【導(dǎo)讀】常用的鋼的熱處理工藝有退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等加工。除鑄、鍛、焊等熱加工工藝所造成的缺陷，細(xì)化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應(yīng)力，使組織結(jié)構(gòu)和性能更加均勻。而且還可以使工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特。因此適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳梢源蟠筇岣弋a(chǎn)品的力學(xué)性能，延長機(jī)器。零件的使用壽命，起到事半功倍的效果。然而，在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，工廠里一直由工藝員制定熱處理工藝。的熱處理方案，從而造成生產(chǎn)上的損失。在得到用戶的調(diào)整后，系統(tǒng)自動繪制出熱處理工藝卡。片，并將工藝卡中的有關(guān)信息存貯，以便以后需要時(shí)進(jìn)行使用和研究。早在公元前770至前222年，中國人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅。實(shí)用化CAPP系統(tǒng)，應(yīng)人機(jī)界面友好，操作簡單，符合工藝設(shè)計(jì)。開發(fā)應(yīng)用面廣，適應(yīng)性強(qiáng)的CAPP系統(tǒng)，即大力發(fā)展工具型CAPP. 盡管目前開發(fā)的CAPP系統(tǒng)約有200多種，但在。問題，影響了CAPP系統(tǒng)的推廣和普及。因此在研制和開發(fā)CAPP時(shí)，要在標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議的基礎(chǔ)上考

　　

【正文】 條等。 青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 耐蝕鑄鐵。耐蝕鑄鐵是主要用于化工部件，如閥門、管道、泵、容器等。 金屬材料、金屬制品行業(yè)發(fā)展 前景 金屬制品行業(yè)包括結(jié)構(gòu)性金屬制品制造、金屬工具制造、集裝箱及 金屬包裝容器 制造、不銹鋼及類似日用金屬制品制造等。隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，金屬制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人們的生活各個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，也給社會創(chuàng)造越來越大的價(jià)值。 金屬制品行業(yè)在發(fā)展過程中也遇到一些困難，例如技術(shù)單一，技術(shù)水平偏低，缺乏先進(jìn)的設(shè)備，人才短缺等，制約了金屬制品行業(yè)的發(fā)展。為此，可以采取提 高企業(yè)技術(shù)水平，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，培養(yǎng)適用人才等提高中國金屬制品業(yè)的發(fā)展。 2021 年金屬制品行業(yè)的產(chǎn)品將越來越趨向于多元化，業(yè)界的技術(shù)水平越來越高，產(chǎn)品質(zhì)量會穩(wěn)步提高，競爭與市場將進(jìn)一步合理化。加上國家對行業(yè)的進(jìn)一步規(guī)范，以及相關(guān)行業(yè)優(yōu)惠政策的實(shí)施， 20212021 年，金屬制品行業(yè)將有巨大的發(fā)展空間。 典型金屬材料的熱處理計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) 28 第六章 熱處理 熱處理的定義 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一段時(shí)間，然后以預(yù)定的方式冷卻到室溫，來改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需性能的一種 熱加工工藝。熱處理可大幅度地改善金屬材料的工藝性能和使用性能，絕大多數(shù)機(jī)械零件必須經(jīng)過熱處理。正確的熱處理工藝還可以消除鋼材經(jīng)鑄造、鍛造、焊接等熱加工工藝造成的各種缺陷、細(xì)化晶粒、消除 偏析、降低內(nèi)應(yīng)力，使組織和性能更加均勻。在機(jī)械制造業(yè)中，通過熱處理才能充分發(fā)揮材料的潛能，延長零件的使用壽命。 熱處理的分類 熱處理工藝種類繁多，根據(jù)加熱、冷卻方式的不同及組織、性能變化特點(diǎn)的不同，熱處理工藝可以分為普通熱處理（包括退火、正火、淬火和回火等）和表面熱處理（包括感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、 滲碳、氮化和碳氮共滲等）。按照熱處理在零件生產(chǎn)過程中的位置和作用不同，熱處理工藝還可以分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。在生產(chǎn)工藝流程中，工件經(jīng)切削加工等成型工藝而得到最終的形狀和尺寸后，再進(jìn)行的賦予工件所需使用性能的熱處理稱為最終熱處理。而預(yù)備熱處理是零件加工過程中的一道中間工序（也稱為中間熱處理），其目的是改善鍛、鑄毛柸件組織、消除應(yīng)力，為后續(xù)的機(jī)加工或進(jìn)一步的熱處理做準(zhǔn)備。下面主要介紹常用的熱處理方法中的正火、退火、淬火和回火。 正火 正火，又稱常化，是將工件加熱至 Ac3 或 Accm以上 30~50℃ ，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的 金屬熱處理工藝 。其目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化。正火與 退火 的不同點(diǎn)是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高。另外，正火爐外冷 卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。 青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 正火的主要應(yīng)用范圍有： ① 用于 低碳鋼 ，正火后 硬度 略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理。 ② 用于中碳鋼，可代替 調(diào)質(zhì) 處理作為最后熱處理，也可作為用 感應(yīng)加熱 方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備處理。 ③用于工具鋼、軸承鋼、 滲碳鋼 等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到 球化退火 所需的良好組織。 ④ 用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。 ⑤ 用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時(shí)較大的開裂傾向。 ⑥ 用于 球墨鑄鐵 ，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的 曲軸 、連桿等重要零件。 ⑦ 過共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時(shí)滲碳體全部球粒化。 正火后的組織：亞共析鋼為 F+S，共析鋼為 S，過共析鋼為 S+二次滲碳體，且為不連續(xù)。 退火 退火 是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻 (通常是緩慢冷卻，有時(shí)是控制冷卻 )的一種 金屬熱處理 [1]工藝。目的是使經(jīng)過鑄造、鍛軋、焊接或切削加工的材料或工件軟化，改善 塑性 和韌性，使化學(xué)成分均勻化，去除殘余應(yīng)力，或得到預(yù)期的物理性能。退火工藝隨目的之不同而有多種，如重結(jié)晶退火、等溫退火、均勻化退火、球化退火、去除應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火，以及穩(wěn)定化退火、磁場退火等等。 退火的目的是： (1) 降低硬度，改善切削加工性； (2)消除殘余應(yīng)力，穩(wěn) 定尺寸，減少變形與裂紋傾向； (3)細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。 在生產(chǎn)中，退火 工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的 工藝 規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。 完全退火 用以細(xì)化中、 低碳鋼 經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上 30～50℃ ，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。 重結(jié)晶退火 重結(jié)晶退火應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時(shí)有固態(tài)相變 (重結(jié)晶 )發(fā)生的合金。其退火溫度為各該合金的相變溫度區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱典型金屬材料的熱處理計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) 30 和冷卻都是緩慢的。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡 稱為退火。 這種退火方法，相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼。鋼的重結(jié)晶退火工藝是 :緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上 30～ 50℃ ，保持適當(dāng)時(shí)間，然后緩慢冷卻下來。通過加熱過程中發(fā)生的 珠光體 （或者還有先共析的 鐵素體 或 滲碳 體）轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（第一回相變重結(jié)晶）以及冷卻過程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì)、片層較厚、組織均勻的珠光體 (或者還有先共析鐵素體或滲碳體 )。退火溫度在 Ac3 以上（亞共析鋼）使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者，稱為完全退火，退火溫度在 Ac1與 Ac3 之間 (亞共析鋼 )或 Ac1 與 Acm 之間（過共析鋼） ,使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者 ,稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的 鑄件 、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷（如魏氏組織、帶狀組織等），使組織變細(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性。后者主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件。此種鍛、軋件若鍛、軋后的冷卻速度較大時(shí)，形成的珠光體較細(xì)、硬度較高；若停鍛、停軋溫度過低，鋼件中還有大的內(nèi)應(yīng)力。此時(shí)可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶 ,晶粒變細(xì)，同時(shí)也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力 ,改善被切削性。此外 ,退火溫度在 Ac1 與 Acm 之間的 過共析鋼球化退火 ,也是不完全退火。 等溫退火 等溫退火應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。對鋼來說，是緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上不多的溫度，保溫一段時(shí)間 ,使鋼奧氏體化 ,然后迅速移入溫度在A1 以下不多的另一爐內(nèi)，等溫保持直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢訝钪楣怏w（亞共析鋼還有先共析鐵素體；過共析鋼還有先共析滲碳體）為止，最后以任意速度冷卻下來 (通常是出爐在空氣中冷卻 )。等溫保持的大致溫度范圍在所處理鋼種的等溫轉(zhuǎn)變圖上 A1至珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖溫度這一區(qū)間 之內(nèi)；具體溫度和時(shí)間，主要根據(jù)退火后所要求的硬度來確定。等溫溫度不可過低或過高，過低則退火后硬度偏高；過高則等溫保持時(shí)間需要延長。鋼的等溫退火的目的，與重結(jié)晶退火基本相同 ,但工藝操作和所需設(shè)備都比較復(fù)雜 ,所以通常主要是應(yīng)用于過冷奧氏體在珠光體型相變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變相當(dāng)緩慢的合金鋼。后者若采用重結(jié)晶退火方法，往往需要數(shù)十小時(shí)，很不經(jīng)濟(jì)；采用等溫退火則能大大縮短生產(chǎn)周期，并能使整個(gè)工件獲得更為均勻青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 的組織和性能。等溫退火也可在鋼的熱加工的不同階段來用。例如 ,若讓空冷淬硬性合金鋼由高溫空冷到室溫時(shí)，當(dāng)心部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之 時(shí)，在已發(fā)生了馬氏體相變的外層就會出現(xiàn)裂紋 。若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入 700℃ 左右的等溫爐內(nèi)，保持等溫直到珠光體相變完成后，再出爐空冷，則可免生裂紋。 含β相穩(wěn)定化元素較高的鈦合金，其β相相當(dāng)穩(wěn)定，容易被過冷。過冷的β相，其等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線與鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相似。為了縮短重結(jié)晶退火的生產(chǎn)周期并獲得更細(xì)、更均勻的組織，亦可采用等溫退火。 均勻化退火 均勻化退火亦稱擴(kuò)散退火。應(yīng)用于鋼及非鐵合金（如錫青銅、硅青銅、白銅、 鎂合金 等）的鑄錠或鑄件的一種退火方法。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線溫度以下的某一較高溫度 ,長時(shí)間保溫 ,然后緩慢冷卻下來。均勻化退火是使合金中的元素發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，來減輕化學(xué)成分不均勻性（ 偏析 ），主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性（晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析）。均勻化退火溫度所以如此之高，是為了加快合 金元素?cái)U(kuò)散，盡可能縮短保溫時(shí)間。合金鋼的均勻化退火溫度遠(yuǎn)高于 Ac3，通常是 1050～1200℃ 。非鐵合金錠進(jìn)行均勻化退火的溫度一般是“ 固相線溫度 (K)” ,均勻化退火因加熱溫度高，保溫時(shí)間長，所以熱能消耗量大。 球化退火 球化退火只應(yīng)用于鋼的一種退火方法。將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1 的溫度或者使溫度在 A1 上下周期變化，然后緩冷下來。目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共析滲碳體都變?yōu)榍蛄?，均勻分布于鐵素體基體中 (這種組織稱為球化珠光體 )。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削 性好、冷形變能力大。對工具鋼來說，這種組織是淬火前最好的原始組織。 再結(jié)晶退火 再結(jié)晶退火應(yīng)用于經(jīng)過冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法。目的為使金屬內(nèi)部組織變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒，消除形變硬化，恢復(fù)金屬或合金的塑性和形變能力（回復(fù)和再結(jié)晶）。若欲保持金屬或合金表面光亮，則可在 可控氣氛 的爐中或 真空爐 中進(jìn)行再結(jié)晶退火。 去除應(yīng)力退火 典型金屬材料的熱處理計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) 32 鑄、鍛、焊件在冷卻時(shí)由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去除，常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度（例如，灰口鑄鐵是 500～ 550℃ ，鋼是 500～650℃ ），保溫一段時(shí)間 ,使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來。應(yīng)該指出 ,去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除，而只是部分去除，從而消除它 的有害作用。 石墨化退火 用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到 950℃ 左右 ，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻 ，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。 淬火 淬火的定義 鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度 Ac3（ 亞共析鋼 ）或 Ac1（ 過共析鋼 ）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分 奧氏體 [1]化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等溫）進(jìn)行 馬氏體 （或 貝氏體 ）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。通常也將 鋁合金 、銅合金、 鈦合金 、 鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。 淬火的目的 淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。 淬火的工藝 將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的 金屬熱處理工藝 。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如 齒輪 、軋輥、 滲碳 零件等 ）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時(shí)，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。淬火時(shí)的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會發(fā)生扭曲變形甚至 開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火 4 類。 （ 1） 單介質(zhì)淬火。 工件在一種介質(zhì)中冷卻，如水淬、油淬。優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是在水中淬火應(yīng)力大，工件容易變形開裂；在油中淬火，冷卻速度小，淬透直徑小，大型工件不易淬透。 （ 2）雙介質(zhì)淬火。 工件先在較強(qiáng)冷卻能力介質(zhì)中冷卻到 300℃ 左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件變形開裂的傾向，可用于形狀復(fù)雜、截面不均勻 的工件淬火。雙液淬火的缺點(diǎn)是難以掌握雙液轉(zhuǎn)換的時(shí)刻，轉(zhuǎn)換過