加热保温下进行正火。 正火技术比较简便，有利于采用锻造佘热正火，可以节约能源，缩短生产周期。 正火工艺和操作错误也产生组织缺陷，类似于退火，修复方法基本相同。正火和退火主要有四个不同(1)正火温度高，退火温度低；(2)正火的蒸发制冷速度比退火的蒸发制冷速度快(3)使用效果不同，渗碳处理后，正火可以去除网状渗碳体，不能退火。 碳含量为o.25X以下的钢，正火后可以提高硬度，改善切削加工性，但不能退火。(4)正火周期短，操作方便，退火周期长，操作麻烦(意味着需要控制一定的蒸发制冷速度)。三、淬火淬火是将工件加热保温后，在水

15、、油或其他无机盐、有机水溶液等淬火介质中迅速蒸发制冷。 淬火后钢材变硬，但对云同步变脆。 为了降低钢的脆性，将淬火后的钢在高于室温低于650的某个适当温度下长时间保温、蒸发制冷，这种工艺称为淬火。 退火、正火、淬火、退火是整体热处理中的“四个火”，其中的淬火与退火有着密切的关系，经常组合使用，是不可缺少的。 “四火”根据加热温度和制冷方式又发展成了不同的热处理技术。 为了得到一定的强度和韧性，把淬火和高温淬火结合的工艺叫做调质。 有些合金淬火形成过饱和固态溶液后，放在室温或稍高的适当温度下长时间保持，提高合金的硬度、强度或电磁性等。 这种热处理工艺称为时效处理。有效且密切地结合冲压加工的变形和

16、热处理而进行的、在工件中得到良好的强度、韧性配合的方法被称为变形热处理的负压气氛或真空中进行的热处理被称为真空热处理，不氧化工件，不脱碳，仅保持处理后的工件表面清洁，提高工件的性能最常用的蒸发制冷介质是盐水、水和油。 盐水淬火后的工件，容易得到高硬度和有光泽的表面，难以产生淬火的软点，但工件的变形严重，容易产生裂纹。 另一方面，将油用作淬火介质仅适用于过冷奥氏体的稳定性较大的合金钢材和小尺寸碳钢工件的淬火。淬火是指，将材料从奥氏体不锈钢区的温度以非常快的速度降低温度，防止珍珠岩和源体的形成，从奥氏体不锈钢区蒸发制冷到Ms温度时间过短，碳元素体不扩散，几乎直接变为高碳马氏体，该组织非常硬脆，由于

17、用回火方式使其柔软，提高韧性，因此经过不同的温度回火，得到不同的结果另一方面，所谓的等温淬火或热熔淬火，有在盐浴和金属浴内进行淬火、中间相或硬的铁元素组织，以铸铁元素经常进行淬火和淬火处理的是球状黑金属铅铸铁元素，对于灰铸铁元素而言，没有特别的意义，在提高灰铸铁元素的磨损强度时，考虑到淬火处理在球状黑金属铅铸造铁元素中，淬火回火处理后，得到与铸造和正常化处理相同的强度，但是得到更高的屈服强度，结果得到大的弹性，得到特别高的韧性。 淬火回火后，由于基体中含有高碳，因此此时与含有贝氏体组织的情况相比，表面淬火容易。如果在空气中蒸发制冷，由于非合金性和低合金性铸铁元素的硬化能力不一盏茶，所以必须在某

18、液体中进行淬火，为了在淬火时不发生热裂纹，所使用的淬火液最好不要用油或某混悬剂用水，淬火时在铸造件内部容易形成温度梯度，从而容易形成热裂纹， 或者在铸造件内形成高的内部应力的情况下，应该将油浴的温度升高至50100之间，薮可以避免应力的形成，对于壁厚差大的铸造件来说，特别是通过使厚的部分突然朝向淬火液，可以减少施加于薄的部分的热应力铸铁元素的淬火温度为820920，一般工厂最常用的温度为850900。 如果淬火温度过低，则会产生碳含量低的奥氏体不锈钢，淬火后变软，并且形成高碳马氏体的强度也降低，相反如果淬火温度过高，则奥氏体不锈钢内的碳含量过高，淬火时产生热裂纹的危险性变高，形成残余奥氏体的机会也变大。淬火后的铸铁元素实际上脆性非常高，云同步的内部应力过高，为了改善其硬性和韧性必须经过淬火处理，其处理工艺与钢相似，加热速度在100/小