金属热处理基本知识

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1、金属热处理是为了使金属工件获得需要的力学性能、物理性能和化学性能，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。钢铁、铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以热处理。金属材料热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，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。1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

2、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a-

3、Fe （体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。奥氏体：碳在g-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：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）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

4、 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 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

5、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。但还因钢种不同而有不同的要求，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。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

6、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，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、油或其它无机盐、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650C的某一适当温度 进行长时间的保温，再进行冷却，这种

7、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

8、，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、氮或其它合金元素的介质（气体、液体、固体）中加热，保温较

9、 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 行其它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， 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。此文档部分内容来源于网络，如有侵权请告知删除，文档可自行编辑修改内容供参考，感谢您的配合和支持）