金属热处理中的加热缺陷及解决方法

金属热处理原理与工艺习题及解答1.给出简化后的Fe-Fe3C相图，并标出各个区间的相的组成，根据Fe-Fe3C相图，回答下列现象的原因。

（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金的硬度高。

含碳量1%的铁碳合金（过共析）与含碳量0.5%的铁碳合金（亚共析）硬度对比实际上是解释渗碳体和铁素体之间的的硬度区别。

（2）一般要把刚才加热到1000~1250°C高温下进行热轧加工。

奥氏体的塑性好（3）靠近共晶成分的铁碳合金的铸造性能好。

对铸造性来说，铸铁的流动性比钢好，易于铸造，特别是靠近共晶成分的铸铁，其结晶温度低，流动性也好，结晶温度范围小，更具有良好的铸造性能。

某度给的超长答案：（1）含碳量1%的铁碳合金比含碳量0.5%的铁碳合金硬度高。

答：因为铁碳合金是由比较软的相——铁素体和比较硬的相——渗碳体两相组成，渗碳体是铁与碳的化合物，含碳量越高，碳化物越多，硬度就越高，所以含碳量高的铁碳合金硬度高。

（2）一般要把钢材加热到1000~1250°C，在高温下进行锻轧加工。

答：铁碳合金中有3种独立的组织，铁素体、奥氏体和渗碳体（珠光体是由铁素体和共析渗碳体构成，莱氏体是由奥氏体和共晶渗碳体构成，都不是独立组织），其中，奥氏体是面心立方结构晶格，而面心立方结构滑移系最多，塑性最好，最容易塑性变形，而锻轧加工就是对钢材进行塑性变形的工艺，但是奥氏体一般室温下不存在，所以，为了得到奥氏体，必须把钢材加热到奥氏体状态，才容易进行塑性变形。

此外，如果只加热到奥氏体状态，在锻造或轧制过程中，温度会下降，故应该加热到温度比较高的奥氏体状态，所谓乘热打铁就是如此。

（3）接近共晶成分的铁碳合金的铸造性良好。

答：所有成分的铁碳合金熔点最低的就是共晶成分，当把铁碳合金加热到一定温度，比如1200度，其他成分的合金还没有熔化，而只有接近共晶成分（熔点1148度）的合金成为液体，故适合铸造。

2.金属加热过程中常见的缺陷有哪些？该采取什么措施予以防止？缺陷一：过热现象。

热处理常见缺陷分析与对策时 间：2020.10.28 学习人：吴俊 部 门：试验检测中心基本知识点：1、热处理缺陷直接影响产品质量、使用性能和安全。

2、热处理缺陷中最危险的是：裂纹。

有：淬火裂纹、延迟裂纹、冷处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹。

其中生产中最常见的裂纹是纵火裂纹。

3、热处理缺陷中最常见的是：热处理变形，它有尺寸变化和形状畸变。

4、淬火获得马氏体组织，以保证硬度和耐磨性。

淬火后应进行回火，以消除残余应力，如W6Mo5Cr4V2应进行一次回火。

5、亚共析钢淬火加热温度： +（30-50）度。

6、高速钢应采用调质处理即淬火+高温回火。

7、回火工艺若控制不当则会产生回火裂纹。

8、热处理过热组织可通过多次正火或退火消除，严重过热组织则应采用高温变形和退火联合作用才能消除。

9、渗氮零件基本组织为回火索氏体。

其原始组织中若有大块F 或表面严重脱碳，则易出现针状组织。

10、有色金属最有效的强化手段是固溶处理和固溶处理+时效处理。

11、疲劳破坏有疲劳源区、裂纹疲劳扩展和瞬时断裂三个阶段。

12、高速钢的热组织为：共晶莱氏体，也有可能晶界会熔化。

13、应力腐蚀开裂的必要条件之一是：存在拉应力。

14、65Mn 钢第二类回火脆性温度区间为250-380。

钼能有效抑制第二类回火脆性。

15、热处理时发生的组织变化中，体积比容变化最大的是马氏体。

16、防止淬裂的工艺措施：等温淬火、分级淬火、水-油淬火和水-空气双液淬火。

17、高温合金热处理产生的特殊热处理缺陷有：晶间氧化、表面成分变化、腐蚀点、晶粒粗大及混合晶粒等。

18、感应加热淬火缺陷有：表层硬度低、硬化层深度不合格、变形大、残留应力大、尖角过热及软点与软带。

19、弹簧钢的组织状态一般为：T+M 。

20、氢脆条件：氢的存在、三项应力和对氢敏感的组织。

21、断裂有脆性断裂和韧性断裂。

绝大多数热处理裂纹属脆性断裂。

22、高碳钢淬火前应进行球化退火。

23、时效变形的主要影响因素有：化学成分、回火温度和时效温度。

铸造铝合金热处理质量缺陷及其消除与预防铝合金铸件热处理后常见的质量问题有：力学性能不合格、变形、裂纹、过烧等缺陷，对其产生原因和消除与预防方法分述如下。

〔1〕力学性能不合格通常表现为退火状态伸长率〔6 5〕偏低，淬火或时效处理后强度和伸长率不合格。

其形成的原因有多种：如退火温度偏低、保温时间缺乏，或冷却速度太快;淬火温度偏低、保温时间不够，或冷却速度太慢〔淬火介质温度过高〕；不完全人工时效和完全人工时效温度偏高，或保温时间偏长；合金的化学成分出现偏差等。

消除这种缺陷，可采取以下方法：再次退火，提高加热温度或延长保温时间;提高淬火温度或延长保温时间，降低淬火介质温度；如再次淬火，则要调整其后的时效温度和时间；如成分出现偏差，则要根据具体的偏差元素、偏差量，改变或调整重复热处理的工艺参数等。

〔2〕变形与翘曲通常在热处理后或随后的机械加工过程中，反映出铸件尺寸、形状的变化。

产生这种缺陷的原因是：加热升温速度或淬火冷却速度太快〔太剧烈〕；淬火温度太高；铸件的设计构造不合理〔如两连接壁的壁厚相差太大，框形构造中加强筋太薄或太细小〕；淬火时工件下水方向不当及装料方法不当等。

消除与预防的方法是：降低升温速度，提高淬火介质温度，或换成冷却速度稍慢的淬火介质，以防止合金产生剩余应力；在厚壁或薄壁部位涂敷涂料或用石棉纤维等隔热材料包覆薄壁部位；根据铸件构造、形状选择合理的下水方向或采用专用防变形的夹具；变形量不大的部位，则可在淬火后立即予以矫正。

〔3〕裂纹表现为淬火后的铸件外表用肉眼可以看到明显的裂纹，或通过荧光检查肉眼看不见的微细裂纹。

裂纹多曲折不直并呈暗灰色。

产生裂纹的原因是：加热速度太快，淬火时冷却太快〔淬火温度过高或淬火介质温度过低，或淬火介质冷却速度太快〕；铸件构造设计不合理〔两连接壁壁厚差太大，框形件中间的加强筋太薄或太细小〕；装炉方法不当或下水方向不对;炉温不均匀，使铸件温度不均匀等。

消除与预防的方法是：减慢升温速度或采取等温淬火工艺；提高淬火介质温度或换成冷却速度慢的淬火介质；在壁厚或薄壁部位涂敷涂料或在薄壁部位包覆石棉等隔热材料；采用专用防开裂的淬火夹具，并选择正确的下水方向。

GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。

钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。

热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。

关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。

缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。

图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。

常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。

轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。

当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。

为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。

滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。

在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。

力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。

在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。

滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。

滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。

在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。

. 处理技巧铝合金热处理的定义很广，凡是人為控制之加热与冷却过程，用以改善材料之结构与性质者皆属於热处理，所以铸锭在加工前成形中，或加工后以及铸件所施之加热及冷却过程都叫热处理，亦包含下式的处理：(1) 浸热(Soaking) ，均质化处理(homogenizing) 预热—使铸块组织均质化而长时间加热处理。

(2) 再热(reheating) 热间加工，而加热处理。

(3) Annealing 退火- 软化材料。

(4) Solution heat treatment) 溶体化处理，auenching 淬火，回火(artificial aging 或temper) —提高材料强度(5) Stabilizing treatment 安定化处理铝合金分為两大类：(1) Heat treatable alloy(2) Non-heat treatable热处理铝合金為2XXX 6XXX 7XXX或2XX.X, 3XX.X, 7XX.X，其区分是热处理铝合金如施以适当热处理其内部结构发生一种相变化，產生细緻析出物，藉此种析出物，强化材料。

这种现象叫析出硬化或时效硬化。

(Heat treatable alloy =precipitation-hardenable alloy) 非热处理合金则无析出硬化现象( 但也会有析出物) ，故其强化作用通常借助一般的方法，如因溶体强化，加强化细晶强化。

(1) 铝合金之特性首先我们先讨论铝及其合金的特性来说明铝及铝合金為何大量的被运用。

(a) 轻~2.7Mg/m,差不多是同体积铜或钢的1/3重量。

(b) 防腐蚀能力强。

(c) 可反射辐射能—可见光、辐射热、电磁波。

(d) 导电及导热能力强，且又是非铁磁性。

(e) non-sparking(f) 无毒性(g) 外观及表面易处理(h) 机械性质良好(i) 存量多铝合金的代号甚多，例如：A.A(Aluminum,Association)Al coa : (Alumunum Company of America)，JIS，DIN，BS等等，在我们仅说明A.A. 代号及J.I.S 代号：A.A. 代号用四位数字表示1XXX 纯铝系99.00%以上2XXX Al-Cu3XXX Al-Mn4XXX Al-Si5XXX Al-Mg6XXX Al-Mg-Si7XXX Al-Zn8XXX 前代号以外之系统9XXX 备用J.I.S 代号A2P1A- 代表铝2-表示大区别1. 铝2. 耐蚀铝合金3. 高力铝合金4. 耐热铝合金P-表示形状P板R条E圆板PC合板RC合条T管B棒W线S挤压形材V卯钉材F锻造品H箔TW熔接管BC导体1- 表示种类特1 特2 分别用S.O（2）铝合金之析出硬化当金属所受袜力超过其降伏强度时，即发生塑性变形，从内部微结构的观点来看，变形最主要是由差排（dislocation）再受外力下，开始移动而造成。

金属材料及热处理的基本知识金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，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。

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。

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。

公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。

中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。

随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。

三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。

这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。

中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。

但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。

金属材料热处理技术手册第一章：引言金属材料热处理技术是一种通过加热、保温和冷却等步骤来改变金属材料的组织和性能的方法。

本手册旨在向读者介绍金属材料热处理技术的基本原理和常用方法，并提供实际操作指导。

第二章：金属材料热处理基础知识2.1 金属材料组织与性能的关系金属材料的组织对其性能有着重要影响。

不同的组织状态会导致材料具有不同的力学性能、耐腐蚀性以及导电导热性能。

热处理可以改变金属材料的晶格结构和相对应的组织状态，从而调控其性能。

2.2 热处理工艺的分类热处理工艺可分为退火、淬火、回火、时效等多种类型。

每种类型的热处理工艺都有不同的加热温度、保温时间和冷却速率等操作要求，以达到预期的效果。

第三章：常见金属材料热处理工艺3.1 碳钢的热处理碳钢是最常见的金属材料之一，其常见的热处理工艺包括正火、球化退火和淬火等。

不同的热处理工艺可以使碳钢材料获得不同的硬度和延展性。

3.2 不锈钢的热处理不锈钢是一类具有高耐腐蚀性的金属材料，其常见的热处理工艺包括固溶处理、时效处理和回火等。

这些工艺可以调整不锈钢材料的抗拉强度和耐腐蚀性能。

3.3 铝合金的热处理铝合金具有轻质、良好的导热性和机械性能等特点，在航空、汽车等领域得到广泛应用。

其常见的热处理工艺包括固溶处理、时效处理和淬火等，这些工艺可以提高铝合金材料的强度和硬度。

第四章：热处理设备与工艺控制4.1 热处理设备的分类热处理设备可以分为电阻炉、盐浴炉、气体炉等多种类型。

不同的热处理设备适用于不同的金属材料和工艺要求。

本节将介绍各种热处理设备的特点和适用范围。

4.2 热处理工艺控制热处理过程中的温度、时间和冷却速率等参数的控制对最终的热处理效果至关重要。

本节将介绍热处理工艺控制的方法和技巧，以确保热处理的准确性和可重复性。

第五章：热处理质量控制与检测5.1 热处理质量控制热处理质量控制包括原材料的质量控制、热处理过程的控制和成品的质量检测等。

本节将介绍如何建立有效的质量控制体系，以确保热处理的质量。

热处理手册1热处理手册1：热处理基础、工艺、设备及应用一、热处理基础热处理是金属材料加工过程中的重要环节，通过对金属材料进行加热、保温和冷却，改变其内部结构，进而改变其物理和机械性能。

热处理过程可以增强材料的硬度、韧性和耐磨性，提高其抗腐蚀能力，优化材料的加工性能。

二、热处理工艺热处理工艺主要包括以下几种：1. 退火：将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。

这种方法主要用于消除金属内部的应力，提高其韧性。

2. 正火：将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后迅速冷却。

这种方法可以细化晶粒，提高材料的强度和硬度。

3. 淬火：将金属加热到一定温度，保温一段时间，然后迅速冷却。

这种方法可以增加金属的硬度和耐磨性。

4. 回火：将淬火后的金属加热到一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却。

这种方法可以降低金属的脆性，提高其韧性。

三、热处理设备热处理设备包括加热设备、冷却设备和保温设备等。

其中，加热设备包括电炉、燃气炉等，冷却设备包括水冷设备、风冷设备等，保温设备包括炉罐、保温材料等。

四、热处理材料热处理材料包括各种金属材料和非金属材料。

其中，金属材料包括钢铁、有色金属等，非金属材料包括陶瓷、玻璃等。

五、热处理缺陷热处理过程中可能出现一些缺陷，如氧化、脱碳、变形等。

这些缺陷会影响金属材料的性能和外观质量。

因此，在进行热处理时，应采取相应的措施避免这些缺陷的产生。

六、热处理安全热处理过程中存在一定的安全隐患，如高温烫伤、电气事故等。

因此，在进行热处理时，应采取相应的安全措施，如穿戴防护用具、定期检查电气设备等。

七、热处理应用热处理广泛应用于各种工业领域，如机械制造、航空航天、汽车制造等。

通过对金属材料进行热处理，可以提高其性能和可靠性，进而提高产品的质量和竞争力。

八、热处理发展随着科技的不断进步，热处理技术也在不断发展。

新型的热处理工艺和设备不断涌现，如真空热处理、离子注入等。

这些新技术可以进一步提高金属材料的性能和质量，满足各种工业领域的需求。

– 115 –《装备维修技术》2020年第2期（总第176期）doi:10.16648/ki.1005-2917.2020.02.100浅析金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施陈越伟（南京大驰科技有限公司，江苏 南京　210000）摘要： 工业生产蓬勃发展，带动各行业领域对金属材料需求量的逐步提升，机械设备制造中对其的应用也日益广泛。

热处理工艺技术可实现对金属材料的深加工，在提高材料综合性能方面意义重大，但受多方因素的影响，热处理环节中还存在变形、开裂的可能性，需要予以重视。

文章分析金属材料热处理变形、开裂的影响因素，遵循科学、实用、可操作的基本原则，提出解决变形以及开裂问题的关键措施，仅供参考。

关键词： 金属材料；热处理；变形；开裂热处理工艺可以以多重方式淬炼金属材料，减少网状碳化物等杂质含量，消除内应力缺陷，促进金属材料自身强度以及韧性水平的提升，因而被广泛应用于深加工环节中。

但目前技术条件支持下，热处理环节中金属材料仍然存在变形甚至开裂的可能性，必然对其使用以及相关功能的拓展产生不良影响。

如何解决变形、开裂问题，提高热处理工艺的安全性与稳定性，这一问题备受业内重视。

1. 金属材料热处理变形、开裂影响因素第一是冷处理工艺与时效。

金属材料前期冷处理过程当中有残留奥氏体→马氏体的转化反应，会在一定程度上增加金属材料体积。

同时，受到低温回火工艺及其时效的影响，一方面可能因应力松弛机制导致金属材料产生畸变，另一方面可能因马氏体转化分解以及大量碳化物分解析出导致金属材料体积下降。

第二是原始组织与应力状态。

原始组织对金属材料体积及其完整性的影响集中表现在热处理淬火环节前，主要通过碳化物数量、锻造所致纤维方向、以及合金元素偏析这几种机制实现。

通常可以依赖于调质处理的方式降低金属材料变形量绝对值，使淬火工艺所致材料变形更加规律，以达到合理控制变形的效果。

在此基础之上，化学热处理对改善材料表层性能有重要意义，但受到处理层深度局限的因素影响，为尽可能发挥渗透层作用，在化学热处理基础之上仅可进行磨削加工，进而导致变形矫正的难度增加，控制效果有所折扣[1]。