金屬熱處理的(金屬熱處理)
1.金屬熱處理基礎(chǔ)知識
金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種工藝。
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。
加熱
加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。
金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理目的不同而異，但一般都是加熱到某特性轉(zhuǎn)變溫度以
上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，
使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。冷卻
冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
2.金屬熱處理基礎(chǔ)知識
金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種工藝。
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。
加熱加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。
電的應用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。
金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳（即鋼鐵零件表面碳含量降低），這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理目的不同而異，但一般都是加熱到某特性轉(zhuǎn)變溫度以上，以獲得高溫組織。
另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致， 使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。
冷卻冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。
但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。
3.金屬材料及熱處理的基本知識是什么
金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。
其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。 為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。
鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。
在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認識。早在公元前770~前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。
白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。 公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。
中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。 隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。
三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻能力。
中國出土的西漢（公元前206~公元24）中山靖王墓中的寶劍，心部含碳量為0。15~0。
4%，而表面含碳量卻達0。6%以上，說明已應用了滲碳工藝。
但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。 1863年，英國金相學家和地質(zhì)學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。
法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。
1850~1880年，對于應用各種氣體（諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等）進行保護加熱曾有一系列專利。 1889~1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。
二十世紀以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進展是1901~1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點電位差計，使爐內(nèi)氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法60年代，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。
4.熱處理工藝人員和操作人員必備的基礎(chǔ)知識有哪些
熱處理工藝人員和操作人員必備的基礎(chǔ)知識有：
2 .2基礎(chǔ)知識
2.2.1基礎(chǔ)理論知識
(1)識圖知識。
(2) 金屬材料基礎(chǔ)知識。
(3)常用非金屬材料知識。
(4)熱傳遞基礎(chǔ)知識。
2.2.2 金屬熱處理工基礎(chǔ)知識
(1)常用熱處理設(shè)備知識（用途及基本結(jié)構(gòu)）。
(2)金屬的一般熱處理工藝、表面改性熱處理工藝。
(3)典型零件（主軸、齒輪等）的熱處理工藝。
(4)熱處理工藝管理知識。
(5)熱處理各種淬火介質(zhì)的冷卻性能知識。
(6)熱處理輔助設(shè)備、控溫儀表知識。
(7)熱處理質(zhì)量檢驗及校正知識。
2.2.3 工裝制作基礎(chǔ)知識
(1)識圖及繪圖。
(2)鉗工操作一般知識。
2.2.4 電工知識
(1)通用設(shè)備常用電器的種類及用途。
(2)電氣傳動及控制原理基礎(chǔ)知識。
(3)安全用電知識。
2.2.5 安全文明生產(chǎn)與環(huán)境保護知識
(1)現(xiàn)場文明生產(chǎn)要求。
(2)安全操作與勞動保護知識。
(3)環(huán)境保護知識。
2.2.6 質(zhì)量管理知識
(1)企業(yè)的質(zhì)量方針。
(2)崗位的質(zhì)量要求。
(3)質(zhì)量保證措施與責任。
2.2.7相關(guān)法律、法規(guī)知識
(1)勞動法相關(guān)知識。
(2)合同法相關(guān)知識。
5.熱處理知識
退火與回火的區(qū)別在于：（簡單地說，退火就是不要硬度，回火還保留一定硬度。）
回火：高溫回火所得組織為回火索氏體?；鼗鹨话悴粏为毷褂?，在零件淬火處理后進行回火，主要目的是消除淬火應力，得到要求的組織，回火根據(jù)回火溫度的不同分為低溫、中溫和高溫回火。
分別得到回火馬氏體、屈氏體和索氏體。其中淬火后進行高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機械性能。
因此，廣泛用于汽車，拖拉機，機床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類。回火后硬度一般為HB200-330。
退火：退火過程中發(fā)生得是珠光體轉(zhuǎn)變，退火的主要目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，為后續(xù)加工和最終熱處理做準備。去應力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力而進行的退火工藝。
鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應力，如不及時消除，將使工件在加工和使用過程中發(fā)生變形，影響工件精度。采用去應力退火消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應力十分重要。
去應力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此，在整個熱處理過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。內(nèi)應力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中自然消除的。
為了使工件內(nèi)應力消除得更徹底，在加熱時應控制加熱溫度。一般是低溫進爐，然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度。
焊接件得加熱溫度應略高于600℃。保溫時間視情況而定，通常為2~4h。
鑄件去應力退火的保溫時間取上限，冷卻速度控制在（20~50）℃/h，冷至300℃以下才能出爐空冷。時效處理可分為自然時效和人工時效兩種自然時效是將鑄件置于露天場地半年以上，便其緩緩地發(fā)生形，從而使殘余應力消除或減少，人工時效是將鑄件加熱到550~650℃進行去應力退火，它比自然時效節(jié)省時間，殘余應力去除較為徹底。
6.熱處理工藝基礎(chǔ)
1. 正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點AC3或ACM以上的適當溫度保持一定時間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。
2. 退火annealing：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時間后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝。 3. 固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。
4. 時效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現(xiàn)象。 5. 固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續(xù)加工成型。
6. 時效處理：在強化相析出的溫度加熱并保溫，使強化相沉淀析出，得以硬化，提高強度。 7. 淬火：將鋼奧氏體化后以適當?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定的范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。
8. 回火：將經(jīng)過淬火的工件加熱到臨界點AC1以下的適當溫度保持一定時間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝。 9. 鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。
習慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度。
低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。 10. 調(diào)質(zhì)處理quenching and tempering：一般習慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。
調(diào)質(zhì)處理廣泛應用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。
它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān)，一般在HB200—350之間。 11. 釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝。
回火的種類及應用 根據(jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種： （一）低溫回火（150-250度） 低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。
它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58-64。 （二）中溫回火（350-500度） 中溫回火所得組織為回火屈氏體。
其目的是獲得高的屈服強度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35-50。
（三）高溫回火（500-650度） 高溫回火所得組織為回火索氏體。習慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機械性能。
因此，廣泛用于汽車，拖拉機，機床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類?；鼗鸷笥捕纫话銥镠B200-330。
7.熱處理設(shè)備的基礎(chǔ)知識
鈹青銅是一種用途極廣的沉淀硬化型合金。
經(jīng)固溶及時效處理后，強度可達1250-1500MPa(1250-1500公斤)。其熱處理特點是：固溶處理后具有良好的塑性，可進行冷加工變形。
但再進行時效處理后，卻具有極好的彈性極限，同時硬度、強度也得到提高。（1）鈹青銅的固溶處理一般固溶處理的加熱溫度在780-820℃之間，對用作彈性組件的材料，采用760-780℃，主要是防止晶粒粗大影響強度。
固溶處理爐溫均勻度應嚴格控制在±5℃。保溫時間一般可按1小時/25mm計算，鈹青銅在空氣或氧化性氣氛中進行固溶加熱處理時，表面會形成氧化膜。
雖然對時效強化后的力學性能影響不大，但會影響其冷加工時工模具的使用壽命。為避免氧化應在真空爐或氨分解、惰性氣體、還原性氣氛（如氫氣、一氧化碳等）中加熱，從而獲得光亮的熱處理效果。
此外，還要注意盡量縮短轉(zhuǎn)移時間（此淬水時），否則會影響時效后的機械性能。薄形材料不得超過3秒，一般零件不超過5秒。
淬火介質(zhì)一般采用水（無加熱的要求），當然形狀復雜的零件為了避免變形也可采用油。（2）鈹青銅的時效處理鈹青銅的時效溫度與Be的含量有關(guān)，含Be小于2.1%的合金均宜進行時效處理。
對于Be大于1.7%的合金，最佳時效溫度為300-330℃，保溫時間1-3小時（根據(jù)零件形狀及厚度）。Be低于0.5%的高導電性電極合金，由于溶點升高，最佳時效溫度為450-480℃，保溫時間1-3小時。
還發(fā)展出了雙級和多級時效，即先在高溫短時時效，而后在低溫下長時間保溫時效，這樣做的優(yōu)點是性能提高但變形量減小。為了提高鈹青銅時效后的尺寸精度，可采用夾具夾持進行時效，有時還可采用兩段分開時效處理。
（3）鈹青銅的去應力處理鈹青銅去應力退火溫度為150-200℃，保溫時間1-1.5小時，可用于消除因金屬切削加工、校直處理、冷成形等產(chǎn)生的殘余應力，穩(wěn)定零件在長期使用時的形狀及尺寸精度。 熱處理殘余力是指工件經(jīng)熱處理后最終殘存下來的應力，對工件的形狀，&127；尺寸和性能都有極為重要的影響。
當它超過材料的屈服強度時，&127；便引起工件的變形，超過材料的強度極限時就會使工件開裂，這是它有害的一面，應當減少和消除。但在一定條件下控制應力使之合理分布，就可以提高零件的機械性能和使用壽命，變有害為有利。
分析鋼在熱處理過程中應力的分布和變化規(guī)律，使之合理分布對提高產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠的實際意義。例如關(guān)于表層殘余壓應力的合理分布對零件使用壽命的影響問題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。
一、鋼的熱處理應力工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時間的不一致，形成溫差，就會導致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當冷卻結(jié)束時，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進行而使表層受壓心部受拉。
即在熱應力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度，材料成分和熱處理工藝等因素的影響。
當冷卻速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷卻過程中在熱應力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大，最后形成的殘余應力就愈大。另一方面鋼在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，因比容的增大會伴隨工件體積的膨脹，&127；工件各部位先后相變，造成體積長大不一致而產(chǎn)生組織應力。
組織應力變化的最終結(jié)果是表層受拉應力，心部受壓應力，恰好與熱應力相反。組織應力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度，形狀，材料的化學成分等因素有關(guān)。
實踐證明，任何工件在熱處理過程中，&127；只要有相變，熱應力和組織應力都會發(fā)生。&127；只不過熱應力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應力則是在組織轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的，在整個冷卻過程中，熱應力與組織應力綜合作用的結(jié)果，&127；就是工件中實際存在的應力。
這兩種應力綜合作用的結(jié)果是十分復雜的，受著許多因素的影響，如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發(fā)展過程來說只有兩種類型，即熱應力和組織應力，作用方向相反時二者抵消，作用方向相同時二者相互迭加。
不管是相互抵消還是相互迭加，兩個應力應有一個占主導因素，熱應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受拉，表面受壓。&127；組織應力占主導地位時的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉。
二、熱處理應力對淬火裂紋的影響存在于淬火件不同部位上能引起應力集中的因素（包括冶金缺陷在內(nèi)），對淬火裂紋的產(chǎn)生都有促進作用，但只有在拉應力場內(nèi)（&127；尤其是在最大拉應力下）才會表現(xiàn)出來，&127；若在壓應力場內(nèi)并無促裂作用。淬火冷卻速度是一個能影響淬火質(zhì)量并決定殘余應力的重要因素，也是一個能對淬火裂紋賦于重要乃至決定性影響的因素。
為了達到淬火的目的，通常必須加速零件在高溫段內(nèi)的冷卻速度，并使之超過鋼的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織。就殘余應力而論，這樣做由于能增加抵消組織應力作用的熱應力值，故能減少工件表面上的拉應力而達到抑制縱裂的目的。
其效果將隨高溫冷卻速度的加快而增大。而且，在能淬透的情況下，截面尺寸越大的工件，雖然。
