第一篇：冷沖模材料與熱處理

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冷沖模材料與熱處理

冷沖模,冷作模工作零件常用材料及熱處理

模具類型

常用材料

熱處理

硬度（HRC）

凹模

凸模

沖裁模

形狀簡單、沖裁板料厚度＜3mm

T8A、T10A、9Mn2V、Cr6WV、GCr15、45#喜

淬火、回火

58~62

58~62

形狀復(fù)雜、沖裁板料厚度＞3mm，要求耐磨性高

CrWMn、9SiCr、Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV

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D2

淬火、回火

58~62

58~62 彎曲模

一般彎曲模

T8A、T10A

淬火、回火

54~58

56~60

要求耐磨性高、形狀復(fù)雜、生產(chǎn)批量大的彎曲模

CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1

淬火、回火

58~62

58~62

熱彎曲模

5CrNiMo、5CrMnMo H13、3Cr2W8V

淬火、回火

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48~52

48~52 拉伸模

一般拉伸模

T8A、T10A、GCr15

淬火、回火

55~58

55~58

要求耐磨性高、生產(chǎn)批量大的拉伸模

Cr12、Cr12MoV、YG8、YG15、D2

冷作模

緊固件行業(yè)冷作模具主要完成金屬或非金屬材料的沖裁、彎曲、拉深、鐓鍛、擠壓等工序，制作成各種螺栓、螺釘、螺母、墊片、銷、鉚釘?shù)取Ｓ捎诩虞d形式和被加工材料力學(xué)性能不同，各種模具的工作條件差別很大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作條件最為惡劣的是鐓鍛模、擠壓模，其次是厚板小孔沖裁模。

2.冷作模具的失效

鐓鍛模、擠壓模主要用于螺栓、螺母、異型件的制造。它用于金屬體積成形。成形模具所受的載荷輕重根據(jù)工作形狀、尺寸、變形量

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以及變形材料的力學(xué)性能的不同而不同。

在生產(chǎn)中由于變形金屬在模具型腔中劇烈流動產(chǎn)生嚴(yán)重摩擦，致使模具表面溫度瞬時達(dá)到 400 ℃，要求這類模具型腔能承受較大壓力、張力和摩擦力，不開裂，不變形，不磨損。

對于沖裁模，它要求刃口在板料沖裁（錐墊、帶齒墊片等）過程中保持鋒利與完整，不崩刃、不變形、耐磨損，沖頭尤其具有高的強(qiáng)韌性和耐磨性。

在生產(chǎn)中常見模具失效形式有以下幾類：

(1)斷裂失效 模具在使用中突然出現(xiàn)大裂紋或發(fā)生破損而失效。如沖裁模崩刃，冷擠壓模和冷鐓模的沖頭斷裂，凹模破裂。在冷鐓模、冷擠壓模工作時，由于成形力大，在金屬變形過程中模具表面的瞬時溫度很高，造成溫度循環(huán)，也加速疲勞裂紋產(chǎn)生。

(2)變形失效 如凸模鐓粗、彎曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔脹大等。

(3)磨損失效 如厚板沖裁模刃口、冷鐓冷擠模型腔尺寸超差。

3.材料選擇及熱處理

選擇模具材料首先要了解模具鋼的材質(zhì)成分、性能，模具的使用條件以及模具失效形式，針對性地選材。

3.1 沖裁模

沖裁模刃口承受的剪切力大，摩擦發(fā)熱嚴(yán)重，易磨損。凸模易產(chǎn)生崩刃、折斷等。對于批量較大的厚板沖裁模可選用 W18Cr4V 鋼 W6Mo5Cr4V2 鋼制作凸模，用 Cr12MoV 鋼制作凹模，這類鋼耐磨性

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抗壓強(qiáng)度較好，基本能滿足使用要求，但韌性較低、碳化物分布不均勻，使模具易斷裂及崩刃，模具壽命也不理想。目前，緊固件企業(yè)多數(shù)使用了基體鋼（LD、65Nb 等），低合金高強(qiáng)度鋼（GD），降碳高速鋼（6W6Mo5Cr4V），火焰淬火鋼（7CrSiMnMoN）等。

基體鋼由于有較高的強(qiáng)韌性，克服了 Cr12MoV 鋼脆斷傾向，使沖裁模壽命顯著提高。

表 1 新舊模具材料壽命對照表

鋼號

被加工材料

模具硬度／ HRC

平均壽命／件

壽命提高（倍）

Cr12MoV

Q235

t ＝ 2.1 ～ 2.4mm

～ 62

14000 ～ 16000

――

65Nb

～ 59

35000 ～ 70000

2.5 ～ 4.3 CD

65Mn

t ＝ 1.8 ～ 2.1mm

～ 60

47000 ～ 88000

3.3 ～ 5.5 LD ＃鋼

t ＝ 2.6 ～ 3.5mm

～ 62

22000 ～ 46000

1.5 ～ 2.8

3.2 冷鐓模

冷鐓模工作時，凸模必須承受強(qiáng)烈的沖擊力，其最大壓應(yīng)力可達(dá)

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到 2500N/mm2, 一般低合金工具鋼是不能承受的，必須采用高強(qiáng)韌性合金工具鋼和硬質(zhì)合金制造。

對于冷鐓六角螺栓，六角螺母冷作模具，應(yīng)采用高強(qiáng)韌、高耐磨性模具鋼 65Nb，LD，GM，LM，6W6Mo5Cr4V 鋼。這類鋼強(qiáng)韌很高，耐磨性稍次。如在冷鐓模表面實施強(qiáng)化處理，如 PVD 物理氣相氮化鈦涂層，氣體氮碳共滲、液體氮碳共滲、硼――碳復(fù)合滲等，就可明顯提高冷作模具耐磨性。

硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的復(fù)合材料，其硬度很高、耐磨性好，用于制作冷鐓模具，其使用壽命可提高數(shù)倍和數(shù)百倍。如六角螺栓冷鐓模芯、縮徑模套壽命可達(dá) 20 萬～ 50 萬件，但其較脆，韌性較差，且不能進(jìn)行車、銑，只宜磨削加工。

常用牌號 YG20、YG15。

表 2 硬質(zhì)合金的化學(xué)成分

牌號

組成（％）

性能

WC

CO

硬度 HRC

抗彎強(qiáng)度／ Mpa

抗壓強(qiáng)度／ Mpa

YG15

86~88

1800 ～ 2200

3900 YG20

83~86

2000 ～ 2600

3400 YG25

～ 84

1800 ～ 2700

3200

鋼結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金是以碳化物為硬質(zhì)相、鋼作粘結(jié)相形成的復(fù)合材料，鋼結(jié)硬質(zhì)合金有良好的耐磨性，其強(qiáng)度和韌性高于硬質(zhì)合金，并

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可進(jìn)行機(jī)械加工和熱處理，在冷作模具中得到廣泛應(yīng)用，主要以碳化鎢鋼結(jié)硬質(zhì)合金為主（簡稱 DT 合金），其性能見表 3。

表 3 鋼結(jié)硬質(zhì)合金性能比較

合金牌號

硬質(zhì)相種類

硬度 HRC

抗彎強(qiáng)度 /MPa

沖擊韌度 KJ/m 2

加工態(tài)

使用態(tài)

DT

WC

～ 36

～ 64

2450 ～ 3530

～ 196

TLMW50

WC

～ 42

～ 68

1960 ～ 2050

～ 98

GT35

TiC

～ 46

～ 69

1370 ～ 1765

～ 59

鋼結(jié)硬質(zhì)合金制作各種冷作模具，主要以鑲套為主。采用 DT 合金制造 M6、M8 半圓頭螺釘冷鐓模，模具壽命比 9CrSi 鋼 8 萬件產(chǎn)量提高 30 倍，壽命可達(dá) 250 萬件。而制造 M20 六角螺母冷鐓模比 Cr12MoV 鋼 0.4 萬件產(chǎn)量提高 55 倍，壽命達(dá) 22 萬件，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3.3 冷擠壓模

各類緊固件的擠壓成型是在強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)下完成的。凸模既受強(qiáng)大的壓應(yīng)力，又受各種不均衡側(cè)向力，在回程時瞬間易引起

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斷裂。受力復(fù)雜的凸模，特別是在凸模尺寸變化應(yīng)力集中處，易產(chǎn)生脆性斷裂。而凹模有脹裂的可能以及由于金屬材料劇烈流動而引起模腔嚴(yán)重磨損。

首先 , 應(yīng)重視選材和熱處理工藝，如 6W6Mo5Cr4V2、LD、65Nb、LM2、GD、7CrSiMnMoV 等鋼可大大提高強(qiáng)韌性，其次 , 耐磨性可通過表面處理來達(dá)到。

例如，冷擠壓發(fā)動機(jī)異型件，如鎖芯、接頭凹凸模常用高速鋼制作，抗壓強(qiáng)度和耐磨性都很好，缺點是韌性差，易脆斷，降低淬火溫度可提高該鋼的斷裂抗力。6W6Mo5Cr4V 鋼比原用 W18Cr4V、Cr12MoV 鋼制作凹模原壽命 1 萬多件提高到 40000 件達(dá) 4 倍，淬火溫度 1080 ～ 1120 ℃，560 ℃回火三次，就是一個例子。

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制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高鉻或中鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等等。

1.碳素工具鋼

在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點為加工性能好，精心收集

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價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。

2.低合金工具鋼

低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號GD)等。

3.高碳高鉻工具鋼

常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號D2），它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重，必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔（軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。

4.高碳中鉻工具鋼

用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低，共晶碳化物少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對較嚴(yán)重的高碳高

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鉻鋼相比，性能有所改善。

5.高速鋼

高速鋼具有模具鋼中最高的的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度，承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代號8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2，美國牌號為M2）以及為提高韌性開發(fā)的降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛，以改善其碳化物分布。

6.基體鋼

在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當(dāng)增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號012AL）等。

7.硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強(qiáng)度和

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韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金。

鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、鉬、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 68 ~ 73HRC。

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第二篇：材料與熱處理

討論題

1、什么是鋼、鐵？

2、鐵鍋是鐵制成的？

4、鐵皮、鐵釘、鐵絲是鐵制成的？

5、為什么要“趁熱打鐵”？

6、鐵匠師傅打的是鐵嗎？

7、“團(tuán)結(jié)就是力量”歌中有：比鐵還硬比鋼還強(qiáng)兩句詞，是鐵硬鋼強(qiáng)嗎？

8、高碳鋼棒是一種普通工程材料，但高碳鋼管很少見到，試解釋原因。

9、.指出下列工件的淬火、回火溫度。①45鋼小軸（要求綜合機(jī)械性能）②60鋼彈簧 ③T12鋼銼刀

10、分析調(diào)質(zhì)處理（從工藝、組織、性能、應(yīng)用）為什么調(diào)質(zhì)安排在粗、精切削加工之間？ 11、20.擬用T10鋼制造形狀簡單的車刀，工藝路線為： 鍛造→熱處理→機(jī)加工→熱處理→磨加工

試說出各熱處理工序的名稱并指出各熱處理工序的作用。

12、選擇下列零件的熱處理方法，并編寫簡名的工藝路線（各零件均選用鍛造毛坯，且鋼材具有足夠的淬透性）。

①某機(jī)床變速箱齒輪（模數(shù)m=4）要求齒面耐磨，心部強(qiáng)度和韌性要求不高，材料選用45鋼。

②某機(jī)床主軸，要求有良好的綜合機(jī)械性能，軸頸部分要求耐磨（HEC50—55）材料選用45鋼。

③鏜床鏜桿，在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較高的綜合機(jī)械性能，材料選用38CrMoAlA。

13、白口鑄鐵、灰口鑄鐵和45鋼這三者的成分、組織和性能有何主要區(qū)別？

14、根據(jù)下列部分鐵碳平衡相圖回答問題（5分）

1）各點（G,S,E,P，Q）、各條線（GS,ES,PQ）的名稱；（2.5分）

2）說出各個區(qū)域內(nèi)的組織（2.5分）

一、判斷題

1、鋼和鐵是含有鐵和碳兩種元素的黑色金屬。

2、除含碳和鐵以外，還含有其它元素的鋼就是合金鋼。

3、生產(chǎn)中常用中碳鋼來制造軸類、齒輪類機(jī)械零件。

4、純銅具有好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性及優(yōu)良的塑性，但強(qiáng)度不高。

5、碳素鋼的硬度越高，強(qiáng)度就越好。

6、熱處理是一種不改變零件形狀和尺寸，卻能改變其組織和性能的工藝方法。

7、冷卻速度應(yīng)根據(jù)鋼的種類和熱處理目的而確定。

8、要求表面硬、心部韌的零件，應(yīng)采用正火處理。

9、要求降低硬度、細(xì)化晶粒、均勻組織和消除應(yīng)力時，應(yīng)采用退火處理。

10、淬火是強(qiáng)化金屬材料的重要手段之一。

三、選擇題

(單選)

1、純金屬結(jié)晶時，冷卻速度越快，則實際結(jié)晶溫度將（）。A、越高B、越低 C、接近理論結(jié)晶溫度 D、沒有變化

2、室溫下金屬的晶粒越細(xì)，則（）。

A、強(qiáng)度越高，塑性越差 B、強(qiáng)度越高，塑性越好 C、強(qiáng)度越低，塑性越差D、強(qiáng)度越低，塑性越好

3、固溶體的晶體結(jié)構(gòu)特點是（）。

A、與溶劑相同 B、與溶質(zhì)相同 C、形成新的晶體類型 D、各自保持各自的晶體類型

4、液態(tài)金屬結(jié)晶的基本過程是（）。

A、邊形核邊長大 B、先形核后長大 C、自發(fā)形核和非自發(fā)形核 D、枝晶生長

5、珠光體是一種（）。

A、單相固溶體 B、兩相固溶體 C、鐵與碳的化合物 D、都不對

6、完全退火主要用于（）。

A、亞共析鋼 B、亞共析鋼和共析鋼 C、過共析鋼 D、所有鋼種

7、碳鋼的正火工藝是將其加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后采用的冷卻形式是（）。A、隨爐冷卻B、在油中冷卻C、在空氣中冷卻D、在水中冷卻

8、材料硬度值的正確表示方法為：（）

a.HRC55kg／mm

2b.55HRC

c.RC55

9、材料HT200中數(shù)字200表示：（）

a.抗壓強(qiáng)度值

b.抗彎強(qiáng)度值

c.抗拉強(qiáng)度值 10、45鋼的含碳量為：（）

a.4.5％

b.0.45%

c.0.00045%

11、為提高實習(xí)中你所做的小鋃頭的硬度和耐磨性的熱處理工藝是（）。

a.正火

b.淬火+高溫回火

c.淬火+低溫回火

12、調(diào)質(zhì)的目的是為了獲得（）。

a.高硬度

b.細(xì)化晶粒

c.好的綜合機(jī)械性能

13、碳素鋼淬火后得到高硬度的原因是因其獲得了（）。

a.馬氏體

b.奧氏體A

c.珠光體P

14、各種彈簧和鍛模應(yīng)具有高的屈服點、彈性極限和韌性，其熱處理工藝為（）

a.淬火+高溫回火

b.淬火+中溫回火

c.退火

15、用于消除鑄件、焊件中的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件尺寸，減少變形的熱處理工藝為（）

a.球化退火

b.完全退火

c.去應(yīng)力退火

第三篇：金屬材料與熱處理 第六章

第六單元鋼材熱處理

一、名詞解釋

1.鋼的熱處理

鋼的熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。

2.等溫冷卻轉(zhuǎn)變

等溫冷卻轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后，冷卻到臨界點以下的某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時，過冷奧氏體發(fā)生的相變。

3.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后以不同冷速連續(xù)冷卻時過冷奧氏體發(fā)生的相變。

4.馬氏體

馬氏體是碳或合金元素在α-Fe中的過飽和固溶體。

5.退火

鋼的退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。

6.正火

正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中冷卻的熱處理工藝。

7.淬火

鋼的淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。

8.回火

回火是指工件淬硬后，加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。

9.表面熱處理

表面熱處理是為改變工件表面的組織和性能，僅對其表面進(jìn)行熱處理的工藝。

10．真空熱處理

在低于一個大氣壓（10-1~10-3Pa）的環(huán)境中加熱的熱處理工藝，稱為真空熱處理。

11.滲碳

為提高工件表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并在其中形成一定的碳含量梯度，將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳。

12.滲氮

在一定溫度下于一定介質(zhì)中，使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲氮，又稱氮化。

二、填空題

1.整體熱處理分為和

2.根據(jù)加熱方法的不同，表面淬火方法主要有：表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱 表面淬火等。

3.化學(xué)熱處理方法很多，通常以滲入元素命名，如、硼 等。

4.熱處理工藝過程由三個階段組成。

5.共析鋼在等溫轉(zhuǎn)變過程中，其高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有：、和。

6.貝氏體分和兩種。

7.淬火方法有：單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火等。

8.常用的退火方法有：、和等。

9.常用的冷卻介質(zhì)有、、等。

10.常見的淬火缺陷有與、與開裂 等。

11.感應(yīng)加熱表面淬火法，按電流頻率的不同，可分為 高頻感應(yīng)加熱表面淬火、中頻感應(yīng)加熱表面淬火 和 工頻感應(yīng)加熱表面淬火 三種。而且感應(yīng)加熱電流頻率越高，淬硬層越 淺。12．按回火溫度范圍可將回火分為 低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。

13．化學(xué)熱處理是由、和三個基本過程所組成。

14．根據(jù)滲碳時介質(zhì)的物理狀態(tài)不同，滲碳方法可分為碳三種。

三、選擇題

1．過冷奧氏體是溫度下存在，尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體。

A．Ms；B.Mf；C.A1。

2.過共析鋼的淬火加熱溫度應(yīng)選擇在，亞共析鋼則應(yīng)選擇在A.Ac1+30℃～50℃；B.Accm以上；C.Ac3+3 0℃～50℃。

3.調(diào)質(zhì)處理就是 的熱處理。

A.淬火+低溫回火；B.淬火+中溫回火；C.淬火+高溫回頭。

4.化學(xué)熱處理與其它熱處理方法的基本區(qū)別是。

A.加熱溫度；B.組織變化；C.改變表面化學(xué)成分。

5.零件滲碳后，需經(jīng)

A.淬火+低溫回火；B.正火；C.調(diào)質(zhì)。

四、判斷題

1.淬火后的鋼，隨回火溫度的增高，其強(qiáng)度和硬度也增高。(錯)

2.鋼的最高淬火硬度，主要取決于鋼中奧氏體的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。(對)

3.鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，其淬火加熱溫度越高。(錯)

4.高碳鋼可用正火代替退火，以改善其切削加工性。(錯)

5.鋼的晶粒因過熱而粗化時，就有變脆的傾向。(對)

6．熱應(yīng)力是指鋼件加熱和(或)冷卻時，由于不同部位出現(xiàn)溫差而導(dǎo)致熱脹和(或)冷縮不均所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。(對)

五、簡答題

4.完全退火、球化退火、與去應(yīng)力退火在加熱規(guī)范、組織轉(zhuǎn)變和應(yīng)用上有何不同？ 答：

5.正火和退火有何異同？試說明二者的應(yīng)用有何不同？

答：正火主要適用于低碳鋼，冷卻方式為空氣冷卻；退火主要適用中碳鋼和高碳鋼，冷卻方式為爐內(nèi)冷卻。

6.今有經(jīng)退火后的45鋼，組織為F＋P，在700℃、760℃、840℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的室溫組織各是什么？

答：在700℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的組織各是F＋P；在760℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的組織各是F＋M；在840℃加熱，保溫一段時間后水冷，所得到的組織各是M。

7.淬火的目的是什么？亞共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度應(yīng)如何選擇？

淬火的目的主要是使鋼件得到馬氏體(和貝氏體)組織，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，與適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜希玫匕l(fā)揮鋼材的性能潛力。

亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3以上30℃～50℃，因為在此溫度范圍內(nèi)，可獲得全部細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后得到均勻細(xì)小的馬氏體。若加熱溫度過高，則引起奧氏體晶粒粗大，使鋼淬火后的性能變壞；若加熱溫度過低，則淬火組織中尚有未溶鐵素體，使鋼淬火后的硬度不足。

共析鋼和過共析鋼淬火加熱溫度為Ac1以上30℃～50℃，此時的組織為奧氏體加滲碳體顆粒，淬火后獲得細(xì)小馬氏體和球狀滲碳體，能保證鋼淬火后得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過Accm，將導(dǎo)致滲碳體消失，奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大針狀馬氏體，殘余奧氏體量增多，硬度和耐磨性降低，脆性增大；如果淬火溫度過低，可能得到非馬氏體組織，則鋼的硬度達(dá)不到要求。

8.回火的目的是什么？工件淬火后為什么要及時回火？

回火的目的是消除和減小內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織，調(diào)整性能，以獲得較好的強(qiáng)度和韌性配合。淬火鋼的組織主要由馬氏體和少量殘余奧氏體組成(有時還有未溶碳化物)，其內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，脆性大，韌性低，一般不能直接使用，如不及時消除，將會引起工件的變形，甚至開裂。

10.滲碳的目的是什么？為什么滲碳后要進(jìn)行淬火和低溫回火？

答：滲碳的目的是提高工件表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)并在其中形成一定的碳含量梯度。滲碳后的工件，都要進(jìn)行淬火和低溫回火，目的是為了使工件表面獲得高的硬度(56～64HRC)、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，而心部仍保持一定的強(qiáng)度和良好的韌性。

11.用低碳鋼和中碳鋼制造齒輪，為了使齒輪獲得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的強(qiáng)度和韌性，各需采取怎樣的熱處理工藝？熱處理后組織有何差別？

答：對于低碳鋼制造的齒輪，為了使齒輪獲得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的強(qiáng)度和韌性，需采取滲碳→淬火→低溫回火熱處理工藝。處理后的組織：表層是回火馬氏體（高碳），心部是回火馬氏體（低碳）。

對于中碳鋼制造的齒輪，為了使齒輪獲得表面具有高硬度和高耐磨性，其心部具有一定的強(qiáng)度和韌性，需采取表面淬火→低溫回火熱處理工藝。處理后的組織：表層是回火馬氏體，心部是鐵素體+珠光體。

第四篇：熱處理

1．退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢ǖ臅r間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng)力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。

2．正火：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點溫度）以上，30～50℃保持適當(dāng)時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。

3．淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準(zhǔn)備等。

4．回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等。

5．調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱調(diào)質(zhì)鋼。它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。

6．滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

3.固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝

4.時效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現(xiàn)象。

5.固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工成型

6.時效處理：在強(qiáng)化相析出的溫度加熱并保溫，使強(qiáng)化相沉淀析出，得以硬化，提高強(qiáng)度

9.鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習(xí)慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應(yīng)用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

11.釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝

第五篇：熱處理

1、馬氏體的組織形態(tài)主要有兩種類型,即板條狀馬氏體和片狀馬氏體.淬火鋼中形成的馬氏體形態(tài)主要與鋼的含碳量有關(guān).板條狀馬氏體是低碳鋼,馬氏體時效鋼,不銹鋼等鐵系合金形成的一種典型的馬氏體組織,因其單元立體形狀為板條狀,故稱板條狀馬氏體.由于它的亞結(jié)構(gòu)主要是由高密度的位錯組成,所以又稱位錯馬氏體;片狀馬氏體則常見于高,中碳鋼,每個馬氏體晶體的厚度與徑向尺寸相比很小其斷面形狀呈針片狀,故稱片狀馬氏體或針狀馬氏體.由于其亞結(jié)構(gòu)主要為細(xì)小孿晶,所以又稱為孿晶馬氏體.一般當(dāng)Wc<0.3%時,鋼在馬氏體形態(tài)同乎全為板條馬氏體;當(dāng)Wc>1.0%時,則幾乎全為片狀馬氏體;當(dāng)Wc=0.3%-1.0%時,為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物,隨含碳量的升高,淬火鋼中板條馬氏體的量下降,片狀馬氏體的量上升.高碳鋼在正常溫度淬火時,細(xì)小的奧氏體晶粒和碳化物都能使其獲得細(xì)針狀馬氏體組織,這種組織在光學(xué)顯微鏡下無法分辨稱為隱針馬氏體.2、（一）馬氏體的分解

從室溫到200℃左右范圍內(nèi)回火時，馬氏體中一部分過飽和的碳以及細(xì)小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在馬氏體基體上，使馬氏體中的含碳量下降，體心正方的正方度c/a減小（即國飽和程度降低），使馬氏體熱處理的脆性下降，硬度稍降。此時組織為過飽和程度稍低的馬氏體和極細(xì)小的ε-碳化物組成的混合組織，稱為“回火馬氏體組織”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C轉(zhuǎn)變的過渡相。

（二）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變

約在200-300℃，馬氏體繼續(xù)分解的同時，殘余奧氏體也發(fā)生轉(zhuǎn)變，變成了下貝氏體組織。此時主要組織仍是回火馬氏體，但由于加熱溫度較高，馬氏體的過飽和程度進(jìn)一步降低，組織的硬度降低，塑性提高。由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橛捕容^高的下貝氏體，因此鋼的硬度下降不大。此時組織為“回火馬氏體+下貝氏體”

（三）滲碳體形成和鐵素體恢復(fù)

約在300-400℃之間，α固溶體中過飽和的熱處理碳逐漸析出，ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的較小的Fe3C顆粒，α固溶體中的含碳量幾乎達(dá)到平衡成分，故馬氏體變成鐵素體（c/a≈1），體心正方晶格變成體心立方晶格，此時組織為“鐵素體與彌散在其中的細(xì)粒狀滲碳體的混合物”,稱為“回火屈氏體”，T回。

（四）滲碳體的聚集長大和鐵素體的再結(jié)晶

約在400-650℃之間，滲碳體不斷聚集長大，內(nèi)應(yīng)力與晶格歪扭完全消除，組織是由鐵素體和球化的滲碳體所組成的混合物，稱為“回火索氏體”，S回。此時，碳固溶強(qiáng)化作用消失，強(qiáng)度取決于Fe3C質(zhì)點的尺寸和彌散度。回火溫度越高，滲碳體質(zhì)點越大，彌散讀越低，強(qiáng)度越低。

3、一、過熱現(xiàn)象

我們知道熱處理過程中加熱過熱最易導(dǎo)致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機(jī)械性能下降。

1.一般過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導(dǎo)致鋼的強(qiáng)韌性降低，脆性轉(zhuǎn)變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向。而導(dǎo)致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發(fā)生的）。過熱組織可經(jīng)退火、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細(xì)化。

2.斷口遺傳：有過熱組織的鋼材，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細(xì)化，但有時仍出現(xiàn)粗大顆粒狀斷口。產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認(rèn)為曾因加熱溫度過高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體并富集于晶界面，而冷卻時這些夾雜物又會沿晶界面析出，受沖擊時易沿粗大奧氏體晶界斷裂。

3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時，以慢速加熱到常規(guī)的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現(xiàn)象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理。

二、過燒現(xiàn)象

加熱溫度過高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部出現(xiàn)氧化或熔化，導(dǎo)致晶界弱化，稱為過燒。鋼過燒后性能嚴(yán)重惡化，淬火時形成龜裂。過燒組織無法恢復(fù)，只能報廢。因此在工作中要避免過燒的發(fā)生。

三、脫碳和氧化

鋼在加熱時，表層的碳與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應(yīng)力易形成表面網(wǎng)狀裂紋。

加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素與介質(zhì)（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)生成氧化物膜的現(xiàn)象稱為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現(xiàn)淬火軟點。

為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護(hù)氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內(nèi)碳勢）、火焰燃燒爐（使?fàn)t氣呈還原性）

四、氫脆現(xiàn)象

高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為氫脆。出現(xiàn)氫脆的工件通過除氫處理（如回火、時效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

4、混合物的組分在濃度梯度的作用下由高濃度向低濃度的方向轉(zhuǎn)移的過程叫做傳質(zhì)。在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部，如果有組分的濃度梯度存在，則每一種組分都有向其低濃度方向轉(zhuǎn)移，已減弱這種濃度不均勻的趨勢。

A傳質(zhì)方式及歷程，物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散至兩相界面的該相一側(cè)，然后通過相界面進(jìn)入另一相，最后通過此相的界面向主體擴(kuò)散；傳質(zhì)過程的方向及極限，一定條件下，非平衡態(tài)的兩相體系進(jìn)行趨于平衡態(tài)的傳遞；兩相體系必存在著平衡關(guān)系，條件的改變可破壞原有的平衡態(tài)；傳質(zhì)過程推動力和速率，平衡是傳質(zhì)過程的極限，組分在兩相分配偏離平衡狀態(tài)的程度為傳質(zhì)推動力。

A、傳質(zhì)方式及歷程

? 物質(zhì)首先從一相主體擴(kuò)散至兩相界面的該相一側(cè)，然后通過相界面進(jìn)入另一相，最后通過此相的界面向主體擴(kuò)散。

B、傳質(zhì)過程的方向及極限

? 一定條件下，非平衡態(tài)的兩相體系進(jìn)行趨于平衡態(tài)的傳遞；兩相體系必存在著平衡關(guān)系。? 條件的改變可、B、傳質(zhì)過程推動力和速率

?平衡是傳質(zhì)過程的極限，組分在兩相分配偏離平衡狀態(tài)的程度為傳質(zhì)推動力。單位時間，單位相接觸面上傳遞的物質(zhì)的量，mol/(㎡.s).? 傳質(zhì)速率等于傳質(zhì)系數(shù)乘以傳質(zhì)推動力。? 破壞原有的平衡態(tài)。

相變的類型可以從三個不同的角度（即按熱力學(xué)關(guān)系、按結(jié)構(gòu)變化和按動力學(xué)關(guān)系）來進(jìn)行討論。

? 相變的熱力學(xué)規(guī)律是非常清楚的，在按熱力學(xué)關(guān)系討論相變問題時，系統(tǒng)的吉布斯自由能起了熱力學(xué)勢的作用。一級相變的自由能的一階導(dǎo)數(shù)在相變點是不連續(xù)的，因而熵和體積的變化不連續(xù)，說明它有相變潛熱。而二級相變中，熵和體積在相變點是連續(xù)的，而自由能的二階導(dǎo)數(shù)所確定的一些響應(yīng)函數(shù)，如比熱容、壓縮率和膨脹率則有不連續(xù)的變化。在自然界中觀察到的相變多數(shù)是一級相變，合金和金屬中的相變也是如此。

從晶體學(xué)的觀點，闡明母相與新相在晶體結(jié)構(gòu)上的差異，即按結(jié)構(gòu)變化對相變進(jìn)行分類，是對用熱力學(xué)關(guān)系進(jìn)行分類的一個重要補(bǔ)充。

結(jié)構(gòu)相變可以分重構(gòu)型、位移型和有序無序型三種基本類型。重構(gòu)型相變中，大量化學(xué)鍵被破壞，在重新組合后，新相和母相之間在晶體學(xué)上沒有明確的位向關(guān)系，而且原子的近鄰的拓?fù)潢P(guān)系也產(chǎn)生顯著的變化。這類相變經(jīng)歷了很高的勢壘，相變潛熱很大，過程緩慢。這類相變屬于強(qiáng)一級相變。當(dāng)然，液-固相變和氣-固相變也必然是重構(gòu)型的。另外，還有位移型相變，在相變前后原子的近鄰的拓?fù)潢P(guān)系仍保持不變，相變過程不涉及化學(xué)鍵的破壞，新相與母相之間存在明確的晶體學(xué)位向關(guān)系，它經(jīng)歷的勢壘很小，相變潛熱也很小甚至完全消失。因此位移型相變可能是二級相變或弱一級相變。還有一種位移相變，它以晶格切變?yōu)橹鳎部赡苌婕熬О麅?nèi)原子的相對位移，這就是人們通常說的馬氏體相變，也是強(qiáng)一級相變。有序-無序相變在結(jié)構(gòu)上往往涉及多組元固溶體中兩種或多種原子在晶格點陣上排列的有序化。這可以是二級相變或弱一級相變。

相變動力學(xué)的任務(wù)在于具體地描述相變的微觀機(jī)制，轉(zhuǎn)變途徑，轉(zhuǎn)變速率及一些物理參量對它們的影響。由于在相變的進(jìn)程中，系統(tǒng)要經(jīng)歷一系列非平衡態(tài)，所以要依靠物理動力學(xué)的理論和方法。