一 慨述

　　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鸽嫂，并在此溫度中保持一定時間后据某，又以不同速度冷卻的一種工藝方法。

　　金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一筷狼，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(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織凌蝎，或改變工件表面的化學(xué)成分舰缠，賦予或改善工件的使用性能焚寂。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滔吠。

　　為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能疮绷、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外只冻，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料沪择，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制他景，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容怯糠。另外，鋁橡舟、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)胚膊、物理和化學(xué)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肢础，熱處理的作用逐漸為人們所認識拂谆。早在公元前770～前222年盗晓，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)具的重要工藝改耽。

　　公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用呐籽，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布近，說明是經(jīng)過淬火的显蝌。

　　隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)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把刀臭脯，相傳是派人到成都取水淬火的铜朗。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谒娩。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%嗅桑，而表面含碳量卻達0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝嵌障。但當(dāng)時作為個人“手藝”的秘密放余，不肯外傳，因而發(fā)展很慢畦盏。

　　1863年征炼，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)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躬贡，內(nèi)部會發(fā)生組織改變柒室，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相渡贾。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雄右，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時纺讲，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擂仍，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。

　　1850～1880年熬甚，對于應(yīng)用各種氣體(如氫氣逢渔、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利乡括。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利肃廓。

　　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(yīng)用诲泌，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展官澳。一個顯著的進展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳 予裳；30年代出現(xiàn)露點電位差計,使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢達到可控澈渠，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)氣氛碳勢的方法芙继；60年代坞鲁，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮锻碎、滲碳工藝萄撇；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用竖拢，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法该眨。

　　二　金屬熱處理的工藝

　　熱處理工藝一般包括加熱、保溫颅挟、冷卻三個過程测捎，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接而芥，不可間斷律罢。

　　加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多棍丐，最早是采用木炭和煤作為熱源误辑，進而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制歌逢，且無環(huán)境污染巾钉。利用這些熱源可以直接加熱翘狱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱砰苍。

　　金屬加熱時潦匈，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化赚导、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)茬缩，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(yīng)在可控氣氛或保護氣氛中吼旧、熔融鹽中和真空中加熱凰锡，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)之一嘶款，選擇和控制加熱溫度 忿脉，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的目的不同而異居删，但一般都是加熱到相變溫度以上稻悟，以獲得需要的組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間追粉，因此當(dāng)金屬工件表面達到要求的加熱溫度時举库，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致短硼，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全翩性，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自幕，加熱速度極快稽徙，一般就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較長振袋。

　　冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟很鸥，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度珍语。一般退火的冷卻速度最慢锤岸，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快板乙。但還因鋼種不同而有不同的要求是偷，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。

　　金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理募逞、表面熱處理蛋铆、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同刺啦，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝留特。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織玛瘸，從而具有不同的性能蜕青。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜捧韵，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多景姓。

　　整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s社衰，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火鸡视、正火桃旷、淬火和回火四種基本工藝。

　　退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度酒半，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間薯舆，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)晨下，獲得良好的工藝性能和使用性能累冠，或者為進一步淬火作組織準備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻拳芹，正火的效果同退火相似蝇罐，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能矢勉，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理合弥。

　　淬火是將工件加熱保溫后，在水固蛾、油或其它無機鹽结执、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬艾凯，但同時變脆献幔。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當(dāng)溫度進行長時間的保溫趾诗，再進行冷卻蜡感，這種工藝稱為回火。退火沧竟、正火铸敏、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切杈笔，常常配合使用闪水，缺一不可。 

　　“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同蒙具，又演變出不同的熱處理工藝 嬉哥。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝勒蜀，稱為調(diào)質(zhì)津咒。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時間雁碘，以提高合金的硬度哩拔、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理啥拘。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進行影焙，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理血肯；在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理襟笋，它不僅能使工件不氧化，不脫碳途居，保持處理后工件表面光潔抵肌，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學(xué)熱處理袍镀。

　　表面熱處理是只加熱工件表層默蚌，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部流椒，使用的熱源須具有高的能量密度敏簿，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫宣虾。表面熱處理的主要方法惯裕，有激光熱處理、火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理绣硝，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰蜻势、感應(yīng)電流、激光和電子束等鹉胖。

　　化學(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分握玛、組織和性能的金屬熱處理工藝「Σぃ化學(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分挠铲∶嵬停化學(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體网孕、液體蒿庙、固體)中加熱，保溫較長時間慢筝，從而使工件表層滲入碳砖蕾、氮、硼和鉻等元素贮秤。滲入元素后廷共，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火“桶常化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳诸鲸、滲氮、滲金屬诈猎、復(fù)合滲等世雄。

　　熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說映僚，它可以保證和提高工件的各種性能 ，如耐磨点骑、耐腐蝕等酣难。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進行各種冷黑滴、熱加工憨募。

　　例如白口鑄鐵經(jīng)過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性 袁辈；齒輪采用正確的熱處理工藝菜谣，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外晚缩，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能尾膊，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼荞彼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用冈敛。

　　三　鋼的分類

　　鋼是以鐵、碳為主要成分的合金鸣皂，它的含碳量一般小于2.11% 抓谴。鋼是經(jīng)濟建設(shè)中極為重要的金屬材料。鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類维瑰。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金押恢，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的錳穿侵、硅辑奔、硫、磷等雜質(zhì)夹恨。碳鋼具有一定的機械性能哎闻，又有良好的工藝性能，且價格低廉闰芒。因此枚林，碳鋼獲得了廣泛的應(yīng)用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展墓运，碳鋼的性能已不能完全滿足需要郭菜，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上鞍歌，有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的多元合金勘伺。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高褂删，故應(yīng)用日益廣泛飞醉。

　　由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)屯阀、保管缅帘、選用與研究，必須對鋼材加以分類难衰。按鋼材的用途钦无、化學(xué)成分、質(zhì)量的不同盖袭，可將鋼分為許多類：

　∈г荨（一）． 按用途分類

　　按鋼材的用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼鳄虱、特殊性能鋼三大類弟塞。 

　　1.結(jié)構(gòu)鋼：

　　（1）.用作各種機器零件的鋼醇蝴。它包括滲碳鋼宣肚、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼推吼。

　『醚帧（2）．用作工程結(jié)構(gòu)的鋼。它包括碳素鋼中的甲贮殊、乙环胸、特類鋼及普通低合金鋼铲恃。 

　　2.工具鋼：用來制造各種工具的鋼。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼进裹、模具鋼與量具鋼四雏。 

　　3.特殊性能鋼：是具有特殊物理化學(xué)性能的鋼∽断簦可分為不銹鋼百擒、耐熱鋼、耐磨鋼寄旋、磁鋼等仍桌。

　　（二）． 按化學(xué)成分分類 

　　按鋼材的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類导而。

　　碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量≤0.25%）忱叭；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量≥0.6%）今艺。 

　　合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量≤5%）韵丑；中合金鋼（合金元素總含量=5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）虚缎。此外撵彻，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼实牡、鉻鋼千康、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等铲掐。

　　（三）． 按質(zhì)量分類

　　按鋼材中有害雜質(zhì)磷值桩、硫的含量可分為普通鋼（含磷量≤0.045%摆霉、含硫量≤0.055%；或磷奔坟、硫含量均≤0.050%）携栋；優(yōu)質(zhì)鋼（磷、硫含量含硫量≤0.030%）偎旱。

　　此外船庐，還有按冶煉爐的種類，將鋼分為平爐鋼（酸性平爐地捂、堿性平爐）羽捻，空氣轉(zhuǎn)爐鋼（酸性轉(zhuǎn)爐、堿性轉(zhuǎn)爐滤重、氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐鋼）與電爐鋼酣疏。按冶煉時脫氧程度涮巩，將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全），鎮(zhèn)靜鋼（脫氧比較完全）及半鎮(zhèn)靜鋼诬曙。

　　鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時矩沥，往往將用途、成分霹孙、質(zhì)量這三種分類方法結(jié)合起來咪干。如將鋼稱為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼辐赞、碳素工具鋼部翘、高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼占拍、合金工具鋼等略就。均≤0.040%）；高級優(yōu)質(zhì)鋼（含磷量≤0.035%晃酒、

　　四 金屬材料的機械性能

　　金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類表牢。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷贝次、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能崔兴。金屬材料工藝性能的好壞，決定了它在制造過程中加工成形的適應(yīng)能力蛔翅。由于加工條件不同敲茄，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能山析、可焊性堰燎、可鍛性、熱處理性能羽嘉、切削加工性等引舱。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的性能反腺，它包括機械性能猬蕉、物理性能、化學(xué)性能等聊浊。金屬材料使用性能的好壞薄好，決定了它的使用范圍與使用壽命。 

　　在機械制造業(yè)中斩缘，一般機械零件都是在常溫唁底、常壓和非強烈腐蝕性介質(zhì)中使用的，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用泳隶。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能溜信，稱為機械性能（或稱為力學(xué)性能）蜘傻。金屬材料的機械性能是零件的設(shè)計和選材時的主要依據(jù)。外加載荷性質(zhì)不同（例如拉伸幸双、壓縮琅翻、扭轉(zhuǎn)、沖擊柑贞、循環(huán)載荷等）方椎，對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括：強度钧嘶、塑性棠众、硬度、韌性有决、多次沖擊抗力和疲勞極限等闸拿。下面將分別討論各種機械性能。 

　　1． 強度

　　強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能书幕。由于載荷的作用方式有拉伸新荤、壓縮、彎曲台汇、剪切等形式苛骨，所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度苟呐、抗彎強度痒芝、抗剪強度等。各種強度間常有一定的聯(lián)系付箩，使用中一般較多以抗拉強度作為最基本的強度指標肛精。

　　2． 塑性

　　塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力瞭谴。

　　3． 硬度 

　　硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標夕涧。目前生產(chǎn)中測定硬度方法最常用的是壓入硬度法，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面寒肋，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。

　　常用的方法有布氏硬度（HB）肆洽、洛氏硬度（HRA易麻、HRB、HRC）和維氏硬度（HV）等方法社咒。

　　4． 疲勞

　　前面所討論的強度秽祷、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指標位俩。實際上矗寂，許多機器零件都是在循環(huán)載荷下工作的碳胳，在這種條件下零件會產(chǎn)生疲勞。 

　　5． 沖擊韌性

　　以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷沫勿，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性挨约。

　　五  退火--淬火--回火

　　(一)．退火的種類 

　　1． 完全退火和等溫退火

　　完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡稱為退火产雹，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄诫惭，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結(jié)構(gòu)蔓挖。一般常作為一些不重要工件的最終熱處理夕土，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。 

　　2． 球化退火 

　　球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具瘟判，量具怨绣，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度拷获，改善切削加工性篮撑，并為以后淬火作好準備。 

　　3． 去應(yīng)力退火

　　去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火）刀诬，這種退火主要用來消除鑄件锯忱，鍛件，焊接件健吃，熱軋件闰妓，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除陕绢，將會引起鋼件在一定時間以后过腰，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。 

　　(二)．淬火

　　為了提高硬度采取的方法闯揪，主要形式是通過加熱橄看、保溫、速冷避某。最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水硅跌，水和油。鹽水淬火的工件蚯垫，容易得到高的硬度和光潔的表面闲涕，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴重咳碰，甚至發(fā)生開裂剖毯。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。

　　(三)．回火 

　　1． 降低脆性教馆，消除或減少內(nèi)應(yīng)力逊谋，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性擂达，如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。

　　2． 獲得工件所要求的機械性能胶滋，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大板鬓，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當(dāng)回火的配合來調(diào)整硬度镀钓，減小脆性穗熬，得到所需要的韌性，塑性丁溅。 

　　3． 穩(wěn)定工件尺寸 

　　4． 對于退火難以軟化的某些合金鋼唤蔗，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集窟赏，將硬度降低妓柜，以利切削加工。

　　六 常用爐型的選擇

　　爐型應(yīng)依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來決定 

　　1．對于不能成批定型生產(chǎn)的棕健，工件大小不相等的寸纠，種類較多的，要求工藝上具有通用性秕肚、 多用性的帮课，可選用箱式爐。 

　　2．加熱長軸類及長的絲桿袭吗，管子等工件時八泡，可選用深井式電爐。 

　　3．小批量的滲碳零件苏昨，可選用井式氣體滲碳爐锚揍。

　　4．對于大批量的汽車、拖拉機齒輪等零件的生產(chǎn)可選連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線或箱式多用爐赘湾。 

　　5．對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產(chǎn)時防养，最好選用滾動爐，輥底爐律逼。

　　6．對成批的定型零件按辱，生產(chǎn)上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐（推桿爐或鑄帶爐） 

　　7．小型機械零件如：螺釘，螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐蛹头。 

　　8．鋼球及滾柱熱處理可選用內(nèi)螺旋的回轉(zhuǎn)管爐顿肺。

　　9．有色金屬錠坯在大批量生產(chǎn)時可用推桿式爐，而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環(huán)加熱爐掘而。

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