钢的热处理介绍

钢的热处理介绍钢的热处理介绍 金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此 在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。 一、常用的金属材料钢与铸铁 金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素 所形成的金属材料） 。工业上又把金属材料分为两大类一类为黑色 金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁） 应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其 合金。 在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。钢和铸铁 （总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的， 故称为铁碳合金材料。一般把含碳量小于 2的铁碳合金称为钢；大 于 2的铁碳合金称为铸铁。 1.钢的分类、编号及性能特点 根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。 （1）碳素钢 碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有 Mn、Si、S、P 等杂质 元素，其中 S、P 对钢的性能危害很大。因此根据硫、磷含量多少， 把钢分为普通质量钢（S≤00.0,P≤0.005）优质钢（S≤0.03,P ≤0.035） ，高级优质钢（S≤0.02,P≤0.003）等。碳钢的性能主 要绝定于含碳量的高低， 随着含碳量的增多， 碳钢的强度、 硬度提高， 塑性和韧性降低。 根据含碳量的多少， 碳钢分为低碳钢 （C≤0.25） 、 中碳钢（C0.3～0.6）和高碳钢（C0.6） 。所以低碳钢的强度、硬 度低， 塑性韧性好， 常用于受力较小的冲压件 （如皮带轮罩壳、 垫圈、 自行车的挡泥板等） 、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于 制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性， 常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。 工业上根据用途不同， 将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。 （a）碳素结构风 该类钢主要用于各种结构件。 根据钢的质量不同 （即 S、 P 含量） 分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。 碳素结构钢是属于普通质量钢， 其牌号表示方法为 Q三位数字。 Q 为 “屈” 字的汉语拼音子首， 后面三位数为表示该钢的屈服点 （MPa） 数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa 的普通质量钢。Q235 钢 的旧牌号称为 A3 钢，一般受力不大、不重要零件常用 Q235 钢制造， 如一般的螺钉、螺母、冲压件、焊接件。桥梁建筑的结构件等。属于 这类钢的还有 Q195、Q215、Q255、Q275 等。 优质碳素结构钢优质碳素结构钢常经热处理后使用，其牌号的 一般表示方法为两位数字，这两位数字表示该钢的含碳量的万分数。 如 45 号钢，表示该钢的含碳量为 0.45左右。常用的优质碳素结构 钢为 20、45 和 65 号钢。20 号钢属低碳钢，45 号钢属中碳钢，65 号 钢属高碳钢。 （b）碳素工具钢 该类钢主要用于制造各种工具、量具、模具及量具等。该钢的 牌号表示方法是“T”后面加一位或两位数字组成。T 为“碳”字汉 语拼音字首，后面的数字表示该钢含碳量的千分数。如T8A 钢，表示 含碳量为 0.8的高级碳素工具钢；T12 表示含碳量为 1.2的碳素工 具钢。常用的碳素工具钢有T7、T8、T10、T12 等。 该类钢的含碳量较多，强度、硬高度、耐磨性好，经热处理后 使用。常用于高强度、高耐磨性的零件和工具等如锉刀、锯条、简单 小型冲模等。 （2）合金钢 合金钢是在碳素钢的基础上再加入其它合金元素所形成的钢。 合金元素的加入是为了改善与提高钢的力学性能和获得某些特殊性 能（如耐蚀性） 。常用的合金元素有Mn、Cr、Ni、Si、W、Mo、Ti 等。 按加入的合金元素含量多少可分为低合金钢（合金元素总含量 10） 。工业上按合金钢的用途分为合金结构钢、合金工具钢 和特殊性能钢。 （a）合金结构钢用来制造各种重要的机械零件， 其编号为数 字化学元素符号数字，前面的为两位数字，表示钢的平均含碳量的 万分之几， 后面的数字表示含合金元素含量的百分比。 如 60Si2Mn,60 表示含碳量 0.6；Si2 表示含硅量为 2；含 Mn 为≤1.5。这类钢中 应用较多的是 40Cr 钢。 （b）合金工具钢这类钢常用于制造各种刀具、模具和量具等。 其牌号表示方法和合金结构钢类似， 不同的是第一位数表示含碳量的 千分之几，且大于 1时不标出。例如 3Cr2W8V 钢。高速钢是常用的 合金工具钢， 含碳量一般不标出， 如 W18Cr4V， 其含碳量为 0.7～0.8。 W18Cr4V 常用于制造车刀、铣刀、刨刀和各种冲模。 （c） 特殊性能钢是指具有特殊物理和化学性能的合金钢， 不锈 钢是其中一种，常用的牌号为 1Cr18Ni9。 2.铸铁 常用铸铁的成分与钢不同，铸铁的含碳量大于2（常用 2.5～ 4C） ，其杂质远大于钢。铸铁的组织中有石墨存在，石墨的强度近于 零，因此石墨存在相当于钢的基体上存在裂缝或空洞， 使铸铁的性能 比钢低，特别是抗拉强度和塑性低，不能进行锻压加工，但其硬度和 抗压强度较好，所以铸铁主要用于承受压力的零件。 工业上根据石墨 形状不同分为灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。 （1）灰铸铁 石墨以片状形态存在的铸铁称为灰铸铁。由于片状石墨存在， 其石墨尖端的应力集中现象， 使灰铸铁的抗拉强度及塑性低。 灰铸铁 的牌号为 HT 后加三位数字。三位数字表示最低的抗拉强度（MPa） 。 例如 HT200、HT250 和 HT300 等共六种。 （2）可锻铸铁 石墨以团絮状的形态存在的铸铁称为可锻铸铁。由于团絮状石 墨对应力集中影响较小，故可锻铸铁的力学性能较灰铸铁高。 可锻铸 铁的牌号为三个拼音字和二组数字如 KTH300-06、KTZ550-04。KT 表示“可锻” ， “H”和“Z”分别表示“黑”和“珠”的拼音字首；前 一组三位数表示最低的抗拉强度 （MPa） ；后一组数字表示最低伸长率 （） 。 （3）球墨铸铁 石墨以球状形态存在的铸铁称为球墨铸铁。由于球状石墨的应 力集中影响更小，故球黑铸铁的性能最好。球墨铸铁的牌号表示和可 锻铸铁类似， 就是把拼音字母改为 “QT” 。 如 QT450-10、 QT600-3 等。 二、钢的热处理工艺 热处理就是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温 和冷却以获得所需组织结构的工艺。 所以热处理的过程就是按加热→ 保温→冷却这三阶段进行，这三个阶段可用冷却曲线来表示 （如图所 示） 。不管是那种热处理，都是分这三个阶段，不同的是加热温度、 保温时间和冷却速度不同。 热处理工艺的特点是不改变金属零件的外形尺寸，只改变材料 内部的组织与零件的性能。 所以钢的热处理目的是消除材料的组织结 构上的某些缺陷，更重要的是改善和提高钢的性能， 充分发挥钢的性 能潜力，这对提高产品质量和延长使用寿命有重要的意义。 钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的 整体热处理有退火，正火、 淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火 与化学热处理两类。 1.退火 退火就是将金属或合金的工件加热到适当温度（高于或低于临 界温度， 临界温度即使材料发生组织转变的温度） ， 保持一定的时间