热处理基本知识培训教程.pdf
热处理基本知识热处理基本知识一、一、热处理的定义热处理的定义将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需的组织结构与性能的工艺，称为热处理。的组织结构与性能的工艺，称为热处理。热处理工艺在机械制造业中应用极为广泛，是机械器零件和工具制造热处理工艺在机械制造业中应用极为广泛，是机械器零件和工具制造中的重要工序之一。它能发挥材料的潜力，改善零件的使用性能，对提高中的重要工序之一。它能发挥材料的潜力，改善零件的使用性能，对提高产品质量和延长使用寿命起着重大作用。此外，热处理还可以改善工件的产品质量和延长使用寿命起着重大作用。此外，热处理还可以改善工件的加工性能，提高加工质量，减少刀具磨损。所以，重要的机械零件绝大多加工性能，提高加工质量，减少刀具磨损。所以，重要的机械零件绝大多数都要进行热处理。数都要进行热处理。钢是金属和合金产品中使用热处理工艺最为广泛的金属材料，通过热钢是金属和合金产品中使用热处理工艺最为广泛的金属材料，通过热处理，可改变钢材的内部组织结构，从而改变钢的性能。例如，将两块含处理，可改变钢材的内部组织结构，从而改变钢的性能。例如，将两块含碳量为碳量为 0.77%0.77%的钢，加热至的钢，加热至 800800保温，一块投入水中激冷至室温，另一保温，一块投入水中激冷至室温，另一块随炉缓冷至室温，然后测其硬度。水中冷却的那块钢，硬度可达到块随炉缓冷至室温，然后测其硬度。水中冷却的那块钢，硬度可达到HRC64HRC64，随炉缓冷的那块钢，硬度不到，随炉缓冷的那块钢，硬度不到 HRC20HRC20。将它们做成试样在显微。将它们做成试样在显微镜下观察，看到两种截然不同的组织，由此可见，同一种材料，采用不同镜下观察，看到两种截然不同的组织，由此可见，同一种材料，采用不同的热处理工艺可得到不同的组织，不同的性能。因此，不同用途的零件，的热处理工艺可得到不同的组织，不同的性能。因此，不同用途的零件，应该选择不同的材料和相应的热处理，才能满足零件的使用性能。应该选择不同的材料和相应的热处理，才能满足零件的使用性能。二、二、一般情况下，热处理工艺分为如下种类：一般情况下，热处理工艺分为如下种类：退火、正火、淬火、回火和调质（淬火加高温回火）退火、正火、淬火、回火和调质（淬火加高温回火）。三、三、预备热处理和最终热处理预备热处理和最终热处理生产中，常把热处理分为预备热处理和最终热处理。生产中，常把热处理分为预备热处理和最终热处理。1/5为达到工件最终热处理的要求而取得需要的预备组织所进行的热处为达到工件最终热处理的要求而取得需要的预备组织所进行的热处理，称为预备热处理。为使工件满足使用条件下的性能要求所进行的热处理，称为预备热处理。为使工件满足使用条件下的性能要求所进行的热处理，称为最终热处理。理，称为最终热处理。退火和正火是生产上应用很广泛的预备热处理工艺，具有承上启下的作用。退火和正火是生产上应用很广泛的预备热处理工艺，具有承上启下的作用。大部分机械零件与工、模具的毛坯经退火和正火后，不仅可以消除铸件、锻大部分机械零件与工、模具的毛坯经退火和正火后，不仅可以消除铸件、锻件与焊接件的内应力与成分和组织的不均匀性，而且能改善和调整钢的力学件与焊接件的内应力与成分和组织的不均匀性，而且能改善和调整钢的力学性能和工艺性能，为下道工序做好性能准备。对于一些受力不大、性能要求性能和工艺性能，为下道工序做好性能准备。对于一些受力不大、性能要求不高的机械零件，退火和正火也可以作为最终热处理。不高的机械零件，退火和正火也可以作为最终热处理。四、四、退火退火将金属或合金加热的适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处将金属或合金加热的适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，称为退火。其主要目的是均匀钢的化学成分与组织，细化晶粒，理工艺，称为退火。其主要目的是均匀钢的化学成分与组织，细化晶粒，降低硬度，改善切消加工性能，去处内应力，并为淬火做好组织准备。降低硬度，改善切消加工性能，去处内应力，并为淬火做好组织准备。五、五、正火正火将金属或合金加热的适当温度，保持一定时间，在空气中冷却的热处理将金属或合金加热的适当温度，保持一定时间，在空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火冷却速度较快，组织转变温度较低，获得珠光体组织较工艺称为正火。正火冷却速度较快，组织转变温度较低，获得珠光体组织较细，钢的强度、硬度较高。正火是一种操作简便，成本较低和生产周期短的细，钢的强度、硬度较高。正火是一种操作简便，成本较低和生产周期短的热处理工艺，因而它的应用较广泛。热处理工艺，因而它的应用较广泛。正火主要应用于以下几个方面：正火主要应用于以下几个方面：1 1、作为低中碳钢和低合金钢结构钢铸、锻件消除应力，细化组织，改善作为低中碳钢和低合金钢结构钢铸、锻件消除应力，细化组织，改善切削加工性能和淬火前的预备热处理。切削加工性能和淬火前的预备热处理。含碳量低于含碳量低于 0.25%0.25%的碳素钢和的碳素钢和低合金钢，退火后硬度更低，切消加工时易于“粘刀”低合金钢，退火后硬度更低，切消加工时易于“粘刀”，故常用正火来，故常用正火来代替退火，将硬度提高至代替退火，将硬度提高至 140HB190HB140HB190HB，从而改善钢的切削加工，从而改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和降低工件的表面粗糙度。性，提高刀具的寿命和降低工件的表面粗糙度。2/52 2、消除热加工缺陷。中碳结构铸件、锻件与焊件在热加工后易出现粗大消除热加工缺陷。中碳结构铸件、锻件与焊件在热加工后易出现粗大晶粒和其他组织缺陷。通过正火处理可以消除内应力的目的。晶粒和其他组织缺陷。通过正火处理可以消除内应力的目的。3 3、作为某些结构件的的最终热处理。一些受力不大、性能要求不高的碳作为某些结构件的的最终热处理。一些受力不大、性能要求不高的碳素钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可作为素钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可作为零件的最终热处理。零件的最终热处理。退火和正火的选用退火和正火的选用退火和正火属于同一类型的热处理，要求达到的目的也基本相同，在生产实退火和正火属于同一类型的热处理，要求达到的目的也基本相同，在生产实际中，究竟选择退火还是正火，应从以下几个方面来考虑。际中，究竟选择退火还是正火，应从以下几个方面来考虑。1 1、从可加工性能考虑从可加工性能考虑金属的切削性能包括硬度、切削脆性、加工后表金属的切削性能包括硬度、切削脆性、加工后表面的粗糙度与对刀具的磨损。面的粗糙度与对刀具的磨损。一般情况，一般情况，金属硬度在金属硬度在 170HB230HB170HB230HB切削性能最好。硬度过高，不但难于加工，且刀具容易磨损，但硬度切削性能最好。硬度过高，不但难于加工，且刀具容易磨损，但硬度过底，过底，切削加工中易切削加工中易“粘刀”“粘刀”，使刀具发热磨损，使刀具发热磨损，增大了表面的粗糙度。增大了表面的粗糙度。故为了改善切削加工性能，对于含碳量低于故为了改善切削加工性能，对于含碳量低于 0.5%0.5%低中碳钢低中碳钢,通常采用通常采用正火正火,对于含碳量为对于含碳量为 0.5%0.75%0.5%0.75%钢，通常采用完全退火，对于含碳钢，通常采用完全退火，对于含碳量大于量大于 0.75%0.75%钢钢,通常采用球化退火。通常采用球化退火。2 2、从经济角度考虑从经济角度考虑由于正火比退火周期短，效率高，成本低，操作简由于正火比退火周期短，效率高，成本低，操作简便，在可能的条件下，优先采用正火。便，在可能的条件下，优先采用正火。六、六、淬火淬火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后以适当的速度冷却获得马将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后以适当的速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。淬火的目的主要是将奥氏体化的钢转变为马氏体，然后与不同温度的淬火的目的主要是将奥氏体化的钢转变为马氏体，然后与不同温度的回火相配合，获得所需的力学性能，更好地发挥钢材的性能潜力。回火相配合，获得所需的力学性能，更好地发挥钢材的性能潜力。淬火介质一般有水、油、盐水、熔盐等。淬火介质一般有水、油、盐水、熔盐等。3/5水和盐水的冷却能力最强，油的冷却能力最弱，为了获得更有效的冷水和盐水的冷却能力最强，油的冷却能力最弱，为了获得更有效的冷却过程，工件淬火时淬火介质要进行搅动，一提高工件表面和淬火介质的却过程，工件淬火时淬火介质要进行搅动，一提高工件表面和淬火介质的传热速度，从而获得更有效的冷却过程。传热速度，从而获得更有效的冷却过程。淬火缺陷淬火缺陷1 1、氧化与脱碳氧化与脱碳2 2、硬度不足与软点硬度不足与软点3 3、过热和过烧过热和过烧4 4、淬火冷却畸变和开裂淬火冷却畸变和开裂七、回火七、回火钢件淬硬后，再加热到某一适当的温度，保温一定时间，然后再冷却至钢件淬硬后，再加热到某一适当的温度，保温一定时间，然后再冷却至室温的热处理工艺称为回火。室温的热处理工艺称为回火。回火的目的：回火的目的：1 1、减少或消除淬火应力减少或消除淬火应力2 2、获得所需要的力学性能获得所需要的力学性能3 3、稳定组织、稳定尺寸稳定组织、稳定尺寸淬火钢在回火时组织、性能的变化淬火钢在回火时组织、性能的变化淬火钢的组织由淬火马氏体与残余奥氏体组成，他们都是不稳定的组淬火钢的组织由淬火马氏体与残余奥氏体组成，他们都是不稳定的组织，他们有自发向稳定组织转变的趋势。如马氏体中过饱和的碳要析出，残织，他们有自发向稳定组织转变的趋势。如马氏体中过饱和的碳要析出，残余奥氏体要分解等。回火正是为了促进这种转变进行。因此，回火是一个非余奥氏体要分解等。回火正是为了促进这种转变进行。因此，回火是一个非平衡组织向平衡组织转变的过程。温度越高，转变越快，反之，越慢。平衡组织向平衡组织转变的过程。温度越高，转变越快，反之，越慢。回火是最终热处理，回火是最终热处理，根据钢在回火后组织和性能的不同，根据钢在回火后组织和性能的不同，按回火温度范按回火温度范围可分为三种：低温回火围可分为三种：低温回火中温回火中温回火高温回火高温回火1 1、低温回火低温回火4/5淬火钢在淬火钢在 250250以下的回火叫低温回火。以下的回火叫低温回火。低温回火后得到回火马低温回火后得到回火马氏体组织，保持了淬火组织高的硬度和耐磨性，降低了内应力，减小氏体组织，保持了淬火组织高的硬度和耐磨性，降低了内应力，减小了了钢钢的的脆脆性性，韧韧性性也也有有所所提提高高。这这种种回回火火主主要要用用于于要要求求硬硬度度HRC5864HRC5864 的高碳工具、模具、刃具钢。的高碳工具、模具、刃具钢。2 2、中温回火中温回火淬火钢在淬火钢在 250250500500之间的回火叫中温回火。之间的回火叫中温回火。中温回火得到回中温回火得到回火托氏体组织，具有较高硬度（火托氏体组织，具有较高硬度（HRC4050HRC4050）和强度，并具有高的弹）和强度，并具有高的弹性极限和韧性，主要用于各种弹簧。性极限和韧性，主要用于各种弹簧。3 3、高温回火高温回火淬火钢在高于淬火钢在高于 500500的回火叫高温回火。习惯上将淬火后再进的回火叫高温回火。习惯上将淬火后再进行高温回火的热处理工艺叫调质。调质硬度一般为行高温回火的热处理工艺叫调质。调质硬度一般为 HRC2535HRC2535。这。这种方法广泛用于受力较大的重要零配件。种方法广泛用于受力较大的重要零配件。调质量处理的钢与正火相比，不仅强度高，而且塑性、韧性也远调质量处理的钢与正火相比，不仅强度高，而且塑性、韧性也远高于正火钢。这是因为调质后钢的组织是回火索氏体，其渗碳体为粒高于正火钢。这是因为调质后钢的组织是回火索氏体，其渗碳体为粒状，而正火后钢的索氏体中渗碳体呈片状。因此，受力较的零配件需状，而正火后钢的索氏体中渗碳体呈片状。因此，受力较的零配件需进行调质处理。进行调质处理。5/5
