材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第

金属热处理原理及工艺欢迎来到金属热处理原理及工艺课程。本课程将深入探讨热处理的基本概念、原理和各种工艺方法。我们将学习如何通过热处理改善金属性能，提高其使用寿命。热处理的基本概念定义热处理是通过加热、保温和冷却来改变金属内部结构的工艺过程。关键要素温度、时间和冷却速度是热处理的三个关键要素。微观结构热处理主要影响金属的晶粒大小、相组成和分布。热处理的目的和作用提高硬度通过淬火可以显著提高金属的硬度和耐磨性。增加韧性适当的回火处理可以增加金属的韧性，减少脆性。消除应力退火可以消除加工过程中产生的内应力，提高稳定性。热处理的分类1整体热处理影响整个工件的性能2表面热处理只改变工件表面层的性能3化学热处理改变表面成分和性能金属的相变理论固态相变金属在固态下结构和性能的变化。扩散型相变原子通过扩散重新排列，如珠光体转变。非扩散型相变原子快速移动，无扩散，如马氏体转变。铁碳相图概述铁碳相图描述铁碳合金在不同温度和成分下的相平衡关系。关键点A1、A3和Acm点是热处理的重要参考温度。主要相奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体是主要相。铁碳合金的相变1奥氏体化加热至奥氏体区，形成单一奥氏体相。2珠光体转变缓慢冷却时，奥氏体分解为铁素体和渗碳体。3马氏体转变快速冷却时，奥氏体转变为马氏体。钢的时间-温度-转变(TTT)曲线定义描述等温转变过程中相变与时间和温度的关系。应用用于预测和控制热处理过程中的组织转变。特征包括珠光体、贝氏体和马氏体转变区域。时效处理与组织变化自然时效室温下长时间放置，组织缓慢变化。人工时效在一定温度下保温，加速组织变化。组织变化析出相的形成和长大，提高强度和硬度。正火处理及其特点工艺特点加热至奥氏体化温度，空冷。冷却速度比退火快，比淬火慢。目的细化晶粒，消除组织不均匀性，提高强度和塑性。适用范围常用于中碳钢和低合金钢的热处理。退火处理及其特点1完全退火加热至奥氏体区，缓慢冷却，得到珠光体组织。2等温退火在珠光体转变温度区等温保持，然后冷却。3球化退火使碳化物呈球状分布，提高切削加工性。淬火处理及其特点1加热将钢加热至奥氏体化温度，保温充分。2快速冷却使用水、油或盐水等介质快速冷却。3马氏体形成获得硬而脆的马氏体组织。4应用提高钢的硬度、强度和耐磨性。回火处理及其特点1低温回火200℃以下，减少应力，略降硬度。2中温回火200-450℃，提高韧性，保持一定强度。3高温回火450℃以上，显著提高韧性，降低强度。表面热处理工艺火焰淬火用高温火焰加热表面，然后快速冷却。感应淬火利用高频电流加热表面，随后淬火。激光淬火使用激光束加热表面，实现快速自淬火。渗碳淬火工艺渗碳在高温下使碳原子扩散进入钢的表面。扩散继续加热，使碳均匀分布在表层。淬火快速冷却，形成高碳马氏体表层。氮化处理工艺气体氮化在氨气氛围中进行，温度较低，时间长。液体氮化在熔融氰化物盐浴中进行，效率高。等离子氮化利用等离子体激发氮离子，渗透快。化学热处理工艺1渗碳提高表面碳含量，增加硬度和耐磨性。2渗氮形成氮化物，提高表面硬度和耐腐蚀性。3渗硼形成硼化物层，极大提高表面硬度。4渗铝提高耐高温氧化和耐腐蚀性能。高渗碳热处理工艺工艺特点在高温下长时间渗碳，碳含量可达1.2%以上。应用用于齿轮、轴承等高负荷零件，提高耐磨性。注意事项需控制碳化物数量和分布，避免过度脆化。生产中的常见热处理问题开裂由于内应力过大或冷却不均匀导致。变形热处理过程中温度梯度和相变应力引起。脱碳表面碳含量降低，影响硬化效果。过热晶粒粗大，降低机械性能。热处理质量控制温度控制精确控制加热和冷却温度，确保相变正确进行。时间管理严格控制加热、保温和冷却时间，避免过度或不足。组织检查通过金相分析确保获得预期的微观组织。热处理设备概述炉膛温度测量与控制热电偶广泛用于测量炉内温度，精度高，响应快。光学高温计非接触式测温，适用于高温或腐蚀性环境。PID控制实现精确的温度控制，保证热处理质量。工件温度测量与控制表面测温使用接触式或红外测温仪测量工件表面温度。内部测温利用埋入式热电偶或超声波测温技术测量内部温度。均匀性控制通过多点测温和炉内气流调节确保温度均匀。热处理工艺设计的基本步骤材料分析确定材料成分、初始状态和要求。工艺选择根据性能要求选择合适的热处理方法。参数确定确定加热温度、保温时间和冷却方式。试验验证进行小批量试验，检验效果并优化参数。热处理工艺设计的具体要求1性能指标明确硬度、强度、韧性等具体要求。2工艺可行性考虑设备能力、操作难度和成本因素。3均匀性确保工件各部位热处理效果一致。4变形控制设计合理的加热和冷却方式，最小化变形。热处理工艺设计实例分析齿轮热处理前初始状态：调质处理，硬度HRC30。渗碳淬火920℃渗碳4小时，850℃淬火，200℃回火。热处理后表面硬度HRC58-62，心部韧性良好。热处理设备选择与工艺优化设备选择根据工件尺寸、批量和工艺要求选择合适的热处理设备。工艺优化通过调整温度曲线、气氛控制等手段提高处理效果。能耗优化采用热回收、保温等措施降低能耗，提高效率。热处理质量检测与评价硬度测试使用洛氏、维氏等硬度计测量表面和截面硬度。金相分析观察微观组织，评估相变完整性和均匀性。力学性能测试进行拉伸、冲击等测试，评价综合机械性能。热处理安全环保要求安全防护配备防护设备，严格执行操作规程，防止烫伤和火灾。废气处理安装废气净化装置，减少有害气体排放。废液处理对淬火介质和清洗液进行回收处理，避免污染。能源节约采用高效设备和工艺，降低能耗，减少碳排放。热处理工艺的发展趋势1智能化引入人工智能和大数据技术，实现精准控制和预测。2绿色化开发低能耗、低排放的新型热处理工艺。3复合化结合多种热处理方法，实现材料性能的综合优化。4定制化