钢的热处理 (1)

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钢的热处理

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! {% X" d& a2 X+ \  ]材料热处理归属材料加工工程领域。本章提供钢的热处理基本类型、含义、工艺要点以及应用场合有关内容。

第一节 热处理的基本概念  
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! k7 V! `! v* |4 N一、热处理的作用
    机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、航空、航天等用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。拒初步统计，在机床制造中，约60%～70%的零件要经过热处理，在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达70%～80%，而工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。
- r( k3 b( n/ S5 {5 Y8 r2 ^. B    材料的热处理通常指的是将材料加热到相变温度以上发生相变，再施以冷却再发生相变的工艺过程。通过这个相变与再相变，材料的内部组织发生了变化，因而性能变化。例如碳素工具钢T8在市面上购回的经球化退火的材料其硬度仅为20HRC，作为工具需经淬火并低温回火使硬度提高到60~63HRC，这是因为内部组织由淬火之前的粒状珠光体转变为淬火加低温回火后的回火马氏体。同一种材料热处理工艺不一样其性能差别很大。表6-1列出45钢制直径为F15mm的均匀园棒材料经退火、正火、淬火加低温回火以及淬火加高温回火的不同热处理后的机械性能，导致性能差别如此大的原因是不同的热处理后内部组织截然不同。同类型热处理（例如淬火）的加热温度与冷却条件要由材料成分确定。这些表明，热处理工艺（或制度）选择要根据材料的成份，材料内部组织的变化依赖于材料热处理及其它热加工工艺，材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化，材料成份－加工工艺－组织结构－材料性能这四者相互依成的关系贯穿在材料加工的全过程之中。
二、热处理的基本要素
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. E" p, }8 d( \, S' P+ k" x- L    热处理工艺中有三大基本要素：加热、保温、冷却。这三大基本要素决定了材料热处理后的组织和性能。
加热是热处理的第一道工序。不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。加热分为两种，一种是在临界点A1以下的加热，此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。
7 ^9 f0 r# @# U8 F    保温的目的是要保证工件烧透，防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。
" m, X! V- \0 P; [& ]    冷却是热处理的最终工序，也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。
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三、热处理的基本类型
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! f8 S5 P# @& M; L2 b     根据加热、冷却方式的不同及组织、性能变化特点的不同，热处理可以分为下列几类：
' z( d7 n, L8 p5 R( O% ?1．普通热处理 包括退火、正火、淬火和回火等。
7 O  q) [3 q8 ~' Z# g, |, v3 q2．表面热处理 包括感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、渗碳、氮化和碳氮共渗等。
' d: Y' u6 E1 c4 I8 X- Z' O3．其它热处理 包括可控气氛热处理、真空热处理和形变热处理等。
    按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，热处理工艺还可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理是零件加工过程中的一道中间工序（也称为中间热处理），其目的是改善锻、铸毛坯件组织、消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理作准备。最终热处理是零件加工的最终工序，其目的是使经过成型工艺达到要求的形状和尺寸后的零件的性能达到所需要的使用性能。
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! a1 F8 k' X% m0 B8 |四、钢的临界转变温度
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( d# k4 ~3 E5 N: Z) y. E* }' Y, B     根据铁碳相图，共析钢加热到超过A1温度时，全部转变为奥氏体；而亚共析钢和过共析钢必须加热到A3和Acm以上才能获得单相奥氏体。在实际热处理加热条件下，相变是在不平衡条件下进行的，其相变点与相图中的相变温度有一些差异。由于过热和过冷现象的影响，加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温，这种现象称为滞后。加热或冷却速度越快，则滞后现象越严重。图6-1表示加热和冷却速度对碳钢临界温度的影响。通常把加热时的实际临界温度标以字母“c”，如Ac1、Ac3、Accm；而把冷却时的实际临界温度标以字母“r”，如Ar1、Ar3、Arcm等。