這是一個關(guān)于金屬熱處理工藝PPT課件，主要介紹金屬材料學(xué)/工程材料學(xué)； 熱能（簡稱為熱加工）。前 言 金屬熱處理涉及 1. 金屬材料學(xué)/工程材料學(xué)；2. 熱能（簡稱為熱加工）。熱處理加工的重要性 1.熱處理是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分；2.現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)鏈上不可或缺的極其重要環(huán)節(jié); 3.是促進(jìn)金屬材料潛力充分發(fā)揮、提高機(jī)械零件內(nèi)在質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵加工工序，是制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù)。第一章 要了解熱處理加工技術(shù) --------首先要了解金屬材料 一、金屬材料相關(guān)定義 1.金屬：具有不透明、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。2.合金：由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質(zhì)。3.相：合金中成份、結(jié)構(gòu)、性能相同的組成部分。4.固溶體：是一個（或幾個）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。5.固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn)，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強(qiáng)度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。6.化合物：合金組元間發(fā)生化合作用，生成一種具有金屬性能的新的晶體固態(tài)結(jié)構(gòu)。7.機(jī)械混合物：由兩種晶體結(jié)構(gòu)而組成的合金組成物，雖然是兩面種晶體，卻是一種組成成分，具有獨(dú)立的機(jī)械性能。一、金屬材料相關(guān)定義8.鐵素體：碳在a-Fe（體心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體，歡迎點(diǎn)擊下載金屬熱處理工藝PPT課件哦。

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前 言 金屬熱處理涉及 1. 金屬材料學(xué)/工程材料學(xué)； 2. 熱能（簡稱為熱加工）。 熱處理加工的重要性 1.熱處理是機(jī)械工業(yè)的重要組成部分； 2.現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)鏈上不可或缺的極其重要環(huán)節(jié) ; 3.是促進(jìn)金屬材料潛力充分發(fā)揮、提高機(jī)械零件內(nèi)在質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵加工工序，是制造業(yè)的基礎(chǔ)技術(shù) 。 第一章 要了解熱處理加工技術(shù) --------首先要了解金屬材料 一、金屬材料相關(guān)定義 1.金屬：具有不透明、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。 2.合金：由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質(zhì)。 3.相：合金中成份、結(jié)構(gòu)、性能相同的組成部分。 4.固溶體：是一個（或幾個）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。 5.固溶強(qiáng)化：由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn)，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強(qiáng)度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。 6.化合物：合金組元間發(fā)生化合作用，生成一種具有金屬性能的新的晶體固態(tài)結(jié)構(gòu)。 7.機(jī)械混合物：由兩種晶體結(jié)構(gòu)而組成的合金組成物，雖然是兩面種晶體，卻是一種組成成分，具有獨(dú)立的機(jī)械性能。 一、金屬材料相關(guān)定義 8.鐵素體：碳在a-Fe（體心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。 9.奧氏體：碳在g-Fe（面心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。 10.滲碳體：碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物（Fe3c）。 11.珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）。 12.萊氏體：滲碳體和奧氏體組成的機(jī)械混合物（含碳4.3%）。 13.馬氏體：是黑色金屬材料的一種組織名稱。馬氏體馬氏體（M）是碳溶于α-Fe的過飽和的固溶體，是奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變成的亞穩(wěn)定相。其比容大于奧氏體、珠光體等組織，這是產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形開裂的主要原因。 一、金屬材料相關(guān)定義 14.Ac1：加熱時珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度。 15.Ac3：加熱時先共析鐵素體全部轉(zhuǎn)變成奧氏體的終了溫度。 16.Ar1：冷卻時奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度。 17.Ar3：鐵碳合金冷卻時自A（奧氏體）中開始析出F的臨界溫度線。 18. Ms：馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度 。 19. Mf：馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度。 二、金屬材料分類 二、金屬材料分類 二、金屬材料分類 三、金屬材料牌號 三、金屬材料牌號 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 四、金屬元素的作用 第二章 金屬熱處理加工 ----簡稱熱加工 熱處理過程通俗講就是加熱、保溫及冷卻過程 一、熱處理相關(guān)定義 1.淬火：是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。 2.回火：將經(jīng)過淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)AC1以下的適當(dāng)溫度保持一定時間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝。 3.正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn)AC3或ACM以上的適當(dāng)溫度保持一定時間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。 一、熱處理相關(guān)定義 4. 退火：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時間后，隨爐緩慢冷卻至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝。 5.球化退火：將鋼加熱到Ac1以上20～40℃，保溫一段時間，然后緩慢冷卻到略低于Ac1的溫度，并停留一段時間，使組織轉(zhuǎn)變完成，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。 （主要用于高C鋼） 6.固溶處理：將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。 一、熱處理相關(guān)定義 7.時效：合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現(xiàn)象。 8.調(diào)質(zhì)處理：一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、 螺栓、齒輪及軸類等。 ■淬火的目的獲得金屬材料內(nèi)部馬氏體或貝氏體組織。 ■回火的目的 ①提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。 ②消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。 ③調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。 ④調(diào)整淬火硬度。 ■回火的種類 ①低溫回火 ：工件在250℃以下進(jìn)行的回火 。 ②中溫回火：工件在250～500 ℃之間進(jìn)行的回火。 ③高溫回火：工件500℃以上進(jìn)行的回火。 ■正火的目的（1）對于力學(xué)性能要求不高的碳鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)件，可作最終熱處理。（2）對于低碳鋼可用來調(diào)整硬度，避免切削加工中的粘刀現(xiàn)象，改善切削加工性。（3）對于共析、過共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作準(zhǔn)備。 ■退火的目的（1）降低鋼的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷變形加工。（2）細(xì)化晶粒，均勻鋼的組織及成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮牡臒崽幚碜鰷?zhǔn)備。（3）消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開裂。 二、金屬熱處理的種類 ■整體熱處理：零件整體硬化。淬火/正火/調(diào)質(zhì)/固溶/時效/退磁等。 ■表面熱處理：表面強(qiáng)化。高中頻淬火/火焰淬火/高束能淬火/激光淬火等。 ■化學(xué)熱處理：發(fā)黑/滲碳/氮化/碳氮共滲/氧化/電鍍/涂層等。 二、金屬熱處理的種類 ■釬焊加工：焊接加工 銅基釬焊/銀基釬焊/鎳基釬焊等 ■真空燒結(jié)：PM/MIM粉末冶金主要應(yīng)用于復(fù)雜精密小零件粉末成型后燒結(jié)加工。 三、MJ熱處理制程應(yīng)用 ■機(jī)械零件的淬火 ■淬火零件整體回火 ■消除應(yīng)力回火 ■正火加工 ■退火加工 ■固溶 ■時效 ■T6 ■退磁處理：磁性材料 ■真空釬焊 ■真空燒結(jié)：鐵基/銅基/鎳基 ■調(diào)質(zhì)處理 ■TD處理 ■氮化處理 ■滲碳/碳氮共滲 四、金屬熱處理過程 熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷，連續(xù)作業(yè)。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，或以至浮動流態(tài)粒子進(jìn)行間接對流加熱。 四、金屬熱處理過程 加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱（激光；高、中或工頻）和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學(xué)熱處理的保溫時間往往較長。 四、金屬熱處理過程 冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同（主要有高壓氮?dú)�、油冷、鹽浴、聚合物水溶液、鹽水、空氣冷卻等），主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢（隨爐或工藝參數(shù)冷），正火的冷卻速度較快（空冷），淬火的冷卻速度更快（介質(zhì)冷卻）。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼（空氣中冷卻或普通風(fēng)扇冷卻）就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 1. 真空加熱有淬火增碳？在分析真空熱處理工件增碳現(xiàn)象時，有兩種誤解：第一，認(rèn)為是工件在淬火油中增碳；第二，認(rèn)為是加熱熱室的石墨件造成增碳。其實(shí)，很多情況下不是這兩個原因，而是加熱熱室的清潔度不高，有大量淬火油在工件進(jìn)出爐、料筐污染、送料小車進(jìn)出帶入熱室，殘留在熱室冷壁上，加熱時形成揮發(fā)性還原氣氛，對工件增碳。除了在1050℃高溫以上的溫度直接入油外。 1050℃以下的加熱工件油淬火時，稍做預(yù)冷入油不會形成明顯的增碳現(xiàn)象。 對加熱室的石墨件等對工件的增碳情況，也不能排除，但是完全沒有殘留淬火的氣氛嚴(yán)重。真空加熱淬火的增碳現(xiàn)象更為嚴(yán)重的是來自淬火油污染爐膛的原因，并不是人們所說的油中淬火或石墨件的原因！ 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 2.我的鍛造尺寸合格，熱處理質(zhì)量問題與我鍛造無關(guān)？鍛造工序是為了消除材料缺陷，改善組織形態(tài)，提高材料性能。節(jié)約機(jī)械切削加工量，提高材料利用率。但是當(dāng)今的鍛造者把“消除材料缺陷，改善組織形態(tài)”忘的一干二凈，僅僅在保證鍛造尺寸上“下工夫”，全然不顧提高材料性能方面的要求了。更令人驚嘆的是有些材料通過鍛造工序，不是提高了材料性能，反而把材料的性能搞壞了。鍛造者不分青紅皂白地采用鍛造余熱退火的方法，結(jié)果在材料中形成嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物組織。由于材料鍛造的加熱溫度大多遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱處理淬火的加熱溫度，那種“嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物組織”發(fā)生組織遺傳，給產(chǎn)品質(zhì)量帶來嚴(yán)重后果。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 3.手冊說可以熱處理淬火達(dá)到這個硬度，你為什么做不到這個硬度？有些人認(rèn)為，他設(shè)計(jì)時的硬度選擇是按照手冊中的硬度范圍選定的，你熱處理怎么就說達(dá)不到這個硬度呢？例如：用彈簧綱60Si2Mn來制作大型件，由于實(shí)際工件厚度很大，厚薄顯著，熱處理已經(jīng)沒有好的辦法達(dá)到要求的硬度標(biāo)準(zhǔn)。手冊中硬度是可以達(dá)到：58—60HRC。結(jié)合實(shí)際工件是沒有辦法達(dá)到的。只能降低熱處理要求。決定熱處理的硬度受下列幾個因素控制：材料牌號、模具尺寸大小、工件重量、形狀結(jié)構(gòu)，后續(xù)加工方式等因素。模具熱處理之后不是內(nèi)外硬度都是一樣的，要根據(jù)模具尺寸大小來選擇材料和設(shè)計(jì)尺寸，不能直接按照設(shè)計(jì)手冊里的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和硬度要求來選取，手冊上的硬度標(biāo)準(zhǔn)是來自小試樣的熱處理結(jié)果，在運(yùn)用到實(shí)物上時一定要按實(shí)際情況來決定合理的硬度指標(biāo)。不合理的硬度指標(biāo)，比如過高的硬度，就會損失工件的韌性，造成工件的使用開裂。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 4.這個產(chǎn)品是經(jīng)熱處理加工的，出了問題全部由熱處理負(fù)責(zé)。某企業(yè)在使用產(chǎn)品過程中發(fā)生問題，該企業(yè)立即通知熱處理廠家索賠產(chǎn)品失效要從設(shè)計(jì)、選材、材料缺陷、工藝缺陷（包括熱處理）、裝配與使用等方面分析，找出真正的原因，而簡單的認(rèn)定是熱處理的原因造成失效是不科學(xué)的。最正確的途徑是在原材料和失效產(chǎn)品上按規(guī)范分別取樣交有資質(zhì)的權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行專業(yè)的定性定量鑒定，檢測材料化學(xué)成分、原始組織和熱處理技術(shù)要求指標(biāo)以及金相組織。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 5.產(chǎn)品尺寸加工已經(jīng)全部完成，要求熱處理保證不變形？為了節(jié)省產(chǎn)品加工費(fèi)用，在熱處理之前，把所有的尺寸加工結(jié)束或預(yù)留不合理的余量，然后去熱處理淬火回火。要求熱處理者保證在熱處理過程中不變形，或者只允許變形量在最后一道冷加工的公差帶值內(nèi)。熱處理加工實(shí)質(zhì)上就是一個經(jīng)過冷-熱-冷的組織變形的過程，微觀組織中的變形積累必在宏觀上表現(xiàn)出來成為尺寸變形。塑料、澆鑄模具或部分表面要求耐磨和防腐蝕的產(chǎn)品，未經(jīng)預(yù)先調(diào)質(zhì)熱處理（或調(diào)質(zhì)熱處理工藝不當(dāng)）就將尺寸加工到位，此時交付進(jìn)行滲氮處理后極易發(fā)生變形。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 6.熱處理工學(xué)好鐵碳平衡相圖就可以了？在很多資料中說明鐵碳平衡相圖在熱處理中是十分重要的知識，是制定鋼鐵材料加熱工藝的依據(jù)，而且指出：尤其是熱處理工必須熟練掌握鐵碳平衡相圖。鐵碳相圖是鐵碳合金在平衡狀態(tài)時的組織組成圖，而不是獲得非平衡的馬氏體、貝氏體等組織的轉(zhuǎn)變圖。鐵碳相圖的臨界溫度參數(shù)僅僅局限在碳鋼和鑄鐵，非合金鋼和合金鑄鐵。合金鋼和合金鑄鐵的平衡狀態(tài)圖由于添加了其它合金元素，與鐵碳平衡狀態(tài)圖相差還是很大的。鐵碳平衡相圖是加熱和冷卻過程中的速度是及其緩慢的結(jié)果，而且又局限于鐵碳合金鋼種，這個理論狀態(tài)，是不可能在實(shí)際生產(chǎn)中大量運(yùn)用，實(shí)際淬火等熱處理加熱冷卻過程中組織轉(zhuǎn)變都是在一定加熱速度和冷卻速度下進(jìn)行的，不是完全達(dá)到平衡狀態(tài)。所以，鐵碳平衡相圖僅僅是研究熱處理、學(xué)習(xí)熱處理的必備基礎(chǔ)知識和出發(fā)點(diǎn)，而不是直接在熱處理工藝過程中運(yùn)用的相圖。熱處理工熟練掌握了鐵碳平衡相圖知識只是熱處理學(xué)習(xí)的開端，不能達(dá)到使用鐵碳平衡相圖來處理工藝實(shí)際問題的境界。熱處理工學(xué)好鐵碳相圖僅僅是具備熱處理入門知識之一。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 7.為什么熱處理是高含量低價值？對待熱處理這個行業(yè)為什么一直是高技術(shù)含量低加工價值呢？多年來機(jī)械行業(yè)重“冷”輕“熱”，對于冷加工的設(shè)計(jì)、精度、設(shè)備要求很高，但對于熱處理加工在整個產(chǎn)業(yè)鏈中使產(chǎn)品的綜合機(jī)械性能大幅度提高的事實(shí)卻往往視而不見，甚至于簡單的理解為熱處理就是把工件加熱燒紅，往水里一放就好了。熱處理既然成為一個學(xué)科，需要設(shè)備、工藝、操作、檢驗(yàn)、系統(tǒng)等各方面的綜合管控，才能夠滿足客戶各種功能、外觀產(chǎn)品件的技術(shù)要求。 六、嚴(yán)重誤導(dǎo)人們的幾個熱處理問題 8.熱處理是“萬能”? 現(xiàn)在一旦有質(zhì)量問題，首先受到檢測和分析的是熱處理質(zhì)量是否合格，其實(shí)很多是設(shè)計(jì)、制造過程或使用不當(dāng)問題而不是熱處理問題。這個原因的出現(xiàn)一方面是由于失效分析人員知識是偏重于金屬材料的組織分析，對設(shè)計(jì)分析方面的知識不夠，另一方面就是對熱處理的職責(zé)的夸大，其實(shí)熱處理不是萬能的，它的潛力的挖掘是建立在正確的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上的，與所有制造過程的控制都有關(guān)系，單單最終熱處理一個工序是沒有這么大的功能的，忽視預(yù)先熱處理也是不行的，但是往往預(yù)先熱處理和最終熱處理可能不是在一個工廠實(shí)施。第三章 鋼的缺陷金相組織 一、概述 由于鋼錠或鑄坯在凝固時選擇結(jié)晶的結(jié)果，使得鋼材在冶煉、軋制、熱加工過程中，易形成各種組織缺陷。 鋼的組織缺陷是指需利用金相顯微鏡析驗(yàn)才能判別的顯微組織缺陷，它和宏觀分析的不同之處在于放大倍數(shù)（宏觀，肉眼或20倍以下；微觀，50~1000倍），首先簡介一下金相試樣的制備過程，然后簡略的介紹一下鋼中常見的幾種組織缺陷，如：帶狀組織，帶狀碳化物，網(wǎng)狀碳化物，碳化物液析，鋼中的非金屬夾雜物，過熱，過燒組織等。正確判斷鋼中的各種組織缺陷，以及形成原因，和為防止或消除這些組織缺陷應(yīng)采取的措施是十分重要的工作。二、金相試樣的制備 由于金屬對一般的光線是不透明的，所以顯微分析要用經(jīng)過特殊制備的試樣，利用反射光線在顯微鏡下觀察。 1、取樣 取樣的部位及磨面要根據(jù)被檢驗(yàn)鋼材的特點(diǎn)，加工工藝及研究的目的而進(jìn)行選擇。所取的試樣必須有代表性，能充分代表被檢驗(yàn)金屬材料的組織特點(diǎn)。如：鋼中非金屬夾雜物含量，不僅各爐之間不同，同一爐的不同鋼錠之間也不同，而且相同鋼錠不同部位也不相同。所以在一批鋼中應(yīng)適當(dāng)選擇足夠數(shù)量有代表性的試樣。如：GB10561-2005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取樣方法： ——直徑或邊長大于40mm的鋼棒或鋼坯，檢驗(yàn)面為鋼材外表面到中心的中間位置的部分徑向界面。（圖1） ——直徑或邊長大于25mm，小于或等于400mm的鋼棒或鋼坯，檢驗(yàn)面為通過直徑的界面的一半（由試樣中心到邊緣）（圖2） ——直徑或邊長小于或等于25mm的圓棒，檢驗(yàn)面通過直徑的整個界面，其長度應(yīng)保證得到約200mm2的檢驗(yàn)面積（圖3） 如果觀察材料的變形程度，晶粒拉長的程度和帶狀組織等，應(yīng)平行于軋制方向上截取縱向試樣。而觀察氧化脫碳和表面滲碳處理的組織，則磨面應(yīng)該在橫截面上。 2、磨樣 試樣截取之后先粗磨，一般用砂輪磨平，注意用水冷卻，防止溫度過高組織發(fā)生變化。 細(xì)磨是為了消除粗磨時留下的磨痕，為拋光工序作準(zhǔn)備。 拋光的目的是為了消除試樣細(xì)磨留下的細(xì)磨痕，獲得光亮無痕的鏡面。 3、試樣磨面的侵蝕 除觀察試樣中的缺面（裂紋、氣孔等）和非金屬夾雜物的數(shù)量、大小、形狀和分布外，一般都要用化學(xué)、物理等方法進(jìn)行組織顯示才能觀察。一般利用化學(xué)侵蝕，它是通過化學(xué)或化學(xué)作用顯示金屬的組織。 純金屬及單相金屬的侵蝕是一個化學(xué)溶解過程，由于晶界上原子排列的規(guī)律性差，具有較高的自由能，所以晶界處較易侵蝕呈凹陷。若侵蝕較淺，由于垂直光線在晶界上的反射作用，在顯微鏡下可顯示出純金屬或固溶體的多面體晶粒。若侵蝕較深，則在顯微鏡下可顯示出明暗不一的晶粒，這是由于晶粒的位向不同，溶解度亦有差異，侵蝕后的顯微平面和原子平面的角度不同，在垂直光線作用下，反射光線方向各異，顯示明暗不一。三、顯微組織缺陷觀察 1、帶狀組織 在經(jīng)熱加工的亞共析鋼顯微組織中，鐵素體與珠光體沿壓延變形方向交替成層狀分布的組織稱為帶狀組織。 帶狀組織使鋼的機(jī)械性能產(chǎn)生各向異性，即沿著帶狀縱向的強(qiáng)度高，韌性好，橫向的強(qiáng)度低，韌性低。此外， 帶狀組織的工件熱處理時易產(chǎn)生變形，且使得硬度不均勻。 歸納形成帶狀組織的原因，其外因?yàn)閴貉樱�其�?nèi)因?yàn)殇撳V的磷、硫的偏析和夾雜物（見圖4，MnS夾雜形成的帶狀） 帶狀組織不能用退火的方法來消除，應(yīng)用正火的方法來減輕或消除。 2、帶狀碳化物 在鋼的凝固過程中，由于成分偏析，使含有較高碳和合金元素的鋼內(nèi)出現(xiàn)共晶碳化物，它在熱加工過程中隨著變形、延伸呈帶狀分布，稱為帶狀碳化物，或稱碳化物不均勻性。 碳化物不均勻性除受化學(xué)成分影響外，還與鋼的冶煉方法，澆注溫度，鋼錠的幾何形狀，鋼錠的大小，鋼錠的冷卻速度以及成材時的變形程度有關(guān)。 高速鋼、鉻軸承鋼、高鉻鋼等鋼種，出現(xiàn)帶狀碳化物的幾率比較多。（如圖5，GCr15鋼的帶狀組織；圖6，Cr12MoV鋼的帶狀碳化物） 帶狀碳化物使工件脆性增大，加工成模具易產(chǎn)生崩刃、斷裂，在熱處理過程中，帶狀碳化物外的貧碳區(qū)域，容易造成加熱時的過熱。此外帶狀碳化物使工件在淬火時產(chǎn)生較大的變形，還可能導(dǎo)致淬火裂紋。 反復(fù)鍛造，可以改變碳化物不均勻性的程度。 3、網(wǎng)狀碳化物 網(wǎng)狀碳化物實(shí)際上亦是碳化物不均勻的另一種形式。 在含碳量不大于0.77%的碳工具鋼，合金工具鋼，鉻軸承鋼等鋼種，在熱加工冷卻過程中，碳化物沿晶界呈網(wǎng)狀析出，故稱為網(wǎng)狀碳化物。 形成網(wǎng)狀碳化物的原因是由于鋼材在熱軋或退火過程中，因加熱溫度過高，保溫時間太長，造成奧氏體晶粒的粗大，并在緩慢冷卻過程中，碳化物沿晶界析出，形成網(wǎng)狀分布的碳化物。同樣，在熱加工的終止溫度較高，在隨后的緩冷過程中亦形成網(wǎng)狀碳化物。 網(wǎng)狀碳化物的存在，將使鋼的機(jī)械性能顯著降低，尤其是沖擊韌性下降，脆性增大，做成的工模具易在使用過程中崩刃或開裂。 析驗(yàn)網(wǎng)狀碳化物時，試樣應(yīng)經(jīng)淬火、回火處理并深侵蝕，腐蝕過輕、過重均不能正確反應(yīng)網(wǎng)狀組織。 4、碳化物的液析 某些高合金工具鋼，在凝固過程中，由于碳和合金元素的偏析，從液態(tài)中析出碳化物，這種碳化物在往后一般加工過程中不被消除，它的鏈狀，塊狀，或條狀沿鋼的軋制方向存在。 形成碳化物液析原因是由于熔煉時鋼液過熱，澆注溫度偏高，鋼錠冷卻緩慢等因素造成。 在GCr15、CrWMn、CrMn鋼中，容易產(chǎn)生碳化物液析。碳化物液析存在，切割了金屬基體，使鋼的脆性增大。在熱處理時容易產(chǎn)生淬火裂紋，并使工件在使用過程中由于碳化物的剝落而成為磨粒磨損或形成疲勞破壞的發(fā)源地，故其存在有較大的危險性。 防止及減輕方法：采用合理的定型設(shè)計(jì)，適當(dāng)降低澆注溫度并加快冷卻速度，對已產(chǎn)生的碳化物液析，可進(jìn)行高溫均熱或擴(kuò)散退火的辦法進(jìn)行補(bǔ)救。如GCr15細(xì)鋼錠可先于1230℃加熱，然后再進(jìn)行開坯軋制。 5. 非金屬夾雜物 非金屬夾雜物就是指存在于鋼中的金屬或非金屬化合物，在鋼鐵材料中一般都含有非金屬夾雜物。 鋼中非金屬夾雜物的來源通常可以分為兩類，一類是外來的非金屬夾雜物，指在冶煉、澆注過程中的爐渣及耐火材料浸入剝落后進(jìn)入鋼液中形成的。另一類是內(nèi)在的非金屬夾雜物，即在冶煉及澆注過程中物理化學(xué)反應(yīng)的生成物，如氧化物、硅酸鹽、硫化物等。 通常存在于鋼中的非金屬夾雜物大致有這樣幾種： 1、氧化物：常見的有Al2O3、Cr2O3等。用Al脫氧時易產(chǎn)生高硬度的Al2O3脆性夾雜，在熱加工時它不易變形，總是沿著加工壓延方向呈多角形顆粒排列成條狀分布。 2、硫化物：硫化物夾雜具有塑性，在鋼材中呈條狀形態(tài)。 3、硅酸鹽：鋼中的硅酸鹽夾雜的成分比較復(fù)雜。硅酸鹽夾雜物經(jīng)過熱加工后一般沿著變形方向延伸，外形粗糙，不光滑。 4、氮化物：常見的有TiN、Ti（NC）等，它在鋼中多呈一定規(guī)則的幾何形狀，如方形、矩形、六角形、條形。在明場下具有粉紅的色澤。 5、點(diǎn)狀不變形。 近代隨著精煉技術(shù)的開發(fā)，鋼的“潔凈度”大大提高，然而還無法完全避免鋼中內(nèi)生夾雜物的產(chǎn)生。非金屬夾雜物降低鋼的塑性、韌性和疲勞性能，使鋼的冷熱加工性能乃至某些物理性能變壞。但是，夾雜物的相并不總是損害鋼的性能，有時甚至還能改善鋼的性能。如含S鋼，可改善切削加工性能。 6. 過熱過燒組織 鋼材過熱一般是指加熱時由于超過正常加熱溫度引起韌性下降的一種現(xiàn)象。碳素鋼過熱的金相特征是出現(xiàn)魏氏組織。魏氏組織的出現(xiàn)往往伴隨有粗大的奧氏體晶粒，因此，魏氏組織將造成鋼的機(jī)械性能尤其是沖擊韌性下降，嚴(yán)重的將造成零件在使用過程中的脆性斷裂。一般鋼的魏氏組織可以通過熱處理（正火處理）手段來加以矯正。但是有這樣一種情況不可逆轉(zhuǎn)，即鍛件由于爐溫過高，除了出現(xiàn)上述的過熱的組織特征外，還會產(chǎn)生硫化物向A體的固溶以及在冷卻時沿境界的再析出。 這種過熱區(qū)別于一般過熱，可稱之為穩(wěn)定過熱或鍛造過熱。這是因?yàn)橐呀?jīng)過熱的成形鍛件，不可能也不允許再次加熱到鍛造溫度并通過再度變形來改善硫化物的分布形態(tài)了，同時由于硫化物沿晶界的析出是十分細(xì)小的，容易被忽視，但是由于它的存在破壞了晶粒間的緊密結(jié)合，使斷面脆性增加，常會導(dǎo)致零件的突然斷裂。 過燒，一般是由于加熱溫度過高，或在高溫下停留時間過長，除出現(xiàn)魏氏組織外，同時發(fā)現(xiàn)粗大的晶粒邊界被燒熔而氧化，破壞了金屬基體的連續(xù)性，這種現(xiàn)象稱為過燒。 表面過燒在條件許可（足夠的加工余量）的情況下可以用機(jī)械加工除去，一般無法改正。因此，過燒是不允許的缺陷，一般只能做廢品處理。 汽車行業(yè)金屬熱處理常見問題的探討隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，汽車作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)也在日新月異的發(fā)展，設(shè)計(jì)與制作水平與世界發(fā)達(dá)國家的差距逐漸縮小，在技術(shù)引進(jìn)和零部件生產(chǎn)的消化吸收上進(jìn)展很大。汽車組成有成千上萬個零部件，其中金屬零部件占據(jù)近70%，這些構(gòu)成了汽車的框架和主要功能結(jié)構(gòu)，認(rèn)識和熟悉汽車所使用的金屬材料特性和零部件的制程，掌握和了解這些零部件其中需要熱處理的類別、方法、性能和零部件的品質(zhì)、失效以及有效地預(yù)防措施，這對于從事汽車制造業(yè)的工程技術(shù)、制造工人、管理人員都是非常必要的。金屬熱處理加工在汽車發(fā)動機(jī)、變速器、傳動與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、底盤件與行駛系統(tǒng)、安全防護(hù)件、緊固件以及其他功能件的制程中廣泛應(yīng)用，以達(dá)到提高機(jī)械性能、耐磨、耐蝕等多項(xiàng)嚴(yán)格的技術(shù)要求，成為汽車制造行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺少的重要部分。汽車零部件熱處理主要種類是表面滲碳和碳氮共滲、表面滲氮和氮碳共滲、調(diào)質(zhì)或淬回火、感應(yīng)（高、中、工頻）加熱表面淬火、固溶時效、正火和退火。 汽車產(chǎn)品熱處理部分技術(shù)瓶頸 1、汽車零部件細(xì)長件的變形較直問題； 2、滲碳、滲氮零部件滲層和硬度均勻性； 3、不同的汽車零部件熱處理過程中裝爐或擺放的問題； 4、汽車?yán)渥髂＞呓?jīng)真空熱處理+TD強(qiáng)化熱處理后變形組合的問題； 5、因材料、設(shè)計(jì)、冷加工、熱處理、電鍍、實(shí)際使用等某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，進(jìn)行失效分析； 6、淬火冷卻介質(zhì)的穩(wěn)定性、持久性較差，造成產(chǎn)品、模具熱處理品質(zhì)的不穩(wěn)定； 7、熱處理設(shè)備的爐溫均勻性，制造廠家都是以空爐九點(diǎn)測試合格，但實(shí)際生產(chǎn)中往往超標(biāo)。汽車產(chǎn)品熱處理發(fā)展趨勢新材料、新技術(shù)對熱處理技術(shù)的升級改造，熱處理技術(shù)發(fā)生了很多實(shí)質(zhì)性的變革，熱處理技術(shù)正在向高品質(zhì)、更精密、更環(huán)保、高度智能化的方向發(fā)展。 汽車零件的滲碳熱處理裝備主要有箱式多用爐，單排、雙排以及多排連續(xù)爐，真空（低壓）滲碳高壓氣淬爐等，熱處理技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志是傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用。對熱處理工藝參數(shù)，如溫度、時間、碳勢、淬火過程以及動作程序完全自動控制，甚至可以根據(jù)零件的技術(shù)要求、材料牌號及特性等，系統(tǒng)可以自動生成工藝，實(shí)現(xiàn)智能控制。汽車零件滲碳熱處理生產(chǎn)線的特點(diǎn)有： 工業(yè)計(jì)算機(jī)對爐溫、碳勢、自動線動作程序的監(jiān)控與數(shù)據(jù)自動采集。 自動線滲碳熱處理工藝過程的自動跟蹤與監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)滲碳工藝仿真與優(yōu)化和零件滲碳質(zhì)量的預(yù)測，對爐內(nèi)溫度、碳勢和動作的實(shí)時顯示及控制，系統(tǒng)故障自動診斷、顯示及報警。 節(jié)能減排、環(huán)保高效、精準(zhǔn)監(jiān)測的熱處理加工設(shè)備的不斷研發(fā)、制造、投入和熱處理工藝參數(shù)的優(yōu)化是穩(wěn)定汽車產(chǎn)品熱處理品質(zhì)、效率的關(guān)鍵。汽車產(chǎn)品熱處理發(fā)展趨勢 一般冷鐓鋼為了保證冷成形性能，材料需要預(yù)先進(jìn)行球化退火處理。所謂免退火冷鐓鋼，就是通過對冷鐓鋼化學(xué)成分的調(diào)整，軋制過程中控制軋制和冷卻技術(shù)，使珠光體部分球化、變態(tài)，減小冷成形過程中的變形抗力，可以直接用于冷鐓成形。由于免去球化退火，既有顯著節(jié)能效果，又縮短了生產(chǎn)周期，是節(jié)能經(jīng)濟(jì)型新材料。 非調(diào)質(zhì)鋼由于鋼中加入了微量強(qiáng)碳（氮）化物形成元素（V、Nb、Ti等），在鍛造及鍛后控冷過程中產(chǎn)生析出強(qiáng)化及晶粒細(xì)化作用，其強(qiáng)韌化性能可以達(dá)到或接近調(diào)質(zhì)鋼的水平，且省去了調(diào)質(zhì)熱處理工序，減少大量能耗并具有良好的加工性能，受到國內(nèi)外許多汽車廠家的重視。如德國奔馳、大眾汽車公司，瑞典Volvo汽車公司，英國Austin公司，美國G.M、福特汽車公司，意大利菲亞特汽車公司大量采用非調(diào)質(zhì)鋼制造發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、前軸等重要零件。日本在非調(diào)質(zhì)鋼的研究及應(yīng)用方面更是走在世界的前面，如日本三菱汽車公司的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)所采用的熱鍛件幾乎全部采用了非調(diào)質(zhì)鋼，日產(chǎn)、五十菱汽車公司曲軸、連桿幾乎全部采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。十幾年來，東風(fēng)汽車公司采用非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)曲軸、連桿、汽車前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)等零件，年用非調(diào)質(zhì)鋼數(shù)萬噸，已累計(jì)生產(chǎn)曲軸、連桿、前軸等汽車零件有數(shù)百萬件，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 汽車產(chǎn)品熱處理發(fā)展趨勢真空（低壓）滲碳高壓氣淬或油淬在汽車零件熱處理中得到推廣應(yīng)用。一般真空（低壓）滲碳在小于2.7kPa的低壓下進(jìn)行，滲碳溫度在880～980℃。為適應(yīng)更高真空滲碳的需要，開發(fā)了在1000～1100℃高溫滲碳能夠保證組織細(xì)化的新型齒輪鋼。真空（低壓）滲碳具有工藝時間大大縮短、原料消耗極少、零件變形小、熱處理質(zhì)量好、零件表面光潔、無污染的顯著特點(diǎn)，是真正意義上的清潔、綠色熱處理。大部分汽車結(jié)構(gòu)零件采用熱鍛成形工藝。如何利用鍛造余熱實(shí)施毛坯的熱處理是節(jié)能的重要措施。如采用鍛造余熱等溫退火、鍛造余熱淬火，可以獲得利于后續(xù)加工所需要的組織和硬度，省去了再次加熱熱處理能耗，節(jié)能效果十分顯著。利用鍛造余熱熱處理的零件有各類齒輪毛坯、前軸、轉(zhuǎn)向節(jié)、搖臂、花鍵軸、曲軸、連桿等。對齒坯的余熱等溫退火，為了保證鍛造余熱熱處理的組織、硬度均勻性，需要嚴(yán)格控制終鍛溫度、中冷過程、等溫溫度等。對余熱淬火的零件，為保證零件的強(qiáng)韌化性能，除了直接淬火工藝外，也可以采用預(yù)冷至550～650℃，完成珠光體轉(zhuǎn)變后，再次加熱至奧氏體化溫度的方法。主要目的是細(xì)化組織，獲得良好的強(qiáng)韌化性能。 第四章 汽車熱處理制程與設(shè)備一、汽車熱處理制程類型主要有：模具鋼真空熱處理 連續(xù)式輝光爐光亮處理鋁合金固溶時效處理多用爐滲碳/碳氮共滲井式爐氮化處理真空固溶時效處理真空退磁處理 二、熱處理工藝文件熱處理工藝規(guī)程、產(chǎn)品工藝規(guī)范；使用的設(shè)備、工裝夾具、裝爐方式、操作方法；檢驗(yàn)制度、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等；熱處理國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件等。 三、熱處理設(shè)備展示三、熱處理設(shè)備展示三、熱處理檢測設(shè)備展示fo9紅軟基地