金属材料+热处理基础知识

金属材料及热处理基本知识金属材料及热处理基本知识一、金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所反映出来的性能。

金属常用的力学性能有：1.弹性金属材料在受到外力作用时发生变形，外力消除后其变形逐渐消失的性质称为弹性。

① 刚性是指材料或构件在外力作用下抵抗弹性变形的能力。

② 刚度：k＝F/y2.塑性金属材料在受到外力作用时，产生显著的变形而不断裂的性能称为塑性。

① 伸长率δ② 断面收缩率ψ3.强度金属材料在外力作用下，抵抗变形和破坏的能力称为强度。

由于各种机器零件或构件因载荷作用形式和作用性质不同，金属材料所表现出的强度大小也不同。

金属材料的强度指标：（1）屈服强度σs在拉伸试验中，载荷不增加而试样仍能继续伸长时的应力称为屈服强度。

（2）抗拉强度σb材料在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。

（3）疲劳强度σ-1材料试样在疲劳试验过程中，在承受无数次（或给定次）对称循环应力作用仍不断裂的最大应力称为疲劳强度。

4.硬度金属表面抵抗硬物压入的能力称为硬度。

最常用的硬度指标：（1）布氏硬度HBS(HBW) 布氏硬度是使用一定直径的球体（淬火钢球或硬质合金球），以规定的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，然后用测量表面压痕直径来计算硬度。

使用淬火钢球作硬度试验得到的硬度用HBS表示；使用硬质合金球作硬度试验得到的硬度用HBW表示。

（2）洛氏硬度HRC 洛氏硬度C标尺试验采用120°金刚石圆锥体加1471N总试验力测量的硬度值。

5.冲击韧性金属材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性，其大小用冲击韧度αK表示。

二、钢的分类、用途与牌号（一）钢的分类1.按是否特意加入合金元素分类：（1）碳素钢不含有特意加入合金元素的钢，称为碳素钢。

（2）合金钢在碳素钢的基础上，为改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢，称为合金钢。

2.按含碳量分类（1）低碳钢C ≤ 0.25％；（2）中碳钢 0.25％＜ C ＜ 0.60％；（3）高碳钢C ≥ 0.60％；3.按质量分类（1）普通钢S ≤ 0.050％，P ≤ 0.045％（2）优质钢S ≤ 0.035％，P ≤ 0.035％（3）高级优质钢S ≤ 0.025％，P ≤ 0.025％4.按合金元素总量分类（1）低合金钢合金元素总含量＜ 5％（2）中合金钢合金元素总含量 5％～ 10％（3）高合金钢合金元素总含量＞10％5.按用途分类（1）结构钢主要用于制造各种机械零件和工程构件的钢。

学习好资料欢迎下载金属学与热处理总结一、金属的晶体结构重点内容：面心立方、体心立方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，八面体、四面体间隙个数；晶向指数、晶面指数的标定；柏氏矢量具的特性、晶界具的特性。

基本内容：密排六方金属晶体结构的配位数、致密度、原子半径，密排面上原子的堆垛顺序、晶胞、晶格、金属键的概念。

晶体的特征、晶体中的空间点阵。

晶格类型晶胞中的原子数原子半径配位数致密度体心立方243a868%面心立方442a1274%密排六方621 a1274%晶格类型fcc(A1)bcc(A2)hcp(A3)间隙类型正四面体正八面体四面体扁八面体四面体正八面体间隙个数8412612623a a原子半径 r A4a4232 a a53a2 3a6 2a2 1a间隙半径 r B22444442晶胞：在晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小的几何单元，用来分析原子排列的规律性，这个最小的几何单元称为晶胞。

金属键：失去外层价电子的正离子与弥漫其间的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式称为金属键。

位错：晶体中原子的排列在一定范围内发生有规律错动的一种特殊结构组态。

位错的柏氏矢量具有的一些特性：①用位错的柏氏矢量可以判断位错的类型；②柏氏矢量的守恒性，即柏氏矢量与回路起点及回路途径无关；③位错的柏氏矢量个部分均相同。

刃型位错的柏氏矢量与位错线垂直；螺型平行；混合型呈任意角度。

晶界具有的一些特性：①晶界的能量较高，具有自发长大和使界面平直化，以减少晶界总面积的趋势；②原子在晶界上的扩散速度高于晶内，熔点较低；③相变时新相优先在晶界出形核；④晶界处易于发生杂质或溶质原子的富集或偏聚；⑤晶界易于腐蚀和氧化；⑥常温下晶界可以阻止位错的运动，提高材料的强度。

二、纯金属的结晶重点内容：均匀形核时过冷度与临界晶核半径、临界形核功之间的关系；细化晶粒的方法，铸锭三晶区的形成机制。

基本内容：结晶过程、阻力、动力，过冷度、变质处理的概念。

热处理基础知识热处理的原理热处理就是通过将工件放于一定的气氛中进行适当的加热、保温及冷却，以改变工件的性能的过程。

热处理术语整体热处理：把金属或工件进行穿透加热的热处理工艺。

本车间使用的热处理工艺均为整体热处理，包括：渗碳、淬（回）火、调质、正火、渗碳直接淬火等。

局部热处理：仅对工件的某个部件或几个部位进行热处理的工艺，常用的有高频淬火、激光表面处理等。

化学热处理：把金属材料或工件放在适当的活性介质中加热、保持，使一种或几种化学元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，渗碳是其中的一种。

可控气氛热处理：为达到无氧化、无脱碳、按要求增碳的目的，在成分可以控制的炉气中进行加热和冷却的热处理工艺。

本车间用的UBE渗碳自动生产线就是可控气氛热处理的一种。

真空热处理：在一定的真空度的加热炉中，可实现工件无氧化的热处理工艺。

热处理术语滴注式气氛：把含碳有机液体（一般用甲醇）定量滴入加热到一定温度（700℃以上）、密封良好的炉内，在炉内裂解形成的气氛。

甲醇裂解气可以用作渗碳载气、添加丙酮、异丙醇、煤油等可提高碳势，作为渗碳气氛。

淬火冷却介质：工件冷却淬火时使用的介质。

常用的有水，盐、碱、有机聚合物水溶液。

油、熔盐、流态床、空气、氢气、氮气和惰性气体等。

淬透性：以在规定条件下淬火所能达到的硬度分布表征的材料特性。

淬硬性：以钢在理想条件下所能达到的最高硬度表征的材料特性。

端淬试验：将标准端淬试样（φ25x100mm）奥氏体化后，在专用的试验机上对其下端平面喷水冷却，然后沿试样圆柱表面轴向磨平带上测出硬度和水冷端距离的关系曲线。

此曲线被称为端淬曲线。

该试验方法被称做端淬试验，通过端淬试验可以大致确定金属材料的淬透性。

热处理术语奥氏体化：将钢铁加热到Ac3或Ac1以上，使原始组织全部或部分转变为奥氏体的工艺等温转变：钢和铸铁奥氏体化后，冷却到Ar1或Ar3以下温度保持时的过冷奥氏体发生的转变。

连续冷却转变：钢铁奥氏体化后以不同的冷却速度连续冷却时，过冷奥低体发生的转变，过冷奥氏体连续冷却时的开始和终止转变时间、温度及转变产物与冷却速度间的关系曲线称做奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）退火：钢铁或非铁金属加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

第一章金属学及热处理基础知识一、金属的基本结构金属材料的化学成分不同，其性能也不同。

但是对于同一种成分的金属材料，通过不同的加工处理工艺，改变材料内部的组织结构，也可以使其性能发生极大的变化，可见，金属的内部结构和组织状态也是决定金属材料性能的重要因素。

金属和合金在固态下通常都是晶体，因此首先要了解其晶体结构。

1、金属的原子结构及原子的结合方式（1）金属原子的结构特点最外层的电子数很少，一般为1～2个，最多不超过4个，这些外层电子与原子核的结合力很弱，很容易脱离原子核的束缚而变成自由电子，此时的原子即变为正离子，而对于过渡族金属元素来说，除具有以上金属原子的特点外，还有一个特点，即在次外层尚未填满电子的情况下，最外层就先填充了电子。

因此，过渡族金属的原子不仅容易丢失最外层电子，而且还容易丢失次外层的1～2个电子，这就出现了过渡族金属化合价可变的现象。

当过渡族金属的原子彼此相互结合时，不仅最外层电子参与结合，而且次外层电子也参与结合。

因此，过渡族金属的原子间结合力特别强，宏观表现为熔点高。

强度高。

由此可见，原子外层参与结合的电子数目，不仅决定着原子间结合键的本质，而且对其化学性能和强度等特性也具有重要影响。

（2）金属键处以集聚状态的金属原子，全部或大部将它们的价电子贡献出来，为其整个原子集体所公有，称之为电子云或电子气。

这些价电子或自由电子，已不再只围绕自己的原子核转动，而是与所有的价电子一起在所有原子核周围按量子力学规律运动着。

贡献出价电子的原子，则变为正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来，这种结合方式叫做金属键，它没有饱和性和方向性。

（3）结合力与结合能固态金属中两原子之间的相互作用力包括：正离子与周围自由电子间的吸引力，正离子与正离子以及电子与电子间的排斥力。

结合能是吸引能与排斥能的代数和，当形成原子集团比分散孤立的原子更稳定，即势能更低时，在吸引力的作用下把远处的原子移近所做的功是使原子的势能降低，所以吸引能是负值，相反，排斥能作用下把远处的原子移近平衡距离d 0时，其结合能最低，原子最稳定。

热处理基础知识总结热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

一、热处理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：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，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更优。

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。

金属热处理基础知识金属热处理是通过控制金属材料在高温下的加热、保温和冷却过程，以调整其组织和性能的一种工艺。

在金属热处理过程中，我们需要了解一些基础知识，包括常见的热处理工艺、影响金属性能的因素以及常见的热处理设备。

一、常见的热处理工艺1. 固溶处理固溶处理是指将固溶体加热至高温，使其中存在的合金元素完全溶解，然后在适当的温度下保温一段时间，最后通过快速冷却来获得均匀的组织。

固溶处理通常用于合金强化、改善材料的韧性和疲劳性能等方面。

2. 然后冷却处理淬火是一种快速冷却工艺，通过将金属材料迅速从高温加热状态冷却至室温或低温，以使金属材料的组织发生相变，从而获得所需的性能。

淬火可以有效提高金属材料的硬度、抗拉强度和磨损性能。

3. 回火处理回火是指在淬火后，将材料重新加热到较低的温度，保温一段时间后冷却，以减轻淬火带来的材料脆性和应力。

回火可以降低材料的硬度，提高其韧性和可加工性。

二、影响金属性能的因素1. 温度温度是热处理过程中最重要的因素之一。

不同的金属和热处理工艺需要不同的温度范围，过高或过低的温度都会对金属的性能产生负面影响。

2. 时间保温时间是指在加热过程中保持金属材料在一定温度范围内的时间。

适当的保温时间可以使金属内部的相变和晶粒生长完成，从而得到所需的性能。

3. 冷却速度冷却速度会影响金属的组织和性能。

快速冷却可以获得细小且均匀的组织，从而提高金属的强度和硬度。

相反，缓慢冷却则可以使金属的组织更加柔韧。

三、常见的热处理设备1. 炉子炉子是最常见的热处理设备之一，在炉子内加热金属材料可以实现固溶、淬火和回火等工艺。

2. 水槽水槽是用于淬火的设备，在高温加热后，将金属迅速浸入冷却介质（通常是水或油）中，以实现材料的淬火工艺。

3. 回火炉回火炉用于回火处理工艺，将经过淬火处理的材料加热到适当的温度，保温一段时间后进行冷却。

4. 空气冷却器空气冷却器通常用于对材料进行较慢的冷却过程，可以通过控制冷却速度来调整材料的性能。

热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

一、热处理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：将亚共析钢工件加热至AC3以上210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ACI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富化，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（quenchingandtempering）: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更优。

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。