绪论金属材料及热处理 (2).pdf

绪论 KEY0-2 我国古代热处理的发展 将固态金属通过特定的加热、保温和冷却，使之发生组织转变以获将固态金属通过特定的加热、保温和冷却，使之发生组织转变以获 得所需性能的工艺过程得所需性能的工艺过程 热处理热处理 热处理是机械工业中的一种十分重要的基础工艺，对提高产品热处理是机械工业中的一种十分重要的基础工艺，对提高产品 内在质量和使用寿命具有举足轻重的作用。内在质量和使用寿命具有举足轻重的作用。 材料热处理在材料热处理在我我国有悠久的历史。国有悠久的历史。 我国热处理的发展我国热处理的发展 在远古时期，我国的热处理已经出现萌芽。在远古时期，我国的热处理已经出现萌芽。 古代热处理技术发展的基础古代热处理技术发展的基础 是火。火的利用是不能不提是火。火的利用是不能不提 的。的。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作 用逐渐为人们所认识。用逐渐为人们所认识。 中国古代先民将火用于材料中国古代先民将火用于材料 热处理是从新石器时代开始热处理是从新石器时代开始 的。的。 在新石器时代早期，古代先民发现过在新石器时代早期，古代先民发现过 火的泥坯不怕水，火火的泥坯不怕水，火的作用的作用使粘土转使粘土转 变为经久、耐火、耐水的陶器。这是变为经久、耐火、耐水的陶器。这是 人类自觉进行热处理最早事例。人类自觉进行热处理最早事例。 根据现有考古资料表明，我国陶器出根据现有考古资料表明，我国陶器出 现在距今现在距今7 7千千1 1万年以前，它是世界万年以前，它是世界 上最早出现的陶器。上最早出现的陶器。 退火工艺的发明应该说是人类金属热处理的开端。退火工艺的发明应该说是人类金属热处理的开端。 在夏朝和商朝时期，我国古代先民也开始认识金属、加工金属以在夏朝和商朝时期，我国古代先民也开始认识金属、加工金属以 及冶铸金属及冶铸金属，进入青铜器时代，进入青铜器时代。 1.1.退火工艺的出现和应用退火工艺的出现和应用 研究表明早期的铜及其合金不经过退火是不适宜进行大形变量研究表明早期的铜及其合金不经过退火是不适宜进行大形变量 加工的。加工的。 铜及铜合金的退火工艺铜及铜合金的退火工艺 铜及其合金容易发生加工硬化，中间退火产生再结晶使铜合金铜及其合金容易发生加工硬化，中间退火产生再结晶使铜合金 软化，以便进行进一步的加工，这一技术以后广泛应用于制造软化，以便进行进一步的加工，这一技术以后广泛应用于制造 兵器和生活器具兵器和生活器具 国外采用锻造和退火的工艺对青铜进行加工处理很早就已经出现。国外采用锻造和退火的工艺对青铜进行加工处理很早就已经出现。 中国古代先民应用铜及其合金的历史要晚于两河流域。中国古代先民应用铜及其合金的历史要晚于两河流域。 退火还在陨石加工中被应用。陨铁实际上属高铁镍合金。居住在两退火还在陨石加工中被应用。陨铁实际上属高铁镍合金。居住在两 河流域的人类从公元前河流域的人类从公元前30003000多年以前就开始使用这一多年以前就开始使用这一“天赐天赐”的金的金 属。为了制造刀具或小件物品，他们采用了退火或锻造工艺。这是属。为了制造刀具或小件物品，他们采用了退火或锻造工艺。这是 人类最早的钢铁热处理。人类最早的钢铁热处理。 钢铁的退火工艺钢铁的退火工艺 古代兵器如剑、戢、斧、戈等，需要进行锻打成锋刃，为防止古代兵器如剑、戢、斧、戈等，需要进行锻打成锋刃，为防止 锻造过程中的开裂，须采用锻间退火处理。有效地应用退火技锻造过程中的开裂，须采用锻间退火处理。有效地应用退火技 术，才能制作出制型复杂、锋利异常的宝剑。术，才能制作出制型复杂、锋利异常的宝剑。 战国时期，我国古代热处理的一项举世瞩目的成就是发明了铸铁战国时期，我国古代热处理的一项举世瞩目的成就是发明了铸铁 柔化术。经大量的考古证实，我国铸铁的发明大约在春秋中期。柔化术。经大量的考古证实，我国铸铁的发明大约在春秋中期。 中国工匠为了克服白口铸铁的脆性，大约于公元前五世纪发明了中国工匠为了克服白口铸铁的脆性，大约于公元前五世纪发明了 适用于铸铁柔化处理的退火技术适用于铸铁柔化处理的退火技术，使白口铸铁具有韧性使白口铸铁具有韧性。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺）有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺） 退火在商代被用于自然金的加工。金的早期一个重要用途是做成退火在商代被用于自然金的加工。金的早期一个重要用途是做成 很薄的金叶或金片，来装饰器物。中国出土的金制品多为饰物，很薄的金叶或金片，来装饰器物。中国出土的金制品多为饰物， 出土的商代遗存中还有相当薄的金箔。出土的商代遗存中还有相当薄的金箔。 金器的退火工艺金器的退火工艺 如安阳大司空殷商墓出土的金箔，其厚度为如安阳大司空殷商墓出土的金箔，其厚度为0.010.010.001mm0.001mm，经，经 分析认为是采用锻打和退火工艺制成的。由于中国早期在建筑分析认为是采用锻打和退火工艺制成的。由于中国早期在建筑 等方面的大面积装饰需要，促使中国工匠在金箔的加工中应用等方面的大面积装饰需要，促使中国工匠在金箔的加工中应用 了退火处理。了退火处理。1 1 2.2.固体渗碳工艺的出现和应用工艺的出现和应用 周朝，特别是春秋战国时期，是我国的冶铁术的肇始时期。这期周朝，特别是春秋战国时期，是我国的冶铁术的肇始时期。这期 间出现了固体渗碳制钢术。固体渗碳是采用将工件埋入固体渗碳间出现了固体渗碳制钢术。固体渗碳是采用将工件埋入固体渗碳 物质中进行处理的工艺技术，它是最古老的热处理技术之一。物质中进行处理的工艺技术，它是最古老的热处理技术之一。 中国固体渗碳处理大约开始于春秋时期，其年代大约在公元前中国固体渗碳处理大约开始于春秋时期，其年代大约在公元前7 7至至 前前6 6世纪左右，这是金属化学热处理的开端。固体渗碳钢可以制作世纪左右，这是金属化学热处理的开端。固体渗碳钢可以制作 更加锋利、细长的兵器，是换代的兵器材料。更加锋利、细长的兵器，是换代的兵器材料。 固体渗碳制钢在我国的应用比国外制铁业的发源地落后了大约十固体渗碳制钢在我国的应用比国外制铁业的发源地落后了大约十 个世纪。采用固体渗碳法制取的产品被称为快炼铁。我国出土的个世纪。采用固体渗碳法制取的产品被称为快炼铁。我国出土的 块炼铁实物不多，考古证实在春秋晚期墓葬中已经出现中碳的块块炼铁实物不多，考古证实在春秋晚期墓葬中已经出现中碳的块 炼铁渗碳钢。炼铁渗碳钢。 根据文物考古分析，中国古代淬火技术可能最早被应用于块炼铁根据文物考古分析，中国古代淬火技术可能最早被应用于块炼铁 中。考古发掘的一件淬火实物是河北易县燕下都武阳台村战国晚中。考古发掘的一件淬火实物是河北易县燕下都武阳台村战国晚 期遗址出土的钢剑。其含碳量为期遗址出土的钢剑。其含碳量为0.50.50.60.6，整支剑身由高碳，整支剑身由高碳 层与低碳层相间组成，刃部主要由淬火马氏体所构成。这是典型层与低碳层相间组成，刃部主要由淬火马氏体所构成。这是典型 的块炼渗碳钢叠打锻造的淬火组织。的块炼渗碳钢叠打锻造的淬火组织。 3.3.淬火工艺的出现和应用工艺的出现和应用 经过锻打块炼铁，铁吸收了炭份，减少了夹杂物就成为钢。这种经过锻打块炼铁，铁吸收了炭份，减少了夹杂物就成为钢。这种 钢组织紧密、碳分均匀，钢组织紧密、碳分均匀， 适用于制作兵器和刀具。这一炼钢技术适用于制作兵器和刀具。这一炼钢技术 的进一步发展是的进一步发展是“百炼钢百炼钢”技术。对战国时期的钢铁制品的金相技术。对战国时期的钢铁制品的金相 分析还发现钢铁内部有类似回火和正火的组织，我国工匠可能在分析还发现钢铁内部有类似回火和正火的组织，我国工匠可能在 无意之间应用了类似于回火和正火的工艺，从而拓展了钢铁制品无意之间应用了类似于回火和正火的工艺，从而拓展了钢铁制品 的用途。的用途。 汉代在淬火方面也取得很大成就。这时期发明的汉代在淬火方面也取得很大成就。这时期发明的“百炼钢百炼钢”的主的主 要用于制造兵器的技术。要用于制造兵器的技术。 这期间古代工匠还发明了局部淬火，对徐州狮子山楚王陵出土这期间古代工匠还发明了局部淬火，对徐州狮子山楚王陵出土 的的4 4件凿刀的金相分析件凿刀的金相分析”表明，该表明，该4 4件凿刀都经过对刀头的局件凿刀都经过对刀头的局 部淬火处理，以获得刀头硬、刀体韧的效果。部淬火处理，以获得刀头硬、刀体韧的效果。 我国对淬火技术有重大贡献的另一人是南北我国对淬火技术有重大贡献的另一人是南北 朝的綦毋朝的綦毋q wq w怀文怀文。綦毋怀文创造性地提綦毋怀文创造性地提 出了采用尿液的淬火工艺。五牲之溺含盐水，出了采用尿液的淬火工艺。五牲之溺含盐水， 冷却能力强、淬硬层深。冷却能力强、淬硬层深。 魏晋和南北朝时期，我国在淬火剂的掌握和应用方面取得很大突魏晋和南北朝时期，我国在淬火剂的掌握和应用方面取得很大突 破。三国时期的蒲元明确指出水质对淬火的影响破。三国时期的蒲元明确指出水质对淬火的影响。不同的水质对不同的水质对 淬火的影响不可否认，但在蒲元传中可能是过分强调了。然淬火的影响不可否认，但在蒲元传中可能是过分强调了。然 而有趣的是在十五个世纪以后西方国家居然出现了与上述故事雷而有趣的是在十五个世纪以后西方国家居然出现了与上述故事雷 同的美国到英国取水淬火的事件。同的美国到英国取水淬火的事件。 宋元时期古代工匠除了采用百炼钢技术以外，还采用了熟铁和生铁宋元时期古代工匠除了采用百炼钢技术以外，还采用了熟铁和生铁 合炼的技术。“团钢”和“灌钢”技术，实际上都属于液体渗碳制合炼的技术。“团钢”和“灌钢”技术，实际上都属于液体渗碳制 钢法。液体渗碳与固体渗碳比较，有渗速快、渗层厚度均匀和产品钢法。液体渗碳与固体渗碳比较，有渗速快、渗层厚度均匀和产品 质量稳定等的优点。具有冶炼生铁坚实基础的中国古人独创了以熔质量稳定等的优点。具有冶炼生铁坚实基础的中国古人独创了以熔 融生铁为渗碳剂的液体渗碳方法，极大地推进了我国古代的钢铁制融生铁为渗碳剂的液体渗碳方法，极大地推进了我国古代的钢铁制 造业。造业。 4.4.液体渗碳工艺的出现和应用工艺的出现和应用 采用液体渗碳方法制取“灌钢”的技术可能很早，西晋的张协采用液体渗碳方法制取“灌钢”的技术可能很早，西晋的张协 有“楚之阳剑，欧冶所营，乃炼乃烁，万辟千灌”。这里所谓有“楚之阳剑，欧冶所营，乃炼乃烁，万辟千灌”。这里所谓 “灌”，可能指的是“灌钢”，到宋代，灌钢流行全国，已经“灌”，可能指的是“灌钢”，到宋代，灌钢流行全国，已经 取代炒钢和百炼钢，成为当时主要的炼钢方法。这是我国古代取代炒钢和百炼钢，成为当时主要的炼钢方法。这是我国古代 热处理技术的一项独创性的成就。热处理技术的一项独创性的成就。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺 ） 明清时期，中国古代工匠采用了许多热处理技术。有关的记载明清时期，中国古代工匠采用了许多热处理技术。有关的记载 很多。如明代宋应星的天工开物、明代方以智的物理小很多。如明代宋应星的天工开物、明代方以智的物理小 识、清代徐寿基的续广博物志等。这时期我国工匠在淬识、清代徐寿基的续广博物志等。这时期我国工匠在淬 火的控制火候上也有所发明，如采用预冷淬火。火的控制火候上也有所发明，如采用预冷淬火。 5.5.其他热处理工艺的发展其他热处理工艺的发展 预冷淬火对减小刀具的畸变、提高刀具的强韧性有益处。明代宋预冷淬火对减小刀具的畸变、提高刀具的强韧性有益处。明代宋 应星的天工开物中有对采用预冷淬火技术制蹉的记载：应星的天工开物中有对采用预冷淬火技术制蹉的记载：“以以 已健划成纵斜文理，划时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷，已健划成纵斜文理，划时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷， 入水健。入水健。”其中其中“退微冷退微冷”，就是预冷淬火工艺。，就是预冷淬火工艺。 以上是关于我国古代热处理发展的一个简单介绍。以上是关于我国古代热处理发展的一个简单介绍。 有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺有缘学习更多+ 谓y g d 3 0 7 6 考证资料或关注桃报：奉献教育（店铺 ）