1、金屬熱處理金屬熱處理Heat Treatment of Metals一、緒一、緒 論論1. 1 引言引言1. 2 熱處理的概念與基本工藝參數(shù)熱處理的概念與基本工藝參數(shù)1. 3 熱處理在金屬材料生產(chǎn)中的作用與地位熱處理在金屬材料生產(chǎn)中的作用與地位1. 4 熱處理的基本類型熱處理的基本類型1. 5 本課程的主要內(nèi)容與任務(wù)本課程的主要內(nèi)容與任務(wù)一、緒一、緒 論論1. 1 引言引言金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1.1 引 言（1 1）金屬材料的重要性）金屬材料的重要性材料是人類用以制造有用物質(zhì)（房、機(jī)器、工具等）的物質(zhì)，是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是改造和征服自然的物質(zhì)基礎(chǔ)，是社會(huì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2、金屬材料金屬材料 （鋼鐵以及鋁、銅、鈦、鎂等及其合金）（鋼鐵以及鋁、銅、鈦、鎂等及其合金） 材料材料 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 （石灰、水泥、陶瓷、硅半導(dǎo)體材料等）（石灰、水泥、陶瓷、硅半導(dǎo)體材料等） 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料 （橡膠、塑料等）（橡膠、塑料等） 金屬材料過去是材料的主導(dǎo)地位，現(xiàn)在仍然是，將來也將繼續(xù)是。金屬材料過去是材料的主導(dǎo)地位，現(xiàn)在仍然是，將來也將繼續(xù)是。隨著科技發(fā)展，三者間差別（鴻溝）日趨消除，尤其是復(fù)合材料的發(fā)展使三者成為了一個(gè)整體，材料設(shè)計(jì)、應(yīng)用選材已不再局限于原來的條條框框。（金屬）材料 社會(huì)發(fā)展（人類文明、科技發(fā)展、國家實(shí)力、日常生活等）金屬材料曾有劃時(shí)代

3、意義，曾是國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的標(biāo)志，推動(dòng)科技進(jìn)步，滲入生活的每一個(gè)角落。進(jìn)入信息時(shí)代，雖然金屬材料的作用已沒有以前那么重要，但是它仍有不可替代的重要地位。（2 2）金屬材料的常見分類）金屬材料的常見分類q基 體 黑色金屬：鋼鐵 有色金屬：其它，如Al、Cu、Mg、Ti、Ni、Co、Zr等 q用 途 結(jié)構(gòu)材料（機(jī)械性能和抗蝕性能） 功能材料（有關(guān)電、磁、光、聲、熱、化學(xué)、生物、智能、綠色環(huán)保等特殊物理或化學(xué)性能） ：導(dǎo)電、磁性、光電、熱敏、測(cè)溫、骨骼、形狀記憶等q生產(chǎn)工藝 鑄造材料：鑄件 粉末冶金材料：粉末成型制品（如硬質(zhì)合金） 壓力加工材料：塑性變形加工，最常見金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1.

4、1 引 言1. 2 熱處理的概念與基本工藝參數(shù)熱處理的概念與基本工藝參數(shù)金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 2 熱處理的概念與基本工藝參數(shù)q定義：定義：q實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：在基本上不改變材料成分和形狀尺寸的條件下，通過熱作用（有時(shí)也有形變作用、化學(xué)作用），改變（金屬）材料內(nèi)部組織或表面成分，而使（金屬）材料的性能改變，以滿足生產(chǎn)和應(yīng)用的需要的一種處理工藝。的一種處理工藝。成分成分加工加工材料材料組織組織 性能性能目的目的 （滿足生產(chǎn)和應(yīng)用）合金設(shè)計(jì)熱處理熱處理材料制備形變熱處理對(duì)于結(jié)構(gòu)材料，從機(jī)械性能考慮，固溶、細(xì)晶、彌散、加工硬化機(jī)制成分改變變形加工固態(tài)相變q主要工藝參數(shù)：主要工藝參數(shù)：金屬材

5、料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 2 熱處理的概念與基本工藝參數(shù)任何一種熱處理都是由加熱、保溫、冷卻等三個(gè)階段組成。加熱溫度，T加熱速度，V加熱保溫時(shí)間，t冷卻速度，V冷卻熱處理周期加熱冷卻保溫Tt熱處理周期V加熱T，tV冷卻針對(duì)具體熱處理規(guī)程，還會(huì)有其它工藝參數(shù)，如分級(jí) 加熱或冷卻溫度，轉(zhuǎn)移時(shí)間等。對(duì)于不同的熱處理也會(huì)有各自影響較大工藝參數(shù)，如變形程度與速度，化學(xué)氣氛參量等1. 3 熱處理在金屬材料生產(chǎn)中的地位與作用熱處理在金屬材料生產(chǎn)中的地位與作用金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 3 熱處理在金屬材料生產(chǎn)中的作用與地位q金屬材料的生產(chǎn)過程金屬材料的生產(chǎn)過程壓力加工材料：粉末冶金材料：

6、鑄造材料：原料原料熔煉熔煉鑄造鑄造熱處理熱處理成品成品熱處理熱處理機(jī)加工機(jī)加工成品成品成品成品原料原料制粉、混合制粉、混合壓型壓型燒結(jié)燒結(jié)熱處理熱處理成品成品熱處理熱處理機(jī)加工機(jī)加工成品成品成品成品（a） 2A24 （ LY12 ） 板材板材原料原料熔煉、精練熔煉、精練鑄造鑄造均勻化退火均勻化退火鋸切銑面鋸切銑面熱軋熱軋中間退火中間退火冷軋冷軋中間退火中間退火精軋精軋淬火、時(shí)效淬火、時(shí)效成品成品退火退火成卷成卷淬火、時(shí)效淬火、時(shí)效成品成品（b） 鎢絲鎢絲原料原料制粉、混合制粉、混合壓型壓型預(yù)燒結(jié)預(yù)燒結(jié)高溫?zé)Y(jié)高溫?zé)Y(jié)熱（旋）鍛熱（旋）鍛中間退火中間退火熱拉熱拉中間退火中間退火成品成品q決定金屬

7、材料性能的工藝環(huán)節(jié)與主要因素決定金屬材料性能的工藝環(huán)節(jié)與主要因素金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 3 熱處理在金屬材料生產(chǎn)中的作用與地位（c） 3Cr2W8V模具模具原料原料冶煉冶煉鑄造鑄造熱軋熱軋鋸切鋸切鍛造鍛造（球化）退火球化）退火粗加工粗加工淬火、淬火、回火回火精加工精加工低溫退火低溫退火成品成品冶煉鑄造（冶煉鑄造（合金化、坯料生產(chǎn)）、塑性加工、機(jī)加工、熱處理）、塑性加工、機(jī)加工、熱處理工藝環(huán)節(jié)工藝環(huán)節(jié)主要因素主要因素加工工藝加工工藝冶煉鑄造、塑性加工 ，工藝條件組織 性能成分成分先決條件，成分 組織 性能（物理冶金原理）熱處理工藝熱處理工藝預(yù)先、中間和最終處理，工藝條件固態(tài)轉(zhuǎn)變組

8、織 性能q熱處理的地位與作用熱處理的地位與作用（1）調(diào)整材料（半成品）的組織，改善其加工工藝性能，使生產(chǎn)順利進(jìn)行；）調(diào)整材料（半成品）的組織，改善其加工工藝性能，使生產(chǎn)順利進(jìn)行；（2）調(diào)整材料（成品）的組織，改善其最終使用性能，使之滿足應(yīng)用要求。）調(diào)整材料（成品）的組織，改善其最終使用性能，使之滿足應(yīng)用要求。1. 4 熱處理的基本類型熱處理的基本類型在形式上，熱處理可分為：（一）基本熱處理（一）基本熱處理只有熱作用對(duì)材料組織性能起決定性影響，沒有成分、形狀尺寸變化除此之外，還有一些新型熱處理，如磁場(chǎng)熱處理、激光熱處理等基本熱處理、化學(xué)熱處理、形變熱處理基本熱處理、化學(xué)熱處理、形變熱處理（1）退

9、火）退火使材料由非平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)變的過程按熱處理過程中主要的固態(tài)轉(zhuǎn)變來分：按熱處理過程中主要的固態(tài)轉(zhuǎn)變來分：均勻化退火均勻化退火對(duì) 象：鑄錠和鑄件， 固態(tài)轉(zhuǎn)變：高溫?cái)U(kuò)散回復(fù)與再結(jié)晶退火回復(fù)與再結(jié)晶退火對(duì) 象：冷變形或有嚴(yán)重內(nèi)應(yīng)力的金屬及其合金 固態(tài)轉(zhuǎn)變：回復(fù)與再結(jié)晶基于固態(tài)相變的退火基于固態(tài)相變的退火對(duì) 象：有固態(tài)相變的金屬及其合金 固態(tài)轉(zhuǎn)變：固態(tài)相變（如鋼鐵的珠光體轉(zhuǎn)變）金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 4 熱處理的基本類型（2）淬火）淬火建立亞穩(wěn)態(tài)的過程（把高溫狀態(tài)快冷保留到室溫）基體無多型性轉(zhuǎn)變的基體無多型性轉(zhuǎn)變的淬火淬火對(duì) 象：基體金屬固態(tài)無多型性轉(zhuǎn)變的材料 （Al、Cu等

10、大多數(shù)有色合金） 固態(tài)轉(zhuǎn)變： 固溶處理 基體有多型性轉(zhuǎn)變的基體有多型性轉(zhuǎn)變的淬火淬火對(duì) 象：基體金屬固態(tài)有多型性轉(zhuǎn)變的材料 （鋼鐵） 固態(tài)轉(zhuǎn)變：馬氏體相變（3）時(shí)效與回火）時(shí)效與回火使淬火獲得的亞穩(wěn)態(tài)逐漸向平衡態(tài)轉(zhuǎn)變的趨近過程時(shí)效時(shí)效對(duì) 象：基體金屬固態(tài)無多型性轉(zhuǎn)變的材料 （Al、Cu等大多數(shù)有色合金） 固態(tài)轉(zhuǎn)變： 固溶體脫溶回火回火對(duì) 象：基體金屬固態(tài)有多型性轉(zhuǎn)變的材料 （鋼鐵） 固態(tài)轉(zhuǎn)變：馬氏體分解金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 4 熱處理的基本類型化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理熱處理過程中，熱、化學(xué)的共同作用，有機(jī)結(jié)合，改變材料表面成分，使材料表面組織性能明顯變化。對(duì) 象：表面層需要特殊性

11、能的工件固態(tài)轉(zhuǎn)變：高溫?cái)U(kuò)散，化學(xué)反應(yīng)如低碳鋼的滲碳和調(diào)質(zhì)鋼的氮化形變熱處理形變熱處理實(shí)際上，是變形加工和熱處理的有機(jī)組合。熱、形變共同作用，有機(jī)結(jié)合，使材料組織性能趨于更佳，更加充分發(fā)揮材料潛力。對(duì) 象：熱處理可強(qiáng)化的材料（時(shí)效強(qiáng)化型合金）固態(tài)轉(zhuǎn)變：形變對(duì)固態(tài)相變的影響如鋁合金的預(yù)形變熱處理以上分類是基于熱處理過程中最主要的最基本的固態(tài)相變過程而言的，實(shí)以上分類是基于熱處理過程中最主要的最基本的固態(tài)相變過程而言的，實(shí)際上，任何一個(gè)熱處理過程中相變不是單一的，要抓主要矛盾。際上，任何一個(gè)熱處理過程中相變不是單一的，要抓主要矛盾。金屬材料及熱處理金屬材料及熱處理 1. 4 熱處理的基本類型Comp

12、ositionR.W. Cahn,Cohen,Flemings.Process MicrostructureProperties材料成分、工藝、組織、性能之間的相互關(guān)系Relationship between composition, process, microstructure, and properties.1. 5 本課程的主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)任務(wù)本課程的主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)任務(wù)q固態(tài)相變導(dǎo)論(介紹固態(tài)相變的一般規(guī)律) （略）q均勻化退火(以鋁合金為例)q基于回復(fù)與再結(jié)晶過程的退火(以鋁合金為例)q無多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火與時(shí)效(以鋁合金為例)q形變熱處理(以鋁合金為例)q基于固態(tài)相變的退火(以碳鋼為例)q有多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火與回火(以碳鋼為例)q化學(xué)熱處理(以碳鋼為例，介紹滲碳)q熱處理的工藝基礎(chǔ)（略）q有色金屬材料q鋼鐵材料主要內(nèi)容主要內(nèi)容學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)任務(wù)結(jié)合“物理化學(xué)”、“物理冶金基礎(chǔ)”以及其它專業(yè)課程的基本知識(shí)，學(xué)習(xí)并牢記金屬熱處理的相關(guān)術(shù)語，