材料及热处理

工程材料及热处理一、引言工程材料是现代工业和科技领域中不可或缺的一部分，广泛应用于建筑、机械、电子、航空航天、交通运输等领域。

热处理是工程材料加工过程中的重要环节，通过改变材料的内部结构，提高其力学性能、物理性能和化学性能。

本文将详细介绍工程材料的分类、性能与特点、热处理原理、常见热处理工艺、材料选用原则、材料检测与评估、热处理设备与工艺优化以及工程材料应用领域。

二、工程材料分类工程材料可分为金属材料和非金属材料两大类。

金属材料包括钢铁材料、有色金属材料和合金等；非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。

这些材料在性能上各有特点，适用于不同的工程领域。

三、材料性能与特点1.金属材料：具有较高的强度、塑性和韧性，具有良好的导电性和导热性。

不同的金属材料在耐磨性、耐腐蚀性等方面也表现出不同的特点。

2.非金属材料：具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，且具有良好的绝缘性能。

非金属材料在加工过程中具有较好的可塑性和可加工性。

四、热处理原理热处理是通过加热、保温和冷却等工艺手段，改变材料的内部结构，从而提高其力学性能和物理性能。

热处理过程中，材料的内部原子或离子重新排列，形成新的晶体结构，从而改变材料的性质。

五、常见热处理工艺1.退火：将材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。

退火可以消除材料的内应力，改善其组织和性能。

2.淬火：将材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料表面硬化而内部保持韧性。

淬火可以提高材料的硬度和耐磨性。

3.回火：将淬火后的材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。

回火可以消除材料的内应力，改善其组织和性能。

4.表面处理：通过化学或电化学方法对材料表面进行处理，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性等性能。

六、材料选用原则1.根据工程要求选择合适的材料类型和牌号；2.考虑材料的性能参数，如强度、硬度、韧性等；3.考虑材料的耐腐蚀性、耐磨性等特殊要求；4.考虑材料的加工工艺和经济性等因素。

工程材料及金属热处理知识工程材料是指用于机械、建筑、电气等领域的材料。

它们通常需要具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等特性。

工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。

金属材料是最常见的工程材料，包括铁、钢、铜、铝、镁等金属以及它们的合金。

金属材料具有良好的导电性、导热性、高强度和塑性。

常见的金属材料处理方法有退火、淬火、回火、冷作等。

其中，淬火是加热金属到一定温度后迅速冷却，目的是增加材料的硬度和强度；回火则是通过再次加热金属来减轻淬火后的内应力，使得金属具有更好的韧性。

非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。

它们通常具有较低的密度、化学稳定性、耐腐蚀和绝缘性。

热处理方法主要包括退火、烧结和化学处理。

复合材料是将不同材料组合在一起形成的新材料，如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等。

这种材料结合了各种材料的优点，因此在许多领域都有广泛的应用。

金属的热处理是一种改变金属结构和性质的方法。

经过热处理，金属可以获得更高的硬度、强度和耐蚀性。

以下是一些金属热处理方法的描述：退火：将金属加热到适当温度，保持一段时间后缓慢冷却。

该方法可使金属软化、去除内部应力，并提高延展性和冲击性能。

淬火：将金属加热到一定温度，然后迅速冷却。

这会使金属的组织产生变化，从而提高硬度和强度。

回火：通过在较低的温度下将金属加热一段时间，以达到减轻淬火后产生的内部应力的目的。

正火：将金属加热到适当的温度，然后在空气中自然冷却。

这样的过程可以增加材料的硬度和强度。

淬化：使用醇类或水溶液使淬火后的金属变脆，然后在热水中浸泡一段时间来恢复其硬度和强度。

热处理对于工程材料的重要性不言而喻。

能够正确选择和使用热处理方法将有助于确保材料能够耐用、稳定地运行，并具有所需的物理和化学性质。

常用材料热处理工艺完整版热处理工艺是指通过加热、保温和冷却等一系列措施，改变材料的组织结构和性能的一种工艺。

常用材料热处理工艺主要包括退火、正火、淬火和回火等。

1.退火退火是指将材料加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温的过程。

退火能够消除材料内部的应力，改善材料的可加工性和机械性能。

常见的退火工艺有全退火、球化退火和时效退火等。

-全退火全退火是将材料加热到高于临界温度的区域，使组织发生再结晶，然后缓慢冷却到室温。

全退火能够使材料获得良好的塑性和韧性。

-球化退火球化退火是将材料加热到高于临界温度的区域，使组织中的晶粒成球状，然后缓慢冷却。

球化退火能够使材料获得细小均匀的晶粒，提高材料的韧性和延展性。

-时效退火时效退火是将材料加热到一定温度，在保温一定时间后快速冷却。

时效退火能够使材料的晶粒尺寸增大，提高材料的硬度和抗腐蚀性能。

2.正火正火是将材料加热到临界温度并保持一段时间，然后缓慢冷却。

正火能够消除材料内部的应力，使组织细化，提高材料的硬度和韧性。

正火适用于一些低碳钢和合金钢的热处理。

3.淬火淬火是指将材料加热到临界温度以上，保温一段时间，然后迅速冷却到室温。

淬火能够使材料快速形成马氏体组织，并获得高硬度。

淬火适用于一些高碳钢和合金钢的热处理。

4.回火回火是指将淬火处理后的材料加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。

回火能够使材料的硬度降低，提高材料的韧性和抗脆性。

回火适用于一些淬火处理后需要获得一定韧性的材料。

总结起来，常用材料的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火。

不同的材料和要求会选择不同的热处理工艺，以达到最佳的组织结构和性能。

工程材料及热处理一、名词解释（20分）8个名词解释1.过冷度：金属实际结晶温度T和理论结晶温度、Tm之差称为过冷度△T，△T=Tm-T。

2.固溶体：溶质原子溶入金属溶剂中形成的合金相称为固溶体。

3.固溶强化：固溶体的强度、硬度随溶质原子浓度升高而明显增加，而塑、韧性稍有下降，这种现象称为固溶强化。

4.匀晶转变：从液相中结晶出单相的固溶体的结晶过程称匀晶转变。

5.共晶转变：从一个液相中同时结晶出两种不同的固相6.包晶转变：由一种液相和固相相互作用生成另一种固相的转变过程，称为包晶转变。

7.高温铁素体：碳溶于δ-Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。

铁素体：碳溶于α－Fe的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F表示。

奥氏体：碳溶于γ-Fe的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或F表示。

8.热脆（红脆）：含有硫化物共晶的钢材进行热压力加工，分布在晶界处的共晶体处于熔融状态，一经轧制或锻打，钢材就会沿晶界开裂。

这种现象称为钢的热脆。

冷脆：较高的含磷量，使钢显著提高强度、硬度的同时，剧烈地降低钢的塑、韧性并且还提高了钢的脆性转化温度，使得低温工作的零件冲击韧性很低，脆性很大，这种现象称为冷脆。

氢脆：氢在钢中含量尽管很少，但溶解于固态钢中时，剧烈地降低钢的塑韧性增大钢的脆性，这种现象称为氢脆。

9.再结晶：将变形金属继续加热到足够高的温度，就会在金属中发生新晶粒的形核和长大，最终无应变的新等轴晶粒全部取代了旧的变形晶粒，这个过程就称为再结晶。

10.马氏体：马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。

含碳量低于0.2%，板条状马氏体；含碳量高于1.0%，针片状马氏体；含碳量介于0.2%-1.0%之间，马氏体为板条状和针片状的混合组织。

11.退火：钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织提高加工性能的一种热处理工艺。

12.正火：将钢加热到3c A或ccmA以上30-50℃，保温一定时间，然后在空气中冷却以获得珠光体类组织的一种热处理工艺。

常用材料热处理工艺参数
常用材料的热处理工艺参数取决于材料的组织性能要求、工艺性能要
求和使用条件等因素。

下面以几种常见的材料为例，介绍一些主要的热处
理工艺参数。

碳钢是一种普遍使用的金属材料，其热处理工艺参数包括淬火温度、
回火温度、保温时间等。

一般来说，碳钢的淬火温度在800℃至900℃之间，回火温度在150℃至500℃之间。

保温时间通常为1小时到3小时。

不锈钢是一类具有良好耐腐蚀性能的材料，其热处理工艺参数包括退
火温度、固溶温度和时效温度。

退火温度一般在800℃至900℃之间，固
溶温度在1000℃至1200℃之间，时效温度在500℃至700℃之间。

保温时
间通常为1小时到5小时。

铝合金是一种轻质高强度的材料，其热处理工艺参数包括固溶温度、
时效温度和时效时间等。

固溶温度一般在480℃至520℃之间，时效温度
在150℃至250℃之间。

时效时间一般为1小时至10小时。

铜合金是一种导电性能良好的材料，其热处理工艺参数包括固溶温度、时效温度和时效时间等。

固溶温度一般在800℃至950℃之间，时效温度
在300℃至550℃之间。

时效时间一般为1小时至10小时。

上述只是对于不同材料几种常见的热处理工艺参数进行了简单的介绍，实际工艺参数还需要根据具体材料的特性和要求进行调整。

同时，热处理
工艺参数的选择也应考虑到工艺设备和生产成本等因素。

在实际应用中，
可以通过试验和实践来确定最佳的热处理工艺参数。

常用模具材料及热处理常用的模具材料有许多种，每一种材料都具有独特的特点和适用范围。

而热处理则是在模具制造过程中必不可少的一步，可以提高材料的硬度、强度和耐磨性，从而提高模具的使用寿命。

以下是几种常用的模具材料和热处理方法。

一、常用的模具材料：1.铝合金：铝合金具有良好的导热性能和成型性能，重量轻，价格便宜。

适用于制造小型模具或高精度的塑料模具。

2.铝青铜：铝青铜具有良好的导热性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，适用于制造高速冲压模和注塑模。

3.铜合金：铜合金具有良好的导热性能和热膨胀系数，适用于制造大型的冲压模和注塑模。

4.微晶玻璃钢：微晶玻璃钢具有高强度、耐磨性和抗腐蚀性能，适用于制造大型的冲压模和注塑模。

5.构造钢：构造钢具有高强度和耐磨性能，适用于制造大型的冲压模。

6.热作模具钢：热作模具钢具有优良的耐热性和抗热疲劳性能，适用于制造高温下工作的模具。

7.不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和高温强度，适用于制造化学模具和食品模具。

二、热处理方法：1.淬火：淬火是常用的热处理方法之一，通过迅速冷却材料，使其获得高硬度和高强度。

淬火温度和冷却介质根据材料的不同而不同。

2.回火：回火是淬火后的一个步骤，通过加热材料到一定温度并保持一段时间，降低材料的硬度和脆性，提高其抗冲击性和韧性。

3.淬火回火：将材料先进行淬火然后回火的组合处理，既能获得高硬度也能提高韧性。

4.预淬火：预淬火是在热处理之前先进行一次淬火，然后再进行其他热处理工艺，可以提高热处理的效果。

5.淬火再回火：在完全淬火和回火的基础上，再进行一次淬火和回火，以进一步提高材料的性能。

6.等温淬火：将材料加热到一个特定温度并保持一段时间，然后进行快速冷却，可以使材料获得均匀细小的组织和高硬度。

7.渗碳：通过在材料表面渗入一定的碳元素，提高材料的表面硬度和耐磨性。

总结：常用的模具材料有铝合金、铝青铜、铜合金、微晶玻璃钢、构造钢、热作模具钢和不锈钢等。

热处理方法包括淬火、回火、预淬火、淬火回火、等温淬火、淬火再回火和渗碳等。

常用材料及零件热处理
3.表面热处理方法特点和应用
表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和朔性（即表面火），或同时表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表层硬度更高的处理方法。

6.钢的淬透性
不同的钢种，接受淬火的能力不同，淬透层深度愈大，表明该钢种的淬透性愈好。

淬透性大的钢，其力学性能沿截面分布均匀；而淬透性小的钢心部力学性能低。

但全部淬透的工件，通常表面残留拉应力，对工件承受疲劳不利，工件热处理中也易变形开裂。

未淬透工件表面可残留压应力，反而有一定好处。

淬透层深度是指由淬火表面马氏体---50％马氏体+50％珠光体层的深度。

碳钢的淬透性低。

在设计大尺寸零件时，用碳钢正火比用碳钢调质更经济，而效果相似。

直径较大并具有几个台阶的台阶轴，需经调质处理时，考虑到淬透性影响，应先粗车成形，然后调质。

如果以棒料先调质，再车外圆，由于直径大，表面淬透层浅，阶梯轴尺寸较小的部分调质后的组织在粗车时可能被车去，起不到调质作用。

7.几种典型零件热处理示例
机床齿轮等零件常用材料及热处理。