金属的热处理

金属的热处理热处理热处理，就是将金属成材或零件加热到低于溶点的一定温度，并将此温度保持一段时间，然后冷却至一定温度的工艺过程。热处理过程一般都要经过加热→保温→冷却三个阶段。热处理和其他加工处理不同，它不改变金属成材或零件的形状和大小，而是通过改变金属的内部组织，来改善金属的性能，提高材料的使用价值，满足各种使用要求，并提高质量、节省材料及延长使用寿命。临界点钢加热和冷却时发生相转变的温度叫临界点或临界温度。在实际加热和冷却时，钢的相变与在极端缓慢加热（或冷却）的平衡状态不一样，往往是在一定的过热或者过冷的情况下进行。这样就使得实际加热或冷却时的临界点不在同一温度上。临界点用A表示；加热时的临界点在临界点A右下标字母C；冷却时的临界点在临界点“A”左下标字母r。对钢来说，常见的平衡状态和加热时的临界点有：A1－是在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体共存的温度，也就是一般说的下临界点。A3－是亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温度，也就是一般所说的亚共析钢的上临界点。Acm－是过共析钢在平衡状态下，奥氏休和渗碳体共存的最高温度，也就是过共析的上临界点。Ac1－钢加热时，所有珠光体都转变为奥氏体的温度。Ac3－亚共析钢加热时，所有铁素体都转变奥氏体的温度。Accm－过共析钢加热时，所有渗碳体都溶入奥氏体的温度。再结晶金属由于冷加工变形，使晶格发生歪扭，晶粒破碎，产生加工硬化。当加热到适当温度保温后，金属内将进行重新形核和晶核长大过程，获得没有内应力和加工硬化的组织。这在固态金属内没有相变的结晶过程，也就是使加工硬化的金属不经过相变进行软化的过程，叫作再结晶。可以进行再结晶的最低温度叫做再结晶温度。重结晶具有多型性相变的金属，当温度改变超过其临界转变温度时，发生从一种点阵结构转变成另一种点结构的过程。在这种相变中，金属发生重新形核和晶核长大的结晶过程，叫做重结晶。退火把钢的热到临界点（Ac3或Ac1）或再结晶温度以上，并保温一段时间，然后以小于在静止空气中的冷却速度进行缓冷的一种热处理操作，称为退火。退火的目的是：降低硬度，提高塑性，以便于切削加工或压力加工；减少残余应力；使成分均匀化；细化晶粒，提高钢的力学性能。完全退火把钢加热到临界点Ac3以上20~30℃，并保温一段时间，然后缓慢冷却的一种热处理操作，称为完全退火。完全退火能改善钢的性能、消除内应力。去应力退火去应力退火是将钢加热到500~650℃（A1），经保温后随炉缓慢冷却的热处理操作，称为去应力退火。去应力退火又叫低温退火（或高温退火）。钢在去应力退火过程中并无组织变化，但是残余应力却在退火过程中得到消除。这种退火主要用来消除铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余应力。球化退火把钢加热到稍高于Ac1的温度，保温一定时间后，缓慢冷却，或将钢加热到奥氏体化后，冷却到略代以A1的温度，经较长时间保温，然后缓慢冷却，形成较稳定的均匀的球化组织，这种热处理操作称为球化退火。球化退火用于改善钢的切削加工性能、提高韧性。再结晶退火将冷加工变形过的金属加热到再结晶温度以上的适当温度，经过一定时间的保温，然后以适当方式冷却，这种热处理操作称为再结晶退火。再结晶退火用于消除加工硬化，消除内应力、降低硬度、提高塑性。等温退火将钢加热至高温使其奥氏体化，经过保温然后迅速冷却到A1下某一温度，并将该温度保持一定时间，然后空冷，这种热处理操作称为等温退火。等温退火能均匀钢的组织，改善钢的切削性能。光亮退火在采用保护性气体（氢气、氮气、氩气等）炉内或在真空炉内，或用其它使退火钢材表面不被氧化的退火工艺称为光亮退火。退火后钢材不用进行酸洗，金属表面能保持光亮。正火把钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，使钢全部奥氏体化，然后在空气中冷却得到珠光体型组织的热处理操作称为正火。正火的冷却速度比退火大，得到的珠光体组织比退火时细小。正火公用于碳钢和低合金钢，可提高其力学性能，细化晶粒，消除渗碳体网状组织。淬火把钢加热到Ac3以上或Ac3~Accm之间，保温后以大于临界冷却速度快速冷却，这种热处理操作为淬火。淬火的目的：通过淬火和回火获得一定的综合力学性能；改善钢的某些物理化学性能；为下一步热处理作好组织准备。回火把已淬火钢重新加热到Ac1以下的温度，保温一段时间，然后冷却的热处理工艺称为回火。回火的目的：消除钢件在淬火时所产生的内应力;提高钢件的塑性和韧性；稳定组织。按回火温度不同分为低温回火、中温回火和高温回火。当要求钢件有较高的硬度和较好的耐磨性时，淬火后常采用低温回火；当要求钢件有足够的硬度和高的弹性极限并保持一定韧性时，在淬火后常用中温回火处理；当要求钢件既有较高强度和硬度又有较好的韧性时，在淬火后常用高温回火处理。调质处理利用淬火和高温（或中温）回火这种双重热处理的工艺称为调质处理。调质处理，通常可使钢件获得强度与韧性相配合的良好的综合力学性能。固溶处理将金属加热至适当温度并经过充分保温，使其中的某些组成物溶解到金属基体里去，形成均匀的固溶体，然后迅速冷却，使溶入的组成物保存在固溶体中，这种热处理的工艺称为固溶处理。固溶处理的目的，是为了改善金属的塑性和韧性，并为进一步进行深淀硬化处理准备条件。时效处理金属经淬火或加工后，尤其是经过一定程度的冷加工变形后，随着时间的延长硬度和强度有所增加，而塑性、韧性有所降低，其组织由亚稳定状态逐渐过渡到较稳定状态，这种现象称为时效。把金属有意识地在室温或较高温度下较长时间存放，使其产生时效作用，这种工艺称为时效处理。时效处理可分为:自然时效金属在室温或自然条件下长时间存放发生时效的现象和处理工艺，称为自然时效。人工时效把金属加热到较高温度，并长时间保温，使其产生时效作用的处理工艺，称为人工时效。生产中利用时效处理来提高金属的强度和硬度、稳定工件尺寸和形状。淬透性通过淬火得到一定淬透层深度的能力称为淬透性。金属的淬透性好，其淬硬层深度愈大，表面和中心部分的性能差别就愈小。淬透性的大小，用淬硬层的深度来表示。在淬火件尺寸、淬火冷却速度等条件相同的情况下，金属的淬透性取决于其化学成功。含有锰、钼、铬、镍、硼等元素的合金钢，都有良好的淬透性。淬硬层的深度还与淬火剂的冷却能力有关。若用冷却能力大的淬火剂如水、盐水等，则可以增加淬硬层的深度，有时可弥补某些淬透性低的金属的不足。但是，快速冷却容易造成淬火件的变形或开裂。所以，许多形状复杂或截面较大的金属的不足。但是，快速冷却容易造成淬火件的变形或开裂。所以，许多形状复杂或截面较大的金属件不能使用快速冷却的淬火剂，而只能采用冷却速度较缓和的淬火剂，比如油等。因此，这类金属材料必须有良好的淬透性。淬硬性金属淬火时变硬的能力，称为淬硬性。金属的淬硬性愈好，则淬火后能达到硬度愈高，钢的淬硬性，主要取决于含碳量，一般来说，含碳量愈高，刚淬硬性愈好，淬火后能达到的硬度就愈高。回火脆性有些合金钢在淬火－回火后韧性显著降低，这种现象称为回火脆性。回火脆性，在回火时快速冷却的条件下不会发生。但是，大尺寸钢件很难做到快速冷却，因此，必须用不会发生回火脆性的钢来制造。含钼或钨的钢不会产生回火脆性，钼、钨就是为了防止回火脆性而加入的。抗回火性多数钢淬火后变得硬而脆。经过回火处理后，虽可提高其