金属热处理加工原理小知识[西东钢材知识小百科]
金属热处理(Metal heat treatment)是将金属工件在一定介质中加热到合适的温度并在此温度下保持一定时间后，以不同速度冷却的一种技术方法。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一。与其他加工工艺相比，热处理通常不改变工件的形状和整体化学成分，而是通过改变工件内部的微观结构或改变工件表面的化学成分来赋予或改善工件的使用性能。 其特征是提高工件的内部质量，这通常是肉眼看不到的。 为了使金属工件具有所需的机械性能、物理性能和化学性能，除了合理选择材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的 钢是机械工业中使用最广泛的材料。钢的显微组织复杂，可以通过热处理来控制。因此，钢的热处理是金属热处理的主要内容。 此外，铝、铜、镁、钛等。并且它们的合金也可以通过热处理改变它们的机械、物理和化学性能以获得不同的性能 在从石器时代到青铜时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐被人们所认识。 早在公元前770年至公元前222年，中国人就在生产实践中发现，铜和铁的性质会在温度和压力变形的影响下发生变化。 白口铸铁的软化处理是制造农具的重要工序。 公元前6世纪，钢武器逐渐被采用。为了提高钢的硬度，淬火技术得到了迅速发展。 河北易县岩渡出土的两把剑和一把戟的显微组织中含有马氏体，表明它们是淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷却剂对淬火质量的影响。 三国蜀人蒲元曾在陕西顾颉为诸葛亮制作了3000把刀。据说他派人去成都取水淬火。 这表明中国古代注意到不同水质的冷却能力，也注意到油和尿的冷却能力。 西汉(公元前206年-公元24年)中山陵王静出土的剑，心脏含碳0.15-0.4%，表面含碳0.6%以上，表明渗碳技术已经应用。 但当时作为个人“手艺”秘密，拒绝传播，所以发展非常缓慢 1863年，英国的金相学家和地质学家在显微镜下展示了钢的六种不同的金相结构，证明了当钢被加热和冷却时，内部结构会发生变化，钢在淬火过程中的中高温相会变成相对坚硬的相。 法国奥斯蒙德建立的铁同构理论和英国奥斯汀首先建立的铁碳相图为现代热处理技术奠定了理论基础。 同时，人们也研究了金属热处理加热过程中的金属保护方法，以避免金属在加热过程中氧化脱碳。 从1850年到1880年，有一系列关于各种气体(例如煤气等)应用的专利。)用于保护性加热。 从1889年到1890年，英国湖人队获得了各种金属光亮热处理的专利。 自20世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植和应用导致了金属热处理技术的更大发展。 1901年至1925年，转底炉在工业生产中的气体渗碳应用取得了显著进展。露点电位计出现于20世纪30年代，用于控制熔炉中大气的碳势。后来，发展了用二氧化碳红外计和氧探头进一步控制炉内大气碳势的方法。20世纪60年代，热处理技术利用等离子体场的作用，发展了离子渗氮和渗碳工艺。随着激光和电子束技术的应用，金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
双金属热处理的热处理过程一般包括加热、保温和冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程 这些过程是相互关联的，不能中断。 加热是热处理的重要步骤之一。 金属热处理有许多加热方法。木炭和煤首先被用作热源，然后使用液体和气体燃料。 电的应用使供暖易于控制，并且没有环境污染。 这些热源可用于直接或间接通过熔盐或金属或甚至浮动颗粒加热。 金属受热时，工件暴露在空气中，经常发生氧化脱碳(即钢零件表面碳含量降低)，这对热处理后零件的表面性能有非常不利的影响。 因此，金属通常应在受控气氛或保护气氛、熔盐和真空中加热，保护性加热也可通过涂覆或包装方法进行。 加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。选择和控制加热温度是保证热处理质量的主要问题。 加热温度根据待处理的金属材料和热处理目的而变化，但是通常加热到相变温度以上以获得所需的组织。 此外，转变需要一定的时间，所以当金属工件的表面达到所需的加热温度时，必须在此温度下保持一定的时间，以便内外温度一致，微结构完全转变。这段时间叫做保温时间。 使用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往更长。 冷却也是热处理过程中不可或缺的一步。冷却方法因工艺不同而异，主要控制冷却速度。 一般来说，退火冷却速度最慢，正火冷却速度较快，淬火冷却速度较快 然而，对于不同的钢种也有不同的要求。例如，空气硬化钢可以以与正火相同的冷却速度硬化。 金属热处理工艺可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。 根据加热介质、加热温度和冷却方式的不同，每个主要类别可分为几种不同的热处理工艺。 同一种金属可以通过采用不同的热处理工艺获得不同的结构，从而具有不同的性能。 钢是工业上应用最广泛的金属，其显微组织也是最复杂的，因此钢的热处理工艺有很多种。 整体热处理(Integral heat treatment)是一种金属热处理工艺，将工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体机械性能。 钢的整体热处理包括四个基本过程:退火、正火、淬火和回火。 退火是将工件加热到合适的温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后缓慢冷却工件。目的是使金属内部结构达到或满足平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或为进一步淬火做好准备。 正火是将工件加热到合适的温度，然后在空气中冷却。正火效果与退火相似，不同之处在于获得的微观结构更精细。它经常被用来提高材料的切削性能，有时被用作一些低要求零件的最终热处理。 淬火是将工件加热并保温，然后在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却。 淬火后，钢变得坚硬但同时易碎。 为了降低钢零件的脆性，淬火后的钢零件在高于室温但低于710℃的合适温度下长时间保温，然后冷却。这个过程叫做回火。 退火、正火、淬火和回火是整个热处理中的“四火”，其中淬火和回火密切相关，经常一起使用，缺一不可。 “四火”发展了不同的热处理工艺，加热温度和冷却方法也不同。 为了获得一定的强度和韧性，淬火和高温回火相结合的过程称为淬火和回火。 在一些合金淬火形成过饱和固溶体后，将它们长时间保持在室温或稍高的适当温度，以提高合金的硬度、强度或电磁性。 这种热处理过程称为老化处理 将压力加工变形和热处理有效而紧密地结合起来，使工件获得良好的强度和韧性配合的方法称为形变热处理。负压气氛或真空中的热处理称为真空热处理。它不仅能防止工件氧化脱碳，保持被处理工件表面清洁光亮，提高工件性能，还能引入渗剂进行化学热处理。 表面热处理是一种金属热处理工艺，它只加热工件的表面层以改变表面层的机械性能。 为了仅加热工件的表面层，而不将过多的热量传递到工件内部，所使用的热源必须具有高能量密度，即每单位面积向工件提供大量热能，以使工件的表面层或部分在短时间内或瞬间达到高温。 表面热处理的主要方法包括激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理。常见的热源包括氧气或氧气火焰、感应电流、激光和电子束等。 化学热处理是通过改变工件表面层的化学成分、结构和性质的金属热处理过程 化学热处理和表面热处理的区别在于后者改变了工件表面层的化学成分 化学热处理(Chemical heat processing)是在含有碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热工件，并长时间保持温度，使工件表层渗透碳、氮、硼、铬等元素。 元素渗入后，有时会进行其他热处理工艺，如淬火和回火。 化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、金属浸渗、复合浸渗等。 热处理是机械零件和工具制造过程中的重要工序之一。 一般来说，它可以保证和改善工件的各种性能，如耐磨性、耐腐蚀性等。 坯料的结构和应力状态也可以得到改善，以便于各种冷、热加工。 例如，可锻铸铁可以通过长时间退火白口铸铁来提高塑性而获得。采用正确的热处理工艺，齿轮的使用寿命可以比未经热处理的齿轮延长一倍或几十倍。此外，低价碳钢通过渗透一些合金元素而具有一些高价合金钢的性能，可以替代一些耐热钢和不锈钢。几乎所有的工具和模具在使用前都需要热处理。
这三种钢的分类钢是以铁和碳为主要成分的合金，其碳含量通常小于2.11% 钢是经济建设中极其重要的金属材料。 钢根据化学成分分为碳钢(简称碳钢)和合金钢。 碳钢是一种通过熔炼生铁获得的合金。除了以铁和碳为主要成分外，它还含有少量杂质，如锰、硅、硫和磷。 碳钢具有一定的力学性能、良好的工艺性能和低廉的价格。 因此，碳钢得到了广泛的应用。 然而，随着现代工业和科学技术的飞速发展，碳钢的性能已经不能完全满足需求，因此人们开发了各种合金钢。 合金钢是在碳钢的基础上有目的地添加一些元素(称为合金元素)而获得的多元合金。 与碳钢相比，合金钢的性能显著提高，因此得到越来越广泛的应用。 由于钢材种类繁多，钢材必须分类，以便于生产、储存、选择和研究。 根据钢的用途、化学成分和质量，钢可以分为许多类别:(1)。根据用途分类，钢材可分为结构钢、工具钢和特种性能钢
1。结构钢:(1)。用作各种机器零件的钢 它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢和滚动轴承钢。 (2)工程结构用钢 它包括碳钢中的甲、乙、特殊钢和普通低合金钢。
2。工具钢:用于制造各种工具的钢。 根据工具的不同用途，可分为切削工具钢、模具钢和测量工具钢。
3。特殊性能钢:具有特殊物理化学性能的钢 可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 (2)根据化学成分，钢可分为碳钢和合金钢。 碳钢:根据碳含量，可分为低碳钢(碳含量≤0.25%)；中碳钢(0.25% <碳含量< 0.6%)；高碳钢(碳含量≥0.6%) 合金钢:根据合金元素含量(合金元素总含量≤ 5%)可分为低合金钢；中合金钢(合金元素总含量= 5%-10%)；高合金钢(总合金元素
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