钛合金热处理综述
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目录
引言......................................................
一、钛合金在航空航天的应用..............................
二、钛合金综述..........................................
1.钛合金的分类及特点
A.分类
B.各类钛合金的特点
2.合金元素
A.合金元素分类
B.合金元素作用
3.钛的相变
A.同素异构转变
B.β相转变
C.时效过程中亚稳定相的分解
D.钛合金二元相图
三、热处理引言..........................................
四、热处理基本原理......................................
4.退火
A.回复
B.再结晶
C.去应力退火
D.简单退火
E.完全退火
F.等温退火和双重退火
G.真空退火
5.固溶与时效处理（强化热处理）
A.固溶处理
B.时效处理
C.固溶-时效处理
6.形变热处理（热机械处理）
7.化学热处理
五、热处理缺陷和防治....................................
六、钛合金组织与性能....................................
1.钛合金相组成
2.钛合金组织类型
A.魏氏体组织
B.网篮组织
C.等轴组织
D.双态组织
3.钛合金的热处理与组织、性能的关系
A.常规拉伸性能
B.疲劳性能
C.断裂韧性
D.应力腐蚀断裂
七、钛的表面热处理......................................
1.渗无机元素表面热处理
A.渗碳
B.渗氮
C.渗硼
2.渗金属元素表面热处理参考文献..................................................
引言
钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，因其具有质轻、高强、耐蚀、耐热、无磁等一系列优良性能，以及形状记忆、超导、储氢、生物相容性四大独特功能，被广泛应用在航空航天、舰船、军工、冶金、化工、海水淡化、轻工、环境保护、医疗器械等领域，并创造了巨大的经济和社会效益，在国民经济发展和国防中占有重要的地位和作用。钛是金属材料王国中“全能的金属”、“海洋金属”、“太空的金属”，从工业价值、资源寿命和发展前景来看，钛被视为继铁、铝之后处于发展中的“第三金属”和“战略金属”。根据在钛中加入β稳定元素的多少及退火后的组织，钛合金可分为α、近α、α+β、近β和β钛合金。美、日、俄罗斯以及中国等许多国家都高度重视钛合金的发展，各国根据不同国情和需求进行了各自的研发，现已得到了广泛的应用。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看作是Ti-6Al-4V 合金的改型。
随后，美国在高强钛合金、钛铝金属间化合物、钛基和钛铝基复合材料及其相关的高新技术研究和应用方面都遥遥领先。除航空外领域，美国也将钛用在海洋开发、地热发电以及制作放射性废物处理的容器等方面，其发展的趋势是由军工到民品，由飞机发动机到机体，
由航空航天到一般产业。重点放在基础研究、合金设计、熔炼技术、加工工艺方面。目前美国在航空航天等军工领域的用钛量最大，自上世纪80年代后，各种先进战机和轰炸机中，钛及其合金的用量已稳定在20%以上。
近年来，日本除了继续开拓钛在航空工业的应用外，仍以民用为主，而俄罗斯则以提高结构钛合金材料强度、改善加工性能、提高使用温度及改善熔炼技术为重点。我国钛产品80%以上用于石油、化工等民用工业，近期发展的主要目标是国内市场。目前，钛工业发展中呈现出许多技术上的创新，其中工艺性创新较成分创新多，体现在阻燃钛合金、钛基复合材料、纤维/钛层板等研发方面。
20世纪50～60年代，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年代开发出一批耐蚀钛合金，80年代以来，耐蚀钛合金和高强钛合金得到进一步发展。耐热钛合金的使用温度已从50年代的400℃提高到90年代的600～650℃。A2(Ti3Al)和r（TiAl）基合金的出现，使钛在发动机的使用部位正由发动机的冷端（风扇和压气机）向发动机的热端（涡轮）方向推进。结构钛合金向高强、高塑、高强高韧、高模量和高损伤容限方向发展。
另外，20世纪70年代以来，还出现了Ti-Ni、Ti-Ni-Fe、Ti-Ni-Nb 等形状记忆合金，并在工程上获得日益广泛的应用。
世界上已研制出的钛合金有数百种，最着名的合金有20～30种，如Ti-6Al-4V、、、Ti-32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、Ti-6242、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829、IMI834等[2,4]。
据相关统计数据，2012年我国化工行业用钛量达万吨，比2011年有所减少。这是自2009年以来，我国化工用钛市场首次出现负增长。近些年来，化工行业一直是钛加工材最大的用户，其用量在钛材总用量的占比一直保持在50%以上，2011年占比高达55%。但随着经济陷入低迷期，化工行业不但新建项目明显减少，同时还将面临产业结构调整，部分产品新建产能受到控制，落后产能也将逐步淘汰的境地。受此影响，其对钛加工材用量的萎缩也变得顺理成章。在此之前，便有业内人士预测化工行业用钛量在2013~2015年间达到峰值。以当前市场表现看来，2012年整体经济的疲软有可能使得化工用钛的衰退期提前。
一、钛合金在航空航天的应用
钛的熔点1668±4℃，熔化潜热千卡/克原子，沸点3260±20℃，汽化潜热千卡/克原子，临界温度4350℃，临界压力1130大气压。钛的导热性和导电性能较差，近似或略低于不锈钢，钛具有超导性，纯钛的超导临界温度为。在25℃时，钛的热容为卡/克原子·度，热焓1149卡/克原子，熵为卡/克原子·度，金属钛是顺磁性物质，导磁率为。钛具有可塑性，高纯钛的延伸率可达50-60%，断面收缩率可达70-80%，但强度低，不宜作结构材料。钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、导热率低、无毒无磁、可焊接、生物相容性好、表面可装饰性强等特性，是一种轻质高强度耐蚀结构材料，在武器装备中具有广泛应用前景，并已经广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。
钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。钛合金是航空航天工业中使用的一种新的重要结构材料，比重、强度和使用温度介于铝和钢之间，但比强度高并具有优异的抗海水腐蚀性能和超低温性能。1950年美国首次在F-84战斗轰炸机上用作后机身隔热板、导风罩、机尾罩等非承力构件。60年代开始钛合金的使用部位从后机身移向中机身、部分地代替结构钢制造隔框、梁、襟翼滑轨等重要承力构件。钛合金在军用飞机中的用量迅速增加，达到飞机结构重量的20%～25%。
70年代起，民用机开始大量使用钛合金，如波音747客机用钛量达3640公斤以上。马赫数小于的飞机用钛主要是为了代替钢，以减轻结构重量。又如，美国SR-71 高空高速侦察机(飞行马赫数为3，飞行高度26212米)，钛占飞机结构重量的93%，号称“全钛”飞机。当航空发动机的推重比从4～6提高到8～10，压气机出口温度相应地从200～300°C增加到500～600°C时，原来用铝制造的低压压气机盘和叶片就必须改用钛合金，或用钛合金代替不锈钢制造高压压气机盘和叶片，以减轻结构重量。70年代，钛合金在航空发动机中的用量一般占结构总重量的20%～30%，主要用于制造压气机部件，如锻造钛风扇、压气机盘和叶片、铸钛压气机机匣、中介机匣、轴承壳体等。航天器主要利用钛合金的高比强度，耐腐蚀和耐低温性能来制造各种压力容器、燃料贮箱、紧固件、仪器绑带、构架和火箭壳体。人造地球卫星、登月舱、载人飞船和航天飞机也都使用钛合金板材焊接件。
作为飞机机体结构和飞机发动机的主要结构材料之一，钛合金的应用水平是衡量飞机选材先进程度的重要标志之一，是影响飞机战术性能的一个重要方面。在国外第三代战斗机上，钛合金用量占机体结构重量比为20%～25%，在第四代战斗机F-22（EMD）上已高达41%，其应用呈大幅度上升趋势。航空发动机的用钛量也在逐步增加，国外先进航空发动机的钛用量已达30%左右，例如V2500发动机的钛用量就高达31%，第四代发动机F119的钛合金用量为40%。在民用飞机方面，钛合金用量也在逐步增长，A380用钛占总重量的10%，单机用钛材约60吨。空中客车的钛用量已从第三代A320的%增至第四代A340的6%，而即将问世的A350客机的钛用量进一步提高至15%。
世界各国国防系统和民航系统日新月异的发展，要求飞机及其发动机通过减轻结构重量等有效途径不断改善使用性能，提高安全可靠性和降低全寿命成本。60年来，钛合金通过持续的合金创新、工艺创新和工程应用，永不止步地一再挖掘出钛潜在的能力，其比强度、耐热性、抗蚀性等方面的优越性日益充分地发挥出来，成本较高的问题则逐渐得到不同程度的解决，使用可靠性也随设计应用经验的日积月累而不断提高。钛合金的发展态势恰恰适应了航空工业不断提升的需求，甚至在某些方面以超前的姿态促进了飞机及其发动机的发展。飞机结构钛合金按抗拉强度这一特征要素可分为低强度钛合金、中强度钛合金、高强度钛合金、超高强度钛合金。低强度结构钛合金抗拉强度<700MPa【如TA1（370MPa）、TA2（440MPa）、TA3（540MPa）、TA16（480～667MPa）、TA17（638～882MPa）、TA18（620MPa）、TA21、TC1（590MPa）、TC2、Ti31（637MPa）、ZTA5（480MPa）、TA5（TA5-A）（585MPa）、Ti70（700MPa）、ZTi60（590MPa）等合金】其共同的特点是低合金化、高塑性和高韧性，并具有高可焊性、可成型性和优良的耐海水腐蚀性等，主要用来制造各种钣金件、蒙皮、管材零件等。根据低强度结构钛合金在各应用领域的应用情况分析【确定低强度结构钛合金主干牌号有TA17（板材）、TC2（板材）、TA18（管材）、Ti31（板材、锻件、钛管）、Ti70（板材）、ZTi60（铸件）等】。中强度结构钛合金 700MPa≤抗拉强度<1000MPa【主要有TC4、TC4-DT、TC6、TA15、Ti75（730MPa）、Ti80（880MPa）等】其主要特点是具有良好的综合性能，既有较高的强度，又有足够的塑性以及优良的焊接性能，多用于制造承力构件与厚板。经分析，中强度结构钛合金主干牌号有TA7（板材、锻件）、TC4（钛板、锻件、丝材）、TA15（厚板、锻件）、Ti75（锻件）、Ti80（板材、锻件）。高强度结构钛合金 1000MPa ≤抗拉强度<1250MPa，主要有TB5、TB6、TB8、TC16、TC18、TC21等，主要用于制造强度要求高、代替钢可达到高减重效果的承力结构件、钣金零件和紧固件等。经综合分析，高强度结构钛合金主干牌号确定为TC21（锻件）、TC16（丝材）、TB6（锻件）。
二、钛合金综述
1.钛合金的分类及特点
A.分类
按照退火后组织特点可以分为如下三大类：
（1）α型钛合金
此合金是指其退火组织以α钛为基体的单相固溶体的合金。我国α型钛合金的牌号为TA后加一个代表合金序号的数字，如TA1、TA2、TA3等。α型钛合金又可细分为全α型合金，近α型合金，α+化合物型合金。
（2）α＋β型钛合金
这种合金是指其退火组织为α＋β相的钛合金，也称为两相钛合金。我国这类合金的牌号为TC，后跟合金序号，如TC4、TC5、TC6等。
（3）β型钛合金
此类合金含β稳定元素较多。我国这类合金的牌号为TB，后跟合金序号，如TB1、TB2等。β型钛合金可进一步分为热稳定β型合金、亚稳定β型合金、近β型合金。
B.各类钛合金的特点
（续表）
2.合金元素
A.合金元素分类
周期表中各元素按与钛作用性质可归纳如下：
①在周期表上与钛同族的元素锆和铪具有与钛相同的外层电子结构和晶格类型，原子半径也相近，故它们与α和β钛均能无限互溶，形成连续固溶体；
②在周期表上靠近钛的元素，如钒、钼、铌、钽等与β钛具有相同的晶格类型，能与β钛无限互溶，在α钛中有限溶解；
③在外层电子结构、晶体类型和原子尺寸上都与Ti有较大的差异，如锰、铁、钴、镍等元素与钛只能形成有限的固溶体，超过溶解极限则形成化合物。
B.合金元素作用
工业钛合金中常用的合金元素有：铝、锆、锡、钒、钼、锰、铬、铁、铜、硅等。
铝主要起固溶强化作用，每增加1％Al，可使室温抗拉强度增加
50MPa。铝在钛中的极限溶解度为％,一般加铝量不超过7％。
锡和锆为常用的中性元素，在α钛和β钛中均有较大的溶解度，常和其他元素同时加入，有补充强化作用，对塑性的不利影响比铝小，使合金具有良好的压力加工性能和焊接性能。
钒和钼是β稳定元素中应用最广的两种元素，对β相起固溶强化作用，降低相变点，增加合金的淬透性，从而强化热处理强化效果。
锰、铁、铬等元素强化效果高，稳定β的能力强，比钨、钼、铌轻，故应用较广。
硅的共析转变温度较高（860℃），加硅可改善合金的耐热性能。加入少量的硼可以细化宏观组织。稀土元素可显着地提高合金的瞬时强度和蠕变强度。
3.钛的相变
A.同素异构转变
纯钛在固态有两种同素异构体，即体心立方晶格的β相和密排六方晶格的α相，在℃发生下列同素异构转变（从左到右为升温）：
B.β相转变
i)β相在快冷过程中的转变
当钛合金自高温快速冷却（淬火）时，根据合金成分的不同，β相可以转变为马氏体、ω相或过冷β等亚稳定相。
(1)形成马氏体
定义：α稳定元素过饱和的固溶体为钛合金的马氏体。
类型：β稳定元素含量不大，六方马氏体α′(板条状和针状)；
β稳定元素含量较大，斜方马氏体α〞(细针状马氏体)。
(2)ω相变
形成条件：
a)当合金成分在临界浓度C k附近时，高温淬火由β相形成。
b)淬火后亚稳定β相在550℃以下等温(回火)。
ω相的特点：硬脆相，位错不能在其中移动。合金中出现时，强度、硬度升高，塑性、韧性降低。
(3)淬火钛合金的亚稳定相图
归纳起来，不同成分合金自β相区淬火，可以得到六种组织，即α′、α〞、α〞＋βm、α〞＋β(ω )、β(ω )、βm。
ii)β相在慢冷过程中的转变
对于β稳定元素含量小于Cα的合金，无论从何种温度炉冷，其组织均为单相α。但若采用空冷时，由于β →α的相变来不及进行到底，在组织中往往残留有少量的亚稳定β相。
当合金的范围为Cα～B时，自β相区慢冷，将从β相中不断地析出α相，随着温度的降低，析出的α相的数量不断增加，α相的相对数量则不断减少。α和β相分别沿着各自的溶解度曲线（ACα和AB)变化。达到室温时，两相分别达到各自平衡浓度，室温得到α＋β平衡组织。
iii) β相共析反应和等温转变
(1)共析反应
钛与铬、锰、铁、钴、镍、铜、硅等元素组成共析相图。在一定成分和温度范围内发生共析反应：
(2)等温转变
等温转变分为高温和低温两部分。
C. 时效过程中亚稳定相的分解
钛合金淬火形成的亚稳定相α′、α″、ω及βm ，在热力学上是
不稳定的，加热时要发生分解，其分解过程是比较复杂的。不同的亚稳定相分解过程不同，同一亚稳定相因合金成分和时效规程不同分解过程也不同。但最终的分解产物均为平衡状态的α＋β。若合金有共析反应，则最终产物为α＋Ti x M y ,即在加热条件下：
βαβωαα+→??
?
????
'''m 或α＋Ti x M y D. 钛合金二元相图
按照元素与钛的互溶情况可以将其二元相图分为如下四类： （a ）：元素与α-Ti 或β-Ti 均无限互溶；
（b ）：元素与β-Ti 无限互溶，与α-Ti 有限互溶；
（c ）：元素与α-Ti 、β-Ti 均有有限溶解，并且具有共析反应； （d ）：元素与α-Ti 、β-Ti 均有有限溶解，并且具有包析反应；
三、热处理引言
热处理是把金属材料或工件经加热、保温和冷却处理后，改变金属组织结构和性能的加热工艺。因为它必须有加热过程，故称热处理。热处理是提高金属力学性能和物理化学性能，充分发挥金属材料潜能，并延长金属材料使用寿命的有力措施。
热处理是将钛材整体进行加热处理的过程。钛材的热处理应用最多的是退火和固溶时效等基本工艺。
钛合金热处理的特点：
（1）马氏体相变不会引起合金的显着强化
（2）应避免形成ω相
（3）同素异构转变难于细化晶粒
（4）导热性差
（5）化学性活泼
（6）β相变点差异大
（7）在β相区加热时β晶粒长大倾向大。
四、热处理基本原理
4.退火
钛材的退火包括去应力退火、完全退火，以及双重退火和等温退火、真空退火等工艺方法。退火的原理是基于回复和再结晶等金属内部微观结构结构变化过程。
A.回复
钛材经冷变形加工后，其晶格发生畸变，内部晶格产生大量的缺陷和位错等，使钛材内部能量升高，存在畸变能。它是冷变形，钛处于亚稳态，此时，容易发生内部结构变化的驱动力。当采用较低温度加热时，钛晶格自发地进行点缺陷和位错运动，重新组合，并释放多余的畸变能。当，畸变能释放完，钛晶格的点缺陷和位错消失，过程停止，此时晶粒形状和大小回复到冷变形加工前的状态。整个过程即为回复。
经回复后，微观结构有了明显的变化，仍保持原有的晶粒状态，但消除了钛基体内的内应力。钛发生回复的温度低于再结晶温度，一般在500~650°C。
B.再结晶
冷变形加工后钛材经过加热到一定温度时，在原来变形的组织中产生无畸变的新晶粒，性能发生明显的变化，而恢复到软化态，这一过程称为再结晶。
再结晶的微观组织表征因素是晶粒大小及其均匀性。一般希望再结晶后获得晶粒细小而均匀的结构。这种钛材塑性性能好，完全软化。此时晶格类型没有变化，但力学性能发生了变化。
再结晶过程也是在变形钛材组织上发生再结晶晶粒的成核长大过程，该过程的动力学由成核和长大两个步骤构成。为了达到理想的晶粒，过程中应增加成核数量和抑制晶粒长大，使再结晶晶粒向细小而
均匀的方向发展。
影响晶粒大小的因素有：
①钛的成分。一般情况下，钛及钛合金中所含合金成分和杂质含量越高，越容易获得再结晶细小晶粒。因为钛中合金元素或杂质会阻碍钛晶粒物质的晶界迁移，这有利于获得细小粒子。
②钛材的变形程度。变形程度越大，表明钛组织内积蓄的畸变能越大，越利于钛组织释放能量；同时钛晶粒形核时需要吸收能量。当形变程度大的钛组织释放出能供给形核所需能量时，利于成核，且增加成核数量，也利于再结晶粒度变小。
③加热的温度和保温时间。一般地，加热温度和保温时间越长，越有利于晶粒的生成，容易获得钛材粗晶粒组织。
发生再结晶的加热温度便是再结晶温度，再结晶温度一般是一个范围，在再结晶过程中往往还伴随一些其他组织变化。
C.去应力退火
去应力退火又称不完全退火。它的目的是消除在冷变形加工、冷成形和焊接等工艺中产生的内应力。
退火温度不宜过高，一般在再结晶温度以下50~200°C，约为450~650°C。
当进行不完全退火时，钛释放出因冷变形积蓄的大量畸变能，消除了内应力。此时钛内部组织一般情况下发生回复，钛晶粒形状和大小回复到原有状态，“加工硬化”消失，变成软化态，使冷变形的亚
稳态回到稳定态。
一般地，钛材工件退火温度越高，保温时间越长，则内应力消除越彻底。消除内应力退火的冷却方式一般采用空冷，有时也可采用炉冷。
D.简单退火
为了消除残余应力，将工件加热到略低于再结晶开始温度进行的退火工艺。这种退火方式是冶金产品出厂时常用的一种。
E.完全退火
钛及钛合金的完全退火使其组织内发生了再结晶。完全退火后，钛及钛合金内部组织和性能均匀，完全软化，并具有组织稳定性，以及合适的塑性和韧性，获得再结晶组织，故又称之为再结晶退火。一般它的退火温度选择高于再结晶开始温度100~200°C。再结晶温度过高，会导致组织粗大。
F.等温退火和双重退火
等温退火和双重退火仅适用于α+β型钛合金。
等温退火：
将钛合金加热到多边化或再结晶以上、低于(α+β)/β转变点30~100°C的较高温度范围，然后转入另一炉中炉冷到β相具有高稳定性的温度范围（此温度一般低于再结晶温度）内保温，随后在空气中冷却。
第十三章有色金属及合金 内容提要： 有色金属的产量和用量不如黑色金属多，但由于其具有许多优良的特性，如特殊的电、磁、热性能，耐蚀性能及高的比强度(强度与密度之比)等，已成为现代工业中不可缺少的金属材料。 1．铝及铝合金； 2．钛及钛合金； 3．铜及铜合金； 4．轴承合金。 基本要求： 掌握和了解各种有色金属的牌号、成分、性能和用途。 13.1铝及铝合金 13.1.1铅及铝合金的性能特点及分类编号 纯铝：纯铝具有银白色金属光泽，密度小(2.72 )，熔点低(660.4℃), 导电、导热性能优良。 耐大气腐蚀，易于加工成形。 具有面心立方晶格，无同素异构转变，无磁性。 1 铝合金及其特点 铝合金常加入的元素主要有Cu、Mn、Si、Mg、Zn等，此外还有Cr、Ni、Ti、Zr 等辅加元素。 ①比强度高（>>高强钢）。可用于轻结构件，尤其航空。 ②突出理化性能。导电、抗大气腐蚀。 ③良好加工性。高塑性、易冷成形；某些合金铸造性能好，宜作压铸件。 2 铝合金分类及分类编号 13.1.2铝合金的强化 1 形变强化 2沉淀强化 3 固溶强化和时效强化： 13.1.3变形铝合金 变形铝及铝合金牌号表示方法：根据国标规定，变形铝及铝合金可直接引用国际四位数字体系牌号或采用国标规定的四位字符牌号。GB 3190-82中的旧牌号仍可继续使用，表示方法为: ?防锈铝合金：LF+序号 ?硬铝合金： LY +序号 ?超硬铝合金：LC +序号 ?锻铝合金： LD +序号 常用变形铝合金 1 防锈铝合金：主要是Al-Mn和Al-Mg系合金。 Mn和Mg主要作用是提高抗蚀能力和塑性，并起固溶强化作用。 防锈铝合金锻造退火后组织为单相固溶体，抗蚀性、焊接性能好，易于变形加工，但切削性能差。不能进行热处理强化，常利用加工硬化提高其强度。常用的Al-Mn系合金有 LF21 （ 3A21 ），其抗蚀性和强度高于纯铝，用于制造油罐、油箱、管道、铆钉等需要弯曲、冲压加工的零件。常用的Al-Mg系合金有 LF5（ 5A05 ），其密度比纯铝小，强度比Al-Mn合金高，在航空工业中得到广泛应用，如制造管道、容器、铆钉及承受中等载荷的零件。
(一)淬火--将钢加热到Ac 3或Ac 1 以上，保温一段时间，使之奥氏体化后，以 大于临界冷速的速度冷却的一种热处理工艺。 淬火目的：提高强度、硬度和耐磨性。结构钢通过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度和塑韧性的配合；弹簧钢通过淬火和中温回火后，可以获得很高的弹性极限；工具钢、轴承钢通过淬火和低温回火后，可以获得高硬度和高耐磨性；对某些特殊合金淬火还会显著提高某些物理性能(如高的铁磁性、热弹性即形状记忆特性等)。 表面淬火--表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。分类——感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火、离子束加热表面淬火、盐浴加热表面淬火、红外线聚焦加热表面淬火、高频脉冲电流感应加热表面淬火和太阳能加热表面淬火。 单液淬火——将奥氏体化后的钢件投入一种淬火介质中，使之连续冷却至室温(图9-1a线)。淬火介质可以是水、油、空气(静止空气或风)或喷雾等。 双液淬火——双液淬火方法是将奥氏体化后的钢件先投人水中快冷至接近M S 点，然后立即转移至油中较慢冷却(图9-1b线)。 分级淬火——将奥氏体化后的钢件先投入温度约为M S 点的熔盐或熔碱中等温保持一定时间，待钢件内外温度一致后再移置于空气或油中冷却，这就是分级淬火等温淬火--奥氏体化后淬入温度稍高于Ms点的冷却介质中等温保持使钢发生下贝氏体相变的淬火硬化热处理工艺。 等温淬火与分级淬火的区别是：分级淬火的最后组织中没有贝氏体而等温淬火组织中有贝氏体。。。根据等温温度不同，等温淬火得到的组织是下贝氏体、下贝氏体+马氏体以及残余奥氏体等混合组织。 (二)回火--将淬火后的钢/铁，在AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理 工艺。回火的目的：为了稳定组织，减小或消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。 第一类回火脆性：①淬火钢在250~400℃回火后出现韧性降低的现象称为第一类回火脆性，又称为低温回火脆性。几乎所有工业用钢都在一定程度上具有这类回火脆件，而且脆性的出现与回火时冷却速度的快慢无关。 第二类回火脆性：①指合金钢(含有Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢)淬火并在450~650℃回火后产生低韧性的现象，也称为高温回火脆性。。。。。回火后缓冷促进回火脆性，而快冷抑制回火脆性。 (三)正火--是将工件加热至Ac3或Acm以上40~60℃，保温一段时间后，从 炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。 目的：——如果终锻温度比较高和锻造后冷却速度比较慢，会出现网状碳化物的缺陷。这种网状碳化物在球化退火时不易被消除，需要在球化退火前用正火工艺进行消除。 (四)退火——将钢加热到临界温度Ac1以上或以下温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(如 炉冷、坑冷、灰冷等)获得接近平衡组织的热处理工艺称为退火 退火作用——退火过程使组织由非平衡向平衡过度，它可以均匀钢的化学成分及组织，消除铸造偏析，细化晶粒；消除内应力，稳定工件尺寸，减小变形，防止开裂；降低硬度，提高切削加工性能，一般硬度的最佳切削范围为170~230HB；提高塑性，便于冷变形加工；消除淬火后的过热组织以便再进行重新淬火；脱氢，防止白点等。6.5.3 退火工艺的分类
我国金属热处理的发展综述 引言 金属热处理是利用固态金属相变规律，采用加热、保温、冷却的方法，改善并控制金属所需组织与性能（物理、化学及力学性能等）的技术。 热处理是金属加工工艺中的一项重要基础技术，通常金属材料都是要经过热处理的，而且,只要选材合适，热处理得当，就能金属材料的性能成倍、甚至十几倍的提高,收到事半功倍的效果。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力,提高产品的内在质量,节约材料,减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。 建国以来,我国的热处理技术有了很大的发展。目前我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面,与工业发达国家的差距不大,但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距,还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面。为促进我国热处理技术的发展，我们应全面了解热处理技术的现状和水平，掌握其发展趋势,大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备，用高新技术改造传统的热处理技术，实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”，力争赶上工业发达国家水平。 1、热处理工艺介绍 金属热处理是机械制造中的重要过程之一，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，所以,它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。 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。 2、热处理发展史 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。早在商代,就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物。公元前770～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。
第四章-钛合金的相变及热处理
第4章钛合金的相变及热处理 可以利用钛合金相变诱发的超塑性进行钛合金的固态焊接，接头强度接近基体强度。 4.1 同素异晶转变 1.高纯钛的β相变点为88 2.5℃，对成分十分敏感。在882.5℃发生同素异晶转变：α（密排六方）→β（体心立方），α相与β相完全符合布拉格的取向关系。 2.扫描电镜的取向成像附件技术（Orientation-Imaging Microscopy , OIM） 3.α/β界面相是一种真实存在的相，不稳定，在受热情况下发生明显变化，严重影响合金的力学性能。 4.纯钛的β→α转变的过程容易进行，相变是以扩散方式完成的，相变阻力和所需要的过冷度均很小。冷却速度大于每秒200℃时，以无扩散发生马氏体转变，试样表面出现浮凸，显微组织中出现针状α′。转变温度会随所含合金元素的性质和数量的不同而不同。 5.钛和钛合金的同素异晶转变具有下列特点： （1）新相和母相存在严格的取向关系 （2）由于β相中原子扩散系数大，钛合金的加热温度超过相变点后，β相长大倾向特别大，极易形成粗大晶粒。 （3）钛及钛合金在β相区加热造成的粗大晶粒，不像铁那样，利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。钛及钛合金只有经过适当的形变再结晶消除粗晶组织。 4.2 β相在冷却时的转变 冷却速度在410℃/s以上时，只发生马氏体转变；冷速在410～20℃/s时,发生块状转变；冷却继续降低，将以扩散型转变为主。 1.β相在快冷过程中的转变 钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。 （1）马氏体相变 ①在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构，不易为冷却所抑制，仍然发生了改变。这种原始β相的成分未发生变化,但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。 ②如果合金的溶度高，马氏体转变点M S降低至室温一下，β相将被冻结到室温，这种β相称过冷β相或残留β相。 ③若β相稳定元素含量少，转变阻力小，β相由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种具有六方晶格的过饱和固溶体称六方马氏体，以α′表示。 ④若β相稳定元素含量高，晶格转变阻力大，不能直接转变为六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种具有斜方晶格的马氏体称斜方马氏体，以α′′表示。 ⑤马氏体相变是一个切变相变，在转变时，β相中的原子作集体的、有规律的进程迁移，迁移距离较大时形成六方α′相，迁移距离较小时形成斜方α′′相。 ⑥马氏体相变开始温度M S ；马氏体相变终了温度M f 。 ⑦钛合金中加入Al、Sn、Zr将扩大α相区，使β相变点升高；V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si将缩小α相区（扩大β相区），使β相变点降低。 ⑧β相中原子扩散系数很大，钛合金的加热温度一旦超过β相变点，β相将快速长大成粗晶组织，即β脆性，故钛合金淬火的加热温度一般均低于其β相变点。
目录 第一章金属热处理课程设计简介 (1) 一、课程设计的任务与性质 (1) 二、课程设计的目的 (1) 三、设计内容与基本要求 (1) 四、设计步骤 (2) 第二章材料16Mn基本参数 (2) 一、16Mn材料简介 (2) 二、16Mn材料的性能及用途 (3) 三、16Mn材料化学成分 (3) 四、16Mn物理力学性能 (3) 第三章热处理工艺设计 (4) 一、16Mn热处理概述 (4) 二、16Mn热处理 (4) 三、基本参数确定 (9) 第四章 16Mn钢热处理分析 (10) 一、16Mn钢热处理后组织分析 (10) 二、16Mn钢热处理后材料性能检测 (13) 第五章设计与心得体会 (17) 参考文献 (19)
第一章金属热处理课程设计简介 一、课程设计的任务与性质 《金属热处理原理与工艺》课程是一门重要的专业课程，金属材料热处理工艺设计及实验操作是一种重要的教学环节，通过金属材料热处理工艺金相组织分析、性能检测等实验，可以培养学生掌握热处理实验方法、原理及相关设备，运用热处理的基本原理和一般规律对实验结果进行分析讨论，有助于强化学生解决问题、分析问题的能力。 二、课程设计的目的 1、课程设计属于《金属热处理原理与工艺》课程的延续，通过设计实践，进一步学习掌握金属热处理工艺设计的一般规律和方法。 2、培养综合运用金属学、材料性能学、金属工艺学、金属材料热处理及结构工艺等相关知识，进行工程设计的能力。 3.培养使用手册、图册、有关资料及设计标准规范的能力。 4.提高技术总结及编制技术文件的能力。 5.是金属材料工程专业毕业设计教学环节实施的技术准备。 三、设计内容与基本要求 设计内容：完成合金结构钢（16Mn）的热处理工艺设计，包括工艺方法、路线、参数的确定，热处理设备及操作，金相组织分析，材料性能检测等。 基本要求： 1.课程设计必须独立的进行，每人必须完成不同的某一种钢材热处理工艺设计，能够较清楚地表达所采用热处理工艺的基本原理和一般规律。 2.合理地确定工艺方法、路线、参数，合理选择热处理设备并正确操作。 3.正确利用TTT、CCT图等设计工具，认真进行方案分析。 4.正确运用现代材料性能检测手段，进行金相组织分析和材料性能检测等。 5.课程设计说明书力求用工程术语，文字通顺简练，字迹工整，图表清晰。 四、设计步骤 方案确定： 1.根据零件服役条件合理选择材料及提出技术要求。
以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。 五退火--淬火--回火 (一)．退火的种类 1．完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重要工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 (二)．淬火 为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、速冷。最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。 (三)．回火 1为经济的防火方法。 四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。 目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。 （2）常用火焰喷涂塑料材料及性能 塑料种类很多，根据塑料受热的性能，可分为热塑性塑料及热固性塑料两大类。火焰喷涂用塑料粉末一般由塑料原料加上改性材料制成，这些改性材料，包括各种填料、颜料、流平剂、增韧剂等。通过改性，使塑料粉末容易进行火焰喷涂。使制成的涂层具有所要求的颜色和各 表1聚乙烯粉末涂层的物理化学性能 注：试验采用 1.5m钢板，涂后在30～35℃条件下、酸碱浸渍10d溶剂油类分别浸渍30d 和100d后测试。 聚乙烯粉末涂层与其它涂层性能比较见表 2 表2聚乙烯等其它品种粉末涂层的性能比较 2、尼龙(聚酰胺) 尼龙是一种应用很广的热塑性塑料，最高应用温度为 80～120℃，最低使用温度为-50～-60℃。 尼龙具有良好的耐蚀性，十分耐碱和大多数盐水、稀酸。但不耐强酸和氧化性酸的腐蚀。对烃、酮、酯、油类抗蚀能力良好，不耐酚和甲酸的腐蚀。
1、热处理 定义：把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。 目的及意义：金属材料改变性能的方法，改变使用性能和工艺性能，充分利用材料的潜能，控制产品质量，节省资源和材料，缩短生产周期、降低成本 2、固态相变 定义：成分、温度、压力等因素改变时，固态物质内部发生的组织结构变化。 研究意义：控制过程→获得预期的组织→得到预期性能。 三种基本变化：成分；结构；有序度 主要特点：相变阻力大，相界面结构关系，存在一定的位向关系和惯习面，非均匀、缺陷处形核，新相有特定形状`，原子迁移率低 驱动力：新/旧两相自由能差,晶体缺陷能 阻力：1，界面能 界面能产生原因：界面有一定厚度和体积；原子错排；结合键受破坏→能量高 三种界面类型：完全共格：界面原子完全匹配，除孪晶外，少见。半共格：界面能与位错密度、错配度有关，借助弹性畸变保持界面的匹配。非共格：界面能最大 2，应变能 产生原因：新/旧相比容不同（比容差应变能）。界面错配→新/旧相硬匹配（共格应变能） 共格界面应变能最大，非共格最小 比容差应变能与新相几何形状有关，球形应变能最大，针状居中，片状最小 3、奥氏体 性能 ←力学性能：塑性好、强度低。 ←物理性能：顺磁性。比容小。热膨胀系数大。导热性能差。 ←化学性能:抗腐蚀；耐热。 形成条件：（1）Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的过热度。（2），过热度大，容易形成（3），实际相变温度与加热速度有关，不是固定值，加热速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。 奥氏体形成 （1）形核 ←球化体：优先在晶界的F/碳化物界面上形成，其次在晶内的F/碳化物界面上形成 ←片状P：优先在P团的界面上形成，其次在F/碳化物界面上形成 ←相界形核原因 碳浓度起伏，如F中高浓度区有利于向A转变 结构起伏→晶体结构改组容易 能量起伏→杂质、晶体缺陷多→形核→降低界面能、应变能 （2）长大 ←球化体：A包围碳化物，使碳化物与F分开，A形成F/A和C/A两个界面，双向推进长大。 ←片状P：垂直片方向（在A、F中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织F和碳化物相就会不断溶解）。示意图 平行片方向（体扩散+界面扩散） 界面迁移路程短，是主要长大方式→平行方向长大速度快 （3）残余碳化物的溶解（4）奥氏体成分均匀化 影响A形成速度的因素 （1），加热温度：T↑→A化速度↑。（2），加热速度：V↑→转变温度↑，转变时间↓。 （3），含碳量
45号钢热处理工艺 学号：XXXXXX 姓名：XXXXX 指导老师：XXX
目录 一、综述 (4) 1．调质淬火 (4) （1）淬火加热温度 (4) (2) 淬火冷却 (4) （3) 淬火冷却方法 (5) 2．45钢的调质淬火 (5) 3．回火 (6) （1）回火目的 (6) （3）常用回火方法 (6) 4．45钢淬火后的回火 (6) 二、选题依据 (7) 三、实验材料与设备 (8) 1. 实验设备 (8) 2. 实验材料 (8) 三、实验过程 (8) 1. 试样的热处理 (8) （1）淬火 (8) （2）回火 (9) 2. 试样硬度测定 (9) 3. 显微组织观察与拍照记录 (9) （1）样品的制备 (9) （2）显微组织的观察与记录 (9) 五、实验结果与分析 (10) 1. 样品硬度与显微组织分析 (10) 2. 硬度测试数据 (11) 3. 淬火对试样性能的影响 (11) （1）淬火温度的影响 (11)
（2）淬火介质的影响 (12) 4. 回火对试样的影响 (12) （1）回火温度对45钢组织的影响 (12) （2）回火温度对45 钢硬度和强度的影响 (13) （3）以45钢和T8钢为例分析碳含量对钢的淬硬性的影响 (13) 六、结论 (14) 1. 淬火条件影响样品的组织和性能 (14) 2. 回火温度影响样品的组织和性能 (14) 3. 碳元素影响样品的组织和性能。 (14) 七、参考文献 (14)
一、综述 【内容摘要】：45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。45钢淬火温度在A3+(30～50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。 【关键字】：调质淬火45钢的调质淬火回火45钢淬火后的回火 1．调质淬火 调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。 淬火 ——淬火是将工件加热到AC3或AC1点以上某一温度保持一定时间。然后以适当速度快速冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。 目的：就是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高强度硬度，以便在随后不同温度回火后获得所需要的性能。 （1）淬火加热温度 淬火温度主要是根据Fe—Fe3C相图中钢的临界点确定。亚共析钢的淬火加热温度：AC3以上30℃~50℃，使钢完全奥氏体化，淬火后获得全部马氏体组织。共析钢、过共析钢的淬火加热温度：为AC1以上30℃~50℃，得到奥氏体和部分二次渗碳体，淬火后得到马氏体（共析钢）或马氏体加渗碳体（过共析钢）组织。 (2)淬火冷却 淬火冷却时，要保证获得马氏体组织，必须使奥氏体以大于马氏体临界冷却速度冷却，而快速冷却会产生很大淬火应力，导致钢件的变形与开裂。因此，淬火工艺中最重要的一个问题是既能获得马氏体组织，又要减小变形、防止开裂。 常用冷却介质：目前应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。实际生产中，使用的冷却介质较多，到目前为止，尚未找到一种介质，能完全符合理想淬火冷却速度的要求。水具有较强烈的冷却能力，用作奥氏体稳定性较小的碳钢的淬火，水冷却介质最为合适。油的冷却能力比水小，因此，生产中用油作冷却介质，只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火。
第4章钛合金的相变及热处理 可以利用钛合金相变诱发的超塑性进行钛合金的固态焊接，接头强度接近基体强度。 4.1 同素异晶转变 1.高纯钛的β相变点为88 2.5℃，对成分十分敏感。在882.5℃发生同素异晶转变：α（密排六方）→β（体心立方），α相与β相完全符合布拉格的取向关系。 2.扫描电镜的取向成像附件技术（Orientation-Imaging Microscopy , OIM） 3.α/β界面相是一种真实存在的相，不稳定，在受热情况下发生明显变化，严重影响合金的力学性能。 4.纯钛的β→α转变的过程容易进行，相变是以扩散方式完成的，相变阻力和所需要的过冷度均很小。冷却速度大于每秒200℃时，以无扩散发生马氏体转变，试样表面出现浮凸，显微组织中出现针状α′。转变温度会随所含合金元素的性质和数量的不同而不同。 5.钛和钛合金的同素异晶转变具有下列特点： （1）新相和母相存在严格的取向关系 （2）由于β相中原子扩散系数大，钛合金的加热温度超过相变点后，β相长大倾向特别大，极易形成粗大晶粒。 （3）钛及钛合金在β相区加热造成的粗大晶粒，不像铁那样，利用同素异晶转变进行重结晶使晶粒细化。钛及钛合金只有经过适当的形变再结晶消除粗晶组织。 4.2 β相在冷却时的转变 冷却速度在410℃/s以上时，只发生马氏体转变；冷速在410～20℃/s时,发生块状转变；冷却继续降低，将以扩散型转变为主。 1.β相在快冷过程中的转变 钛合金自高温快速冷却时，视合金成分不同，β相可以转变成马氏体α′或α"、ω或过冷β等亚稳定相。 （1）马氏体相变 ①在快速冷却过程中，由于β相析出α相的过程来不及进行，但是β相的晶体结构，不易为冷却所抑制，仍然发生了改变。这种原始β相的成分未发生变化,但晶体结构发生了变化的过饱和固溶体是马氏体。 ②如果合金的溶度高，马氏体转变点M S降低至室温一下，β相将被冻结到室温，这种β相称过冷β相或残留β相。 ③若β相稳定元素含量少，转变阻力小，β相由体心立方晶格直接转变为密排六方晶格，这种具有六方晶格的过饱和固溶体称六方马氏体，以α′表示。 ④若β相稳定元素含量高，晶格转变阻力大，不能直接转变为六方晶格，只能转变为斜方晶格，这种具有斜方晶格的马氏体称斜方马氏体，以α′′表示。 ⑤马氏体相变是一个切变相变，在转变时，β相中的原子作集体的、有规律的进程迁移，迁移距离较大时形成六方α′相，迁移距离较小时形成斜方α′′相。 ⑥马氏体相变开始温度M S ；马氏体相变终了温度M f 。 ⑦钛合金中加入Al、Sn、Zr将扩大α相区，使β相变点升高；V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu、Si将缩小α相区（扩大β相区），使β相变点降低。 ⑧β相中原子扩散系数很大，钛合金的加热温度一旦超过β相变点，β相将快速长大成粗晶组织，即β脆性，故钛合金淬火的加热温度一般均低于其β相变点。 ⑨β相稳定元素含量越高，相变过程中晶格改组的阻力就越大，因而转变所需
铸造 1.熔融的液态金属填满型腔冷却。制件中间易产生气孔。 2.把金属加热熔化后倒入砂型或模子里，冷却后凝固成为器物。 3.铸造对被加工才料有要求，一般铸铁、铝等的铸造性能较好。铸造不具备锻造的诸多优点，但它能制造形状复杂的零，因此常用于力学性能要求不高的支称件的毛丕制造。例如机床外壳等。 锻造 1.主要是在高温下用挤压的方法成型。可以细化制件中的晶粒。 2.用锤击等方法，使在可塑状态下的金属材料成为具有一定形状和尺寸的工件，并改变它的物理性质。 3.锻造时，金属经过塑性变形，有细化晶粒的做用，切纤维连续，因此常用于重要零件的毛丕制造，例如轴、齿论等。 热处理 热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间，然后用一定速度冷却，以改变金属的组织结构，从而改变其性能（包括物理、化学和力学性能）的工艺。改善钢的力学性能或加工性能。1.退火 操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；
3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、 焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。 2.正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。 目的： 1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能； 2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备； 3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点： 正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。 3.淬火 操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。 目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏
钛合金及其热解决工艺简述 宝鸡钛业股份有限公司：杨新林 摘要：本文对钛及其合金基本信息进行了简要简介，对钛几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金热解决类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金热解决工艺结识提供指引。 核心词：钛合金，热解决 1 引言 钛在地壳中蕴藏量位于构造金属第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了初期人们对钛合金开发和运用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术改进和提高,钛合金应用才逐渐开展[5]。 纯钛熔点为1668℃,高于铁熔点。钛在固态下具备同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格β相,在882.5℃如下为密排六方晶格α相。钛 合金依照其退火后室温组织类型进行分类,退火组织为α相钛合金记为TAX,也 称为α型钛合金；退火组织为β相钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中“X”为顺序号。国内当前钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC型15个以上[5]。 钛合金具备如下特点：
（1）与其她合金相比,钛合金屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金密度为4g/cm3,大概为钢一半,因而,它具备较高比强度； （3）钛合金耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好； （5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完毕之后,为了消除材料中加工应力，达到使用规定性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学解决过程中增长有害元素(例如氢)等,往往要通过热解决工艺来实现。钛合金热解决工艺大体可分为退火、固溶解决和时效解决三个类型。由于钛合金高化学活性,钛合金最后热解决普通在真空条件下进行。热解决是调节钛合金强度重要手段之一。 2 钛合金合金化特点 钛合金性能由Ti同合金元素间物理化学反映特点来决定，即由形成固溶体和化合物特性以及对α?β转变影响等来决定。而这些影响又与合金元素原子尺寸、电化学性质（在周期表中相对位置）、晶格类型和电子浓度等关于。但作为Ti合金与其他有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，尚有其独有特点，如：（1）运用Tiα?β转变，通过合金化和热解决可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满d电子层，能同原子直径差位于±20％以内置换式元素形成高浓度固溶体；
材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影 响 Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】
材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响 预习报告 姓名：崔立莹 班级：材科1202 学号： 2015年11月 材料成分和热处理工艺对钢的组织与性能的影响 一、实验目的 1. 了解热处理设备和几种热处理工艺的实际操作。 2. 了解材料成分、热处理工艺、组织和性能之间的关系。 3. 培养学生综合运用所学热处理理论知识和实验技术独立分析和解决实际问题的能力。 二、实验材料与设备 1. 45（Ф15mm）、40CrNi（Ф13mm）和T8（Ф16mm）钢试样 2. 箱式加热炉 3. 硬度计 4. 金相显微镜以及数码照相系统 5. 磨光机及金相砂纸 6. 抛光机及抛光液 7. 浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、竹夹子、脱脂棉、滤纸等
三、实验内容及要求 本实验采用的钢材有40、40CrNi和T8三种，对于每一种钢材，要求得到如下组织： 全班分三组，每组选一种钢材，每人选一种组织进行以下实验： 1. 根据所选钢种和组织，综合运用所学的热处理知识，制定合理的（或能得到所要求显微组织的）热处理工艺； 2. 按照制定的热处理工艺对钢进行热处理； 3. 测定热处理后钢材的性能(硬度、T8钢可作拉伸和冲击实验)； 4. 制备金相试样，观察组织并记录(照相)； 5. 总结并讨论实验结果。 本实验要求： 1. 每位同学均要首先根据实验总学时和实验要求制定实验方案（包括实验时间的具体安排）。注意本综合性实验为团队性实验，每位同学均无法单独完成，制定方案和时间安排时要与其他同学协调好； 2．在每个同学根据所选钢种和组织制定相应热处理工艺的基础上，以组为单位讨论并协调热处理方案； 3. 按照方案进行热处理、性能测定、组织观察与记录； 4. 以组为单位分析和总结实验结果，然后再以班为单位分析和总结实验结果。 四、实验准备内容 1、箱式电阻炉
钢的几种常见热处理概念介绍 1．正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 5．固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 6．时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度 7．淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 8．回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺 9．钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。 10．调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。 11．钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺 回火的种类及应用
钛合金及其热处理工艺简述 钛业股份：新林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛 合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好；
（5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。 2 钛合金的合金化特点 钛合金的性能由Ti同合金元素间的物理化学反应特点来决定，即由形成的固溶体和化合物的特性以及对α?β转变的影响等来决定。而这些影响又与合金元素的原子尺寸、电化学性质（在周期表中的相对位置）、晶格类型和电子浓度等有关。但作为Ti合金与其它有色金属如Al、Cu、Ni 等比较，还有其独有的特点，如： （1）利用Ti的α?β转变，通过合金化和热处理可以随意得到α、α+β和β相组织； （2）Ti是过渡族元素，有未填满的d电子层，能同原子直径差位于±20％以的置换式元素形成高浓度的固溶体； （3）Ti及其合金在远远低于熔点的温度中能同O、N、H、C等间隙式杂质发生反应，使性能发生强烈的改变； （4）Ti同其它元素能形成金属键、共价键和离子键固溶体和化合物。 Ti合金合金化的主要目的是利用合金元素对α或β相的稳定作用，来控制α和β相的组成和性能。各种合金元素的稳定作用又与元素的电子浓度（价电子数与原子的比值）有密切关系，一般来说，电子浓度小于4的元素能稳定α相，电子浓度大于4的元素能稳定β相，电子浓度等于4的元素，既能稳定α相，也能稳定β相。 工业用Ti合金的主要合金元素有Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si 等，按其对转变温度的影响和在α或β相中的固溶度可以分为三大类：α稳定元素、β稳定元素、中性元素[6,7]。
钢的热处理工艺知识大全 热处理是将固态金属或合金采用适当的方式加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 热处理工艺它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的工艺性能、提高加工质量、减小刀具磨损。 钢的热处理方法可分为：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。 热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的，因此，热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，如下图所示，这种曲线称为热处理工艺曲线。 一、退火 将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺称为退火。 退火的主要目的是： (1)降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 (2)细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后
的热处理作准备。 （3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。 （1）完全退火完全退火是将钢加热到完全奥氏体化（AC3 以上 30?50C）,随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。 在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。 完全退火主要用于中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用于焊接结构件，过共析钢不宜采用完全退火，因过共析钢完全退火需加热到AS以上，在缓慢冷却时，钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。 （2）球化退火是将钢加热到AG以上20?30C,保温一定时间，以不大于50C /H的冷却速度随炉冷却下来，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。 球化退火适用于共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢在锻造加工后进行球化退火，一方面有利于切削加工，同时为最后的淬火处理作好组织准备。 （3）去应力退火是将钢加热到略低于A i的温度（一般取500? 650C）,保温一定时间后缓慢冷却的工艺方法，其目的是消除由于塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余应力。 工件和零件中存在的内应力是十分有害的，如不及时消除，会在加工和使用过程中发生变形，影响其精度，因此，铸造、锻造、焊接及切削加
钛合金及其热处理工艺简述 宝鸡钛业股份有限公司：杨新林 摘要：本文对钛及其合金的基本信息进行了简要介绍，对钛的几类固溶体划分进行了简述，对钛合金固态相变也进行了概述。重点概述了钛合金的热处理类型及工艺，为之后生产实习中对钛合金的热处理工艺认识提供指导。 关键词：钛合金，热处理 1 引言 钛在地壳中的蕴藏量位于结构金属的第四位,但其应用远比铜、铁、锡等金属滞后。钛合金中溶解的少量氧、氮、碳、氢等杂质元素,使其产生脆性,从而妨碍了早期人们对钛合金的开发和利用。直至二十世纪四五十年代,随着英、美及苏联等国钛合金熔炼技术的改进和提高,钛合金的应用才逐渐开展[5]。 纯钛的熔点为1668℃,高于铁的熔点。钛在固态下具有同素异构转变,在882.5℃以上为体心立方晶格的β相,在882.5℃以下为密排六方晶格的α相。钛合金根据其退火后的室温组织类型进行分类,退火组织为α相的钛合金记为TAX,也称为α型钛合金；退火组织为β相的钛合金记为TBX,也称为β型钛合金；退火组织为α+β两相的钛合金记为TCX,也称为α+β型钛合金,其中的“X”为顺序号。我国目前的钛合金牌号已超过50个,其中TA型26个,TB型8个以上,TC 型15个以上[5]。 钛合金具有如下特点： （1）与其他的合金相比,钛合金的屈强比很高,屈服强度与抗拉强度极为接近； （2）钛合金的密度为4g/cm3,大约为钢的一半,因此,它具有较高的比强度； （3）钛合金的耐腐蚀性能优良,在海水中其耐蚀性甚至比不锈钢还要好； （4）钛合金的导热系数小,摩擦系数大,因而机械加工性不好； （5）在焊接时,钛合金焊缝金属和高热影响区容易被氧、氢、碳、氮等元素污染,使接头性能变坏。 在熔炼和各种加工过程完成之后,为了消除材料中的加工应力，达到使用要求的性能水平，稳定零件尺寸以及去除热加工或化学处理过程中增加的有害元素(例如氢)等,往往要通过热处理工艺来实现。钛合金热处理工艺大体可分为退火、固溶处理和时效处理三个类型。由于钛合金高的化学活性,钛合金的最终热处理通常在真空的条件下进行。热处理是调整钛合金强度的重要手段之一。
“钢的热处理原理及工艺”作业题 第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、为何新相形成时往往呈薄片状或针状？ 4、说明相界面结构在金属固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 5、固－固相变的等温转变动力学图是“C”形的原因是什么？ 第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。 第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？ （1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性； （2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形； （3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒； （4）要消除T12钢中的网状渗碳体； 第四章、马氏体转变