热处理技术培训
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1 热处理技术培训提纲 前 言 一、什么是热处理 “钢的热处理”就是将钢件（固态的金属和合金）在一定的介质中加热、保温和冷却以改变其整体或表面的组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。 零件用钢——性能要求——热工艺——组织——性能
（简述历史上的热处理） 二、培训的目的要求： 学员应逐步掌握以下六条内容： 1．在机械制造中，热处理是影响产品内在质量的重要过程（工序）,是特殊过程。 干好热处理要具备：（1）责任心。（2）技术。（3）经验。 2．影响热处理质量的主要因素： （1）原材料及辅料。（2）工艺、工装、设备。（3）监控手段。（4）检验和试验。（5）相关加工过程的配合。（6）操作技能等。 3．掌握一般产品质量事故的分析方法 , 找出原因，提出改进和预防措施。 操作、工艺、再找其他原因 4．在基本理论指导下操作，从实践中自己总结经验，逐步提高理论水平和实际操作水平。 5．熟练地掌握各种设备，包括辅助设施、工装、检测、监控设施的安全操作。预防人身和设备事故的发生。 6．结合产品实际，探讨新工艺、新方法，以达到提高质量（或稳定质量），降低成本的目的。 三、主要学习内容： （1）内在质量的重要标志——机械性能。 2
（2）钢铁内部结构。 （3）热处理方法。（详细内容见培训大纲） 讲课、议论、实验、实践相结合。
第一章 金属材料的机械性能 引子：锁接头（标准）、钻杆接头（图纸）内在质量要求： 金属材料的机械性能是指金属材料（工件）在各种不同性质的外力作用下所表现出来的抵抗能力。这些性能指标是机械设计、选择材料、工艺评定及检验的主要依据。常用的机械性能有：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳等。 代用性能指标
§1. 强度 材料在外力作用下，抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度。由于外力的不同而分为拉伸（σb ）、压缩（σbc ）、弯曲（σbb）扭转、剪切等。 通常指抗拉强度。 一、抗拉强度（强度极限） 材料在拉力作用下，断裂前所承受的最大负荷与材料断面积的比值，称为抗拉强度。或者说，材料在拉力作用下断裂前所承受的最大拉应力叫抗拉强度。用σb表示。单位MPa。 σb =00SF （Mpa）
式中：0F——拉断试样的最大负荷，N 0S——试样原始截面积，mm2 例如：45钢正火后做成Ф10拉伸试样 3
拉力拉力
拉断前的最大负荷为4800N（480Kgf） σb= 5.784800 =610MPa （610N/ mm2，61 Kgf/ mm2）
（因为1 Kgf =9.80665N, 近似1 Kgf =10N） 二、屈服极限（屈服点强度） 材料在外力作用下，开始产生明显塑性变形时的应力，称为屈服极限。以σs或σ0。2表示，单位MPa σS = 0SFs （Mpa）
式中：SF ——屈服现象时的负荷，N 0S ——试样的原始截面积，mm2 例如：45钢正火后的上述试样
SF=2800N，则σs = 5.782800 = 360MPa
除低碳钢、中碳钢及少数合金钢有屈服现象外，大多数金属材料没有明显的屈服现象。标准规定以产生试样标长的0.2%残余变形时的应力,作为屈服极限，以σ0。2表示。人们又常称为条件屈服极限。 三、简介弹性极限
四、屈强比：bsσσ之比叫屈强比。屈强比愈小，可靠性愈大。
万一超载也能由于塑性变形，使强度提高而不致立刻断裂。但此值太低，材料的利用率太低。普通碳结构钢为0.5～0.6，低合金结构钢为0.65～0.75，合金结构钢为0.7～0.8，弹簧钢为0.85～0.9。 五、抗压强度σbc，抗弯强度σbb，其单位与σb相同，它们都与σb有一定 4
关系。 §2.塑性
一、什么叫塑性 材料在外力作用下产生残余变形（永久变形）而不破坏的能力叫塑性。 二、表示塑性指标的方法
拉拉
拉拉 1．延伸率——试样被拉断后的伸长量与原始长度比值的百分率。用δ表示。 δ=ookLLL×100%
式中：oL—— 试样原标距长度，mm kL—— 试样拉断后的标距长度，mm δ5和δ10分别表示试样标距长度为直径的5倍和10倍，同样的材料δ5 大于δ10 ，一般δ5 =（1.2-1.5）δ10 ,目前标准中优先选用短试样。δ5 或δ10 数值愈大表明材料的塑性越好。 例如：45钢做拉伸试验时
oL=50 ，kL=58，δ5 =505058×100% = 16%
2．断面收缩度——试样被拉断后的截面积缩小量与原截面积比值。用Ψ表示。
Ψ=oKSSS0×100%
式中：0S——试样的原断面积，mm2 KS——试样断裂处的断面积，mm2 例如：45钢做拉伸试验时试样原始直径Ф10 0S=78.5 mm2 5
断裂处的直径Ф7.75 KS=47.1 mm2 Ψ=5.781.475.78×100%=40%
Ψ的数值愈大表明材料的塑性愈好。 3．塑性好的材料适于做冷压成型的产品。 材料良好的塑性是压力加工及焊接等加工工艺的重要条件，也是机械零件在使用过程中安全的保证。
§3.硬度 一、什么叫硬度 材料表面抵抗比它更硬物体压入的能力用硬度表示。或者说硬度是材料表面局部弹性变形、塑性变形的抗力。 硬度是机械性能的代用指标，它与其他性能有一定的关系。 二、布氏硬度 1．测量原理：用一定直径大小的淬火钢球或硬质合金钢球，在规定试验力的作用下，压入被测材料的表面，保持一段时间，卸除试验力，测量压痕的直径d，以压痕球面积上所产生的抗力，表示硬度值。（不标注单位） 2．表示方法：用淬火钢球时以HBS表示，用硬质合金球时以HBW表示。符号前面的数值为硬度值。例如：220HBS，500HBW等。淬火钢球用于测量硬度＜450HBS的材料，硬质合金球可测量＜650HBW的材料。我国目前布氏硬度机主要是淬火钢球。所以又习惯用HB表示。 3．应用方法：不用计算，用刻度放大镜测出压痕直径d，查表得知布氏硬度值。 三、洛氏硬度 1．测量原理：用顶角120o金刚石锥体，或直径Ф1.588mm淬火钢球作为压头，在规定载荷的作用下，压入被测金属的表面，然后根据压痕深度来确定硬度值。 6
（1）当压头到被测工件的表面a点时，加预负荷，压头到b点。ab之间的距离ho是预负荷的压入深入，这是为了消除表面光洁度对硬度的影响。 （2）加主负荷，压头从b到c，bc之间的距离h+h2是主负荷压入的深度。 （3）当卸除主负荷后，由于金属的弹性变形，压头从c弹回到d，cd之间的距离h2是金属弹性变形恢复的深度。 （4）bd之间的距离h，是计量硬度值的基础。金属越硬则h越浅，金属越软则h越深。 2．照顾到习惯上数值越大硬度越高的特点，采用一常数减去h的方法。并规定每0.002毫米压痕深度为一硬度单位，用符号HR表示。 HR=002.0hK （从表盘直接读数，此值无单位）
式中K是一规定常数。 3．洛氏硬度的三种尺标及应用范围
标尺符号 压头类型 总负荷（Kgf） 应用范围 应用举例 HRA 金刚石锥体 60 70-85 碳化物、表面硬化钢 HRB Ф1.588钢球 100 25-100 软钢、铜合金等 HRC 金刚石锥体 150 20-67 淬火钢、调质钢等 注：注意三种硬度值的标注方法是不一样的。
4.影响洛氏硬度测量准确度的因素分析 （课堂听讲，课后查找） 7
四、维氏硬度 （右图）
压头是夹角136°的金刚石四棱锥体，压力负荷大小不等，可根据被测试样的条件选择。硬度值是根据压痕对角线的长度查表得知。维氏硬度用符号HV表示，它测量的范围广，从105HV到1037HV，但应用不方便。查硬度对照表得知：105HV相当于60HRB。211HV相当于17HRC。1037HV相当于70HRC（86.6HRA）。 五、肖氏硬度
用一定重量的标准冲头（底端镶有金刚石圆柱体），从一定高度自由落于被测金属的表面，以冲头回跳的高度来测量硬度。回跳越高，硬度就越高。以符号HS表示。 肖式硬度可以检验大型工件，但准确性较差。 六、黑色金属硬度及强度换算表 可参阅热处理手册，第二版（1992年10月）第四卷147-151页 例如： 1、45HRC，73.2HRA，424HBS，碳钢σb≈148.8Kgf/ mm22、2、由表中可以看出1HRC=1/10HBS，即25HRC≈250HBS。3、σb与HBS 8
近似关系为σb≈1/3HBS（Kgf/ mm2）。 如：424HBS，σb≈1/3×424=141Kgf/ mm2（碳钢）
§4.冲击韧性 材料抵抗冲击负荷而不破裂的能力称为冲击韧性。 一、单次冲击试验 1．试验原理和方法
工作台冲击试样
试样是按标准制作的带缺口的长方体样，放在试验机的工作台上，用试验机的摆锤在规定的高度自由落下冲断试样。 冲击韧性就是冲断试样时，在试样缺口处单位面积上所消耗的功来表示。 AKu = W（H1-H2） 式中：W——摆锤的重量 H1——摆锤抬起的高度 H2——摆锤冲断试样后升到的高度 AK——冲击功
aku = AAKu (2/cmJ、Kgf·m/cm2 、公斤·米/厘米2) 式中：A——试样缺口处原始横截面积cm2 aku——冲击韧性 J/ cm2
试样 工作台 冲击
