材料及热处理工艺
工程材料及热处理pdf
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。
金属材料和热处理基本概念及基础知识-热处理工艺
淬透性一般可用淬火临界直径、截面硬度分布曲 线和端淬硬度分布曲线等表示。由于钢中化学成分的 波动，表示钢淬透性硬度曲线有一个波动范围，被称 为淬透性带。 钢材的淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。 淬火硬度高的不一定淬透性好，而硬度低的钢材也可 能具有高的淬透性。 一般机械制造行业大多以心部获得50％ 马氏体为 淬火临界直径标准，对于重要机加及军工行业则以心 部获得90 ％马氏体作为临界直径标准，以保证零件整 个截面都获得较高力学性能。
2.加热与保温时间
五、钢的回火与回火工艺
将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷 却到室温的热处理工艺称回火。
1、回火的目的
• ⑴ 降低淬火钢的脆性，消除或减少淬火钢的内应力。 • ⑵ 提高钢的塑性和韧性，获得所要求的性能。
• ⑶ 稳定工件尺寸，降低硬度，便于切削加工。
第四节 钢的表面淬火
将钢加热到临界点以上（某些退火也可在临界点以下） 保温一定时间，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的 热处理工艺。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。
• 1、退火的目的 • 1）降低钢件硬度，便于切削加工。 • 2）消除工件内应力，稳定尺寸。
• 3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。 • 4）为最终热处理做好组织准备。
一、钢的渗碳 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态下，于富碳介质 中长时间加热，使碳原子渗入表层，增加钢件表层的 含碳量，然后通过淬火获得高硬度的马氏体组织，达 到提高强度、耐磨性及疲劳强度的目的。 渗碳一般用含碳0.1～0.25%的低碳钢。 渗碳—淬火+低温回火
1、渗碳方法
⑴ 气体渗碳（煤油、苯、甲醇+丙酮） 渗碳介质的分解—吸收—扩散三个基本过程。 主要应控制好加热温度（930 º C）和保温时间。 温度越高，渗速越大，扩散层越厚，但晶粒越大，使 钢变脆。保温时间取决于渗层厚度，但时间越长，扩 散速度减慢。钢件渗碳几小时到几十小时，可得到 0.5~2mm的渗碳层深度。 ⑵ 固体渗碳 ⑶ 液体渗碳
常用材料热处理工艺参数
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
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。
纳米材料的退火及热处理工艺讲解
纳米材料的退火及热处理工艺讲解纳米材料的退火及热处理工艺是一项关键技术，可以对纳米材料的结构和性能进行调控和优化。
在纳米材料制备和应用中，退火和热处理是常见的工艺步骤，利用高温处理来改变材料的相结构、晶粒尺寸以及其他微观结构参数，从而调整材料的力学性能、热学性能以及电学性能等。
一、退火工艺1. 退火的原理与效果退火是一种通过加热材料到高温并保持一段时间，然后缓慢冷却的热处理过程。
通过退火，可以消除制备过程中产生的缺陷和残余应力，增加材料的晶界移动度，促进材料的晶粒长大和再结晶。
其效果主要有：（1）晶体再排列：退火过程中，晶体的原子重新排列，有助于减少晶界面的数量和增大晶粒尺寸，提高材料的晶界清晰度和晶体的有序性。
（2）应力释放：通过退火，材料中的内应力得以释放，减小材料的变形，提高材料的形变补偿能力和抗变形性能。
（3）残余缺陷处理：退火还可以消除材料中的缺陷，如晶界缺陷、空洞、夹杂物等，提高材料的均匀性和完整性。
2. 不同退火方式和工艺常见的退火方式主要包括恒温退火、等温退火、空气退火、气体保护退火、真空退火等，根据材料的特性和应用需求，选择合适的退火方式。
（1）恒温退火：将材料加热到设定的恒定温度并保持一段时间，然后缓慢冷却。
恒温退火一般用于对晶粒生长和晶界的调控，使其达到较大的晶粒尺寸和较少的晶界数量。
（2）等温退火：将材料加热到设定的温度，并精确控制温度在该值附近波动，保持一定的时间后缓慢冷却。
等温退火主要用于消除残余应力和缺陷，提高材料的力学性能。
（3）空气退火：在常气条件下进行退火，一般用于非氧化物的退火处理。
该退火方式成本较低，但会引入氧化等杂质，影响材料的性能。
（4）气体保护退火：在退火过程中用惰性气体如氮气或氢气代替空气，以减少氧化反应的发生，提高退火效果和材料的质量。
（5）真空退火：在高真空环境下进行退火处理，可避免材料表面与气体的反应，从而保持材料的纯度和质量。
真空退火常用于对氧化物和易挥发性材料的退火处理。
常用的热处理工艺及目的
常用的热处理工艺及目的
一、常用热处理工艺：
1、回火：通过加热和慢速冷却，以改善金属材料机械性能和提高组
织稳定性。
2、正火：用于改善金属材料的组织结构，改善其界面性能。
3、退火：通过加热和慢速冷却，以减软、增韧和提高可塑性的目的
而进行热处理。
4、淬火：通过加热和快速冷却的热处理，使金属材料具有高的强度、韧性和良好的耐磨性。
5、硬质化处理：使金属材料具有超强的硬度和韧性，提高耐磨性和
热强度。
6、马氏体稳定化处理：针对一些特定材料，利用恒定温度和时间，
使马氏体组织达到稳定。
7、球化处理：通过加热和冷却，使金属材料表面组织形成球状结晶，从而改善表面性能。
8、脆化处理：通过调节温度和时间，使金属材料变得脆性，以便后
期的热处理。
二、常用热处理的目的：
1、为了改善金属材料的机械性能，提高其强度、韧性和硬度等。
2、为了改善金属材料的抗磨性，耐腐蚀性和热强度等。
3、为了改变材料组织结构，改善显微组织形貌，改变金属材料的晶粒大小。
4、为了改善金属材料的界面性能，使其变为球状结晶，从而改善了其可塑性和抗锈腐性。
机械工程材料及热处理工艺
1、常用金属的晶格有（体心立方晶格）、（面心立方晶格）和（密排六方晶格）三种。
2、实际金属的晶体缺陷有（点缺陷）、（面缺陷）和（线缺陷）三种。
3、点缺陷包括（空位）、（置换原子）和（间隙原子）等；线缺陷有（刃型位错）和（螺型位错）两种；面缺陷通常指金属中的（晶界）和（亚晶界）。
4、在固态合金中的基本相结构为（固溶体）和（金属化合物）两种。
5、固溶体根据溶质原子在溶剂晶格中所占的位置不同,又可以分为（置换）固溶体和（间隙）固溶体。
1、金属结晶过程包括两个阶段：即（晶核的形成）和（晶核的长大）。
（过冷）是结晶的必要条件。
细化晶粒的方法有（增大过冷度）、（变质处理）、（机械振动）、（超声振动）、（电磁振动）等。
2、晶核的形成主要有（自发形核）和（非自发形核）两种形式3、合金状态图都是用实验的方法绘制的，常用（热分析法）来测定。
4、若结晶冷却速度较快，则须通过（扩散）退火来消除偏析。
5、一定成分的液相在一定温度下同时结晶出两个不同成分固相的过程称（共晶反应），反应式为（r=a+b ）；一个固相同时转变为两种不同的新固相的转变（反应）称（共析反应），反应式为（l=a+b ）1.影响晶粒度的因素主要有过冷度和异质晶核两个方面。
2.合金化强化主要途径有固溶强化和第二相强化（又称弥散强化）两种。
3.细晶强化：通过细化晶粒来同时提高金属的强度 .硬度. 塑性和韧性的方法称细晶强化。
1、单晶体塑性变形的基本形式有（滑移）和（孪生），其中（滑移）是金属中最主要的一种塑性变形方式。
2、加工硬化:材料的强度，硬度上升，而塑性韧性下降的现象，称为加工硬化。
3、随着加热温度的提高，变形后的金属将相继发生（回复）、（再结晶）和（晶粒长大）三个过程。
3.钢经正火后获得的组织是( 索氏体)，经调质处理后获得的组织是( 回火索氏体)。
1 用光学显微镜观察，上贝氏体组织呈（羽毛）状，下贝氏体呈（针）状。
2马氏体的硬度主要取决于其（含碳量）。