金屬熱處理加工原理小知識[西東鋼材知識小百科]
金屬熱處理(Metal heat treatment)是將金屬工件在一定介質(zhì)中加熱到合適的溫度并在此溫度下保持一定時間后，以不同速度冷卻的一種技術(shù)方法。 金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一。與其他加工工藝相比，熱處理通常不改變工件的形狀和整體化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)或改變工件表面的化學(xué)成分來賦予或改善工件的使用性能。 其特征是提高工件的內(nèi)部質(zhì)量，這通常是肉眼看不到的。 為了使金屬工件具有所需的機(jī)械性能、物理性能和化學(xué)性能，除了合理選擇材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的 鋼是機(jī)械工業(yè)中使用最廣泛的材料。鋼的顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理來控制。因此，鋼的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。 此外，鋁、銅、鎂、鈦等。并且它們的合金也可以通過熱處理改變它們的機(jī)械、物理和化學(xué)性能以獲得不同的性能 在從石器時代到青銅時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸被人們所認(rèn)識。 早在公元前770年至公元前222年，中國人就在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，銅和鐵的性質(zhì)會在溫度和壓力變形的影響下發(fā)生變化。 白口鑄鐵的軟化處理是制造農(nóng)具的重要工序。 公元前6世紀(jì)，鋼武器逐漸被采用。為了提高鋼的硬度，淬火技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 河北易縣巖渡出土的兩把劍和一把戟的顯微組織中含有馬氏體，表明它們是淬火的。 隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷卻劑對淬火質(zhì)量的影響。 三國蜀人蒲元曾在陜西顧頡為諸葛亮制作了3000把刀。據(jù)說他派人去成都取水淬火。 這表明中國古代注意到不同水質(zhì)的冷卻能力，也注意到油和尿的冷卻能力。 西漢(公元前206年-公元24年)中山陵王靜出土的劍，心臟含碳0.15-0.4%，表面含碳0.6%以上，表明滲碳技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用。 但當(dāng)時作為個人“手藝”秘密，拒絕傳播，所以發(fā)展非常緩慢 1863年，英國的金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家在顯微鏡下展示了鋼的六種不同的金相結(jié)構(gòu)，證明了當(dāng)鋼被加熱和冷卻時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，鋼在淬火過程中的中高溫相會變成相對堅(jiān)硬的相。 法國奧斯蒙德建立的鐵同構(gòu)理論和英國奧斯汀首先建立的鐵碳相圖為現(xiàn)代熱處理技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。 同時，人們也研究了金屬熱處理加熱過程中的金屬保護(hù)方法，以避免金屬在加熱過程中氧化脫碳。 從1850年到1880年，有一系列關(guān)于各種氣體(例如煤氣等)應(yīng)用的專利。)用于保護(hù)性加熱。 從1889年到1890年，英國湖人隊(duì)獲得了各種金屬光亮熱處理的專利。 自20世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植和應(yīng)用導(dǎo)致了金屬熱處理技術(shù)的更大發(fā)展。 1901年至1925年，轉(zhuǎn)底爐在工業(yè)生產(chǎn)中的氣體滲碳應(yīng)用取得了顯著進(jìn)展。露點(diǎn)電位計(jì)出現(xiàn)于20世紀(jì)30年代，用于控制熔爐中大氣的碳勢。后來，發(fā)展了用二氧化碳紅外計(jì)和氧探頭進(jìn)一步控制爐內(nèi)大氣碳勢的方法。20世紀(jì)60年代，熱處理技術(shù)利用等離子體場的作用，發(fā)展了離子滲氮和滲碳工藝。隨著激光和電子束技術(shù)的應(yīng)用，金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。
雙金屬熱處理的熱處理過程一般包括加熱、保溫和冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程 這些過程是相互關(guān)聯(lián)的，不能中斷。 加熱是熱處理的重要步驟之一。 金屬熱處理有許多加熱方法。木炭和煤首先被用作熱源，然后使用液體和氣體燃料。 電的應(yīng)用使供暖易于控制，并且沒有環(huán)境污染。 這些熱源可用于直接或間接通過熔鹽或金屬或甚至浮動顆粒加熱。 金屬受熱時，工件暴露在空氣中，經(jīng)常發(fā)生氧化脫碳(即鋼零件表面碳含量降低)，這對熱處理后零件的表面性能有非常不利的影響。 因此，金屬通常應(yīng)在受控氣氛或保護(hù)氣氛、熔鹽和真空中加熱，保護(hù)性加熱也可通過涂覆或包裝方法進(jìn)行。 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。 加熱溫度根據(jù)待處理的金屬材料和熱處理目的而變化，但是通常加熱到相變溫度以上以獲得所需的組織。 此外，轉(zhuǎn)變需要一定的時間，所以當(dāng)金屬工件的表面達(dá)到所需的加熱溫度時，必須在此溫度下保持一定的時間，以便內(nèi)外溫度一致，微結(jié)構(gòu)完全轉(zhuǎn)變。這段時間叫做保溫時間。 使用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般沒有保溫時間或保溫時間很短，而化學(xué)熱處理的保溫時間往往更長。 冷卻也是熱處理過程中不可或缺的一步。冷卻方法因工藝不同而異，主要控制冷卻速度。 一般來說，退火冷卻速度最慢，正火冷卻速度較快，淬火冷卻速度較快 然而，對于不同的鋼種也有不同的要求。例如，空氣硬化鋼可以以與正火相同的冷卻速度硬化。 金屬熱處理工藝可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。 根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方式的不同，每個主要類別可分為幾種不同的熱處理工藝。 同一種金屬可以通過采用不同的熱處理工藝獲得不同的結(jié)構(gòu)，從而具有不同的性能。 鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的金屬，其顯微組織也是最復(fù)雜的，因此鋼的熱處理工藝有很多種。 整體熱處理(Integral heat treatment)是一種金屬熱處理工藝，將工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體機(jī)械性能。 鋼的整體熱處理包括四個基本過程:退火、正火、淬火和回火。 退火是將工件加熱到合適的溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后緩慢冷卻工件。目的是使金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)達(dá)到或滿足平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或?yàn)檫M(jìn)一步淬火做好準(zhǔn)備。 正火是將工件加熱到合適的溫度，然后在空氣中冷卻。正火效果與退火相似，不同之處在于獲得的微觀結(jié)構(gòu)更精細(xì)。它經(jīng)常被用來提高材料的切削性能，有時被用作一些低要求零件的最終熱處理。 淬火是將工件加熱并保溫，然后在水、油或其他無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬火介質(zhì)中快速冷卻。 淬火后，鋼變得堅(jiān)硬但同時易碎。 為了降低鋼零件的脆性，淬火后的鋼零件在高于室溫但低于710℃的合適溫度下長時間保溫，然后冷卻。這個過程叫做回火。 退火、正火、淬火和回火是整個熱處理中的“四火”，其中淬火和回火密切相關(guān)，經(jīng)常一起使用，缺一不可。 “四火”發(fā)展了不同的熱處理工藝，加熱溫度和冷卻方法也不同。 為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，淬火和高溫回火相結(jié)合的過程稱為淬火和回火。 在一些合金淬火形成過飽和固溶體后，將它們長時間保持在室溫或稍高的適當(dāng)溫度，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電磁性。 這種熱處理過程稱為老化處理 將壓力加工變形和熱處理有效而緊密地結(jié)合起來，使工件獲得良好的強(qiáng)度和韌性配合的方法稱為形變熱處理。負(fù)壓氣氛或真空中的熱處理稱為真空熱處理。它不僅能防止工件氧化脫碳，保持被處理工件表面清潔光亮，提高工件性能，還能引入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。 表面熱處理是一種金屬熱處理工藝，它只加熱工件的表面層以改變表面層的機(jī)械性能。 為了僅加熱工件的表面層，而不將過多的熱量傳遞到工件內(nèi)部，所使用的熱源必須具有高能量密度，即每單位面積向工件提供大量熱能，以使工件的表面層或部分在短時間內(nèi)或瞬間達(dá)到高溫。 表面熱處理的主要方法包括激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理。常見的熱源包括氧氣或氧氣火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。 化學(xué)熱處理是通過改變工件表面層的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的金屬熱處理過程 化學(xué)熱處理和表面熱處理的區(qū)別在于后者改變了工件表面層的化學(xué)成分 化學(xué)熱處理(Chemical heat processing)是在含有碳、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱工件，并長時間保持溫度，使工件表層滲透碳、氮、硼、鉻等元素。 元素滲入后，有時會進(jìn)行其他熱處理工藝，如淬火和回火。 化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、金屬浸滲、復(fù)合浸滲等。 熱處理是機(jī)械零件和工具制造過程中的重要工序之一。 一般來說，它可以保證和改善工件的各種性能，如耐磨性、耐腐蝕性等。 坯料的結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)也可以得到改善，以便于各種冷、熱加工。 例如，可鍛鑄鐵可以通過長時間退火白口鑄鐵來提高塑性而獲得。采用正確的熱處理工藝，齒輪的使用壽命可以比未經(jīng)熱處理的齒輪延長一倍或幾十倍。此外，低價碳鋼通過滲透一些合金元素而具有一些高價合金鋼的性能，可以替代一些耐熱鋼和不銹鋼。幾乎所有的工具和模具在使用前都需要熱處理。
這三種鋼的分類鋼是以鐵和碳為主要成分的合金，其碳含量通常小于2.11% 鋼是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中極其重要的金屬材料。 鋼根據(jù)化學(xué)成分分為碳鋼(簡稱碳鋼)和合金鋼。 碳鋼是一種通過熔煉生鐵獲得的合金。除了以鐵和碳為主要成分外，它還含有少量雜質(zhì)，如錳、硅、硫和磷。 碳鋼具有一定的力學(xué)性能、良好的工藝性能和低廉的價格。 因此，碳鋼得到了廣泛的應(yīng)用。 然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，碳鋼的性能已經(jīng)不能完全滿足需求，因此人們開發(fā)了各種合金鋼。 合金鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上有目的地添加一些元素(稱為合金元素)而獲得的多元合金。 與碳鋼相比，合金鋼的性能顯著提高，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。 由于鋼材種類繁多，鋼材必須分類，以便于生產(chǎn)、儲存、選擇和研究。 根據(jù)鋼的用途、化學(xué)成分和質(zhì)量，鋼可以分為許多類別:(1)。根據(jù)用途分類，鋼材可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特種性能鋼
1。結(jié)構(gòu)鋼:(1)。用作各種機(jī)器零件的鋼 它包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼和滾動軸承鋼。 (2)工程結(jié)構(gòu)用鋼 它包括碳鋼中的甲、乙、特殊鋼和普通低合金鋼。
2。工具鋼:用于制造各種工具的鋼。 根據(jù)工具的不同用途，可分為切削工具鋼、模具鋼和測量工具鋼。
3。特殊性能鋼:具有特殊物理化學(xué)性能的鋼 可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。 (2)根據(jù)化學(xué)成分，鋼可分為碳鋼和合金鋼。 碳鋼:根據(jù)碳含量，可分為低碳鋼(碳含量≤0.25%)；中碳鋼(0.25% <碳含量< 0.6%)；高碳鋼(碳含量≥0.6%) 合金鋼:根據(jù)合金元素含量(合金元素總含量≤ 5%)可分為低合金鋼；中合金鋼(合金元素總含量= 5%-10%)；高合金鋼(總合金元素
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