第一篇：熱處理論文（寫寫幫整理）

畢 業 論 文（設 計）

論文（設計）題目：金屬的熱處理

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目錄

摘 要..................................................1 ABSTRACT................................................2 1.背景簡介.............................錯誤！未定義書簽。2.文獻綜述..............................................4

2.1金屬材料的性能.....................................4

2.1.1 金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能......4 2.1.2金屬的硬度................................4 2.1.3金屬材料的沖擊韌度........................4 2.1.4金屬材料的疲勞強度........................4 2.2金屬的結晶和合金的構造.............................4 2.2.1金屬的結晶過程和同素異晶轉變..................4 2.2.2合金的相結構..................................4 2.3金屬材料強化的機理及基本途徑.......................5 2.3.1金屬圍觀強化機構的分類........................5 2.3.2工藝方法......................................5

3.技術路線..............................................6 3.1退火..............................................6 3.1.1完全退火......................................6 3.1.2低溫退火......................................6 3.2正火..............................................6 3.2.1普通正火......................................6

3.2.2等溫正火......................................6 3.2.3水冷正火......................................6 3.3淬火..............................................7 3.3.1完全淬火......................................7 3.3.2不完全退火....................................7 3.4回火..............................................7 3.4.1低溫回火......................................8 3.4.2中溫回火......................................8 3.4.3高溫回火......................................8 4.結論..................................................9 參考文獻...............................................10 致 謝..................................................1

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摘 要

在人類的整個發展歷程中，金屬幾乎是和社會息息相關的。現在我們日常生活所用的各種設備大部分都是金屬，想要符合社會的發展，就必須對材料進行熱處理。通過不同的工藝處理得到我們所需的性能不同的金屬材料，對我們整個世界都產生了深遠的影響，小到我們縫衣服用的針、掏耳勺，大到飛機、火箭都離不開金屬。因此熱處理對材料的重要性不言而喻，我們雖然是世界上最早對金屬進行冶煉的國家，但現在由于種種原因，我們在金屬制造方面還是與歐美等發達國家存在較大的差距。我們大學生時祖國的未來，希望我們可以奮發圖強，將來做祖國的棟梁之才。

關鍵詞：金屬的性能；熱處理

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ABSTRACT

Throughout the development of human history, the metal is almost and society are closely related to the.Now all kinds of equipment used in our daily life is mostly metal, want to accord with the development of society, it must carry on the heat treatment of materials.Get the metal material properties we need different by different process, have a profound influence on our whole world, small to needle, we take the earpick sewing, to the aircraft, the rocket cannot do without metal.Therefore, heat treatment of material importance self-evident, although we are one of the earliest metal smelting in the country, but now due to various reasons, we in the metal manufacturing or in Europe and America and other developed countries there is a big gap.The future of the motherland we college students, I hope we can make efforts to do in the future of the motherland, a man of tremendous promise.Key words: The performance of metal, heat treatment

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第1章 背景簡介

自二十世紀以來，金屬物理的發展和其他新技術的移植應用，使金屬熱處理工藝得到很大發展。其中比較有代表性的是1901～1925年，在工業生產中應用轉筒爐進行氣體滲碳；30年代出現露點電位差計，使爐內氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術運用了等離子場的作用，發展了離子滲氮、滲碳工藝 ；激光、電子束技術的應用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法。

熱處理是機械工業的一項重要基礎技術，通常像軸、軸承、齒輪、連桿等重要的機械零件和工模具都是要經過熱處理的，而且，只要選材合適，熱處理得當，就能使機械零件和工模具的使用壽命成倍、甚至十幾倍的提高，實現“搞好熱處理，零件一頂幾”的目標，收到事半功倍的效果。熱處理對于充分發揮金屬材料的性能潛力，提高產品的內在質量，節約材料，減少能耗，延長產品的使用壽命，提高經濟效益都具有十分重要的意義。

建國以來，我國的熱處理技術有了很大的發展，現有熱處理生產廠點一萬余家，職工15萬人，專業科技人員約1000余人，熱處理加熱設備11萬臺，年生產能力660萬噸鋼件，年產值約50億元，全員勞動生產率約3萬元/人年。目前我國在熱處理的基礎理論研究和某些熱處理新工藝、新技術研究方面，與工業發達國家的差距不大，但在熱處理生產工藝水平和熱處理設備方面卻存在著較大的差距，還沒有完全扭轉熱處理生產工藝和熱處理設備落后、工件氧化脫碳嚴重、產品質量差、生產效率低、能耗大、成本高、污染嚴重的局面。為促進我國熱處理技術的發展，我們應全面了解熱處理技術的現狀和水平，掌握其發展趨勢，大力發展先進的熱處理新技術、新工藝、新材料、新設備，用高新技術改造傳統的熱處理技術，實現“優質、高效、節能、降耗、無污染、低成本、專業化生產”，力爭到 2020年時達到工業發達國家八十年代中期的水平。

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第2章 文獻綜述

2.1金屬材料的性能

2.1.1金屬材料的性能分為使用性能和工藝性能

使用性能：是金屬材料在使用時所表現出的性能，包括物理性能、化學性能和力學性能等。

工藝性能：是指金屬材料對不同加工工藝方法的適應能力，包括鑄造性能、鍛壓性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能等。2.1.2金屬的硬度

硬度是材料局部抵抗其他更硬物質壓入其表面的能力。它不僅抵抗塑性變形，還要抵抗彈性變形。它是衡量材料軟硬程度的重要指標。硬度越高，材料的耐磨性越好。2.1.3金屬材料的沖擊韌度

金屬材料抵抗沖擊載荷作用而不破壞的能力稱為沖擊韌度。許多機械零件在工作中往往要受到沖擊載荷的作用，如活塞銷、鍛錘桿、沖模、鍛模等。制造此類零件所用材料必須考慮其抗沖擊載荷能力。2.1.4金屬材料的疲勞強度

彈簧、曲軸、齒輪等機械零件在工作過程中所承受載荷的大小、方向隨時間變化做周期性變化，在金屬材料內部就會引起應力發生周期性的波動。此時，由于所承受的載荷為交變載荷，零件承受的應力雖然低于材料的屈服強度，但經過長時問的工作后，仍會產生裂紋或突然發生斷裂，這就叫做疲勞斷裂[1]。

2.2金屬的結晶和合金的構造

2.2.1金屬的結晶過程和同素異晶轉變

金屬結晶過程：

一、金屬的結昌過程液態金屬冷卻到凝固溫度時，原子由無序狀態轉變為按一定的幾何形狀作有序的排列。金屬的這種由液體轉變為晶體的現象叫做結晶。液態金屬的結晶過程就是凝固過程，大致可分為兩個階段：即晶核(結晶中心)的形成和晶核的成長。晶核的澎成，一方面可能是由于液態金屬中有一些原子自發的聚集在一起。按金屬晶體的固有規律排列起來而形成，這叫做自發晶繭；另一方面也可能是電量液態金屬中一些外來的微細固態質點而形成，這叫做外來晶核。這兩種結晶全都是結晶過程中晶核發展和生長的基礎[2]。2.2.2合金的相結構

固體物質一般分為晶體和非晶體，晶體原子一般呈周期性有規則的排

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列，而非晶體的原子一般不規則雜亂排列。金屬材料通常都是晶體，為了便于分析晶體中原子的排列規律，通常用假想的線條將各原子中心連接起來，使之構成一個空間格架，這種三維的空間格架，稱作“晶格”(或稱空間點陣)取晶格中一個最基本的幾何單元來表明原子排列的規律性，這個最小的幾何單元，稱為“晶胞”。常見的三種晶體結構：體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格[3]。

2.3金屬材料強化的機理及基本途徑

2.3.1金屬圍觀強化機構的分類

以鋼鐵材料為例，其強化機理可分為晶界強化、固溶強化、位錯強化、沉淀和彌散強化、相變強化、Spindal(調幅分解和有序化強化七類。實際強化大多為復合作用的結果，要嚴格地孤立出來討論是困難的，且絕大部分鋼種的強化增量至今尚不能定量計算，故只能對強化機理的基本特點和本質有大致的了解。2.3.2工藝方法

基于晶界強化的機理，在熱處理工藝方法上采用超細化熱處理工藝，即細化奧氏體晶粒或碳化物相，使晶粒度細化到10級以上。由于超細化作用，使晶界面積增加，從而對金屬塑性變形的抗力增加，反映在機械性能方面其金屬強韌性大為提高。如奧氏體晶粒細化10級以上，強韌性大為提高，其方法有3種：(1)利用極高加熱速度的能源進行快速加熱（2）利用奧氏體的遞轉變（3）采用兩相區交替加熱淬火法[4]。

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第3章 技術路線

3.1退火

3.1.1完全退火

將偏離平衡狀態的金屬加熱至較高溫度，保持一定時間然后緩慢冷卻，以得到接近于平衡狀態組織的各種工藝方法統稱為退火。退火的目的在于均勻化學成分、改善力學性能及工藝性能、消除或減小內應力，并為零件最終熱處理準備合適的內部組織。鋼的退火工藝種類很多，按加熱溫度可分為兩大類：①臨界溫度(Ac1或Ac3)以上的退火(相變重結晶退火)，包括完全退火、不完全退火、晶粒粗化退火、均勻化退火和球化退火等；②臨界溫度以下的退火，包括軟化退火、再結晶退火及去應力退火等。將亞共析鋼加熱到Ac3以上的溫度，并在此保溫足夠時間，完成奧氏體化并使成分基本均勻之后緩慢冷卻(控速冷卻、爐冷、埋于砂或耐火土粉中)至600°C左右出爐空冷，以得到鐵素體及珠光體組織的熱處理工藝，成為完全退火。3.1.2低溫退火

將鋼件加熱到略低于Ac1的溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為低溫退火，低溫退火由于沒有重結晶過程，所以不能使鋼的晶粒和組織細化，但卻能消除或降低鋼中的內應力，降低硬度，從而改善切削加工性能。低溫退火加熱時間短，成本低，而且鋼材表面氧化脫碳損失較少，所以在某些情況下可以取代完全退火或不完全退火。再結晶退火、中間退火(軟化退火)、去應力退火等皆屬于低溫退火范疇。

3.2正火

3.2.1普通正火

亞共析鋼加熱到Ac3+(30～50 °C)，共析鋼和過共析鋼加熱到ACm+（30°～50°），均溫后在空氣中冷卻，得到珠光體組織的熱處理工藝，成為普通正火。低碳鋼正火后，可得到較細的片狀珠光體，硬度較退火略高，利于切削加工。由于所得鐵素體晶粒較細，鋼的韌性較好，可以保證較好的力學性能組合。3.2.2等溫正火

等溫正火是將普通碳鋼材加熱奧氏體化，加熱溫度及保溫時間與普通正火相同。保溫完了后鋼材冷至某一溫度并等溫保持，使過冷奧氏體在此溫度范圍內轉變完畢，得到較細(相對于等溫退火而言)的珠光體組織，然后空冷，以獲得較好的加工性能和力學性能的熱處理工藝。3.2.3水冷正火

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含碳量極低的大型鑄鋼件用水冷代替空冷進行正火，可以得到較少量的鐵素體及較細較多數量的珠光體組織，而使強度塑性等均得到改善。水冷正火還常用于高碳鋼球化退火之前，可更有效地抑制滲碳體網的形成，獲得均勻一致的組織，以穩定球化質量和獲得更細小、更均勻分布的碳化物。水冷正火時鋼材的加熱溫度與保溫時間與普通正火相同。

3.3淬火

淬火是將鋼或合金加熱到一定溫度，保溫適當的時間獲得相應的高溫相，然后快速冷卻，以獲得遠離平衡狀態的不穩定組織的熱處理工藝總稱。淬火是使鋼或合金強化的主要工藝(或工序)。鋼件淬火主要是為了獲得馬氏體組織，以便在適當溫度的回火后具有所需要的力學性能組合。合金淬火則是為了得到單一均勻的固溶體，為下工序的時效強化或形變加工做好組織上的準備。鋼的淬火工藝種類很多，可根據加熱溫度、加熱方式、加熱介質以及冷卻介質和冷卻方式的不同，可分為以下幾種。按加熱溫度的不同可分為：完全淬火、不完全淬火、亞共析鋼的亞溫淬火(臨界區淬火)、低溫(低于臨界溫度)淬火等。3.3.1完全淬火

將亞共析鋼加熱到Ac3以上溫度保溫以后大于臨界冷卻速度的冷卻速度急速冷卻，得到馬氏體組織，以提高強度、硬度及耐磨性的熱處理稱為完全淬火。

3.3.2不完全退火

國共析鋼以及共析鋼加熱到某一溫度，保溫后急速冷卻的熱處理工藝成為不完全淬火，不完全淬火有以下有點：

①淬火加熱溫度低，保留了一定數量未溶的顆粒狀碳化物，使鋼在淬火后具有最高的硬度和耐磨性。

②由于加熱溫度低，使奧氏體含碳及合金元素數量不致過高，保證淬火后殘余奧氏體數量不致過多，有利于提高硬度及耐磨性。

③加熱溫度低，奧氏體晶粒細小，淬火后可獲得較優的力學性能。不完全淬火主要用于碳素工具鋼及低合金工具鋼

3.4回火

將淬火后的鋼，在AC1以下加熱、保溫后冷卻下來的熱處理工藝。回火是將淬火鋼加熱到奧氏體轉變溫度以下，保溫1到2小時后冷卻的工藝。回火往往是與淬火相伴，并且是熱處理的最后一道工序。經過回火，鋼的組織趨于穩定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或者減少淬火應力，穩定鋼的形狀與尺

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寸，防止淬火零件變形和開裂，高溫回火還可以改善切削加工性能。回火是工件淬硬后加熱到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。

3.4.1低溫回火

回火溫度范圍為150-250攝氏度，回火后的組織為回火馬氏體。鋼具有高硬度和高耐磨性，但內應力和脆性降低。主要應用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的工具模和滾動軸承，以及經滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為58-64HRC。3.4.2中溫回火

中溫回火常在250～500℃溫度范圍內進行，主要用途是對淬火后的各種彈簧及鍛模回火。其目的是為了獲得較高的彈性極限和屈服點，同時使塑性及韌性得到改善。3.4.3高溫回火

高溫回火常在500～650℃區間進行，多應用于結構鋼制造的工件。其目的主要是在降低強度、硬度及耐磨性的情況下大幅度提高塑性及韌性，以便得到良好的綜合力學性能。含

Cr、Mo、W、V、Ti等元素較多的合金鋼(結構鋼及工具鋼)在高溫回火過程常因析出彌散分布的特殊碳化物而產生二次硬化現象，而使硬度略有升高。淬透性較大或截面較小的工件，正火后硬度可能偏高而塑性偏低，也需進行高溫回火以改善之[5]。

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第4章 結論

金屬材料之所以獲得如此廣泛的應用，不僅是因為冶煉鑄鐵和鋼的鐵礦石在地殼中儲量豐富，而且滿足知道機器所需要的物理、化學性能，并且還可用簡便的工藝方法加工成為適用的機器零件，也即具有所需的工藝性能。

機械知道中所用的金屬材料以合金為主，很少使用純金屬。原因是合金比純金屬具有更好的力學性能和工藝性能，且價格低廉。合金是一種以金屬為基礎，加入其它金屬或非金屬，經過熔煉制成的具有金屬特性的材料。最常用的合金是以鐵為基礎的鐵碳合金，如碳素鋼、合金鋼、灰鑄鐵等，還有以銅為基礎的黃銅、青銅，以鋁為基礎的鋁硅合金等。

金屬的熱處理在我們生活中的重要性也不言而喻，通過對金屬進行一定的工藝處理，就會獲得我們所需要性能的金屬。雖然我國這幾年金屬加工制造業有了長足的發展，但不能否認與歐美等發達國家還存在一定的差距，我們這一代青年務必要夯實自己的基礎，爭取縮短與歐美發達國家的差距。

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參考文獻

[1]呂海，糜留芳，張大為，朱玉霞.金屬材料及熱處理.武漢：華中科技大學出版社，2011.08.6-9.[2]鄧文英.金屬工藝學.北京：人民教育出版社，1981年二月第一版修訂版上冊，9-15.[3]王可勇,鄧華凌，宋云京，孟祥澤.金屬熱處理，北京：中國水利水電出版社出版.2006.1.20-25.[4]譚家俊，李國俊.國內外金屬材料及熱處理技術現狀與發展.北京：國防大學出版社1995.11.119-115.[5]雷廷權，傅家騏.金屬熱處理工藝方法500種.北京：機械工業出版社.1998.09.120-130.新鄉學院本科畢業論文（設計）

致 謝

在此要感謝我的指導老師對我悉心的指導，感謝老師給我的幫忙。同時，感謝所有任課老師和所有同學在這幾年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養出越來越多的優秀人才，桃李滿天下！

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第二篇：熱處理經典論文

金屬材料熱處理論文

題目：熱處理變形的影響因素

熱處理變形的影響因素

摘 要：工業發展日新月異，對機械精度和性能的要求也越來越高。在工業零件生產中，熱處理是必不可少的一部分，它對材料性能的影響非常大，金屬熱處理在改善材料各種性能的同時，熱處理變形是不可避免的，并且會直接影響到工件的精度、強度、噪聲和壽命，因此對于精度要求較高的零件要盡可能減小其變形量，著重分析溫度是控制變形的關鍵因素的同時羅列幾點次要因素。

關鍵詞：熱處理變形 金屬熱處理 變形因素 溫度

一、引言

什么是金屬材料的熱處理？ 熱處理有什么弊端 ？（變形等）

金屬材料的熱處理是將固態金屬或合金，采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻，有時并兼之以化學作用和機械作用，使金屬合金內部的組織和結構發生改變，從而獲得改善材料性能的工藝。熱處理工藝是使各種金屬材料獲得優良性能的重要手段。很多實際應用中合理選用材料和各種成形工藝并不能滿足金屬工件所需要的力學性能、物理性能和化學性能，這時熱處理工藝是必不可少的。但是熱處理工藝除了具有積極的作用之外，在處理過程中也不可避免地會產生或多或少的變形，而這又是機械加工中必須避免的，兩者之間是共存而又需要避免的關系，只能采用相應的方法盡量把變形量控制在盡量小的范圍內。而要減小熱處理的變形，我們就需要了解影響熱處理變形的因素。

二、溫度是變形的關鍵因素

工業生產中實際應用的熱處理工藝形式非常多，如退火，正火，回火，淬火等，但是它們的基本過程都是熱作用過程，都是由加熱、保溫和冷卻三個階段組成的。整個工藝過程都可以用加熱速度、加熱溫度、保溫時間、冷卻速度以及熱處理周期等幾個參數來描述。在熱處理工藝中，要用到各種加熱爐，金屬熱處理便在這些加熱爐中進行（如基本熱處理中的退火、淬火、回火、化學熱處理的滲碳、滲氨、滲鋁、滲鉻或去氫、去氧等等）。因此，加熱爐內的溫度測量就成為熱處理的重要工藝參數測量。每一種熱處理工藝規范中，溫度是很重要的內容。如果溫度測量不準確，熱處理工藝規范就得不到正確的執行，以至造成產品質量下降甚至報廢。溫度的測量與控制是熱處理工藝的關鍵，也是影響變形的關鍵因素。

（1）工藝溫度降低后工件的高溫強度損失相對減少，塑性抗力增強。這樣工件的抗應力變形、抗淬火變形、抗高溫蠕變的綜合能力增強，變形就會減少；

（2）工藝溫度降低后工件加熱、冷卻的溫度區間減少，由此而引起的各部位溫度不一致性也會降低，由此而導致的熱應力和組織應力也相對減少，這樣變形就會減少；

（3）如果工藝溫度降低、且熱處理工藝時間縮短，則工件的高溫蠕變時間減少，變形也會減少。

減小熱處理變形需要合理的熱處理工藝。各種熱處理方式相結合，搭配，盡量既滿足性能需要同時又減少變形等缺陷。例如經熱處理后的20CrNi2MoA鋼齒圈齒表面、齒心部硬度及有效硬化層深度均達到要求。圖1為模數mn=12mm的齒圈經不同溫度球化退火后的硬度梯度曲線。由圖1可以看出，在650℃球化退火后的硬度梯度和740℃球化+680℃等溫處理的硬度梯度結果相近，未經球化退火的齒輪的硬度較前兩個低。這是因為球化退火可使淬火后滲層表面殘留奧氏體量減少，從而提高了齒表面硬度，因此20CrNi2MoA鋼齒圈滲碳后應采用球化退火工藝，同時為減小熱處理變形，在650℃球化退火效果更好。

三、變形的其它影響因素及減小措施

（一）合理的加熱次序和冷卻次序

根據，不同零件的結構特點，制定適合該零件的熱處理順序，可相應的減小熱處理帶來的變形，盡量使各部分熱處理產生的變形可以相互抵消。最終達到變形最小的目的。不過，此方法成本較高，較復雜，浪費時間。一般情況下，除非非常精密的零件，才會采用此種方式。

（二）預備熱處理 正火硬度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織都會使內孔變形增大，所以要用控溫正火或等溫退火來處理鍛件。金屬的正火、退火以及在進行淬火之前的調質，都會對金屬最終的變形量產生一定的影響，直接影響到的是金屬組織結構上的變化。實踐證明，在正火時采用等溫淬火可有效地使金屬組織結構趨于均勻，從而使其變形量減小。

（三）運用合理的冷卻方法

金屬淬火后冷卻過程對變形的影響也是很重要的一個變形原因。熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在100±20℃。油的冷卻能力對變形也是至關重要的。淬火的攪拌方式和速度均影響變形。金屬熱處理冷卻速度越快，冷卻越不均勻，產生的應力越大，模具的變形也越大。可以在保證模具硬度要求的前提下，盡量采用預冷；采用分級冷卻淬火能顯著減少金屬淬火時產生的熱應力和組織應力，是減少一些形狀較復雜工件變形的有效方法；對一些特別復雜或精度要求較高的工件，利用等溫淬火能顯著減少變形。

（四）零件結構要合理

金屬熱處理后在冷卻過程中，總是薄的部分冷得快，厚的部分冷得慢。在滿足實際生產需要的情況下，應盡量減少工件厚薄懸殊，零件截面力求均勻，以減少過渡區因應力集中產生畸變和開裂傾向；工件應盡量保持結構與材料成分和組織的對稱性，以減少由于冷卻不均引起的畸變；工件應盡量避免尖銳棱角、溝槽等，在工件的厚薄交界處、臺階處要有圓角過渡；盡量減少工件上的孔、槽筋結構不對稱；厚度不均勻零件采用預留加工量的方法。

（五）采用合理的裝夾方式及夾具

此方法的目的是使工件加熱冷卻均勻，以減少熱應力不均，組織應力不均，來減小變形，可改變裝夾方式，盤類零件與油面垂直，軸類零件立裝，使用補償墊圈，支承墊圈，疊加墊圈等，花鍵孔零件可用滲碳心軸等。

（六）機械加工

當熱處理是工件加工過程的最后工序時，熱處理畸變的允許值應滿足圖樣上規定的工件尺寸，而畸變量要根據上道工序加工尺寸確定。為此，應按照工件的畸變規律，熱處理前進行尺寸的預修正，使熱處理畸變正好處于合格范圍內。當熱處理是中間工序時，熱處理前的加工余量應視為機加工余量和熱處理畸變量之和。通常機械加工余量易于確定，而熱處理由于影響因素多比較復雜，因此為機械加工留出足夠的加工余量，其余均可作為熱處理允許畸變量。熱處理后再加工，根據工件的變形規律，施用反變形、收縮端預脹孔，提高淬火后變形合格率。

（七）采用合適的介質 在保證同樣硬度要求的前提下，盡量采用油性介質，實驗和實踐證明，再其他條件無差異的前提下，油性介質的冷卻速度較慢，而水性介質的冷卻速度則相對快一些。而且，和油性介質相比，水溫變化對水性介質冷卻特性的影響較大，在同樣的熱處理條件下，油性介質相對水性介質淬火后的變形量要相對小。

四、結束語

熱處理能改善工件的機械性能，提高工件的強度和硬度，滿足各種性能的需要，但引起的變形影響是不可避免的。我們要重視我國現階段的熱處理技術和裝備的改進，不斷學習國外先進的技術，同時發展自主研發，創新的能力提高熱處理工件質量及合格率，為我國的熱處理行業作出貢獻。為我國成為工業大國而努力。

第三篇：模具材料與熱處理論文

沖壓模具材料的分類及強化處理技術

[摘要] ：隨著現代制造技術的不斷進步，尤其是汽車、電子、航空工業的快速發展，越來越多的產品要求模具在高溫、高速條件下工作且具有高的耐磨性、抗氧化性等，在一定程度上給模具制造業帶來了挑戰。文章從常用沖壓模具材料的種類、沖壓模具材料的合理選擇對熱處理的影響、沖壓模具表面處理技術等方面出發，對常用沖壓模具材料的分類及處理技術進行相應分析。

[關鍵詞] ：沖壓模具材料 ；熱處理 ；表面處理 ；模具材料性能

模具作為工業生產的重要工藝設備，在其實際應用過程中，具有

生產效率高、材料利用率高、制件精度高、復雜程度高等優勢，這些是其它加工制造技術無法比擬的。模具生產技術已經廣泛應用在汽車、電子、機械、儀表、家電、航空等行業中。在很長一段時間內，模具作為重要工藝設備極大的促進了生產的發展，但是隨著模具種類的不斷增多，形狀越來越復雜，加工工藝越來越困難，再加上熱處理技術的限制，模具技術的發展速度逐漸緩慢，并出現各種質量問題。在這種情況下，有必要對模具材料的種類進行分析并選取合適的模具材料以及對應的處理技術，確保模具質量。常見沖壓模具材料的種類及性能

1.1 常見沖壓模具材料種類

常見沖壓模具材料主要包括碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳高

鉻工具鋼、高速鋼、基體鋼、硬質合金和鋼結硬質合金等。其中，碳素工具鋼價格便宜、加工性能較好，熱處理后硬度高、耐磨性好。一般在尺寸較小、形狀簡單且承受荷較小的模具零件中使用；低合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎上加入適量的合金元素而形成的。它的優勢是能有效的降低淬火冷卻速度，將熱應力和組織應力降至最低，同時減小淬火變形和降低開裂傾向；高碳高鉻工具鋼不僅具有高硬度、高強度、高耐磨性優勢，還具有較好的淬透性、淬硬性、高穩定性等優 勢，熱處理變形很小；高速鋼硬度較高，還具有較高的抗壓強度和耐磨性，通常采用快速加熱和低溫淬火工藝，在一定程度上改善了材料的韌性。但是高速鋼中的合金元素含量較高、成本高、脆性較大，再加上其工藝性能不佳，不能廣泛應用在工業生產中；基體鋼是在高速鋼的基礎上添加少量的其它元素，在具有高速鋼好的耐磨性和硬度的前提下，其抗彎強度和韌性均有所提高。一般用于制造冷擠壓、冷鐓模具；硬質合金一般具有較高的硬度和耐磨性，而鋼結硬質合金的性能更佳，它是以鐵粉加入少量的合金元素粉末做粘合劑，以碳化鈦、碳化鎢等材料作為硬質相，用粉末冶金的方法燒結而成，用這種材料制作的模具堅固耐用，適合在大批量生產用模具上應用。

1.2 模具材料性能

在模具材料的選用過程中，必須充分了解材料的使用性能和工藝性能。模具使用性能主要包括強度、硬度、韌性、耐磨性、抗疲勞性等。強度是材料抵抗變形能力和斷裂能力的指標；硬度的高低將直接影響模具的使用壽命，對模具質量有重要影響；韌性反映材料在較強的沖擊載荷的作用下，抵抗脆性斷裂的能力，也是模具鋼尤其是沖壓用冷作模具鋼的重要性能指標；抗疲勞性是指材料在重復載荷條件下抵抗疲勞破壞的性能指標。工藝性能主要包括鍛造性能和熱處

理性能等。鍛造性能是指材料經受鍛壓時的工藝性能；熱處理工藝對模具質量有很大影響，在實際應用過程中，材料必須有較好的淬硬性和較高的淬透性，以保證模具硬度及耐磨性。沖壓模具材料的合理選擇對熱處理的影響

沖壓模具有很多類型，不同的沖壓模具對材料性能的要求也不同。因此，在選用模具材料時，應該以模具工作條件和使用壽命為依據對模具材料和熱處理工藝進行合理選擇，以保證模具質量。某工 廠在選擇模具材料過程中，出于經濟角度和熱處理簡便的考慮，最終選擇T10A鋼，在實際應用過程中，該材料熱處理后硬度與要求相符，但熱處理后模具產生較大變形，最終導致模具報廢；為了保證模具熱處理后的性能，熱處理前應該對模具材質進行分析。某工廠新進一批結構較為復雜的沖壓模具，熱處理后，模板上的圓孔變成橢圓形，甚至呈帶狀或塊狀分布。出現這種現象的主要原因是模具鋼中有不均勻的碳化物存在，因碳化物膨脹系數比鋼小，加熱時它阻止模具內孔膨脹，冷卻時又阻止模具內孔收縮，最終出現變形。從上述內容可以看 出，沖壓模具材料的合理選擇對熱處理有重要影響。為了保證模具質量和熱處理工藝的順利進行，應該對沖壓模具材料進行合理選擇。3 沖壓模具的表面處理

模具除要求基體金屬具有足夠高的強度和韌性外，其表面性能對

生產效率和模具壽命也有很大影響，包括耐腐蝕性能、耐磨損性能及疲勞性能等。舉例說明，沖壓生產高強度板材時，模具表面易產生劃傷、棱角磨損等缺陷，需要經常下模修理，嚴重影響生產效率。該問題可以通過模具表面處理技術來解決。模具的表面處理技術已經非常成熟，主要分為物理表面處理法和化學表面處理法兩種。

3.1 化學表面處理

從廣義上說，化學表面處理可以分為表面擴散滲入和表面涂覆兩大類型。其中，表面擴散滲入的處理方法是將模具放置在具有特定溫度和特定活性介質的密閉空間里保溫，使特定介質滲入模具表面，改變模具表面的化學成分和組織，從而提高模具材料表面的耐磨性、耐蝕性等，主要包括滲氮、滲碳、碳氮共滲等；表面涂覆是指在模具材料表面涂覆一層新材料的技術，以達到提高模具表面性能的效果，其中化學表面涂覆技術主要包括化學鍍、離子注入、化學氣相沉積等。

3.2 物理表面處理

物理表面處理技術是指用物理的辦法對模具材料的表面進行強化處理，使模具表面獲得較高的力學性能和物理性能。主要包括激光表面淬火、高頻淬火等技術，可以有效的提高模具表面的硬度、耐磨性、耐疲勞性能等。結語

模具憑借其獨特優勢在工業領域中廣泛應用，然而在生產制造過程中，模具容易因材料選擇錯誤或處理技術不合適等出現相應問題，在一定程度上影響模具質量和使用壽命。文中通過對常用沖壓模具材

料的種類進行分析，并采取合適的熱處理、表面處理技術，使沖壓模具的性能得到改良，在生產中更好的發揮其作用。隨著經濟和科學技術的發展，工業生產對模具的性能和精度要求將會進一步提高。為了更好的滿足時代發展需求，我們要不斷對沖壓模具材料、熱處理技術、表面處理技術進行改良。

參考文獻

[1] 張越．論沖壓模具的選擇 [J]．電子機械工程，2009，2）．

[2] 趙步青．模具熱處理現狀及其展望 [J]．金屬加工（熱加工，2008，3）．

[3] 劉勝國．我國沖壓模具技術的現狀與發展 [J]．黃石理工學院學報，2007，1）．

[4] 陳雪菊，張超，陳慧．模具材料及其熱處理對冷沖模具壽 命的影響 [J]．科技信息，2010，4）．

[5] 林朝平．改善沖壓模具熱處理變形與開裂的對策 [J]．熱 加工工藝，2007，18）．

第四篇：熱處理

1．退火：指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退火、去應力退火、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，減少殘余應力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。

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 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。

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，然后以適當的冷卻速度，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，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等。

4．回火：指鋼件經淬硬后，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生的應力，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．調質：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。

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象。

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

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

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主要與鋼的含碳量有關.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.由于它的亞結構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.由于其亞結構主要為細小孿晶,所以又稱為孿晶馬氏體.一般當Wc<0.3%時,鋼在馬氏體形態同乎全為板條馬氏體;當Wc>1.0%時,則幾乎全為片狀馬氏體;當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,細小的奧氏體晶粒和碳化物都能使其獲得細針狀馬氏體組織,這種組織在光學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℃左右范圍內回火時，馬氏體中一部分過飽和的碳以及細小的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轉變的過渡相。

（二）殘余奧氏體的轉變

約在200-300℃，馬氏體繼續分解的同時，殘余奧氏體也發生轉變，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一步降低，組織的硬度降低，塑性提高。由于殘余奧氏體轉變為硬度較高的下貝氏體，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

約在300-400℃之間，α固溶體中過飽和的熱處理碳逐漸析出，ε-碳化物轉變為穩定的較小的Fe3C顆粒，α固溶體中的含碳量幾乎達到平衡成分，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晶

約在400-650℃之間，滲碳體不斷聚集長大，內應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，碳固溶強化作用消失，強度取決于Fe3C質點的尺寸和彌散度。回火溫度越高，滲碳體質點越大，彌散讀越低，強度越低。

3、一、過熱現象

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

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致鋼的強韌性降低，脆性轉變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向。而導致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發生的）。過熱組織可經退火、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化，但有時仍出現粗大顆粒狀斷口。產生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認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，而且晶界局部出現氧化或熔化，導致晶界弱化，稱為過燒。鋼過燒后性能嚴重惡化，淬火時形成龜裂。過燒組織無法恢復，只能報廢。因此在工作中要避免過燒的發生。

三、脫碳和氧化

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

加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素與介質（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發生反應生成氧化物膜的現象稱為氧化。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、采用保護氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內碳勢）、火焰燃燒爐（使爐氣呈還原性）

四、氫脆現象

高強度鋼在富氫氣氛中加熱時出現塑性和韌性降低的現象稱為氫脆。出現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移的過程叫做傳質。在含有兩種或兩種以上組分的流體內部，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移，已減弱這種濃度不均勻的趨勢。

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

A、傳質方式及歷程

? 物質首先從一相主體擴散至兩相界面的該相一側，然后通過相界面進入另一相，最后通過此相的界面向主體擴散。

B、傳質過程的方向及極限

? 一定條件下，非平衡態的兩相體系進行趨于平衡態的傳遞；兩相體系必存在著平衡關系。? 條件的改變可、B、傳質過程推動力和速率

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

相變的類型可以從三個不同的角度（即按熱力學關系、按結構變化和按動力學關系）來進行討論。

? 相變的熱力學規律是非常清楚的，在按熱力學關系討論相變問題時，系統的吉布斯自由能起了熱力學勢的作用。一級相變的自由能的一階導數在相變點是不連續的，因而熵和體積的變化不連續，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的，而自由能的二階導數所確定的一些響應函數，如比熱容、壓縮率和膨脹率則有不連續的變化。在自然界中觀察到的相變多數是一級相變，合金和金屬中的相變也是如此。

從晶體學的觀點，闡明母相與新相在晶體結構上的差異，即按結構變化對相變進行分類，是對用熱力學關系進行分類的一個重要補充。

結構相變可以分重構型、位移型和有序無序型三種基本類型。重構型相變中，大量化學鍵被破壞，在重新組合后，新相和母相之間在晶體學上沒有明確的位向關系，而且原子的近鄰的拓撲關系也產生顯著的變化。這類相變經歷了很高的勢壘，相變潛熱很大，過程緩慢。這類相變屬于強一級相變。當然，液-固相變和氣-固相變也必然是重構型的。另外，還有位移型相變，在相變前后原子的近鄰的拓撲關系仍保持不變，相變過程不涉及化學鍵的破壞，新相與母相之間存在明確的晶體學位向關系，它經歷的勢壘很小，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，它以晶格切變為主，也可能涉及晶胞內原子的相對位移，這就是人們通常說的馬氏體相變，也是強一級相變。有序-無序相變在結構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。

相變動力學的任務在于具體地描述相變的微觀機制，轉變途徑，轉變速率及一些物理參量對它們的影響。由于在相變的進程中，系統要經歷一系列非平衡態，所以要依靠物理動力學的理論和方法。