热处理工艺研究
三、项目的关键技术、主要研究内容、拟采取的技术工艺路线及实施方案
3．滚针轴承零件材料应用、热处理工艺及表面处理工艺研究
3.1 轴承零件材料应用、优化
材料是保证轴承质量的基础，为了使轴承获得长寿命、持久的高精度和低磨擦，制造轴承零件的材料必须具有接触疲劳强度高、耐磨性好、组织稳定性好、纯净度高等特点。
我国生产的GCr15要求的技术标准为GB/T18254-2002,其夹杂物、氧、钛含量要求较为宽松，钢材均匀性较差，如用美国轴承钢牌号SAE52100，其夹杂物、氧、钛含量等均低于我国的GCr15，钢材均匀性好，轴承钢原材料应使用SAE52100或更严格要求，零件使用寿命会明显提升。目前针对一些承受重载的滚针轴承，我们与上海宝钢已经就特殊要求及重载下工作的轴承使用的材料，签订合作协议，共同对长寿命、重载轴承使用材料进行协作开发。
1）轴承的疲劳性能主要取决于轴承钢材的纯洁度
实体滚针轴承或滚动体（滚针），一般采用高碳铬轴承钢制造，而在轴承服役条件下，套圈和滚动体材料要承受高的交变接触应力，氧化物等非金属夹杂物对交变接触应力非常敏感。如在采购选用时对轴承钢的原材料的某些化学成份和纯净度加以控制，就十分有利于提高轴承的寿命，具体表现在：
a)轴承钢中铬含量的控制
一般轴承用钢主要是高碳铬轴承钢，即含碳量1%左右，加入1.5%左右的铬,并含有少量的锰、硅元素的过共析钢。铬可以改善热处理性能、提高淬透性、组织均匀性、回火稳定性，又可以提高钢的防锈性能和磨削性能。但当铬含量超过1.65%时，淬火后增加钢中残余奥氏体，降低硬度和尺寸稳定性，增加碳化物的不均匀性，降低钢的冲击韧性和疲劳强度。为此，高碳铬轴承钢中的含铬量一般控制在1.65%以下，只有严格控制轴承钢中的化学成份，才能通过热处理工序获得满足轴承性能的组织和硬度。
b)轴承钢中含氧量的控制
钢中氧含量对轴承疲劳寿命的影响主要是通过高倍夹杂物（如Al2O3）而起作用的，而氧化物夹杂对轴承的接触疲劳寿命的影响最为严重，所以降低轴承钢中的氧含量可以明显提高轴承的疲劳寿命，图11的试验结果可以清楚说明这一点。
图11 相对寿命与氧含量的关系
氧化物对寿命的影响具体表现在钢中含氧量的多少与分布上，主要是由于塑性变形小或根本不变形的氧化物以及点、球状夹杂物，他们容易与钢的基体组织之间产生间隔，破坏了钢基体的连续性，并且在交变应力的作用下，容易在这些有间隔的地方产生应力集中，从而成为轴承疲劳剥落的发源地。当应力集中在夹杂物与金属基体之间，且剪切应力达到足够大的时候，就会在夹杂物处产生裂纹，随后在交变应力的作用下，裂纹进一步扩展直到轴承失效。
所以，在降低非金属夹杂方面，以降低钢中含氧量最为有效。因此，对于在高应力下工作的轴承零件，降低钢中含氧量是必要的。
2）材料基体强度对轴承寿命的影响
低速重载冲压外圈滚针轴承失效除了考虑常规的疲劳失效以外，还需关注因塑性变形导致的失效。塑性变形一般都与轴承的零件强度有关，因此零件采用渗碳材料制造的轴承或表面感应淬火方式制造的轴承尤其需要校核零件强度。零件的表面疲劳抗力在很大程度上取决于渗层以下是否有一个高强度的芯部去支撑它，因而提出采用含碳较高的渗碳钢，以提高渗碳件的芯部强度。芯部强度（硬度）太低，在渗层与芯部组织的过渡区容易产生裂纹而降低零件寿命。之前，苏轴公司曾经发生由于未根据用户使用工况-重载，选用基体材料热处理后硬度较高的材料，如C15mad或SCM415等，造成轴承轴承试验到三分之一寿命要求时轴承即告失效。失效现象为保持架和滚针完好无损
坏，轴承高度（外圈）被碾长，外圈外径表面存在断裂层,但芯部是连续的。将轴承剖开，外圈壁厚明显变薄，滚道表面毛糙，有断裂层，但不是特别明显，见图12～13。经分析认为，此轴承失效主要原因是外圈芯部硬度偏低（实测160～170HV0.3）,抗塑性强度差而被碾压导致高度变长，壁厚变薄。工况应该是低速、重载两者占其一或同时存在。经询问用户轴承使用部位为汽车启动电机装置的行星轮上，承受的载荷与轴承额定负荷相比属于重载状态。我们将材料有原来的SPCC低碳结构钢改用SCM415低碳合金钢，热处理后的芯部硬度提高到430～450HV0.3，试验顺利通过。
图12 外径硬化层裂纹
图13 滚道，保持架、滚针状态
目前冲压外圈滚针轴承的外圈材料采用优质碳素结构钢或低碳合金钢，经模具精密拉深成形而成，采用碳氮共渗热处理方式，使零
件表面获得高硬度硬化层，芯部硬度为基体材料热处理硬度，表面与芯部之间存在有规律分布的硬度梯度，使轴承既有很高的接触疲劳强度，又能使轴承在重载及冲击载荷下不会发生由于芯部强度不够而导致表层硬化层压碎。各种不同优质碳素结构钢或低碳合金钢经热处理后的芯部硬度见下表1，可以根据轴承使用的工况和载荷等情况，选用合适的材料。
芯部硬度与基体材料的化学成分有关。对于低速重载部位使用冲压外圈滚针轴承，其材料选用是否合理将直接影响轴承最终的使用寿命。因此所选的材料的横截面厚和其淬透性应能保证芯部硬度达到30~45HRC。渗碳的钢种应该是细晶粒钢，以使高温渗碳时，对晶粒长大的敏感性降至最低限度，图14～15为C15mod.材料经渗碳处理后的表面组织及芯部组织图。
图14 C15mod.材料表面组织 (细针状马氏体)500X
图15 C15mod. 材料芯部组织 (铁素体+珠光体) 500X
3.2长寿命、低速重载滚针轴承热处理工艺研究
1）轴承钢中残余奥氏体的控制
高碳铬钢经正常淬火后，可含有8%～20%的残余奥氏体（Ar）。轴承零件中的残余Ar有利也有弊，因此固定Ar化条件，利用Ar热稳定化处理工艺，
可获得不同的Ar量。通常采取的措施是进行冷处理和附加回火。GCr15钢的Mf点约-45℃，因此冷处理是淬火的继续，使残余奥氏体向马氏体转变。淬火后在室温停留会引起奥氏体的稳定化，所以淬火后应立即进行冷处理，一般是冷却到-60~70℃。待零件温度回升到室温后应及时回火以防开裂。对于硬度允许较低的精密轴承，可用较高温度回火（180~250℃）代替冷处理。
淬火低温回火后Ar含量对GCr15钢硬度和接触疲劳寿命的影响如图16所示。随着残余Ar含量的增多，硬度和接触疲劳寿命均随之增加，达到峰值后又随之降低，硬度峰值出现在17%左右，而接触疲劳寿命峰值出现在9%左右。当试验载荷小时，残余Ar增多对接触疲劳寿命的影响减小，残余奥氏体量不多时，对强度降低的影响不大，而韧性的作用则比较明显，这是因为载荷较小时，残余Ar发生少量
变形，既消减了应力峰值，又使已变形的残余Ar加工强化和发生应力应变诱发马氏体相变而强化。但如试验载荷大时，残余Ar较大的塑性变形与基体会局部产生应力集中而破裂，从而使寿命降低。如残余Ar状态不稳定，如果自发转变为马氏体，将使钢的韧性急剧降低而脆化。适当的残余奥氏体可提高韧性和裂纹扩展抗力,一定的条件下，工件表层的残余奥氏体还可降低接触应力集中，提高轴承的接触疲劳寿命
图16 GCr15钢淬火Ar量对硬度和接触疲劳寿命的影响（150°C）
2）零件淬、回火后的残留应力
GCr15钢淬火回火可获得隐晶马氏体基体上分布着均匀细小的颗粒状碳化物（7~9%）和少量残余奥氏体（＜10%），淬火硬度为64~66HRC。GCr15钢的淬火加热温度为840℃，该温度下淬火可以得到最高的硬度、冲击韧性和弯曲疲劳强度，同时奥氏体中溶解约0.5~0.6%C、0.8%Cr从而保证钢淬火具有足够的淬透性和淬硬性。未溶碳化物阻止奥氏体晶粒长大，以获得细小的马氏体组织。轴承淬火应避免出现非马氏体组织，在650~250℃（Ms点）温度范围内应快冷，以抑制珠光体和贝氏体转变。在Ms点以下应慢冷，以减少变形。薄壁套圈可采用分级淬火（120~180℃停留2~5min）。轴承零件在120℃以上淬火，零件的变形等会有明显改善，但在高温下淬火油将加速老化，淬火油的更换频次必须相应提高以保证具有足够的冷却能力。
轴承钢淬火后应及时回火（170±5℃， 3-3.5h），以提高组织和尺寸稳定性及提高力学性能。为了尽可能多的消除轴承零件淬火后的内应力，轴承钢零件最好进行2-3次相同工艺的回火。
轴承零件经淬火低温回火后，仍具有较大的内应力。零件中的残留应力有利和弊两种。钢件热处理后的表面残余应力对疲劳强度的影响如图17所示。可以看出，随着表面残留压应力的增大，钢的疲劳强度随之增高，反之表面残留的内应力为拉应力，则使钢的疲劳强度
降低。因此，使轴承零件淬回火后表面留有较大的压应力，也时提高使用寿命的措施之一。
图17 表面残余应力对淬火回火刚疲劳强度的影响
3）改善GCr15钢中碳化物形态及分布提高轴承的使用寿命
改善GCr15钢中碳化物形态及分布有益于延长GCr15钢制轴承的使用寿命2~3倍，此细化工艺我公司正积极创造条件进行试验。
碳化物对使用寿命的影响原因有以下两方面：a）碳分布的均匀程度：虽然马氏体基体平均固溶碳浓度约为0.55%，但这是平均值，在碳化物附近和远处的碳浓度是不一样的。碳化物颗粒粗大时，其浓度差就大，反之，其浓度差就小。如果浓度差很大，碳浓度高处和低处的寿命就低，所以平均寿命当然也就低。b）碳化物的外形：较细小的碳化物的外形较为圆滑，而粗大的碳化物的外形的圆度就差，容易形成较尖锐或凸凹的边缘，在这些位置容易与基体产生应力集中（特别是受到外力作用时）而成为疲劳源，产生裂纹，从而会降低韧性和抗疲劳性，缩短使用寿命。
综上所述，为了避免轴承钢中未溶碳化物的危害，要求未溶碳化物小（尺寸细小）、匀（大小彼此相差很少，而且分布均匀）、圆（每粒碳化物皆呈球形）。
这可通过对原材料加以控制或在淬火前后采用合适的工艺细化碳化物，从而得到理想的碳化物形态与分布。GCr15钢球化退火的目的即为获得铁素体基体上均匀分布着细、小、匀、圆的碳化物颗粒的组织，为以后的冷加工及最终的淬回火作组织准备。GCr15钢常用的球化退火工艺有连续冷却和等温球化退火两种，如图18：
温度℃（ ）时间图钢连续冷却球化退火（和等温球化退火（工艺
温度℃时间（ ）
图18 GCr15连续冷却球化退火(a)和等温球化退火(b)工艺
球化退火的加热温度一般选择在780~800℃，温度过高，碳化物溶解过多，奥氏体成分趋于均匀化，冷却后出现一些粗片状珠光体或粗大聚集的碳化物，使硬度升高；温度过低，原始的片状渗碳体不能完全溶解和团聚，奥氏体成分极不均匀，冷却时碳化物沿着片层析出，形成细小链状碳化物，也使硬度偏高。而冷却速度影响碳化物的弥散度，冷却速度越大，碳化物的弥散度也越大，其硬度也越高。等温球化退火使转变在一个较小的温度范围内进行，有助于碳化物球化转变。因此工艺（a ）获得的碳化物圆整度较差，且大小不均匀，工艺(b)获得的碳化物颗粒细小均匀。
为改善碳化物的质量，近年来国内外开展了碳化物细化工艺的实验研究，将钢加热到1050℃进行固溶处理，然后淬火再经720℃高温回火或780℃退火，可以得到非常细小均匀的碳化物。这一工艺，目前我公司正准备作深入研究。
4）渗碳轴承零件热处理组织结构的控制
轴承零件渗碳热处理中过渡层在总渗层中的比例与寿命的长短一定的对应关系，合适的比例将会较大幅度的提高产品的抗冲击性能和载荷。此比例需要大量的进行工艺及工装试验，对于热处理设备及工艺参数的准确性要求较高，甚至模拟实际运转情况试验并对比。对于不同的轴承及运载情况所需比例有所不同。
对于渗碳类零件需要渗层均匀一致，此有助于零件的稳定使用并延长使用寿命，避免同一零件上渗层或硬度等方面有较大变化，需对零件表面进行必要的清洗，购置专用清洗及洪干设备，使零件表面光洁一致、无油污等杂质附着。
3.3表面处理工艺研究
1）残余应力对产品性能的影响
任何一种金属材料及其零部件的疲劳断裂，其疲劳源绝大多数情况下萌生于表面，因此金属材料/零部件的疲劳断裂抗力首先取决于表面完整性。在其他条件相同的情况下，表面完整性等级越高，材料/零部件的疲劳断裂抗力越高，即疲劳强度越高或疲劳裂纹的扩展速率越低。
表面层残余应力对疲劳强度的影响极大，表面层残余拉应力会导致耐疲劳性显著下降，疲劳损坏往往是由拉应力产生的疲劳裂纹引起的，并且是从表面开始。表面层残余压应力会抵消一部分由交变载荷引起的拉应力，从而提高零件的耐疲劳强度。因此在实际应用中往往通过表面强化处理使零件产生残余压应力，从而有效地提高疲劳强度。
相关资料记载“在20～200℃的范围内，材料/零部件外表面不存在宏观缺陷的情况下，表面完整性中的各项因素对疲劳断裂抗力影响程度（由大到小）的一般排序为：表层的残余应力→表面粗糙度→表层的组织结构→表层的合金元素贫化或外部元素的渗入。”金属材料经过冷、热加工处理后在零部件的表层内存在方向与量值不同的残余应力。表层残余应力对材料/零部件疲劳断裂抗力影响的一般规律是：残余压应力使疲劳断裂抗力增高，残余拉应力使疲劳断裂抗力下降。
影响轴承使用寿命除使用不当之外，一般与轴承的设计、使用的材料、零件的热处理质量和制造精度有关。随着研究的不断深入，除前面所述的基本因素外，对零件工作表面进行特殊处理后同样能起到提升轴承的使用寿命，如通过表面化学镀膜，改善降低零件间的摩擦系数，改善润滑状态；表面物理强化处理以增加工作表面的残余压应力，提高疲劳断裂抗力等。化学处理一方面设施投入大，另一方面对环境也有一定的影响，目前使用不是很广泛，通过物理处理提高表面综合质量当前应用比较广泛
2）磨削加工后零件的应力状态
切削加工中，切削区会有大量的切削热产生，工件表面的温度往往很高，此时金属基体温度较低，表层产生热压应力。切削过程结束后，表层温度下降至与基体温度一致时，因表层已产生热塑性变形，其收缩要受到基体的牵制而产生残余拉应力，里层则产生残余压应力。轴承零件加工中60%是磨削加工，磨削中产生的工件表面的高温，使表面层进入完全塑性状态，工件冷却后表面层金属收缩受到里层金属的牵制，使表面产生残余拉应力。磨削温度越高，热塑性变形越大，
残余拉应力也越大，有时甚至会产生裂纹。有针对性地降低磨削表面的温度，减少由此产生的塑性变形，就能抑制残余拉应力的产生，甚至会产生残余压应力。因此在磨削加工过程中通过合理选择工艺参数并加大冷却能力，有效降低磨削表面的温度，使工件表面产生了100～300MPa的表面残余压应力。要显著提高产品抗疲劳性能，压应力强度还得提升。
3）提高表面残余应力的方法
当前提高表面残余应力的物理方法有：a）表面喷丸形变处理；b）表面滚压形变处理；c）表面碾压处理；d）表面激光处理；e）表面复合强化处理。其中表面喷丸形变处理工艺，既不受材料种类限制，也不受零部件几何形状与尺寸大小的限制，就其强化效果而言也是当前其它常规工艺无可比拟的，同时也比较适合零件的最终处理，几乎不影响零件的几何精度。
影响喷丸质量的主要因素有：1）弹丸材料；2）弹丸规格（或重量）；3）弹丸喷射速度；4）喷丸时间。喷丸处理除了提升零件表面压应力外，在次表面也需存在一定深度压应力分布层，压应力随距表面距离的增加呈递减变化，从而提高轴承抗疲劳和耐磨性能，延长轴承使用寿命。
有文献介绍，喷丸过程中表面压应力随着喷丸强度的增高而逐渐下降，次表面压应力分布层深度随喷丸强度的增高而加深，表面粗糙度Ra值随着喷丸强度的增高而加大。由此可见，既要表面压应力增大，又要此表面压应力分布层深度增加，同时获得好的表面质量（Ra 数值小）的效果，一次喷丸是难以同时满足。根据喷丸强度对压应力和表面质量的影响，可首先完成次表面压应力分布层深度增加的加工，其次完成提高表面压应力和表面质量的加工，实现产品具有高表面压应力和表面质量
4）实例说明
苏州轴承厂有限公司通过抛串工艺使零件表面产生残余压应力的工艺已比较成熟，表面压应力与抛串时间成正比（其它工艺参数不变），数据见表2。并能形成一定深度压应力分布层见图19，从压应力梯度变化分析，次表面的压应力递减趋势太快，与磨加工零件相比已有明显提高，能满足常规工作寿命要求，但不能满足重载条件的使用寿命。公司一款产品（分油泵轴承）在功率加大后产生了早期失效，用户只能采用进口件保证整机质量。
注：“-”表示压应力。
图19 压应力分布梯度变化图
在解决分油泵轴承因功率加大后发生早期失效问题过程中，首先采取了提高零件硬度，但效果不理想，随后设想能否通过增加次表面压应力分布层深度，也就是减缓次表面压应力递减趋势以提升抗疲劳和耐磨性能，满足重载使用工况。从已有文献及自身掌握的数据分析，单纯依靠抛串来增加次表面压应力分布层深度是无法实现，必须通过喷丸强化处理才能实现，但喷丸后表面质量（Rz）满足不了产品要求，影响产品工作过程中油膜的形成，同样不能满足重载使用工况。最后把喷丸强化处理与抛串技术联合使用，喷丸强化处理主要解决增加次表面压应力分布层深度，抛串处理解决改善表面质量（Rz），同时进一步提高表面压应力，解决了分油泵轴承因功率加大后发生早期失效的问题。改进处理后的零件压应力分布层梯度变化见图20。
图20 零件压应力分布梯度变化图
5）研究方向
虽然解决了重载工况下的早期失效问题，但通过对国外产品的测试发现，应力分层梯度变化仍然快于国外产品，同时我们在试验时发现零件在喷丸过程中存在变形等不稳定因素，说明我们设备的喷丸区域及喷丸综合强度与国外存在差距，设备需进一步改造完善。
为了研究喷丸区域、弹丸材料、弹丸规格和形状、弹丸喷射速度、喷丸时间对喷丸后零件应力分布梯度的影响，以便改进完善设备，我们在试验室进行了原理模拟试验，初步试验数据不低于国外产品水平，数据见图21。
图21 压应力梯度变化对比
从曲线图可看出，两试验件的应力分布梯度变化曲线在0～0.07mm区间内多位于进口件分布曲线之上，在距表面0～0.03mm 区域内的压应力递减甚至好于进口件，反映到产品上就是在距表面0～0.03mm 区域内抗耐磨性能优于进口产品，在距表面0.07mm处的压应力与进口件相当，试验件压应力分布梯度总体深度与进口件相当（以0.07深度考核）。目前数据仅是试验室数据，而且采集的数据样本数少，有待进一步研究与探索，而且从试验室转化到正常生产还存在不确定因素，会有很多实际问题出现，需要进一步研究压应力形成的机理，。
另一方面，通过对产品压应力分布的检测后，需要进一步对各种不同压应力分布的产品进行寿命试验验证，寻找最佳应力状态与轴承使用寿命的匹配关系，提高试验验证能力和数据分析能力，提高滚针轴承的使用寿命。
b)冲压外圈整体淬火工艺
自我司在1958年制造生产出第一套冲压外圈滚针轴承之后,发展至今已有多种结构形式,以HK系列产品为例，如图33所示，是
由冲压外圈(01)，保持架(07)，滚针(04)组成。由于冲压外圈是薄壁轴承,且內复圆(Fw) 及滚针尺寸小的缘故，不能采用像实体类滚针轴承的内装针方式，因此使得冲压外圈只能采取常规工艺,其加
工工艺流程见图34:
然后再将配套的保持架、滚针装入冲压外圈,最后在进行滚边工序，则完成一个产品的基本加工工序。冲压外圈的这种工艺有以下几点不足：
1.冲压外圈由于口部是直边，在热处理后口部变形大，造成冲压外圈椭圆。压入座圈后，冲压外圈不能完全复原，影响产品使用性能。
2.在冲压外圈热处理之后，口部必须高频退火软化处理，方能完成装配后的滚边工序。但高频退火处理，会使冲压外圈滚道硬度产生梯度变化，缩短了滚道
的有效长度，影响了产品使
用寿命。而且，此工艺高频退
火质量不稳定，时有滚边开裂现象发生。
图33 HK系列产品结构图
图34 HK系列产品外圈工艺流程图
为了解决这种工艺存在滚道硬度产生梯度变化问题，提高轴承的整体寿命。我公司近年来积极研究国际最新的工艺方法，采用热处理前的冲压外圈、保持架和已热处理后的滚针一起组装后再进行整体热处理，解决了由于高频退火形成的两端硬度差，也避免了在使用过程中因翻边面硬度偏低导致的挡边磨损等缺陷。使整个冲压外圈硬度一致，也改善了由于壁薄壁引起的变形，能大大提高轴承的旋转精度和延长轴承使用寿命。其工艺流程见图35：
图35 HK系列产品整体淬火工艺流程图
金属热处理原理及工艺总结 整理版(精编文档).doc
【最新整理，下载后即可编辑】 5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？ 答：如果金属中无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻，降低金属的抗腐蚀性能。 6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？ 答：因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？ 答：①冷却速度越大，则过冷度也越大。②随着冷却速度的增大，则晶体内形核率和长大速度都加快，加速结晶过程的进行，但当冷速达到一定值以后则结晶过程将减慢，因为这时原子的扩散能力减弱。③过冷度增大，ΔF大，结晶驱动力大，形核率和长大速度都大，且N的增加比G增加得快，提高了N与G的比值，晶粒变细，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？答：①金属结晶的基本规律是形核和核长大。②受到过冷度的影响，随着过冷度的增大，晶核的形成率和成长率都增大，但形成率的增长比成长率的增长快；同时外来难熔杂质以及振动和搅拌的方法也会增大形核率。 9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？答：①采用的方法：变质处理，钢模铸造以及在砂模中加冷铁以加快冷却速度的方法来控制晶粒大小。②变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒。③机械振动、搅拌。 第二章金属的塑性变形与再结晶 2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？ 答：①随着变形的增加，晶粒逐渐被拉长，直至破碎，这样使各晶粒都破碎成细碎的亚晶粒，变形愈大，晶粒破碎的程度愈大，这样使位错密度显著增加；同时细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。因此，随着变形量的增加，由于晶粒破碎和位错密度的增加，金属的塑性变形抗力将迅速增大，即强度和
铝及铝合金热处理工艺
1. 铝及铝合金热处理工艺 1.1 铝及铝合金热处理的作用 将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。 1.2 铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理 1.2.1 铝及铝合金热处理的分类（见图1） 图1 铝及铝合金热处理分类 1.2.2 铝及铝合金热处理基本作用原理 (1) 退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。 ①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。 ②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性， 消除材料内
部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。 ③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。 (2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。 ①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。 ②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。 (3)时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。 自然时效：有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效。 人工时效：有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。 人工时效可分为欠时效和过时效。 ①欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。 ②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温较长的时间状态下进行的时效。 ③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个阶段进行。 可分为二阶段、三阶段时效
铝合金及热处理
铝合金的热处理 铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件 铸造铝合金的金相组织比变形铝合金的金相组织粗大，因而在热处理时也有所不同。前者保温时间长，一般都在2h以上，而后者保温时间短，只要几十分钟。因为金属型铸件、低压铸造件、差压铸造件是在比较大的冷却速度和压力下结晶凝固的，其结晶组织比石膏型、砂型铸造的铸件细很多，故其在热处理时的保温也短很多。铸造铝合金与变形铝合金的另一不同点是壁厚不均匀，有异形面或内通道等复杂结构外形，为保证热处理时不变形或开裂，有时还要设计专用夹具予以保护，并且淬火介质的温度也比变形铝合金高，故一般多采用人工时效来缩短热处理周期和提高铸件的性能。 一、热处理的目的 铝合金铸件热处理的目的是提高力学性能和耐腐蚀性能，稳定尺寸，改善切削加工和焊接等加工性能。因为许多铸态铝合金的机械性能不能满足使用要求，除Al-Si系的ZL102，Al-Mg系的ZL302和Al-Zn系的ZL401合金外，其余的铸造铝合金都要通过热处理来进一步提高铸件的机械性能和其它使用性能，具体有以下几个方面：1）消除由于铸件结构（如璧厚不均匀、转接处厚大）等原因使铸件在结晶凝固时因冷却速度不均匀所造成的内应力；2）提高合金的机械强度和硬度，改善金相组织，保证合金有一定的塑性和切削加工性能、焊接性能；3）稳定铸件的组织和尺寸，防止和消除高温相变而使体积发生变化；4）消除晶间和成分偏析，使组织均匀化。
二、热处理方法1、退火处理 退火处理的作用是消除铸件的铸造应力和机械加工引起的内应力，稳定加工件的外形和尺寸，并使Al-Si系合金的部分Si结晶球状化，改善合金的塑性。其工艺是：将铝合金铸件加热到280-300℃，保温2-3h，随炉冷却到室温，使固溶体慢慢发生分解，析出的第二质点聚集，从而消除铸件的内应力，达到稳定尺寸、提高塑性、减少变形、翘曲的目的。 2、淬火 淬火是把铝合金铸件加热到较高的温度（一般在接近于共晶体的熔点，多在500℃以上），保温2h以上，使合金内的可溶相充分溶解。然后，急速淬入60-100℃的水中，使铸件急冷，使强化组元在合金中得到最大限度的溶解并固定保存到室温。这种过程叫做淬火，也叫固溶处理或冷处理。 3、时效处理 时效处理，又称低温回火，是把经过淬火的铝合金铸件加热到某个温度，保温一定时间出炉空冷直至室温，使过饱和的固溶体分解，让合金基体组织稳定的工艺过程。 合金在时效处理过程中，随温度的上升和时间的延长，约经过过饱和固溶体点阵内原子的重新组合，生成溶质原子富集区（称为G-PⅠ区）和G-PⅠ区消失，第二相原子按一定规律偏聚并生成G-PⅡ区，之后生成亚稳定的第二相（过渡相），大量的G-PⅡ区和少量的亚稳定相结合以及亚稳定相转变为稳定相、第二相质点聚集几个阶段。 时效处理又分为自然时效和人工时效两大类。自然时效是指时效强化在室温下进行的时效。人工时效又分为不完全人工时效、完全人工时效、过时效3
热处理工艺
热处理工艺 摘要：现代机器制造对金属材料的性能不断提出更高的要求，如果完全依赖原材料的原始性能来满足这些要求，常常是不经济的，甚至是不可能的。热处理可提高零件的强度、硬度、韧性、弹性，同时，还可改善毛胚或原材料切削性能，使之易于加工。可见，热处理是改善原材料或毛胚的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘材料潜力不可缺少的工艺方法。热处理在机械制造业中的应用极其广泛。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。 Modern machine manufacturing of metal material performance continuously put forward higher requirements, if totally dependent on the raw performance of the raw materials to meet these requirements, often not economical, even is impossible. Heat treatment can improve the strength, hardness, toughness and elasticity of the parts, and it also can improve the cutting performance of hair germ or raw material, so it is easy to be processed. Heat treatment is an essential method to improve the processing performance of raw materials or hair germ, guarantee the product quality, extend the service life and excavate the potential of material. Heat treatment in the mechanical manufacturing industry is very extensive. Iron and steel is the most widely used material in mechanical industry. The microstructure of steel is controlled by heat treatment, so the heat treatment is the main content of metal heat treatment. 关键词：热处理退火正火淬火回火温度 Heat treatment ，Annealing ，Normalizing ，Quenching ，Tempering ，Temperature 正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调制。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，
第四章 有色金属热处理原理与工艺
第四章有色金属热处理原理与工艺 一、概述 热处理是有色加工的重要组成部分 有色金属材料：黑色金属以外的所有金属及其合金。 分类：轻有色、重有色、稀有色、贵金属 作用：改善工艺性能，保证后续工序顺利进行；提高使用性能，充分发挥材料潜力。 类型：退火、淬火、时效、形变热处理 退火：加热到适当温度，保温一定时间，缓慢速度冷却。 有色中的退火：去应力退火、再结晶退火、均匀化退火 二、均匀化退火 对象：铸锭、铸件—→浇铸冷速大，造成成分偏析以及内应力 目的：提高铸件的性能，消除内应力，稳定尺寸与组织，消除偏析枝晶，改善性能。 非平衡铸态组织特征：晶内偏析or枝晶偏析；伪共晶or离异共晶；非平衡第二相；最大固溶度偏移。非平衡组织对性能的影响：枝晶偏析&非平衡脆性相—→塑性↓； 晶内偏析、浓度差微电池—→耐腐蚀性↓； 粗大的枝晶和严重的偏析—→各向异性&晶间断裂倾向↑； 非平衡针状组织—→性能不稳定。 固相线以下100~200℃长时间保温—→也称为扩散退火 组织变化：获得均匀的单相、晶粒长大、过饱和固溶体的分解、第二相聚集与球化 性能变化：塑性↑、改善冷变形的工艺性能、耐蚀性↑、尺寸形状稳定、消除残余应力 缺点：加热温度高，时间长，耗时耗能；高温长时间出现变形、氧化以及吸气缺陷；产品强度下降。制定均匀化推过规程的原则： （1）加热温度：温度越高，原子扩散越快，均匀化过程越快，但不宜过高，易发生过烧。一般为 0.90~0.95T m ①高温均匀化退火：在非平衡相线温度以上但在平衡固相线温度以下进行均匀化退火。 适用：大截面工件or铝合金 ②分级加热均匀化退火：现在低于非平衡固相线温度加热，待非平衡相部分溶解及固溶体 内成分不均匀部分降低，从而非平衡固相线温度升高后，再加热 至更高温度保温，在此温度下完成均匀化退火过程。 目的：均匀化更迅速、更彻底，且避免过烧 适用：镁合金 （2）保温时间：包括非平衡相溶解及消除晶内偏析所需的时间 取决于退火温度：T↑，D↑，时间↓； 铸锭原始组织特征：合金化程度、第二相分散度、尺寸 铸锭的致密程度 （3）加热速度与冷却速度 原则：铸锭不产生裂纹和大的变形，不能过快or过慢 主要采用均匀化退火的合金：Al合金、Mg合金、Cu合金中的锡磷青铜、白铜
铝合金热处理工艺
铝合金热处理工艺 铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定的速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。 硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G?P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P（Ⅰ）区。G?P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化－形成G?P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时
17-4 热处理工艺
标准：GB/T 1220-1992 ●特性及应用： 0Cr17Ni4Cu4Nb是由铜、铌/钶构成的沉淀、硬化、马氏体不锈钢。0Cr17Ni4Cu4Nb有较高的强度、耐蚀性、抗氧化性，0Cr17Ni4Cu4Nb这个等级具有高强度、硬度(高达300℃/572℉)和抗腐蚀等特性。经过热处理后，产品的机械性能更加完善，可以达到高达1100-1300MPa(160-190 ksi) 的耐压强度。这个等级不能用于高于300℃(572℉) 或非常低的温度下，它对大气及稀释酸或盐都具有良好的抗腐蚀能力，它的抗腐蚀能力与304和430一样。 ●应用领域: 1.海上平台、直升机甲板、其他平台 2.食品工业 3.纸浆及造纸业 4.航天(涡轮机叶片) 5.机械部件 6.核废物桶 ●化学成分： 0Cr17Ni4Cu4Nb化学成分： C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Nb 其他 ≤0.07 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.035 ≤0.030 3.00-5.00 15.5-17.5 - 3.00-5.00 0.15-0.45 - 美国ASTMS17400，AISI630,UNS630化学成分 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Nb 其他 ≤0.07 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.030 3.00-5.00 15.5-17.5 - 3.00-5.00 0.15-0.45 - 日本SUS630化学成分 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Nb+Tao 其他 ≤0.07 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.030 3.00-5.00 15.5-17.5 - 3.00-5.00 0.15-0.45 - 欧洲X5CrNiCuNb16-4化学成分 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Nb+Tao 其他 ≤0.07 ≤1.00 ≤1.00 ≤0.040 ≤0.030 3.00-5.00 15.5-17.5 - 3.00-5.00 0.15-0.45 - ●力学性能： 抗拉强度σb (MPa)：480℃时效,≥1310; 550℃时效,≥1060; 580℃时效,≥1000; 620℃时效,≥930 条件屈服强度σ0.2 (MPa)：480℃时效,≥1180;550℃时效,≥1000;580℃时效,≥865;620℃时效,≥725 伸长率δ5 (％)：480℃时效,≥10;550℃时效,≥12;580℃时效,≥13;620℃时效,≥16 断面收缩率ψ (％)：480℃时效,≥40;550℃时效,≥45;580℃时效,≥45;620℃时效,≥50 硬度：固溶,≤363HB和≤38HRC;480℃时效,≥375HB和≥40HRC; 550℃时效,≥331HB和≥35HRC;580℃时效,≥302HB和≥31HRC;620℃时效,≥277HB和 ≥28HRC ●热处理规范及金相组织： 热处理规范：1)固溶1020～1060℃快冷;2)480℃时效,经固溶处理后,470～490℃空冷; 3)550℃时效,经固溶处理后,540～560℃空冷; 4)580℃时效,经固溶处理 后,570～590℃空冷;5)620℃时效,经固溶处理后,610～630℃空冷。 金相组织：组织特征为沉淀硬化型。 ●交货状态：一般以热处理状态交货，其热处理种类在合同中注明；未注明者，按不热处理状态交货。
热处理工艺规范(最新)
华尔泰经贸有限公司铸钢件产品热处理艺规范 随着铸造件产品种类增多，对外业务增大，方便更好的管理铸造件产品，特制定本规定，要求各部门严格按照规定执行。 1目的： 为确保铸钢产品的热处理质量，使其达到国家标准规定的力学性能指标，以满足顾客的使用要求，特制定本热处理工艺规范。 2范围 3术语 经保温一段时间后， 经保温一段时间后， 3.3淬火：指将铸钢产品加热到规定的温度范围，经保温一段时间后， 快速冷却的操作工艺。 3.4回火：指将淬火后的铸钢产品加热到规定的温度范围，经保温一 段时间后出炉，冷却到室温的操作工艺。 3.5调质：淬火＋回火 4 职责
4.1热处理操作工艺由公司技术部门负责制订。 4.2热处理操作工艺由生产部门负责实施。 4.3热处理操作者负责教填写热处理记录，并将自动记录曲线转换到 热处理记录上。 4.4检验员负责热处理试样的力学性能检测工作，负责力学性能检测 结论的记录以及其它待检试样的管理。 5 工作程序 5.1 错位炉底板应将其复位后再装， 5.2 对特别 淬铸件应控制入水时间，水池应有足够水量，以保证淬火质量。 5.5作业计划应填写同炉热处理铸件产品的材质、名称、规格、数量、 时间等要素，热处理园盘记录纸可多次使用，但每处理一次都必须与热处理工艺卡上的记录曲线保持一致。 6 不合格品的处置 6.1热处理试样检验不合格，应及时通知相关部门。
6.2技术部门负责对不合格品的处置。 7 附表 7.1碳钢及低合金钢铸件正火、退火加热温度表7.2碳钢及低合金钢铸件退火工艺 7.3铸钢件直接调质工艺 7.4铸钢件经预备热处理后的调质工艺 7.5低合金铸钢件正火、回火工艺
铝及铝合金热处理工艺
铝及铝合金热处理工艺
1. 铝及铝合金热处理工艺 1.1 铝及铝合金热处理的作用 将铝及铝合金材料加热到一定的温度并保温一定时间以获得预期的产品组织和性能。 1.2 铝及铝合金热处理的主要方法及其基本作用原理 1.2.1 铝及铝合金热处理的分类（见图1） 图1 铝及铝合金热处理分类 1.2.2 铝及铝合金热处理基本作用原理 (1) 退火：产品加热到一定温度并保温到一定时间后以一定的冷却速度冷却到室温。通过原子扩散、迁移，使之组织更加均匀、稳定、，内应力消除，可大大提高材料的塑性，但强度会降低。 ①铸锭均匀化退火：在高温下长期保温，然后以一定速度（高、中、低、慢）冷却，使铸锭化学成分、组织与性能均匀化，可提高材料塑性20%左右，降低挤压力20%左右，提高挤压速度15%左右，同时使材料表面处理质量提高。 铝及铝合金热处理 回归 均匀化退火 退火 成品退火 中间退火 过时效 欠时效 自然时效 人工时效 多级时效 时效 固溶淬火 离线淬火 在线淬火 一次淬火 阶段淬火 立式淬火 卧式淬火
②中间退火：又称局部退火或工序间退火，是为了提高材料的塑性，消除材料 内部加工应力，在较低的温度下保温较短的时间，以利于续继加工或获得某种性能的组合。 ③完全退火：又称成品退火，是在较高温度下，保温一定时间，以获得完全再 结晶状态下的软化组织，具有最好的塑性和较低的强度。 (2)固溶淬火处理：将可热处理强化的铝合金材料加热到较高的温度并保持一定 的时间，使材料中的第二相或其它可溶成分充分溶解到铝基体中，形成过饱和固溶体，然后以快冷的方法将这种过饱和固溶体保持到室温，它是一种不稳定的状态，因处于高能位状态，溶质原子随时有析出的可能。但此时材料塑性较高，可进行冷加工或矫直工序。 ①在线淬火：对于一些淬火敏感性不高的合金材料，可利用挤压时高温进行固 溶，然后用空冷（T5）或用水雾冷却（T6）进行淬火以获得一定的组织和性能。 ②离线淬火：对于一些淬火敏感性高的合金材料必须在专门的热处理炉中重新 加热到较高的温度并保温一定时间，然后以不大于15秒的转移时间淬入水中或油中，以获得一定的组织和性能，根据设备不同可分为盐浴淬火、空气淬火、立式淬火、卧式淬火。 (3)时效：经固溶淬火后的材料，在室温或较高温度下保持一段时间，不稳定的 过饱和固溶体会进行分解，第二相粒子会从过饱和固溶体中析出（或沉淀），分布在α（AL）铝晶粒周边，从而产生强化作用称之为析出（沉淀）强化。自然时效：有的合金（如2024等）可在室温下产生析出强化作用，叫做自然时效。人工时效：有些合金（如7075等）在室温下析出了强化不明显，而在较高温度下的析出强化效果明显，称为人工时效。 人工时效可分为欠时效和过时效。 ①欠时效：为了获得某种性能，控制较低的时效温度和保持较短的时效时间。 ②过时效：为了获得某些特殊性能和较好的综合性能，在较高的温度下或保温 较长的时间状态下进行的时效。 ③多级时效：为了获得某些特殊性能和良好的综合性能，将时效过程分为几个 阶段进行。
热处理工艺的特点
热处理工艺的特点 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 热处理的发展史 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 1850～1880年，对于应用各种气体（诸如氢气、煤气、一氧化碳等）进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
热处理工艺规程
浙江 X X 重型锻造有限公司 热处理中心 文件名称：热处理工艺规程 文件编号：HT/GC-01-A 制定：日期：2010.9.10 审核：日期：2010.9.12 批准：日期：2010.9.15 版次：A/0 共12页受控号：生效日期：2010.9.15
热处理工艺规程 1.0热处理工艺规范 1.1退火及其目的 把钢加热到其一适当温度并保温，然后缓慢冷却的热处理方法，称为退火。根据退火的目的和工艺特点，可分为去应力退火，再结晶退火、完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和均匀化退火等。 退火的目的主要有以下几点： （1）降低硬度，改善切削加工性能。 （2）细化晶粒，改善钢中碳化物的形态和分布，为最终热处理做好组织准备。 （3）消除内应力，消除由于塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力以及铸件内残留的内应力，以减小变形和防止开裂。 （4）使碳化物球状化．降低硬度。 （5）改善或消除钢在铸造、锻造和焊接过程中形成的各种组织缺陷，防止产生白点。 在大多数情况下，退火一般为预备热处理，通常安排在铸造或锻造之后．粗加工之前，目的是为了降低硬度．改善切削加工性能，细化组织，为最终热处理做组织准备。对于一些要求不很高的工件，退火也可作为最终热处理。消除内应力退火往往在铸造、焊接、压力加工或粗加工之后。 1.2均匀化退火 （1）定义： 均匀化退火也称扩散退火，是把钢加热到远高于Ac3或Acm的温度，经长时间保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。 （2）目的： 是使钢的成分均匀化，消除成分偏析。在高温下，钢中原子具有大的活动能量，有利于原子进行充分的扩散，从而消除成分偏析及组织的不均匀性。以减轻钢在热加工时产生脆裂的倾向和消除铸钢件内应力，并提高其力学性能。 （3）范围： 适用于铸钢件及具有成份偏析的锻轧件。 （4）工艺： 加热温度为Ac3+150～200℃，保温时间为10～20h ,随炉缓冷至350 ℃以下出炉。由于退火的加热温度很高，保温时间又长，很容易引起晶粒长大，需在退火后进行细化晶粒的处理，如进行压力加工使晶粒碎化，或通过完全退火、正火使晶较细化。 1.3再结晶退火 （1）目的： A、消除加工硬化，降低硬度。 B、消除冷塑性变形后的内应力。 （2）范围： 主要用于冷变形加工的工件。如工件经冷冲压或拉伸后，为降低硬度，便于继续进行冷变形加工，均需进行再结晶退火，也称工序间退火。对于某些冷变形加工零件，为消除加工硬化及内应力，再结晶退火也可作为最终热处理。 （3）工艺： 再结晶退火温度 Ac1－50～150℃。碳钢的再结晶退火温度一般为600～700℃。由于再结晶温度与钢的化学成分及冷塑性变形量有关，因此应根据具体情况确定。温度太高，晶粒会明显长大；温度过低，再结晶过程不能完全进行，晶粒大小不均匀。保温后空冷。 1.4去应力退火 （1）定义：
金属热处理原理与工艺复习提纲精选版
金属热处理原理与工艺 复习提纲 Document serial number【KKGB-LBS98YT-BS8CB-BSUT-BST108】
一、名词解释 1.正火：把零件加热到临界温度以上30-50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却的热处理工艺。 2.退火：将钢加热、保温后，随炉冷却后，获得接近平衡状态组织的热处理工艺。 3.回火：将淬火钢重新加热到A1线以下某一温度，保温一定时间后再冷却到室温的热处理工艺。 4.淬火：将钢加热到AC1或AC3以上某一温度，保温一定时间，以大于临界冷却速度进行快速冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。 5.淬硬性：钢淬火后的硬化能力。 6.淬透性：钢淬火时获得马氏体的能力。 7.贝氏体：过冷奥氏体中温转变的产物。 8.马氏体：C原子溶入 -Fe形成的饱和间隙固溶体。 9.贝氏体转变：奥氏体中温转变得到贝氏体的过程。 10.马氏体转变：将奥氏体快速冷却到Ms点以下得到马氏体组织的过程。 11.脱溶：从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)、形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。 12.固溶：将双相组织加热到固溶度线以上某一温度保温足够时间，获得均匀的单相固溶体的处理工艺。 13.固溶强化：当溶质原子溶入溶剂原子而形成固溶体时，使强度、硬度提高，塑性、韧性下降的现象。 14.渗碳：向钢的表面渗入碳原子的过程。
15.渗氮：向钢的表面渗入氮原子的过程。 16.化学热处理：将零件放在特定的介质中加热、保温，以改变其表层化学成分和组织，从而获得所需力学或化学性能的工艺总称。 17.表面淬火:在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。 二、简答题 1.材料的强韧化机制及其应用 答：固溶强化； 位错强化； 第二相强化； ④细晶强化。 2.相变应力/组织应力是什么对组织性能有什么影响 3. 答：组织应力又称相变应力：金属制品在加热和冷却时发生相变，由于新旧相之间存在着结构和比容差异，制品各部分又难以同时发生相变，或者各部分的相变产物有所不同，也会引起应力，这种因组织结构转变不均均而产生的应力称为组织应力。 热应力：金属制品在加热和冷却过程中，由于各部分加热速度或冷却速度不同造成制品各部分温度差异，从而热胀冷缩不均匀所引起的内应力。4.奥氏体化的形成及控制（形成过程、机理、及控制措施）其中包含的化学反应有哪些？ 答：奥氏体：C溶于γ–Fe的八面体间隙形成间隙式固溶体
铝合金热处理工艺
铝合金热处理工艺 作者:中国铝板带箔信息中心日期:2006-12-16 点击数:284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间(如4,6昼夜后)，强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围(如100,200?)内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的
数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度,温度关系，可用铝铜系的Al,4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3,1铝铜系富铝部分的二元相图，在548?进行共晶转变L?α，θ(Al2Cu)。铜在α相中的极限溶解度5.65,(548?)，随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05,。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程: 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区,G?P(?)区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G?P(?)区。G?P(?)区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G?P区有序化,形成G?P(?)区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G?P(?)区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G?P(?)区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G?P(?)区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G?P(?)区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1:2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基
常用变形铝合金退火热处理工艺规范标准
常用变形铝合金退火热处理工艺规 1 主题容与适用围 本规规定了公司变形铝合金零件退火热处理的设备、种类、准备工作、工艺控制、技术要求、质量检验、技术安全。 2 引用文件 GJB1694变形铝合金热处理规 YST 591-2006变形铝及铝合金热处理规 《热处理手册》91版 3 概念、种类 3.1 概念：将变形铝合金材料放在一定的介质加热、保温、冷却，通过改变材料表面或部晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 3.2 种类 车间铝合金零件热处理种类：去应力退火、不完全退火、完全退火、时效处理。 4 准备工作 4.1 检查设备、仪表是否正常，接地是否良好，并应事先将炉膛清理干净； 4.2 抽检零件的加工余量，其数值应大于允许的变形量； 4.3工艺文件及工装夹具齐全，选择好合适的工夹具，并考虑好装炉、出炉的方法； 4.4 核对材料与图样是否相符，了解零件的技术要求和工艺规定； 4.5在零件的尖角、锐边、孔眼等易开裂的部位，应采用防护措施，如包扎铁皮、石棉绳、堵塞螺钉等； 5 一般要求 5.1 人员： 热处理操作工及相关检验人员必须经过专业知识考核和操作培训，成绩合格后持证上岗5.2 设备 5.2.1 设备应按标准规要求进行检查和鉴定，并挂有合格标记，各类加热炉的指示记录的仪表刻度应能正确的反映出温度波动围； 5.2.2 热电温度测定仪表的读数总偏差不应超过如下指标： 当给定温度t≤400℃时，温度总偏差为±5℃； 当给定温度t＞400℃时，温度总偏差为±(t/10)℃。 5.2.3 加热炉的热电偶和仪表选配、温度测量、检测周期及炉温均匀性均应符合QJ 1428的Ⅲ类及Ⅲ类以上炉的规定。 5.3 装炉 5.3.1 装炉量一般以装炉零件体积计算，每炉零件装炉的有效体积不超过炉体积一半为准。 5.3.2 零件装炉时，必须轻拿轻放，防止零件划伤及变形。 5.3.3堆放要求： a.厚板零件允许结合零件结构特点，允许装箱入炉进行热处理，叠放时允许点及较少的线接触，避免面接触，叠放间隙不小于10mm. b.厚度t≤3mm的板料以夹板装夹，叠放厚度≤25mm，零件及夹板面无污垢、凸点，零件间、零件与夹板间应垫一层雪花纸，以防止零件夹伤。 5.3.4 装炉后需检查零件与电热原件，确定无接触时，方可送电升温，在操作过程中，不得随意打开炉门； 5.3.5 加热速度：变形铝合金退火的加热速度约13℃～15℃/秒，例如加热到410℃设定时间为0.5小时。
铝合金热处理工艺
铝合金热处理工艺 作者：中国铝板带箔信息中心日期：2006-12-16 点击数：284 3.1铝合金热处理原理 铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点 众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理 铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。 铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。 硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。 沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。 在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区 在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。3.1.2.2 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区 随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。