金属材料热处理工艺详细工序及操作手法

金属材料热处理工艺（详细工序及操作手法） 一、热处理的定义一、热处理的定义 热处理是指金属在固态下经加热、 保温和冷却，以改变金属的内 部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。 热处理的三大要素热处理的三大要素 ①加热（ Heating） 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。 ②保温（Holding） 目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。 ③冷却（Cooling） 目的是使奥氏体转变为不同的组织。 热处理后的组织热处理后的组织 加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中， 根据冷却速度的不 同将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。 二、热处理工艺二、热处理工艺 1.1.退火退火 操作方法 将钢件加热到 Ac 330-50 度或 Ac130-50 度或 Ac1 以下 的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的目的1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加 工所产生的内应力。 应用要点应用要点1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高 速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料； 2.一般在毛坯状 态进行退火 。 2.2.正火正火 操作方法操作方法将钢件加热到 Ac 3 或 Acm 以上 30-50 度，保温后以稍 大于退火的冷却速度冷却。 目的目的1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加 工所产生的内应力。 应用要点应用要点正火通常作为锻件、 焊接件以及渗碳零件的预先热处 理工序。 对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢 件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全 或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。 3.3.淬火淬火 操作方法操作方法将钢件加热到相变温度 Ac 3 或 Ac 1 以上，保温一段时 间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。 目的目的淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织， 有时对某些高 合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏 体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。 应用要点应用要点 1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢； 2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力， 但同时会造成很大的内应 力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学 性能。 4.4.回火回火 操作方法将淬火后的钢件重新加热到 Ac1以下某一温度，经保 温后，于空气或油、热水、水中冷却。 目的目的1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂； 2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能； 3.稳定 工件尺寸。 应用要点应用要点1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火； 在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火； 以 保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火； 2. 一般钢尽量避免在 230-280 度、不锈钢在 400-450 度之间回火，因为 这时会产生一次回火脆性。 5.5.调质调质 操作方法操作方法淬火后高温回火称调质， 即将钢件加热到比淬火时高 1020 度的温度，保温后进行淬火，然后在400-720 度的温度下进行 回火。 目的目的1.改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；2.减小淬 火时的变形和开裂；3.获得良好的综合力学性能。 应用要点应用要点1.适用于淬透性较高的合金结构钢、 合金工具钢和高 速钢；2. 不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可 以作为某些紧密零件，如丝杠等的预先热处理，以减小变形。 6.6.时效时效 操作方法作方法 将钢件加热到80200度， 保温520小时或更长时间， 然后随炉取出在空气中冷却。 目的目的 1. 稳定钢件淬火后的组织， 减小存放或使用期间的变形； 2.减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。 应用要点应用要点1. 适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要求形状不 再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。 7.7.冷处理冷处理 操作方法操作方法将淬火后的钢件，在低温介质（如干冰、液氮）中冷 却到－60～－80 度或更低，温度均匀一致后取出均温到室温。 目的目的 1． 使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体， 从而提高钢件的硬度、 强度、 耐磨性和疲劳极限； 2．稳定钢的组织 ， 以稳定钢件的形状和尺寸。 应用要点应用要点1．钢件淬火后应立即进行冷处理，然后再经低温回 火，以消除低温冷却时的内应力；2．冷处理主要适用于合金钢制的 紧密刀具、量具和紧密零件。 8 8．火焰加热表面淬火．火焰加热表面淬火 操作方法操作方法 用氧－乙炔混合气体燃烧的火焰， 喷射到钢件表面上， 快速加热，当达到淬火温度后立即喷水冷却。 目的目的提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度， 心部仍保持韧性 状态。 应用要点应用要点1．多用于中碳钢制件，一般淬透层深度为 2～6mm； 2．适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。 9 9．感应加热表面淬火．感应加热表面淬火 操作方法操作方法将钢件放入感应器中，使钢件表层产生感应电流，在 极短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。 目的目的提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度， 心部保持韧性状 态。 应用要点应用要点1．多用于中碳钢和中堂合金结构钢制件；2． 由于 肌肤效应，高频感应淬火淬透层一般为 1～2mm，中频淬火一般为 3～ 5mm，高频淬火一般大于 10mm． 1010．渗碳．渗碳 操作方法操作方法 将钢件放入渗碳介质中， 加热至 900～950 度并保温， 使钢件便面获得一定浓度和深度的渗碳层。 目的目的提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度， 心部仍然保持韧 性状态。 应用要点应用要点1．用于含碳量为0．15％～0．25％的低碳钢和低合 金钢制件，一般渗碳层深度为0．5～2．5mm；2．渗碳后必须进行淬 火，使表面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。 1111．氮化．氮化 操作方法操作方法利用在 5． ．～600 度时氨气分解出来的活性氮原子， 使钢件表面被氮饱和，形成氮化层。 目的目的提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。 应用要点应用要点 多用于含有铝、 铬、 钼等合金元素的中碳合金结构钢， 以及碳钢和铸铁，一般氮化层深度为 0．025～0．8mm． 1212．氮碳共渗．氮碳共渗 操作方法操作方法向钢件表面同时渗碳和渗氮。 目的目的提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。 应用要点应用要点1．多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢制件， 一般氮化层深 0．02～3mm；2．氮化后还要淬火和低温回火。