金属材料热处理的相关名词解释

金属材料热处理
将固态金属放在一定的介质中加热到特定的温度并保持一段时间后，再以不同的冷却方式冷却的工艺。热处理与其他加工工艺（如锻压、铸造、焊接、切削加工等）不同的是，它只改变金属材料的内部组织结构或表面的化学成分，就可获得所需要的使用性能，而不改变其形状和大小及整体化学成分。钢铁是工业上应用最广的金属，且其组织结构也非常复杂，因而钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中发现钢铁的性能会因温度和加压变形的影响发生变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前6世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高其硬度，淬火工艺得到迅速发展。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。中国出土的西汉中山靖王墓中的宝剑应用了渗碳工艺。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的不同金相组织，证明钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变。法国人F.奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论以及英国人R.奥斯汀制定的铁碳相图，为现代热处理工艺奠定了理论基础。20世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。；加热和冷却是热处理工艺的两个重要环节。保温的作用是使得零件内外温度趋于一致，并使晶粒均匀细化。根据热源不同，加热的方法有燃料燃烧加热法（如燃油加热、气体燃料加热、燃煤加热等）、电加热法（如加热介质电阻加热、电热元件加热、工件感应加热等）、高能量密度能源加热法（如电子束加热、激光束加热、太阳能加热等）三大类。冷却方式主要有气体冷却、液体冷却等。金属热处理大体上可分为整体热处理（钢铁整体热处理包括退火、正火、淬火和回火）和表面热处理（包括表面淬火和化学热处理，后者是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素）。由于同一种金属经过不同的热处理工艺后，获得的组织结构不同，其性能也不同，因而必须根据零件的使用条件、技术要求、经济合理性等，正确地选择合适的热处理工艺。
热处理在机械零件加工制造过程中的作用有两个方面：①保证和提高工件的某些性能。②改善毛坯的组织和应力状态，以利于各种冷、热加工。因此，热处理可以是一个中间工序，如为改变锻、铸、轧毛坯组织而进行的退火或正火，以及为消除应力，降低零件硬度、改善切削加工性能而进行的退火等；也可以是使加工零件性能达到规定技术指标的最终工序，如经过淬火加高温回火，使零件获得良好的综合机械性能等。

淬火
将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。

正火
将工件加热到适当温度，保温一段时间后从炉中取出在空气中冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的主要应用范围有：①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。②用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

退火
将工件加热到预定温度，保温一定的时间后缓慢冷却的金属热处理工艺。退火的目的在于：①改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。②软化工件以便进行切削加工。③细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。④为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。常用的退火工艺有：①完全退火。用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。②球化退火。用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。③等温退火。用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。④再结晶退火。用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。⑤石墨化退火。用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳体分解形成团絮状石墨。⑥扩散退火。用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。⑦去应力退火。用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。

回火
将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。②存在较大内应力。③力学性能不能满足要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。作用回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。③调整钢铁的力学性能以满足使用要求。回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性提高。回火温度越高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和硬度上升。这种现象称为二次硬化；要求用途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用中的要求。①刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火。低温回火后硬度变化不大，内应力减小，韧性稍有提高。②弹簧在350～500℃下中温回火，可获得较高的弹性和必要的韧性。③中碳结构钢制作的零件通常在500～600℃进行高温回火，以获得适宜的强度与韧性的良好配合。淬火加高温回火的热处理工艺总称为调质。钢在300℃左右回火时，常使其脆性增大，这种现象称为第一类回火脆性。一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后，如果缓慢冷至室温，也易于变脆。这种现象称为第二类回火脆性。在钢中加入钼，或回火时在油或水中冷却，都可以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新加热至原来的回火温度，便可以消除这种脆性。

表面热处理
对工件表面进行强化的金属热处理工艺。它不改变零件心部的组织和性能。广泛用于既要求表层具有高的耐磨性、抗疲劳强度和较大的冲击载荷，又要求整体具有良好的塑性和韧性的零件，如曲轴、凸轮轴、传动齿轮等。表面热处理分为表面淬火和化学热处理两大类。

表面淬火
通过不同的热源对工件进行快速加热，当零件表层温度达到临界点以上（此时工件心部温度处于临界点以下）时迅速予以冷却，这样工件表层得到了淬硬组织而心部仍保持原来的组织。为了达到只加热工件表层的目的，要求所用热源具有较高的能量密度。根据加热方法不同，表面淬火可分为感应加热（高频、中频、工频）表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束表面淬火等。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火。

表面热处理车间
化学热处理将工件置于含有活性元素的介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层或形成某种化合物的覆盖层，以改变表层的组织和化学成分，从而使零件的表面具有特殊的机械或物理化学性能。通常在进行化学渗的前后均需采用其他合适的热处理，以便最大限度地发挥渗层的潜力，并达到工件心部与表层在组织结构、性能等的最佳配合。根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、渗硼、渗硅、渗硫、渗铝、渗铬、渗锌、碳氮共渗、铝铬共渗等
锻压
利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形而获得所需形状和尺寸制件的成形加工方法。锻造和冲压的合称。锻压使工件成形的同时，也提高了其机械性能。锻压主要用于加工金属材料，也可以加工某些非金属材料（如橡胶、塑料、陶瓷等）以及复合材料的成形；人类利用锻压的历史可以追溯到新石器时代。约公元前2000多年，中国已开始应用冷锻工艺制造工具。商代中期，中国利用陨铁制造武器时采用了加热锻造工艺。最初，锻造是用人力、畜力和水力来进行的。1842年，英国的J.内史密斯制成第一台蒸汽锤。随后，锻造水压机、夹板锤、空气锻锤、机械压力机、蒸汽模锻锤等相继问世。20世纪以后，热模锻、热挤压、冷锻、冷挤压、冷镦等现代锻造工艺得到发展。早期的冲压是利用铲、剪、冲头、手锤、砧座等简单工具，通过手工加工使金属板材成型。19世纪中期，冲压加工开始向机械化方向迈进。1905年，美国开始生产成卷的热连轧窄带钢，1926年开始生产宽带钢，以后又出现冷连轧带钢；锻压种类很多，按成形方式可分为：锻造和冲压。按变形温度则可分为：①热锻压。工件加热到再结晶温度以上的锻压。提高温度能改善金属的塑性，使之不易开裂。当金属有足够的塑性和变形量不大时，或变形总量大而所用的锻压工艺有利于金属塑性变形时，常改用冷锻压。②温锻压。工件加热到超过常温但又低于再结晶温度的锻压。其精度较高，表面较光洁，变形抗力不大。③冷锻压。工件在常温下的锻压。冷锻压成形的工件，形状和尺寸精度高，表面光洁，加工工序少，便于自动化生产。当加工工件大、厚，材料强度高、塑性低时，都采用热锻压。④等温锻压。工件在整个成形过程中温度保持不变。等温锻压是为了充分利用某些金属在某一温度下所具有的高塑性，或为了获得特定的组织和性能，所需费用较高，仅用于特殊的锻压工艺，如超塑成形。

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