金属的热处理论文范文Word格式文档下载.docx

金属的热处理论文范文Word格式文档下载.docx

《金属的热处理论文范文Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属的热处理论文范文Word格式文档下载.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

现在我们日常生活所用的各种设备大部分都是金属，想要符合社会的发展，就必须对材料进行热处理。

通过不同的工艺处理得到我们所需的性能不同的金属材料，对我们整个世界都产生了深远的影响，小到我们缝衣服用的针、掏耳勺，大到飞机、火箭都离不开金属。

因此热处理对材料的重要性不言而喻，我们虽然是世界上最早对金属进行冶炼的国家，但现在由于种种原因，我们在金属制造方面还是与欧美等发达国家存在较大的差距。

我们大学生时祖国的未来，希望我们可以奋发图强，将来做祖国的栋梁之才。

关键字

金属的性能，热处理

1.背景简介

　自二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到很大发展。

其中比较有代表性的是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；

30年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；

60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；

激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。

2.文献综述

2.1金属材料的性能

2.1.1金属材料的性能分为使用性能和工艺性能

使用性能：

是金属材料在使用时所表现出的性能，包括物理性能、化学性能和力学性能等。

工艺性能：

是指金属材料对不同加工工艺方法的适应能力，包括铸造性能、锻压性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能等。

2.1.2金属的硬度

硬度是材料局部抵抗其他更硬物质压入其表面的能力。

它不仅抵抗塑性变形，还要抵抗弹性变形。

它是衡量材料软硬程度的重要指标。

硬度越高，材料的耐磨性越好。

2.1.3金属材料的冲击韧度

金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏的能力称为冲击韧度。

许多机械零件在工作中往往要受到冲击载荷的作用，如活塞销、锻锤杆、冲模、锻模等。

制造此类零件所用材料必须考虑其抗冲击载荷能力。

2.1.4金属材料的疲劳强度

弹簧、曲轴、齿轮等机械零件在工作过程中所承受载荷的大小、方向随时间变化做周期性变化，在金属材料内部就会引起应力发生周期性的波动。

此时，由于所承受的载荷为交变载荷，零件承受的应力虽然低于材料的屈服强度，但经过长时问的工作后，仍会产生裂纹或突然发生断裂，这就叫做疲劳断裂[1]。

2.2金属的结晶和合金的构造

2.2.1金属的结晶过程和同素异晶转变

金属结晶过程：

一、金属的结昌过程液态金属冷却到凝固温度时，原子由无序状态转变为按一定的几何形状作有序的排列。

金属的这种由液体转变为晶体的现象叫做结晶。

液态金属的结晶过程就是凝固过程，大致可分为两个阶段：

即晶核（结晶中心）的形成和晶核的成长。

晶核的澎成，一方面可能是由于液态金属中有一些原子自发的聚集在一起。

按金属晶体的固有规律排列起来而形成，这叫做自发晶茧；

另一方面也可能是电量液态金属中一些外来的微细固态质点而形成，这叫做外来晶核。

这两种结晶全都是结晶过程中晶核发展和生长的基础[2]。

2.2.2合金的相结构

固体物质一般分为晶体和非晶体，晶体原子一般呈周期性有规则的排列，而非晶体的原子一般不规则杂乱排列。

金属材料通常都是晶体，为了便于分析晶体中原子的排列规律，通常用假想的线条将各原子中心连接起来，使之构成一个空间格架，这种三维的空间格架，称作“晶格”（或称空间点阵）取晶格中一个最基本的几何单元来表明原子排列的规律性，这个最小的几何单元，称为“晶胞”。

常见的三种晶体结构：

体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格[3]。

2.3金属材料强化的机理及基本途径

2.3.1金属围观强化机构的分类

以钢铁材料为例，其强化机理可分为晶界强化、固溶强化、位错强化、沉淀和弥散强化、相变强化、Spindal（调幅分解和有序化强化七类。

实际强化大多为复合作用的结果，要严格地孤立出来讨论是困难的，且绝大部分钢种的强化增量至今尚不能定量计算，故只能对强化机理的基本特点和本质有大致的了解。

2.3.2工艺方法

基于晶界强化的机理，在热处理工艺方法上采用超细化热处理工艺，即细化奥氏体晶粒或碳化物相，使晶粒度细化到10级以上。

由于超细化作用，使晶界面积增加，从而对金属塑性变形的抗力增加，反映在机械性能方面其金属强韧性大为提高。

如奥氏体晶粒细化10级以上，强韧性大为提高，其方法有3种：

（1）利用极高加热速度的能源进行快速加热

（2）利用奥氏体的递转变（3）采用两相区交替加热淬火法[4]。

3.技术路线

3.1退火

3.1.1完全退火

将偏离平衡状态的金属加热至较高温度，保持一定时间然后缓慢冷却，以得到接近于平衡状态组织的各种工艺方法统称为退火。

退火的目的在于均匀化学成分、改善力学性能及工艺性能、消除或减小内应力，并为零件最终热处理准备合适的内部组织。

钢的退火工艺种类很多，按加热温度可分为两大类：

①临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火（相变重结晶退火），包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、均匀化退火和球化退火等；

②临界温度以下的退火，包括软化退火、再结晶退火及去应力退火等。

将亚共析钢加热到Ac3以上的温度，并在此保温足够时间，完成奥氏体化并使成分基本均匀之后缓慢冷却（控速冷却、炉冷、埋于砂或耐火土粉中）至600°

C左右出炉空冷，以得到铁素体及珠光体组织的热处理工艺，成为完全退火。

3.1.2低温退火

将钢件加热到略低于Ac1的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺称为低温退火，低温退火由于没有重结晶过程，所以不能使钢的晶粒和组织细化，但却能消除或降低钢中的内应力，降低硬度，从而改善切削加工性能。

低温退火加热时间短，成本低，而且钢材表面氧化脱碳损失较少，所以在某些情况下可以取代完全退火或不完全退火。

再结晶退火、中间退火（软化退火）、去应力退火等皆属于低温退火范畴。

3.2正火

3.2.1普通正火

亚共析钢加热到Ac3+（30～50°

C），共析钢和过共析钢加热到ACm+（30°

～50°

），均温后在空气中冷却，得到珠光体组织的热处理工艺，成为普通正火。

低碳钢正火后，可得到较细的片状珠光体，硬度较退火略高，利于切削加工。

由于所得铁素体晶粒较细，钢的韧性较好，可以保证较好的力学性能组合。

3.2.2等温正火

等温正火是将普通碳钢材加热奥氏体化，加热温度及保温时间与普通正火相同。

保温完了后钢材冷至某一温度并等温保持，使过冷奥氏体在此温度范围内转变完毕，得到较细（相对于等温退火而言）的珠光体组织，然后空冷，以获得较好的加工性能和力学性能的热处理工艺。

3.2.3水冷正火

含碳量极低的大型铸钢件用水冷代替空冷进行正火，可以得到较少量的铁素体及较细较多数量的珠光体组织，而使强度塑性等均得到改善。

水冷正火还常用于高碳钢球化退火之前，可更有效地抑制渗碳体网的形成，获得均匀一致的组织，以稳定球化质量和获得更细小、更均匀分布的碳化物。

水冷正火时钢材的加热温度与保温时间与普通正火相同。

3.3淬火

淬火是将钢或合金加热到一定温度，保温适当的时间获得相应的高温相，然后快速冷却，以获得远离平衡状态的不稳定组织的热处理工艺总称。

淬火是使钢或合金强化的主要工艺（或工序）。

钢件淬火主要是为了获得马氏体组织，以便在适当温度的回火后具有所需要的力学性能组合。

合金淬火则是为了得到单一均匀的固溶体，为下工序的时效强化或形变加工做好组织上的准备。

钢的淬火工艺种类很多，可根据加热温度、加热方式、加热介质以及冷却介质和冷却方式的不同，可分为以下几种。

按加热温度的不同可分为：

完全淬火、不完全淬火、亚共析钢的亚温淬火（临界区淬火）、低温（低于临界温度）淬火等。

3.3.1完全淬火

将亚共析钢加热到Ac3以上温度保温以后大于临界冷却速度的冷却速度急速冷却，得到马氏体组织，以提高强度、硬度及耐磨性的热处理称为完全淬火。

3.3.2不完全退火

国共析钢以及共析钢加热到某一温度，保温后急速冷却的热处理工艺成为不完全淬火，不完全淬火有以下有点：

①淬火加热温度低，保留了一定数量未溶的颗粒状碳化物，使钢在淬火后具有最高的硬度和耐磨性。

②由于加热温度低，使奥氏体含碳及合金元素数量不致过高，保证淬火后残余奥氏体数量不致过多，有利于提高硬度及耐磨性。

③加热温度低，奥氏体晶粒细小，淬火后可获得较优的力学性能。

不完全淬火主要用于碳素工具钢及低合金工具钢

3.4回火

将淬火后的钢，在AC1以下加热、保温后冷却下来的热处理工艺。

回火是将淬火钢加热到奥氏体转变温度以下，保温1到2小时后冷却的工艺。

回火往往是与淬火相伴，并且是热处理的最后一道工序。

经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状与尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。

回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

3.4.1低温回火

回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体。

钢具有高硬度和高耐磨性，但内应力和脆性降低。

主要应用于高碳钢和高碳合金钢制造的工具模和滚动轴承，以及经渗碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为58-64HRC。

3.4.2中温回火

中温回火常在250～500℃温度范围内进行，主要用途是对淬火后的各种弹簧及锻模回火。

其目的是为了获得较高的弹性极限和屈服点，同时使塑性及韧性得到改善．

3.4.3高温回火

高温回火常在500～650℃区间进行，多应用于结构钢制造的工件。

其目的主要是在降低强度、硬度及耐磨性的情况下大幅度提高塑性及韧性，以便得到良好的综合力学性能。

含

Cr、Mo、W、V、Ti等元素较多的合金钢（结构钢及工具钢）在高温回火过程常因析出弥散分布的特殊碳化物而产生二次硬化现象，而使硬度略有升高。

淬透性较大或截面较小的工件，正火后硬度可能偏高而塑性偏低，也需进行高温回火以改善之[5]。

4.结论

金属材料之所以获得如此广泛的应用，不仅是因为冶炼铸铁和钢的铁矿石在地壳中储量丰富，而且满足知道机器所需要的物理、化学性能，并且还可用简便的工艺方法加工成为适用的机器零件，也即具有所需的工艺性能。

机械知道中所用的金属材料以合金为主，很少使用纯金属。

原因是合金比纯金属具有更好的力学性能和工艺性能，且价格低廉。

合金是一种以金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔炼制成的具有金属特性的材料。

最常用的合金是以铁为基础的铁碳合金，如碳素钢、合金钢、灰铸铁等，还有以铜为基础的黄铜、青铜，以铝为基础的铝硅合金等。

金属的热处理在我们生活中的重要性也不言而喻，通过对金属进行一定的工艺处理，就会获得我们所需要性能的金属。

虽然我国这几年金属加工制造业有了长足的发展，但不能否认与欧美等发达国家还存在一定的差距，我们这一代青年务必要夯实自己的基础，争取缩短与欧美发达国家的差距。

参考文献

[1]吕海，糜留芳，张大为，朱玉霞.金属材料及热处理.武汉：

华中科技大学出版社，2011.08.6-9.

[2]邓文英.金属工艺学.北京：

人民教育出版社，1981年二月第一版修订版上册，9-15.

[3]王可勇,邓华凌，宋云京，孟祥泽.金属热处理，北京：

中国水利水电出版社出版.2006.1.20-25.

[4]谭家俊，李国俊.国内外金属材料及热处理技术现状与发展.北京：

国防大学出版社1995.11.119-115.

[5]雷廷权，傅家骐.金属热处理工艺方法500种.北京：

机械工业出版社.1998.09.120-130.