热处理基本知识培训教程[005].pdf

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1、第 1 页 热处理基本知识 一、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。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，将两块含碳量为 0.77%的钢，加热至 800保温，一块投入水中激冷至室

2、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 HRC64，随炉缓冷的那块钢，硬度不到 HRC20。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。二、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）。三、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。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第 2 页 处理，称为预备热处理。为使工件满足使用条件

3、下的性能要求所进行的热处理，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。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。四、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。五、正火 将金属或合金加热的适当温度，保持一定时

4、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。正火主要应用于以下几个方面：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，改善切削加工性能和淬火前的预备热处理。含碳量低于 0.25%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”，故常用正火来代替退火，将硬度提高至 140HB190HB，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。第 3 页 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晶粒和其

5、他组织缺陷。通过正火处理可以消除内应力的目的。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。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，在生产实际中，究竟选择退火还是正火，应从以下几个方面来考虑。1、从可加工性能考虑 金属的切削性能包括硬度、切削脆性、加工后表面的粗糙度与对刀具的磨损。一般情况，金属硬度在170HB230HB 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，切削加工中易“粘刀”，使刀具发热磨损，增大了表面的粗糙度。故为了改善切削加工性

6、能，对于含碳量低于 0.5%低中碳钢,通常采用正火,对于含碳量为0.5%0.75%钢，通常采用完全退火，对于含碳量大于 0.75%钢,通常采用球化退火。2、从经济角度考虑 由于正火比退火周期短，效率高，成本低，操作简便，在可能的条件下，优先采用正火。六、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，然后与不同温第 4 页 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。淬火介质一般有水、油、盐水、熔盐等。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

7、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。淬火缺陷 1、氧化与脱碳 2、硬度不足与软点 3、过热和过烧 4、淬火冷却畸变和开裂 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，然后再冷却至室温的热处理工艺称为回火。回火的目的：1、减少或消除淬火应力 2、获得所需要的力学性能 3、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

8、过程。温度越高，转变越快，反之，越慢。第 5 页 回火是最终热处理，根据钢在回火后组织和性能的不同，按回火温度范围可分为三种：低温回火 中温回火 高温回火 1、低温回火 淬火钢在 250以下的回火叫低温回火。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，减小了钢的脆性，韧性也有所提高。这种回火主要用于要求硬度 HRC5864 的高碳工具、模具、刃具钢。2、中温回火 淬火钢在 250500之间的回火叫中温回火。中温回火得到回火托氏体组织，具有较高硬度（HRC4050）和强度，并具有高的弹性极限和韧性，主要用于各种弹簧。3、高温回火 淬火钢在高于 500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 HRC2535。这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，受力较的零配件需进行调质处理。