第一篇：熱處理應(yīng)力及其影響

熱處理殘余力是指工件經(jīng)熱處理后最終殘存下來(lái)的應(yīng)力,對(duì)工件的形狀,&127;尺寸和性能都有極為重要的影響。當(dāng)它超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí),&127;便引起工件的變形,超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)使工件開(kāi)裂,這是它有害的一面,應(yīng)當(dāng)減少和消除。但在一定條件下控制應(yīng)力使之合理分布,就可以提高零件的機(jī)械性能和使用壽命,變有害為有利。分析鋼在熱處理過(guò)程中應(yīng)力的分布和變化規(guī)律,使之合理分布對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有著深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。例如關(guān)于表層殘余壓應(yīng)力的合理分布對(duì)零件使用壽命的影響問(wèn)題已經(jīng)引起了人們的廣泛重視。

一、鋼的熱處理應(yīng)

工件在加熱和冷卻過(guò)程中,由于表層和心部的冷卻速度和時(shí)間的不一致,形成溫差，就會(huì)導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力,即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的作用下,由于表層開(kāi)始溫度低于心部,收縮也大于心部而使心部受拉,當(dāng)冷卻結(jié)束時(shí)，由于心部最后冷卻體積收縮不能自由進(jìn)行而使表層受壓心部受拉。即在熱應(yīng)力的作用下最終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度,材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當(dāng)冷卻速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷卻過(guò)程中在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大,最后形成的殘余應(yīng)力就愈大。另一方面鋼在熱處理過(guò)程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí),因比容的增大會(huì)伴隨工件體積的膨脹,&127;工件各部位先后相變，造成體積長(zhǎng)大不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力變化的最終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力,心部受壓應(yīng)力,恰好與熱應(yīng)力相反。組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度,形狀，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。

實(shí)踐證明,任何工件在熱處理過(guò)程中,&127;只要有相變,熱應(yīng)力和組織應(yīng)力都會(huì)發(fā)生。&127;只不過(guò)熱應(yīng)力在組織轉(zhuǎn)變以前就已經(jīng)產(chǎn)生了，而組織應(yīng)力則是在組織轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生的,在整個(gè)冷卻過(guò)程中,熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合作用的結(jié)果,&127;就是工件中實(shí)際存在的應(yīng)力。這兩種應(yīng)力綜合作用的結(jié)果是十分復(fù)雜的,受著許多因素的影響,如成分、形狀、熱處理工藝等。就其發(fā)展過(guò)程來(lái)說(shuō)只有兩種類(lèi)型,即熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,作用方向相反時(shí)二者抵消,作用方向相同時(shí)二者相互迭加。不管是相互抵消還是相互迭加,兩個(gè)應(yīng)力應(yīng)有一個(gè)占主導(dǎo)因素,熱應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受拉,表面受壓。&127;組織應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)的作用結(jié)果是工件心部受壓表面受拉。

二、熱處理應(yīng)力對(duì)淬火裂紋的影響

存在于淬火件不同部位上能引起應(yīng)力集中的因素(包括冶金缺陷在內(nèi)),對(duì)淬火裂紋的產(chǎn)生都有促進(jìn)作用,但只有在拉應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)(&127;尤其是在最大拉應(yīng)力下)才會(huì)表現(xiàn)出來(lái),&127;若在壓應(yīng)力場(chǎng)內(nèi)并無(wú)促裂作用。

淬火冷卻速度是一個(gè)能影響淬火質(zhì)量并決定殘余應(yīng)力的重要因素,也是一個(gè)能對(duì)淬火裂紋賦于重要乃至決定性影響的因素。為了達(dá)到淬火的目的，通常必須加速零件在高溫段內(nèi)的冷卻速度,并使之超過(guò)鋼的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織。就殘余應(yīng)力而論,這樣做由于能增加抵消組織應(yīng)力作用的熱應(yīng)力值,故能減少工件表面上的拉應(yīng)力而達(dá)到抑制縱裂的目的。其效果將隨高溫冷卻速度的加快而增大。而且,在能淬透的情況下,截面尺寸越大的工件,雖然實(shí)際冷卻速度更緩,開(kāi)裂的危險(xiǎn)性卻反而愈大。這一切都是由于這類(lèi)鋼的熱應(yīng)力隨尺寸的增大實(shí)際冷卻速度減慢,熱應(yīng)力減小,&127;組織應(yīng)力隨尺寸的增大而增加,最后形成以組織

應(yīng)力為主的拉應(yīng)力作用在工件表面的作用特點(diǎn)造成的。并與冷卻愈慢應(yīng)力愈小的傳統(tǒng)觀(guān)念大相徑庭。對(duì)這類(lèi)鋼件而言,在正常條件下淬火的高淬透性鋼件中只能形成縱裂。避免淬裂的可靠原則是設(shè)法盡量減小截面內(nèi)外馬氏體轉(zhuǎn)變的不等時(shí)性。僅僅實(shí)行馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)的緩冷卻不足以預(yù)防縱裂的形成。一般情況下只能產(chǎn)生在非淬透性件中的弧裂,雖以整體快速冷卻為必要的形成條件，可是它的真正形成原因,卻不在快速冷卻(包括馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi))本身,而是淬火件局部位置(由幾何結(jié)構(gòu)決定),在高溫臨界溫度區(qū)內(nèi)的冷卻速度顯著減緩,因而沒(méi)有淬硬所致&127。產(chǎn)生在大型非淬透性件中的橫斷和縱劈,是由以熱應(yīng)力為主要成份的殘余拉應(yīng)力作用在淬火件中心&127;,而在淬火件末淬硬的截面中心處,首先形成裂紋并由內(nèi)往外擴(kuò)展而造成的。為了避免這類(lèi)裂紋產(chǎn)生，往往使用水--油雙液淬火工藝。在此工藝中實(shí)施高溫段內(nèi)的快速冷卻,目的僅僅在于確保外層金屬得到馬氏體組織,&127;而從內(nèi)應(yīng)力的角度來(lái)看,這時(shí)快冷有害無(wú)益。其次,冷卻后期緩冷的目的,主要不是為了降低馬氏體相變的膨脹速度和組織應(yīng)力值,而在于盡量減小截面溫差和截面中心部位金屬的收縮速度,從而達(dá)到減小應(yīng)力值和最終抑制淬裂的目的。

三、殘余壓應(yīng)力對(duì)工件的影響

滲碳表面強(qiáng)化作為提高工件的疲勞強(qiáng)度的方法應(yīng)用得很廣泛的原因。一方面是由于它能有效的增加工件表面的強(qiáng)度和硬度，提高工件的耐磨性，另一方面是滲碳能有效的改善工件的應(yīng)力分布,在工件表面層獲得較大的殘余壓應(yīng)力,&127;提高工件的疲勞強(qiáng)度。如果在滲碳后再進(jìn)行等溫淬火將會(huì)增加表層殘余壓應(yīng)力,使疲勞強(qiáng)度得到進(jìn)一步的提高。有人對(duì)35SiMn2MoV鋼滲碳后進(jìn)行等溫淬火與滲碳后淬火低溫回火的殘余應(yīng)力進(jìn)行過(guò)測(cè)試其 熱處理工藝

殘余應(yīng)力值（kg/mm2)滲碳后880-900度鹽浴加熱，260度等溫40分鐘-65

滲碳后880-900度鹽浴加熱淬火，260度等溫90分鐘-18

滲碳后880-900度鹽浴加熱，260度等溫40分鐘，260度回火90分鐘-38

從表1的測(cè)試結(jié)果可以看出等溫淬火比通常的淬火低溫回火工藝具有更高的表面殘余壓應(yīng)力。等溫淬火后即使進(jìn)行低溫回火,其表面殘余壓應(yīng)力，也比淬火后低溫回火高。因此可以得出這樣一個(gè)結(jié)論,即滲碳后等溫淬火比通常的滲碳淬火低溫回火獲得的表面殘余壓應(yīng)力更高,從表面層殘余壓應(yīng)力對(duì)疲勞抗力的有利影響的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，滲碳等溫淬火工藝是提高滲碳件疲勞強(qiáng)度的有效方法。滲碳淬火工藝為什么能獲得表層殘余壓應(yīng)力?滲碳等溫淬火為什么能獲得更大的表層殘余壓應(yīng)力?其主要原因有兩個(gè)：一個(gè)原因是表層高碳馬氏體比容比心部低碳馬氏體的比容大,淬火后表層體積膨脹大,而心部低碳馬氏體體積膨脹小,制約了表層的自由膨脹,&127;造成表層受壓心部受拉的應(yīng)力狀態(tài)。而另一個(gè)更重要的原因是高碳過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）,比心部含碳量低的過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度（Ms）低。這就是說(shuō)在淬火過(guò)程中往往是心部首先產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變引起心部體積膨脹,并獲得強(qiáng)化,而表面還末冷卻到其對(duì)應(yīng)的馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Ms）,故仍處于過(guò)冷奧氏體狀態(tài),&127;具有良好的塑性,不會(huì)對(duì)心部馬氏體轉(zhuǎn)變的體積膨脹起嚴(yán)重的壓制作用。隨著淬火冷卻溫度的不斷下降使表層溫度降到該處的（Ms）點(diǎn)以下,表層產(chǎn)生馬氏體轉(zhuǎn)變,引起表層體

積的膨脹。但心部此時(shí)早已轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體而強(qiáng)化,所以心部對(duì)表層的體積膨脹將會(huì)起很大的壓制作用,使表層獲得殘余壓應(yīng)力。&127;而在滲碳后進(jìn)行等溫淬火時(shí)，當(dāng)?shù)葴販囟仍跐B碳層的馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）以上,心部的馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度（&127;Ms）點(diǎn)以下的適當(dāng)溫度等溫淬火,比連續(xù)冷卻淬火更能保證這種轉(zhuǎn)變的先后順序的特點(diǎn)(&127;即保證表層馬氏體轉(zhuǎn)變僅僅產(chǎn)生于等溫后的冷卻過(guò)程中)。&127;當(dāng)然滲碳后等溫淬火的等溫溫度和等溫時(shí)間對(duì)表層殘余應(yīng)力的大小有很大的影響。有人對(duì)35SiMn2MoV鋼試樣滲碳后在260℃和320℃等溫40&127;分鐘后的表面殘余應(yīng)力進(jìn)行過(guò)測(cè)試,其結(jié)果如表2。由表2可知在260℃行動(dòng)等溫比在320℃等溫的表面殘余應(yīng)力要高出一倍多

可見(jiàn)表面殘余應(yīng)力狀態(tài)對(duì)滲碳等溫淬火的等溫溫度是很敏感的。不僅等溫溫度對(duì)表面殘余壓應(yīng)力狀態(tài)有影響,而且等溫時(shí)間也有一定的影響。有人對(duì)35SiMn2V鋼在310℃等溫2分鐘,10分鐘,90分鐘的殘余應(yīng)力進(jìn)行過(guò)測(cè)試。2分鐘后殘余壓應(yīng)力為-20kg/mm,10分鐘后為-60kg/mm,60分鐘后為-80kg/mm,60分鐘后再延長(zhǎng)等溫時(shí)間殘余應(yīng)力變化不大。

從上面的討論表明,滲碳層與心部馬氏體轉(zhuǎn)變的先后順序?qū)Ρ韺託堄鄳?yīng)力的大小有重要影響。滲碳后的等溫淬火對(duì)進(jìn)一步提高零件的疲勞壽命具有普遍意義。此外能降低表層馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）點(diǎn)的表面化學(xué)熱處理如滲碳、氮化、氰化等都為造成表層殘余壓應(yīng)力提供了條件,如高碳鋼的氮化--淬火工藝,由于表層,&127;氮含量的提高而降低了表層馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Ms）,淬火后獲得了較高的表層殘余壓應(yīng)力使疲勞壽命得到提高。又如氰化工藝往往比滲碳具有更高的疲勞強(qiáng)度和使用壽命,也是因氮含量的增加可獲得比滲碳更高的表面殘余壓應(yīng)力之故。此外,&127;從獲得表層殘余壓應(yīng)力的合理分布的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看,單一的表面強(qiáng)化工藝不容易獲得理想的表層殘余壓應(yīng)力分布,而復(fù)合的表面強(qiáng)化工藝則可以有效的改善表層殘余應(yīng)力的分布。如滲碳淬火的殘余應(yīng)力一般在表面壓應(yīng)力較低,最大壓應(yīng)力則出現(xiàn)在離表面一定深度處,而且殘余壓力層較厚。氮化后的表面殘余壓應(yīng)力很高,但殘余壓應(yīng)力層很溥,往里急劇下降。如果采用滲碳--&127;氮化復(fù)合強(qiáng)化工藝,則可獲得更合理的應(yīng)力分布狀態(tài)。&127;因此表面復(fù)合強(qiáng)化工藝,如滲碳--氮化,滲碳--&127;高頻淬火等,都是值得重視的方向。

根據(jù)上述討論可得出以下結(jié)論;

1、熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力是不可避免的,而且往往是有害的&127。但我們可以控制熱處理工藝盡量使應(yīng)力分布合理,就可將其有害程度降低到最低限度,甚至變有害為有利。

2、當(dāng)熱應(yīng)力占主導(dǎo)地位時(shí)應(yīng)力分布為心部受拉表面受壓,當(dāng)組織應(yīng)力占主導(dǎo)地時(shí)應(yīng)力分布為心部受壓表面受拉。

3、在高淬透性鋼件中易形成縱裂,在非淬透性工件中往往形成弧裂,在大型非淬透工件中容易形成橫斷和縱劈。

4、滲碳使表層馬氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度（Ms）點(diǎn)下降,可導(dǎo)至淬火時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變順序顛倒,心部首先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而后才波及到表面,可獲得表層殘余壓應(yīng)力而提高抗疲勞強(qiáng)度。

5、滲碳后進(jìn)行等溫淬火可保證心部馬氏體轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行以后,表層組織轉(zhuǎn)變才進(jìn)行。&127;使工件獲得比直接淬火更大的表層殘余壓應(yīng)力,可進(jìn)一步提高滲碳件的疲勞強(qiáng)度。

6、復(fù)合表面強(qiáng)化工藝可使表層殘余壓應(yīng)力分布更合理,可明顯提高工件的疲勞強(qiáng)度。

第二篇：大鍛件熱處理影響因素淺析

大鍛件熱處理影響因素淺析

張功友

摘要：淺析大鍛件熱處理應(yīng)考慮的因素。關(guān)鍵詞：大鍛件熱處理，影響因素。

一、前言

盡管大鍛件與中小型零件的熱處理基本原理并無(wú)實(shí)質(zhì)上的差異，但由于大鍛件尺寸大、重量大，使熱處理工藝的制訂與實(shí)施變得復(fù)雜了。

二、大鍛件熱處理考慮的因素

1，冶煉澆注

冶煉出優(yōu)質(zhì)鋼液是保證大鍛件質(zhì)量的首要環(huán)節(jié)。所謂優(yōu)質(zhì)鋼液，除了化學(xué)成分符合要求外，主要是鋼液的純凈度要高，即盡可能降低硫、磷等有害元素的含量，盡量減少非金屬夾雜物以及氣體特別是氫的含量。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)大鍛件的股役條件、性能要求等情況，選用先進(jìn)的真空冶煉、真空脫氣、鋼包精煉、自耗電極重熔、真空澆注、電渣重熔法煉鋼等（具體的冶煉工藝不予贅述），但不論采用何種冶煉方法，都必須盡可能提高鋼液的純凈度，特別是減少對(duì)鍛件質(zhì)量影響顯著的非金屬夾雜物和氣體的含量。對(duì)重要的大鍛件還要求在降低氧含量的基礎(chǔ)上，降低Si和Mn的含量。

殘存于鋼錠和鍛件中的氧和氮在鋼中主要以氧化物和氮化物，即非金屬夾雜物的形式存在，氫是鋼中危害最大的氣體，殘留于鍛件中的氫是形成白點(diǎn)的主要原因，而且還使鋼產(chǎn)生氫脆。

夾雜物在熱處理過(guò)程中不能被消除，在鍛件加熱和冷卻時(shí)，由于夾雜物和基體金屬的熱膨脹特性不同，二者之間會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，有人計(jì)算可達(dá)754～1215MPa。這種熱應(yīng)力的大小還與夾雜物的種類(lèi)、大小和形狀有關(guān)，其中氧化鋁夾雜物產(chǎn)生的熱應(yīng)力最大。顯然，這種熱應(yīng)力將會(huì)對(duì)大鍛件的熱處理工藝性能以及產(chǎn)品的使用性能產(chǎn)生負(fù)面影響，甚至使鍛件淬火開(kāi)裂。對(duì)于大鍛件，由于氫向夾雜物的空隙處擴(kuò)散以及熱應(yīng)力的作用，還可能導(dǎo)致白點(diǎn)的產(chǎn)生。2，鋼錠

由于大鍛件是由大型的鋼錠鍛制而成，鋼錠越大，其氣體、雜質(zhì)的含量越高，偏析、疏松、縮孔、非金屬夾雜物等組織和成分的不均勻性也越嚴(yán)重，并且由于鋼錠大，鍛造時(shí)往往不能鍛透，這些冶金缺陷將不同程度地殘留在鍛件中，從而使大鍛件熱處理工藝的制訂和工藝過(guò)程的實(shí)施均變得復(fù)雜化。3，鍛造

鑄造組織經(jīng)過(guò)鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來(lái)的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實(shí)和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。

此外，鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線(xiàn)完整，可保證零件具有良好的力學(xué)性能與長(zhǎng)的使用壽命。同時(shí)鍛造過(guò)程中產(chǎn)生很大的鍛造應(yīng)力，必須在鍛后通過(guò)熱處理消除。3，內(nèi)應(yīng)力

大鍛件在熱處理加熱和冷卻過(guò)程中，由于界面尺寸大，導(dǎo)致表面與心部的溫差必然很大，因而增加了鍛件的熱應(yīng)力，而且鍛件不同部位組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性嚴(yán)重，導(dǎo)致組織應(yīng)力也增大，使大鍛件在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。這不僅影響大鍛件的組織轉(zhuǎn)變、嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使大型鍛件在熱處理過(guò)程中或在熱處理結(jié)束后的放置過(guò)程中發(fā)生開(kāi)裂，或因內(nèi)應(yīng)力的存在004km.cn: G" l4 i)w5 : J6 S.}5 s* V% ^而降低零件在服役時(shí)的有效承載能力。4，相變潛熱

鋼件在熱處理過(guò)程中發(fā)生相變時(shí)會(huì)釋放或吸收相變潛熱。對(duì)大鍛件而言，由于尺寸大，熱傳導(dǎo)速度受到限制，相變潛熱對(duì)加熱和冷卻過(guò)程的影響比較明顯。5，回火脆性

大型鍛件因?yàn)榻孛娲蠡鼗鸷罂炖洚a(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，將影響零件的使用性能。因此，大鍛件應(yīng)采用較低的回火冷卻速度。緩慢的冷卻速度將使鋼的回火脆性得不到抑制，特別是一些重要的大鍛件，例如發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子等，都采用淬透性較高的合金鋼制造，具有較明顯的回火脆性。盡管隨著煉鋼技術(shù)的不斷進(jìn)步，以及采取添加Mo元素等措施，以減輕回火脆性，在制訂大鍛件的熱處理工藝及工藝的實(shí)施中，這一問(wèn)題還是值得重視的。6，細(xì)化晶粒問(wèn)題

在實(shí)際生產(chǎn)中，大鍛件的鍛造比一般都比較小，且變形不均勻，加熱時(shí)間冗長(zhǎng)，這些因素導(dǎo)致大鍛件的奧氏體晶粒比較粗大。為些，大鍛件在熱處理時(shí)，應(yīng)注意晶粒細(xì)化問(wèn)題，以使其力學(xué)性能達(dá)到要求。7，尺寸對(duì)組織和性能的影響

大鍛件由于尺寸大、體積大、通常情況下，淬火后表層也難以獲得馬氏體或下貝氏體組織，雖然可以選用含鉻、鎳、鉬、釩等合金元素的高淬透性鋼，但按常規(guī)工藝淬火仍難以獲得理想的組織結(jié)構(gòu)，從而影響工件的最終力學(xué)性能。所以，對(duì)大鍛件進(jìn)行熱處理時(shí)必須考慮這種尺寸因素的影響。

三，結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析，大鍛件熱處理很復(fù)雜，在制定熱處理工藝時(shí)必須充分考慮到各個(gè)因素的影響。作為工藝技術(shù)員應(yīng)該盡可能多地學(xué)習(xí)冶金技術(shù)和鍛造技術(shù)知識(shí)，以及應(yīng)力場(chǎng)分析方面的理論，對(duì)于做好大鍛件熱處理工藝至關(guān)重要。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張功友（1981-），男，馬鋼重型機(jī)械設(shè)備制造公司鍛熱分廠(chǎng)，初級(jí)工程師。

第三篇：熱處理

1．退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見(jiàn)的退火工藝有：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng)力，提高組 織和成分的均勻化，或?yàn)楹蟮罒崽幚碜骱媒M織準(zhǔn)備等。

2．正火：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點(diǎn)溫度）以上，30～50℃保持適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。

3．淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一 定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見(jiàn)的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準(zhǔn)備等。

4．回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見(jiàn)的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等。

5．調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱(chēng)調(diào)質(zhì)鋼。它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。

6．滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過(guò)程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過(guò)淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

3.固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝

4.時(shí)效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時(shí)，其性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。

5.固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工成型

6.時(shí)效處理：在強(qiáng)化相析出的溫度加熱并保溫，使強(qiáng)化相沉淀析出，得以硬化，提高強(qiáng)度

9.鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程。習(xí)慣上碳氮共滲又稱(chēng)為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應(yīng)用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

11.釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝

第四篇：熱處理

1、馬氏體的組織形態(tài)主要有兩種類(lèi)型,即板條狀馬氏體和片狀馬氏體.淬火鋼中形成的馬氏體形態(tài)主要與鋼的含碳量有關(guān).板條狀馬氏體是低碳鋼,馬氏體時(shí)效鋼,不銹鋼等鐵系合金形成的一種典型的馬氏體組織,因其單元立體形狀為板條狀,故稱(chēng)板條狀馬氏體.由于它的亞結(jié)構(gòu)主要是由高密度的位錯(cuò)組成,所以又稱(chēng)位錯(cuò)馬氏體;片狀馬氏體則常見(jiàn)于高,中碳鋼,每個(gè)馬氏體晶體的厚度與徑向尺寸相比很小其斷面形狀呈針片狀,故稱(chēng)片狀馬氏體或針狀馬氏體.由于其亞結(jié)構(gòu)主要為細(xì)小孿晶,所以又稱(chēng)為孿晶馬氏體.一般當(dāng)Wc<0.3%時(shí),鋼在馬氏體形態(tài)同乎全為板條馬氏體;當(dāng)Wc>1.0%時(shí),則幾乎全為片狀馬氏體;當(dāng)Wc=0.3%-1.0%時(shí),為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物,隨含碳量的升高,淬火鋼中板條馬氏體的量下降,片狀馬氏體的量上升.高碳鋼在正常溫度淬火時(shí),細(xì)小的奧氏體晶粒和碳化物都能使其獲得細(xì)針狀馬氏體組織,這種組織在光學(xué)顯微鏡下無(wú)法分辨稱(chēng)為隱針馬氏體.2、（一）馬氏體的分解

從室溫到200℃左右范圍內(nèi)回火時(shí)，馬氏體中一部分過(guò)飽和的碳以及細(xì)小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在馬氏體基體上，使馬氏體中的含碳量下降，體心正方的正方度c/a減?。磭?guó)飽和程度降低），使馬氏體熱處理的脆性下降，硬度稍降。此時(shí)組織為過(guò)飽和程度稍低的馬氏體和極細(xì)小的ε-碳化物組成的混合組織，稱(chēng)為“回火馬氏體組織”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C轉(zhuǎn)變的過(guò)渡相。

（二）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變

約在200-300℃，馬氏體繼續(xù)分解的同時(shí)，殘余奧氏體也發(fā)生轉(zhuǎn)變，變成了下貝氏體組織。此時(shí)主要組織仍是回火馬氏體，但由于加熱溫度較高，馬氏體的過(guò)飽和程度進(jìn)一步降低，組織的硬度降低，塑性提高。由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^高的下貝氏體，因此鋼的硬度下降不大。此時(shí)組織為“回火馬氏體+下貝氏體”

（三）滲碳體形成和鐵素體恢復(fù)

約在300-400℃之間，α固溶體中過(guò)飽和的熱處理碳逐漸析出，ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的較小的Fe3C顆粒，α固溶體中的含碳量幾乎達(dá)到平衡成分，故馬氏體變成鐵素體（c/a≈1），體心正方晶格變成體心立方晶格，此時(shí)組織為“鐵素體與彌散在其中的細(xì)粒狀滲碳體的混合物”,稱(chēng)為“回火屈氏體”，T回。

（四）滲碳體的聚集長(zhǎng)大和鐵素體的再結(jié)晶

約在400-650℃之間，滲碳體不斷聚集長(zhǎng)大，內(nèi)應(yīng)力與晶格歪扭完全消除，組織是由鐵素體和球化的滲碳體所組成的混合物，稱(chēng)為“回火索氏體”，S回。此時(shí)，碳固溶強(qiáng)化作用消失，強(qiáng)度取決于Fe3C質(zhì)點(diǎn)的尺寸和彌散度?；鼗饻囟仍礁?，滲碳體質(zhì)點(diǎn)越大，彌散讀越低，強(qiáng)度越低。

3、一、過(guò)熱現(xiàn)象

我們知道熱處理過(guò)程中加熱過(guò)熱最易導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機(jī)械性能下降。

1.一般過(guò)熱：加熱溫度過(guò)高或在高溫下保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引起奧氏體晶粒粗化稱(chēng)為過(guò)熱。粗大的奧氏體晶粒會(huì)導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，增加淬火時(shí)的變形開(kāi)裂傾向。而導(dǎo)致過(guò)熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發(fā)生的）。過(guò)熱組織可經(jīng)退火、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細(xì)化。

2.斷口遺傳：有過(guò)熱組織的鋼材，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細(xì)化，但有時(shí)仍出現(xiàn)粗大顆粒狀斷口。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭(zhēng)議較多，一般認(rèn)為曾因加熱溫度過(guò)高而使MnS之類(lèi)的雜物溶入奧氏體并富集于晶界面，而冷卻時(shí)這些夾雜物又會(huì)沿晶界面析出，受沖擊時(shí)易沿粗大奧氏體晶界斷裂。

3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時(shí)，以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理。

二、過(guò)燒現(xiàn)象

加熱溫度過(guò)高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部出現(xiàn)氧化或熔化，導(dǎo)致晶界弱化，稱(chēng)為過(guò)燒。鋼過(guò)燒后性能?chē)?yán)重惡化，淬火時(shí)形成龜裂。過(guò)燒組織無(wú)法恢復(fù)，只能報(bào)廢。因此在工作中要避免過(guò)燒的發(fā)生。

三、脫碳和氧化

鋼在加熱時(shí)，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)，降低了表層碳濃度稱(chēng)為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應(yīng)力易形成表面網(wǎng)狀裂紋。

加熱時(shí)，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱(chēng)為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現(xiàn)淬火軟點(diǎn)。

為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護(hù)氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內(nèi)碳勢(shì)）、火焰燃燒爐（使?fàn)t氣呈還原性）

四、氫脆現(xiàn)象

高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時(shí)出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱(chēng)為氫脆。出現(xiàn)氫脆的工件通過(guò)除氫處理（如回火、時(shí)效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

4、混合物的組分在濃度梯度的作用下由高濃度向低濃度的方向轉(zhuǎn)移的過(guò)程叫做傳質(zhì)。在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部，如果有組分的濃度梯度存在，則每一種組分都有向其低濃度方向轉(zhuǎn)移，已減弱這種濃度不均勻的趨勢(shì)。

A傳質(zhì)方式及歷程，物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散至兩相界面的該相一側(cè)，然后通過(guò)相界面進(jìn)入另一相，最后通過(guò)此相的界面向主體擴(kuò)散；傳質(zhì)過(guò)程的方向及極限，一定條件下，非平衡態(tài)的兩相體系進(jìn)行趨于平衡態(tài)的傳遞；兩相體系必存在著平衡關(guān)系，條件的改變可破壞原有的平衡態(tài)；傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力和速率，平衡是傳質(zhì)過(guò)程的極限，組分在兩相分配偏離平衡狀態(tài)的程度為傳質(zhì)推動(dòng)力。

A、傳質(zhì)方式及歷程

? 物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散至兩相界面的該相一側(cè)，然后通過(guò)相界面進(jìn)入另一相，最后通過(guò)此相的界面向主體擴(kuò)散。

B、傳質(zhì)過(guò)程的方向及極限

? 一定條件下，非平衡態(tài)的兩相體系進(jìn)行趨于平衡態(tài)的傳遞；兩相體系必存在著平衡關(guān)系。? 條件的改變可、B、傳質(zhì)過(guò)程推動(dòng)力和速率

?平衡是傳質(zhì)過(guò)程的極限，組分在兩相分配偏離平衡狀態(tài)的程度為傳質(zhì)推動(dòng)力。單位時(shí)間，單位相接觸面上傳遞的物質(zhì)的量，mol/(㎡.s).? 傳質(zhì)速率等于傳質(zhì)系數(shù)乘以傳質(zhì)推動(dòng)力。? 破壞原有的平衡態(tài)。

相變的類(lèi)型可以從三個(gè)不同的角度（即按熱力學(xué)關(guān)系、按結(jié)構(gòu)變化和按動(dòng)力學(xué)關(guān)系）來(lái)進(jìn)行討論。

? 相變的熱力學(xué)規(guī)律是非常清楚的，在按熱力學(xué)關(guān)系討論相變問(wèn)題時(shí)，系統(tǒng)的吉布斯自由能起了熱力學(xué)勢(shì)的作用。一級(jí)相變的自由能的一階導(dǎo)數(shù)在相變點(diǎn)是不連續(xù)的，因而熵和體積的變化不連續(xù)，說(shuō)明它有相變潛熱。而二級(jí)相變中，熵和體積在相變點(diǎn)是連續(xù)的，而自由能的二階導(dǎo)數(shù)所確定的一些響應(yīng)函數(shù)，如比熱容、壓縮率和膨脹率則有不連續(xù)的變化。在自然界中觀(guān)察到的相變多數(shù)是一級(jí)相變，合金和金屬中的相變也是如此。

從晶體學(xué)的觀(guān)點(diǎn)，闡明母相與新相在晶體結(jié)構(gòu)上的差異，即按結(jié)構(gòu)變化對(duì)相變進(jìn)行分類(lèi)，是對(duì)用熱力學(xué)關(guān)系進(jìn)行分類(lèi)的一個(gè)重要補(bǔ)充。

結(jié)構(gòu)相變可以分重構(gòu)型、位移型和有序無(wú)序型三種基本類(lèi)型。重構(gòu)型相變中，大量化學(xué)鍵被破壞，在重新組合后，新相和母相之間在晶體學(xué)上沒(méi)有明確的位向關(guān)系，而且原子的近鄰的拓?fù)潢P(guān)系也產(chǎn)生顯著的變化。這類(lèi)相變經(jīng)歷了很高的勢(shì)壘，相變潛熱很大，過(guò)程緩慢。這類(lèi)相變屬于強(qiáng)一級(jí)相變。當(dāng)然，液-固相變和氣-固相變也必然是重構(gòu)型的。另外，還有位移型相變，在相變前后原子的近鄰的拓?fù)潢P(guān)系仍保持不變，相變過(guò)程不涉及化學(xué)鍵的破壞，新相與母相之間存在明確的晶體學(xué)位向關(guān)系，它經(jīng)歷的勢(shì)壘很小，相變潛熱也很小甚至完全消失。因此位移型相變可能是二級(jí)相變或弱一級(jí)相變。還有一種位移相變，它以晶格切變?yōu)橹?，也可能涉及晶胞?nèi)原子的相對(duì)位移，這就是人們通常說(shuō)的馬氏體相變，也是強(qiáng)一級(jí)相變。有序-無(wú)序相變?cè)诮Y(jié)構(gòu)上往往涉及多組元固溶體中兩種或多種原子在晶格點(diǎn)陣上排列的有序化。這可以是二級(jí)相變或弱一級(jí)相變。

相變動(dòng)力學(xué)的任務(wù)在于具體地描述相變的微觀(guān)機(jī)制，轉(zhuǎn)變途徑，轉(zhuǎn)變速率及一些物理參量對(duì)它們的影響。由于在相變的進(jìn)程中，系統(tǒng)要經(jīng)歷一系列非平衡態(tài)，所以要依靠物理動(dòng)力學(xué)的理論和方法。

第五篇：熱處理

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