热处理的知识及硬度试验方法.docx

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热处理的知识及硬度试验方法

热处理的知识及硬度试验方法

一热处理方法分类，特点和应用。

1退火〔焖火〕:

加热后随炉冷却，有完全退火和不完全退火.

目的：

改善内部组织，利于切削加工。

应用：

①降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能和冷压加工性能。

②细化晶粒，调整组织。

③消除铸、锻、焊、轧，冷加工产生的内应力。

2正火：

与退火相比，正火后的组织为珠光体，但组织构造细，从而有较高机械性能。

又有生产周期短，设备利用率大，本钱较低特点。

正火目的与退火相似：

（1）对于性能要求不高的普通构造钢零件，可以用

正火作为最终处理，〔不必调质或淬火〕来提

高机械性能。

（2）如果用于含碳量低于0.2%低碳钢零件，可以

代替退火，有利于切削加工。

3淬火：

将钢零件加热到相变温度以上，〔800～820℃不同材料不同温度〕再快速在水中或油中冷却下来一种热处理方法。

淬火一般为了得到马氏体组织，也为了获得单一均匀的奥氏

体组织，以分别提高其耐蚀性和耐磨性。

淬火目的：

〔1〕提高硬度和耐磨性。

〔2〕淬火加中高温回火以获得良好的力学性能。

〔3〕只需局部有硬度的地方，也可以局部淬火，其余局部变形小。

4回火：

将淬火后的工件重新加热到AC1〔500℃左右〕以下某一温度，保温一段时间，然后取出以一定方式冷却下来的一种方法。

回火的目的：

①降低脆性，消除内应力，减少工件变形和开裂。

②调整硬度，提高塑性以获得工件所要求机械性能。

③稳定工件尺寸。

常用回火方法如下：

有高温回火中温回火及低温回火。

低温回火：

加热温度为150～250℃．

目的：

降低、消除内应力和脆性，保持钢在淬火后的高硬度和耐模性，主要用于工具、量具、模具滚动

轴承和渗碳外表淬火的零件。

中温回火：

加热温度为350～450℃．

目的：

是保持一定韧性条件下提高弹性和屈服强度。

故主要用于各种弹簧、锻模、冲头、工具、刀杆等

高温回火：

加热温度为500～680℃．

5．调质：

淬火+高温回火称为调质。

可获得强度、塑性、韧性都较好综合力学性能。

广泛用于各种较为重要构造零件。

如连杆螺栓〔重要的连杆及螺栓〕齿轮及轴等，不但可作为这些零件最终热处理，而且还常可作为精细零件如丝杆类，予先热处理以减少最终热处理的变形。

6．时效；分高温时效和低温时效。

高温时效；加温略低于高温回火的温度，保温后缓冷到300℃出炉，特点；时效与回火有类似作用，这种方法操作简便效果也很好，但是消耗时间太长。

目的应用；时效的目的是淬火后的工件进一步消除内应力，稳定工件尺寸，常用来处理要求形状不再发生变形的精细工件。

如精细轴承，精细丝杆，床身，箱体等。

低温时效；将工件加温到100~150℃，保温较长时间〔约5~20小时〕，低温时效实际就是低温补充回火。

7．高频淬火：

即感应加热外表淬火。

将工件放入感应器中，使工件表层产生感应电流，在极短的时间内，加热到淬火温度后，立即喷水〔或喷油〕使工件外表淬火。

高频淬火又分高频：

〔100～1000KHZ〕，中频：

〔1～

10KHZ〕淬火及工频〔50HX〕淬火三种。

目的：

①外表硬度比普通淬火可高2～3HRC，并有较低

脆性。

②疲劳强度，冲击韧性都有所提高。

③变形小。

④淬火层深度容易控制。

⑤淬火时不易氧化和脱碳。

⑥可以实现机械化，自动化，生产率高。

8．渗碳：

将工件放入渗碳介质中，在900～950℃加热，保温使钢件外表增碳过程，渗碳后必须马上淬火〔节约能源，不需要二次加热〕以提高外表硬度才能实现渗碳目的。

目的：

①提高钢件外表层的硬度及耐磨性，而心部仍保持韧性和塑性。

②常用于低碳钢和低合金钢

③渗碳层深度随零件的具体尺寸及工件条件的要求而定，太薄易引起外表疲劳剥落，太厚那么经不起冲击一般常用0.5mm～2.5mm.

④常用于工程机械齿轮零件及轴类，活塞销及伐门头，凸轮轴等，一些受冲击零件。

9．渗氮：

向工件外表渗入氮原子，形成氮化层的过程。

称软氮化.

为了保证心部获取得必要力学性能，需要在渗氮前进展调质处理。

同时为了减少在渗氮中变形，在切削加工后一般需要进展消除应力的回火，渗氮又分气体渗氮和液体渗氮。

特点：

①工件氮化后不再需要淬火便具有很高的外表硬度〔最高HV1100～1200〕及耐磨性，而且具有高的热硬性，在

550℃时硬度仍有HV850～870。

②可提高钢的疲劳强度25～30%。

③处理温度低，变形小，比渗碳后外表淬火变形小得多，可直接精磨或研磨。

缺点：

渗氮时间长，费用也高。

目的：

提高外表硬度，耐磨性，和疲劳强度及抗腐蚀能力。

应用：

有Al、Cr、Mo等合金钢，又如：

40Cr，35CrMo，42CrMo等。

渗氮层一般最大0.6～0.7mm,广泛用于精细齿轮,精细机械主轴为镗床主轴,磨床主轴等。

10．碳氧共渗：

向工件外表同时渗碳和渗氮的方法：

分：

气体碳氮共渗和液体碳氮共渗。

〔目前国内常用的一

种方法〕

特点：

（1）与渗碳相比，其渗层的硬度〔一般HV1000〕比单

渗碳外表硬度高，耐磨性也比单渗碳高。

（2）抗腐蚀性高。

（3）具有较高的抗疲劳强度。

（4）零件变形小。

（5）生产周期比渗碳更短等。

缺点：

液体渗碳共渗有毒，共渗后还需要淬火和回火。

应用及目的

（1）提高零件外表的硬度及耐磨性

（2）提高抗蚀性

（3）提高疲劳性

渗碳或碳氮共渗工件，均是渗碳或碳氮共渗后，再进展淬火，

回火。

淬火方法；可普通淬火〔箱式炉加热或盐炉加热〕也可高频淬火。

二、金属一般防护处理的知识

1、氧化处理〔俗称发蓝或发黑〕

将钢铁零件放在含苛性钠，硝酸钠，或亚硝酸钠溶液中处

理，加热到一定温度，使零件外表产生成一层很薄的黑色氧化膜过程，称为氧化处理或俗称发黑、发蓝。

特点和应用：

氧化膜主要有磁性氧化铁所组成，厚度为0.5～

1.5μm，其抗腐蚀性和耐磨性比原材料高，但比其它化学膜〔如磷化膜〕低，但它外表比磷化膜光泽美观外表颜色根据零件材料状态，和氧化处理的工艺标准不同各有差异。

一般呈黑色或深黑色，兰色如锻件可呈金黄色，绿色等。

氧化处理后不影响零件的精细度。

为了提高氧化膜的防腐能力，润滑性能，可将氧化后的零件用肥皂或重铬酸液浸渍，使氧化膜松孔填充或钝化，然后进展涂机油，变压器油处理。

2磷化处理：

将钢零件放在磷酸盐溶液中浸泡，使金属外表获得

一层不溶于水的磷酸盐薄膜的过程叫磷化。

特点：

磷化膜由磷酸铁、锌、锰盐所组成，颜色是灰色或

暗灰色，它与氧化膜比有许多特殊物理及化学特性。

如它的厚度为5μm—15μm。

但不改变零件尺寸，抗腐蚀能力为氧化膜2—10倍以上，在空气等多种油中有一定抗蚀能力。

但在海水、酸、碱、氨气中及蒸汽中不能防止腐蚀。

如磷化外表再浸漆。

浸油后抗蚀能力可大大提高。

在400

℃-500℃温度下，可经受短时烘烤，过高温度，抗蚀能力会降低。

磷化层与油漆有较高的结合力，还有润滑性能和图高的电绝缘性能，假设在其外表涂漆后，更可提高耐静电压性能，与零件的结合力很好。

应用：

在一般机械工业中，可直接用它作为机械零件防护层或

油漆前底层。

3金属镀锌〔属于电镀方式〕

锌是一种白色金属，锌密度7.17g/cm3，原子量65.38。

熔点420℃，金属锌较脆，加热到100-150时才有一定的延展性，250℃以上容易发脆。

镀锌层大多镀覆于钢铁制件的外表。

经钝化后在空气中几乎不发生变化。

在汽油或含二氧化碳的潮湿水汽中也有很好的防锈性能。

这是因为钝化膜严密细致及镀锌层生成的碱式碳酸盐薄膜保护了基体的金属不在受腐蚀的缘故。

另一方面主要是锌有较高的负电位。

又有电化学保护作用，所以抗蚀性能相当优良。

钝化作用：

锌镀层钝化后通常可因钝化液不同而得到的不同色

彩的钝化膜或白色钝化膜。

彩虹色钝化膜的抗腐蚀性能比无色钝化膜高5倍以上。

这是因为彩色钝化膜比白色钝化膜厚，另一方面彩虹色钝化膜外表被划伤后，在潮湿的空气中，擦伤部位附近的钝化膜有对擦伤部位进展“再钝化〞作用，修补擦伤，使钝化膜恢复完整。

因此镀锌多采用彩虹色钝化。

无色钝化膜外观洁白多用在日

用五金，建筑五金，装饰上。

此外还有黑色钝化，军绿色钝化。

镀锌层经特种处理后，可染上各种颜色作装饰色用。

镀锌本钱较低，镀锌层的厚度视镀件的要求而异，较厚而

无孔隙，那么抗腐蚀性能优良，镀层一般不低于5μm普通6-12μm。

镀锌的方法很多：

有电镀，热浸镀，化学镀，喷镀和热扩散，以电

镀应用为最普遍。

镀液分：

（1）碱性镀液

（2）中性或弱酸性镀液

（3）酸性镀液

碱性镀液有：

a氰化物镀锌

b锌酸盐镀锌

c焦磷酸盐镀锌

中性或弱酸性镀液：

a氯化物镀锌

b硫酸盐光亮镀锌

酸性镀液：

a硫酸盐镀锌

b氯化铵镀锌

其中氢化物镀锌，锌酸盐镀锌，氯化物镀锌，硫酸盐镀锌

最常用。

氢化物属有毒需环保处理。

除氢处理：

锌件在电镀过程中挂在阴极，电镀时，阴极上除沉积出锌以

外，同时还析出局部氢，其中有局部氢会渗入镀锌的晶格中，

造成晶格歪扭，使镀件应力增大，产生脆性。

另外镀件在酸

洗，阴极电解除油时也会有这种渗氢现象。

使零件产生脆性而

断裂，称为“氢脆〞。

零件氢脆敏感性与材料的物理性能，抗拉强度的大小有关，

抗拉强度越高，氢脆的敏感性就大，容易渗氢而造成氢脆断裂，尤其弹簧，弹簧片，高强度钢等重要构造件经电镀后必须进展除氢。

除氢可在装有循环装置的空气炉或油槽中进展。

除氢应在钝化前进展。

镀前应消除应力，镀后应除氢。

钝化作用：

将锌镀层放入以铬酸酐为主组成的溶液中进展化学处理使其

外表生成一层铬酸盐薄膜的工艺过程称为钝化。

（1）使镀锌层外表进展化学抛光，形成光亮外表。

（2）钝化膜可呈现不同的色彩，尤其是白色钝化可到达浅兰色的钝化膜。

近似铬镀层，可以作为装饰用。

也可钝化成军绿色和黑色等美丽的镀层。

（3）钝化膜可提高镀锌层抗腐蚀能力，延长镀件贮存和使用寿命。

4化学镀镍磷合金：

是用次磷酸钠作复原剂而获得的一种外表镀层。

实际是镍磷合金。

〔简称化学镀镍〕是一种功能性镀层，是近年新开展的一种新型镀层方式，金属外表处理已从装饰镀层转移到功能镀层。

特性：

除了防腐蚀和耐磨性以外说明镀层还可提高机械强度，热负荷，电性质和可焊性等。

特点：

（1）镀层是非晶态无孔隙，对强碱的耐酸性，明显优于不锈钢，几乎不被强碱所腐蚀，耐酸性优于电镀铬层。

（2）覆盖能力强，分散性能好，对形状复杂的工件尤其是内壁形状复杂的工件具有电镀无法到达的优势

（3）镀层尺寸精度高，仿真性能强，镀层硬度高，与基体材料的结合力等多项指标均优于硬铬镀层。

（4）镀层具有良好的自润滑性，耐磨损性能极高，镀层本身对磨，无润滑时摩擦系数既为0.38。

（5）可以退镀〔重新镀〕，但不能在原镀层上再增加镀层厚度。

目前应用范围：

汽车工业，航空工业，机械工业，电器工业，纺织工

业，电子工业，化学工业等前景广阔。

5镀铬：

铬是一种微带天蓝色的银白色金属，铬层在大气中很稳定，能长期保持光洁，铬层硬度高，耐磨性也高,一般分光亮镀铬和硬铬两种。

作用：

有装饰性镀铬和功能性镀铬，装饰性；如日常用品中为了防锈，美观等,功能性镀铬有磨损后零件再进展修复，镀上铬层，可提高耐磨寿命，如工、模、量、卡具。

如严格控制镀铬工艺，镀铬后也可不需再进展机械加工，那么称为尺寸镀铬.一般镀铬尺寸一般不易控制，如需保持尺寸，一定采用镀后进展磨削方法才能到达。

`

6镀银;我们公司一般常见还有镀银等。

二、硬度的检查试验方法

1、比照法〔或比拟法〕选一批已测过硬度的零件作为标准，再用锉刀〔一般选用旧锉刀〕锉的方法，同标准件进展比拟，这样来判断零件硬度上下，操作者经历非常重要，常

用于无硬度仪的现场及车间。

2、仪器试验方法

a．布氏硬度试验法HB

原理：

用一定直径的钢球或硬质合金球，以相应试验力压入试件外表，经规定保持时间后，卸除试验力，测量试件外表的压痕直径，布氏硬度值是试验力除以压痕球形外表积所得

的商。

例如：

有图纸标准为：

120HBS10/1000/30表示用直径10mm钢

球，在1000kgf〔9.801KN〕试验力作用下保持30S测得布

氏硬度值为120。

500HBW5/750表示用直径5mm硬质合金球在750kgf〔7.355N〕试验力作用下保持10-15S测得的布氏

硬度值为500。

计算公式：

HB〔布氏硬度〕=

F力为千克计

F力为牛顿计

式中：

D钢球直径mm〔一般用∅10mm〕

F试验力Kfg〔N〕〔一般用1000Kg〕或10000N

d压痕平均直径mm

H压痕深度

压头为钢球时用HBS，适用广泛，布氏硬度值在450以下的材料。

压头为硬质合金球时，用HBW适用于布氏硬度值在650以下的材料。

注：

布氏硬度超过350时，钢球和硬质合金球得到的试验结果明显不一样。

b．洛氏硬度试验法：

分HRA，HRB，HRC。

原理：

在初试验力及总试验力的先后作用下，将压

头〔金钢石圆锥体120度或钢球〕压入试样外表，

经规定保持时间后，卸除主试验力，用测量

的剩余压痕深度增量计算硬度值。

HRC：

C标尺洛氏硬度=100-e，为剩余压痕量用0.002为单

位表示。

试验考前须知：

1.在任何情况下，都不允许压头与试台及支座触碰，试样支承台及支座，试验台工作台必须平整。

2.必须保持试样的试验台与试验力作用方向垂直，和对中心〔对圆外表〕

3.在试验过程中试验装置不应受到冲击和振动.

4.试验施加初试验力时,指针不得超过硬度计规定范围,否那么应卸除初试验力在试样另一位置试验.

5.两压痕中心距离,至少应为压痕直径3倍〔一般为3mm〕，压痕中心距边缘应为压痕直径的2.5倍〔一般为>2.5mm〕。

6.在每个试样上的试验点数应不少于四点〔第一点不计〕，计算后三点平均值，作为该试件硬度值。

7.对于圆柱面上测得硬度值，应按有关表格进展修正。

C．维氏硬度试验HV

试验原理：

将一个相对面夹角为136º的正四棱锥体，金刚

石压头以选定的试验力压入试样外表，经规定保

持时间后，卸除试验力，测量两压痕对角线长度

维氏硬度值是试验力除以压痕外表积所得的商

计算公式：

维氏硬度

压力用牛顿维氏硬度

试验力，从5-100Kgf〔49.03N-980.7N〕根据外表硬度层厚度来选定。

金属显微维氏硬度实验，试验力从0.01-0.1Kgf。