《金属热处理》课件

金属热处理金属热处理是通过加热、保温和冷却等手段改变金属材料的微观组织结构，从而改善或提高其力学性能、物理性能和化学性能的工艺方法本课件将系统介绍金属热处理的基本原理、主要类型、工艺参数、质量控制以及在各个工业领域的应用，旨在帮助大家全面了解和掌握金属热处理技术课程目标掌握热处理基本原理熟悉热处理主要类型12理解金属的晶体结构、相变原理以及热处理过程中的基本物理冶掌握退火、正火、淬火、回火等主要热处理类型的工艺特点、适金现象，为后续深入学习奠定基础用范围及应用实例，能够根据实际需求选择合适的热处理方法了解热处理工艺参数掌握热处理质量控制34熟悉加热温度、保温时间、冷却速度等工艺参数对热处理效果的了解热处理过程中的常见缺陷及预防措施，掌握热处理质量检验影响规律，能够根据材料和性能要求合理选择和控制工艺参数方法，确保热处理质量满足技术要求什么是金属热处理？金属热处理是一种重要的金属加工工艺，通过对金属工件进行加热、保温和冷却，改变其内部的组织结构，从而达到提高金属材料的强度、硬度、韧性、耐磨性等性能的目的热处理过程中，金属的化学成分一般不会发生改变，或者仅发生轻微变化简而言之，金属热处理就是通过控制加热、保温和冷却过程，来改变金属材料的内在，使其更好地满足使用需求这是一种点石成“”“金的工艺，能够使普通的金属材料焕发出新的生命力”金属热处理广泛应用于机械制造、汽车工业、航空航天等领域，是保证产品质量、提高产品寿命的关键环节热处理的历史发展古代热处理近代热处理现代热处理早在青铜时代和铁器时代，人类就开始世纪末到世纪初，随着工业革命的世纪以来，随着科学技术的不断进步181920利用热处理来改善金属工具和武器的性兴起，热处理技术得到了快速发展人，热处理技术日趋成熟真空热处理、能例如，古代的工匠就已经掌握了通们开始研究不同金属的热处理工艺，并气氛热处理、表面热处理等新工艺不断过加热和淬火来提高刀剑硬度的方法逐渐形成了现代热处理的基本理论涌现，热处理设备也越来越先进热处理的重要性提高力学性能热处理可以显著提高金属材料的强度、硬度、韧性、耐磨性等力学性能，使其更好地承受载荷和磨损改善加工性能通过退火等热处理工艺，可以降低金属材料的硬度，提高其塑性，从而改善其切削加工性能和冷变形性能提高使用寿命合理的热处理可以消除金属材料内部的残余应力，提高其抗疲劳性能和耐腐蚀性能，从而延长其使用寿命满足特殊要求通过特殊的热处理工艺，可以使金属材料获得一些特殊的性能，例如耐高温、耐低温、耐腐蚀等，以满足不同应用场合的需求热处理的基本原理金属热处理的基本原理是利用金属材料在固态下的相变来实现性能的改善相变是指金属材料在一定温度下，其晶体结构或组织形态发生变化的现象通过控制加热、保温和冷却过程，可以控制相变的类型和程度，从而获得所需的组织结构和性能例如，淬火就是利用奥氏体向马氏体转变的原理，使金属材料获得高硬度和高强度；回火则是通过控制马氏体的分解过程，来提高金属材料的韧性和塑性因此，理解金属的晶体结构、相变原理以及热处理过程中的基本物理冶金现象，是掌握金属热处理技术的关键金属的晶体结构晶格金属是由原子组成的，原子按照一定的规律排列形成晶格常见的金属晶格类型有面心立方、体心立方和密排六方晶粒金属材料是由许多晶粒组成的，晶粒之间存在晶界晶粒的大小、形状和取向对金属材料的性能有重要影响缺陷金属晶体中存在各种缺陷，例如空位、位错、晶界等这些缺陷对金属材料的力学性能、塑性和韧性等都有影响相变原理非扩散型相变原子不通过扩散的方式进行重排，而是2通过切变的方式快速形成新的相例如扩散型相变，马氏体转变1原子通过扩散的方式进行重排，形成新的相例如，珠光体转变、贝氏体转变相变温度等相变发生的温度不同的相变有不同的相变温度，相变温度受合金成分、加热3速度等因素的影响热处理的三个基本步骤加热1将金属工件加热到适当的温度，使其内部组织发生变化，为后续的保温和冷却做好准备加热温度的选择至关重要，过高或过低都会影响热处理效果保温2将金属工件在加热温度下保持一段时间，使内部组织转变充分进行保温时间的确定需要根据工件的尺寸、材料和性能要求进行综合考虑冷却3以适当的速度将金属工件冷却到室温，使内部组织转变为所需的组织结构冷却速度的控制对热处理效果有重要影响，不同的热处理方法需要不同的冷却速度加热过程加热速度加热均匀性12加热速度过快容易导致工件产工件各部分加热不均匀会导致生较大的热应力，甚至引起开组织转变不一致，影响热处理裂；加热速度过慢则会降低生效果为了保证加热均匀性，产效率因此，需要根据工件需要合理选择加热方式和装料的尺寸、材料和加热方式选择方式合适的加热速度气氛控制3加热气氛对工件的表面质量有重要影响为了防止工件氧化、脱碳等，需要控制加热气氛的成分和压力保温过程保温时间保温温度温度均匀性保温时间是指工件在加热温度下保持的时保温温度是指工件在保温过程中保持的温在保温过程中，需要保证工件各部分的温间保温时间过短会导致组织转变不充分度保温温度的控制需要精确，以保证组度均匀一致，以获得均匀的组织结构和性，影响热处理效果；保温时间过长则会增织转变的顺利进行能加生产成本，甚至引起晶粒长大冷却过程冷却介质1常用的冷却介质有水、油、空气等不同的冷却介质具有不同的冷却能力，需要根据热处理的目的和要求选择合适的冷却介质.冷却速度2冷却速度是指工件在冷却过程中温度下降的速度冷却速度过快容易导致工件产生较大的热应力，甚至引起开裂；冷却速度过慢则达不到预期的热处理效果.冷却均匀性工件各部分冷却不均匀会导致组织转变不一致，影响热处理效3果为了保证冷却均匀性，需要合理选择冷却方式和装料方式.热处理的主要类型改变整体组织改变表层组织退火（）用于降低硬度、提高塑性、消除内应力等表面淬火火焰淬火，感应淬火，激光淬火等，提高表面硬度和Annealing；正火（）用于细化晶粒、提高强度和韧性；淬耐磨性，保持心部韧性；化学热处理渗碳（），Normalizing Carburizing火（）用于提高硬度和耐磨性；回火（渗氮（），碳氮共渗（）等，改变表Quenching NitridingCarbonitriding）用于降低淬火后的脆性、提高韧性和塑性面化学成分，提高表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性Tempering退火退火是将金属工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的金属热处理工艺退火的主要目的是降低金属的硬度，提高塑性，消除残余应力，细化晶粒，改善切削加工性能，为后续的冷加工做好准备退火是一种应用广泛的热处理工艺，几乎所有的金属材料都需要经过退火处理，以改善其性能，提高其加工性能和使用寿命退火的种类很多，根据加热温度、冷却速度和目的的不同，可以分为不同的类型退火后的金属工件，其组织结构更加均匀，性能更加稳定，能够更好地满足使用需求退火的目的和应用降低硬度，提高塑性使金属材料更容易进行切削加工、冷变形等工艺消除残余应力防止工件在使用过程中发生变形或开裂细化晶粒，均匀组织提高金属材料的强度和韧性改善切削加工性能使金属材料更容易切削，提高生产效率完全退火加热将钢加热到（亚共析钢）或（过共析钢）以上Ac3Accm30-，使钢完全奥氏体化50℃.保温在加热温度下保持足够的时间，使钢的组织转变充分进行.冷却随炉缓慢冷却到以下，然后在空气中冷却冷却速度缓500℃.慢，以获得接近平衡的组织.球化退火保温2保温较长时间，使渗碳体球化.加热1将钢加热到略高于的温度Ac

1.冷却缓慢冷却到以下，然后在空气中500℃冷却主要用于高碳钢和合金工具钢，3以获得良好的切削加工性能应力消除退火加热1将工件加热到较低的温度（例如，灰铸铁为，钢500-550℃为）600-650℃保温2保温足够的时间，使残余应力得以松弛冷却3缓慢冷却，以防止产生新的应力正火正火是将金属工件加热到适当温度，保温一定时间，然后从炉中取出，在空气中冷却的金属热处理工艺正火的主要目的是细化晶粒，均匀组织，提高强度和韧性，改善切削加工性能，消除铸造、焊接等工艺产生的残余应力正火的冷却速度比退火快，因此可以获得比退火更高的强度和硬度正火后的金属工件，其组织结构更加细致，性能更加优良，能够更好地满足使用需求正火常用于碳钢、合金钢等材料的热处理，是一种经济有效的提高金属材料性能的方法正火的目的和应用细化晶粒，均匀组织消除内应力12提高金属材料的强度和韧性减少工件的变形和开裂倾向改善切削加工性能为淬火做准备34提高生产效率，降低刀具磨损正火可以作为淬火前的预处理，使淬火后的组织更加均匀正火与退火的区别冷却速度性能应用正火的冷却速度比退火正火后的强度和硬度比正火常用于要求较高强快，通常在空气中冷却退火高，韧性略低于退度和韧性的零件，退火，而退火则在炉中缓慢火常用于要求较低强度和冷却塑性的零件淬火淬火是将金属工件加热到适当温度，保温一定时间，然后以快速冷却的方式使其获得马氏体或其他不稳定组织的热处理工艺淬火的主要目的是提高金属的硬度和耐磨性，为后续的回火做好准备淬火是一种重要的热处理工艺，广泛应用于工具钢、轴承钢、弹簧钢等材料的热处理淬火后的金属工件，其硬度和耐磨性显著提高，但脆性也随之增加，因此需要进行回火处理，以降低脆性，提高韧性淬火效果的好坏，取决于冷却速度的控制和冷却介质的选择不同的金属材料需要不同的淬火工艺参数，以获得最佳的淬火效果淬火的目的和应用提高硬度使金属表面具有更高的抵抗变形的能力提高耐磨性延长金属零件的使用寿命为回火做准备淬火后的组织不稳定，需要通过回火来改善其性能获得特殊的物理化学性能例如，通过淬火可以获得具有特殊磁性的金属材料淬火介质的选择水冷却速度快，适用于碳钢和合金钢但容易产生较大的应力，导致工件变形或开裂油冷却速度比水慢，适用于合金钢可以减少应力，降低变形和开裂的风险空气冷却速度最慢，适用于高合金钢可以获得均匀的组织，减少变形和开裂的风险马氏体转变马氏体淬火时奥氏体快速冷却，发生非扩散型2相变，形成的一种亚稳组织，具有体心正方晶格结构，硬度很高奥氏体1高温下钢的组织形态，具有面心立方晶格结构转变温度马氏体转变开始和结束的温度，分别称为点和点点和点受合金3Ms MfMs Mf成分的影响淬透性淬透层深度影响因素意义是指淬火后马氏体组织钢的化学成分、奥氏体淬透性好的钢可以获得所达到的深度淬透层晶粒大小、加热温度等更深的淬硬层，提高零深度越大，表示淬透性因素都会影响钢的淬透件的耐磨性和疲劳强度越好性合金元素可以提高对于大型零件，选择钢的淬透性淬透性好的钢材非常重要回火回火是将经过淬火的金属工件加热到适当温度，保温一定时间，然后以适当方式冷却的热处理工艺回火的主要目的是降低淬火后的脆性，消除或减少内应力，提高塑性和韧性，获得所需的力学性能淬火后的金属工件，虽然硬度很高，但脆性也很大，容易发生断裂通过回火，可以使马氏体分解，形成更加稳定的组织，从而降低脆性，提高韧性回火温度越高，韧性越高，但硬度会降低因此，需要根据零件的使用要求选择合适的回火温度回火是淬火后必不可少的工序，是保证零件安全可靠使用的关键环节回火的种类很多，根据回火温度的不同，可以分为低温回火、中温回火和高温回火回火的目的和应用降低脆性消除内应力提高淬火后的韧性，防止零件发生脆性断裂减少零件的变形和开裂倾向稳定组织获得所需的力学性能使淬火后的组织更加稳定，防止在使用过程中发生组织转变根据零件的使用要求，选择合适的回火温度，获得所需的强度、韧性和塑性回火温度的影响低温回火（℃）150-250主要目的是降低淬火应力，保持高硬度和耐磨性，适用于刃具、量具等中温回火（℃）350-450主要目的是提高弹性和屈服强度，适用于弹簧、模具等高温回火（℃）500-650主要目的是获得良好的综合力学性能，适用于齿轮、轴等调质处理淬火高温回火应用将钢件加热到淬火温度将淬火后的钢件加热到调质处理广泛应用于承，保温后进行淬火，使高温回火温度（受较大载荷的轴、齿轮500-其获得马氏体组织），保温后进行、连杆等零件650℃冷却，使其获得回火索氏体组织该组织具有良好的综合力学性能表面热处理表面热处理是指只改变金属工件表层组织和性能的热处理工艺表面热处理可以提高工件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性、抗疲劳强度等，而心部仍保持原有的组织和性能表面热处理主要包括表面淬火和化学热处理两种类型表面淬火是通过快速加热和冷却使工件表面获得淬硬层，而心部仍保持原有的韧性；化学热处理是通过改变工件表面的化学成分来提高其性能表面热处理是一种经济有效的提高金属工件表面性能的方法，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域火焰淬火加热使用火焰（例如氧乙炔火焰）对工件表面进行快速加热冷却立即用水或其他冷却介质对加热后的表面进行快速冷却，使其发生马氏体转变特点操作灵活，适用于大型工件和局部淬火但加热不均匀，容易产生变形和开裂感应淬火冷却立即喷水或其他冷却介质对加热后的表2面进行快速冷却，使其发生马氏体转变加热1将工件放入感应器中，利用高频电流产生的感应电流对工件表面进行快速加热特点加热速度快，加热均匀，变形小，适用3于批量生产但设备复杂，成本较高激光淬火加热1使用高能量密度的激光束对工件表面进行快速加热冷却2利用工件自身的导热性将热量传导到心部，实现自冷却特点3加热速度极快，加热区域小，变形极小，可以实现精确淬火但设备昂贵，成本很高化学热处理化学热处理是指通过改变金属工件表面的化学成分和组织结构来提高其性能的热处理工艺化学热处理是将工件放入含有活性元素的介质中，在一定温度下保温，使活性元素渗入工件表面，形成具有特殊性能的表面层常用的化学热处理方法有渗碳、渗氮、碳氮共渗等渗碳可以提高工件的表面硬度和耐磨性，适用于齿轮、轴等；渗氮可以提高工件的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳强度，适用于模具、量具等；碳氮共渗可以同时获得渗碳和渗氮的效果，适用于承受冲击载荷的零件化学热处理是一种重要的表面强化方法，广泛应用于机械制造、汽车工业、航空航天等领域渗碳加热将工件放入渗碳介质中，加热到渗碳温度（一般为）900-950℃保温在渗碳温度下保温足够的时间，使碳原子渗入工件表面，形成渗碳层冷却冷却后进行淬火和回火，使渗碳层获得高硬度和耐磨性渗氮保温2在渗氮温度下保温足够的时间，使氮原子渗入工件表面，形成渗氮层加热1将工件放入渗氮介质中，加热到渗氮温度（一般为）500-570℃冷却3缓慢冷却，以防止产生应力碳氮共渗加热1将工件放入含有碳和氮的介质中，加热到共渗温度（一般为）820-880℃保温2在共渗温度下保温足够的时间，使碳原子和氮原子同时渗入工件表面，形成共渗层冷却3冷却后进行淬火和回火，使共渗层获得高硬度和耐磨性渗硼渗硼介质渗硼温度特点常用的渗硼介质有硼砂渗硼温度一般为渗硼层具有极高的硬度850-、硼酸、硼铁合金等和耐磨性，但脆性较大950℃，适用于要求高耐磨性的零件热处理设备热处理设备是进行金属热处理的必要工具热处理设备的种类很多，根据加热方式、冷却方式和控制方式的不同，可以分为不同的类型常用的热处理设备有热处理炉、淬火槽、回火炉、盐浴炉、真空炉等选择合适的热处理设备，对保证热处理质量、提高生产效率、降低生产成本至关重要随着科学技术的不断进步，热处理设备也越来越先进，自动化程度越来越高，能够更好地满足生产需求了解各种热处理设备的特点和适用范围，是进行金属热处理的重要基础热处理炉的类型箱式炉1结构简单，操作方便，适用于单件和小批量生产井式炉2炉膛垂直放置，适用于长轴类零件的热处理台车炉3炉底装有台车，便于装卸大型工件连续式炉4工件连续通过炉膛，适用于大批量生产温度测量和控制温度测量常用的测温元件有热电偶、热电阻等选择合适的测温元件，并定期进行校准，以保证测温精度温度控制采用自动控温系统，可以精确控制炉内的温度，保证热处理质量重要性精确的温度测量和控制是保证热处理质量的关键因素热处理工艺参数热处理工艺参数是指在热处理过程中需要控制的各种参数，例如加热温度、保温时间、冷却速度等合理的选择和控制热处理工艺参数，是保证热处理质量的关键热处理工艺参数的选择需要根据金属材料的种类、尺寸、形状、性能要求以及热处理设备等因素进行综合考虑不同的金属材料，不同的热处理方法，需要不同的热处理工艺参数了解各种热处理工艺参数对热处理效果的影响规律，是进行金属热处理的重要基础加热温度的选择根据相图确定考虑合金元素的影响12加热温度应高于相变温度，以合金元素会影响相变温度，需保证组织转变充分进行要根据合金成分进行调整防止过热和过烧3加热温度过高容易导致晶粒长大，甚至发生过热和过烧保温时间的确定加热温度2加热温度越高，组织转变速度越快，需要的保温时间越短工件尺寸1工件尺寸越大，需要的保温时间越长材料种类不同的金属材料，组织转变速度不同，3需要的保温时间也不同冷却速度的控制淬火1需要快速冷却，以获得马氏体组织退火2需要缓慢冷却，以获得接近平衡的组织正火3冷却速度介于淬火和退火之间热处理的质量控制热处理的质量控制是保证热处理效果、提高产品质量的关键环节热处理质量控制包括原材料检验、工艺过程控制、成品检验等环节通过严格的质量控制，可以及时发现和纠正热处理过程中的问题，确保热处理质量满足技术要求常用的热处理质量检验方法有硬度测试、金相检验、无损检测等硬度测试可以快速评定热处理效果，金相检验可以观察金属的微观组织，无损检测可以发现工件内部的缺陷建立完善的热处理质量管理体系，是保证热处理质量的重要保障常见热处理缺陷过热晶粒长大，力学性能下降过烧晶界氧化，无法恢复变形工件尺寸和形状发生改变开裂工件表面或内部产生裂纹热处理的安全注意事项防止烫伤热处理过程中，工件和设备温度很高，需要采取必要的防护措施，防止烫伤防止触电热处理设备通常使用高电压，需要注意用电安全，防止触电防止中毒化学热处理过程中，会产生有毒气体，需要加强通风，防止中毒热处理对金属性能的影响热处理是改变金属性能的重要手段通过不同的热处理工艺，可以显著改变金属的硬度、强度、韧性、耐磨性、疲劳强度等性能热处理对金属性能的影响，主要体现在以下几个方面硬度变化淬火可以显著提高金属的硬度，退火可以降低金属的硬度强度和韧性的改变调质处理可以获得良好的综合力学性能耐磨性的提高渗碳、渗氮等化学热处理可以提高金属的耐磨性疲劳性能的改善表面热处理可以提高金属的疲劳强度了解热处理对金属性能的影响规律，是合理选择热处理工艺、提高产品质量的重要基础硬度变化淬火退火回火可以显著提高金属的硬可以降低金属的硬度可以降低淬火后的硬度度，提高韧性强度和韧性的改变强度1淬火可以提高金属的强度，但也会降低韧性调质处理可以获得较高的强度和较好的韧性韧性2回火可以提高金属的韧性，降低脆性高温回火可以获得良好的综合力学性能.材料3通过选择合适的热处理工艺，可以获得满足使用要求的强度和韧性配合.耐磨性的提高化学热处理2渗碳、渗氮等可以显著提高工件表面的耐磨性表面淬火1可以提高工件表面的硬度和耐磨性，而心部仍保持原有的韧性应用3提高耐磨性可以延长零件的使用寿命疲劳性能的改善表面热处理1表面淬火、渗氮等可以提高工件表面的疲劳强度残余应力2在工件表面形成压应力，可以提高疲劳强度应用3疲劳性能的改善可以延长零件的使用寿命，提高安全性热处理在不同行业的应用热处理作为一种重要的金属加工工艺，广泛应用于各个工业领域不同的行业，不同的产品，需要不同的热处理工艺以下介绍热处理在几个主要行业的应用汽车工业中的热处理主要用于提高汽车零部件的强度、耐磨性、疲劳强度等航空航天领域的热处理主要用于提高航空航天材料的强度、耐高温性、耐腐蚀性等工具制造中的热处理主要用于提高刀具、模具的硬度、耐磨性、韧性等随着科学技术的不断进步，热处理技术将在更多领域得到应用，为各行业的发展做出更大的贡献汽车工业中的热处理齿轮1渗碳淬火，提高表面硬度和耐磨性曲轴2调质处理，获得良好的综合力学性能弹簧3淬火回火，提高弹性和疲劳强度活塞销4渗碳淬火，提高表面硬度和耐磨性航空航天领域的热处理铝合金2固溶时效处理，提高强度和耐腐蚀性高温合金1固溶时效处理，提高高温强度和蠕变性能钛合金热处理强化，提高强度和耐高温性能3工具制造中的热处理高速钢刀具1淬火回火，获得高硬度和耐磨性合金模具钢模具2淬火回火，提高强度和韧性硬质合金刀具3焊接后进行热处理，消除应力热处理的未来发展趋势随着科学技术的不断进步，热处理技术也在不断发展未来的热处理技术将朝着以下几个方向发展精确控制采用先进的控制技术，实现对热处理工艺参数的精确控制，提高热处理质量的稳定性和一致性节能环保开发新型的热处理设备和工艺，降低能耗和污染排放智能化采用人工智能技术，实现热处理过程的自动化和智能化，提高生产效率和降低成本新材料开发适用于新材料的热处理工艺，满足新材料的应用需求未来的热处理技术将更加高效、环保、智能化，为各行业的发展提供更加强大的支持总结与展望金属热处理是一种重要的金属加工工艺，通过改变金属材料的微观组织结构，从而改善或提高其力学性能、物理性能和化学性能本课件系统介绍了金属热处理的基本原理、主要类型、工艺参数、质量控制以及在各个工业领域的应用随着科学技术的不断进步，热处理技术也在不断发展未来的热处理技术将朝着精确控制、节能环保、智能化和新材料等方向发展，为各行业的发展提供更加强大的支持希望通过本课件的学习，大家能够全面了解和掌握金属热处理技术，为未来的工作和学习打下坚实的基础。