金屬的熱加工

金屬的熱加工第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四金屬熱加工的定義23

金屬鑄造、熱扎、鍛造、焊接和金屬熱處理等工藝的總稱叫熱加工。有時(shí)也將熱切割、熱噴涂等工藝包括在內(nèi)。

熱加工能使金屬零件在成形的同時(shí)改善它的組織，或者使已成形的零件改變結(jié)晶狀態(tài)以改善零件的機(jī)械性能。鑄造、焊接是將金屬熔化再凝固成型。

熱扎、鍛造是將金屬加熱到塑性變形階段，再進(jìn)行成型加工，如合金鋼需加熱到形成均勻奧氏體后，進(jìn)行熱扎、鍛造，溫度低塑性不好，易產(chǎn)生裂紋，溫度過高金屬件易過分氧化，影響加工件質(zhì)量。第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四鑄造定義

熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一形狀、尺寸、成分、組織和性能金屬零件或毛坯的液態(tài)成形方法。特點(diǎn)適應(yīng)性強(qiáng)、成本較低、鑄件組織性能較差、工序較多分類（1）砂型鑄造（2）特種鑄造第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四砂型鑄造

第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四特種鑄造TextTextText壓力鑄造第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四熔模鑄造TextTextTextText第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四鍛壓ConceptTextTextTextTextTextText

對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形改變尺寸、形狀及性能，用以制造毛坯、機(jī)械零件的成形加工方法。第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四自由鍛鐓粗彎曲沖孔拔長扭轉(zhuǎn)切割第8頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四模鍛與胎模鍛

第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四沖壓切斷彎曲拉深沖裁第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四焊接第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四金屬的熱處理金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)來控制其性能的一種工藝。

下面我們以鋼的熱處理為例進(jìn)行交流第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四23何謂鋼的熱處理？

鋼的熱處理是將固態(tài)下的鋼經(jīng)過加熱、保溫和冷卻，使其組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得所需性能的工藝方法。

鋼的熱處理的特點(diǎn)

與其他加工工藝相比，熱處理最大的特點(diǎn)是不改變工件的形狀和尺寸，而是通過改變工件的內(nèi)部組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。

對鋼進(jìn)行熱處理有什么實(shí)際意義？

熱處理不僅可以用于強(qiáng)化鋼材，提高零件的使用性能，延長零件的使用壽命，還可以改善鋼的加工性能，減少刀具磨損，提高零件的加工質(zhì)量。

第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四根據(jù)加熱和冷卻方式的不同，熱處理可分為普通熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三種。一.普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）1.退火

退火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。

退火的主要目的是降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力、改善組織和性能，為后續(xù)的機(jī)械加工和熱處理做準(zhǔn)備。適用范圍完全退火消除中碳鋼鑄、鍛件組織缺陷。球化退火改善高碳鋼工件（如刀具、量具、模具等）加工性能去應(yīng)力退火取出大型鑄、鍛件內(nèi)應(yīng)力第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

2.正火正火是將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后在空氣中冷卻的熱理工藝。正火的目的細(xì)化晶粒和消除內(nèi)應(yīng)力，這與退火的目的基本相同。但由于正火的冷卻速度比退火的冷卻速度快，故同類鋼正火后的硬度和強(qiáng)度要略高于退火的。而且由于正火不是隨爐冷卻，所以生產(chǎn)率高、成本低。因此在滿足性能要求的前提下，應(yīng)盡量采用正火。普通的機(jī)械零件常用正火作最終熱處理。

3.淬火淬火是將鋼件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻的熱處理工藝。淬火的目的是提高鋼的強(qiáng)度和硬度,增加耐磨性，并在回火后獲得高強(qiáng)度和一定韌度相配合的性能。因此，淬火是強(qiáng)化鋼件最經(jīng)濟(jì)、最有效的熱處理工藝，幾乎所有的工模具和重要的機(jī)械零部件都需要進(jìn)行淬火處理。第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四

（1）淬火介質(zhì)淬火時(shí)的冷卻物質(zhì)稱為淬火介質(zhì)。由于不同成分的鋼所要求的冷卻速度不同，故應(yīng)使用不同的淬火介質(zhì)。常用的淬火介質(zhì)有水、油、鹽溶液和堿溶液及其他合成淬火介質(zhì)。淬火冷卻的基本要求是：既要使工件淬硬，又要避免產(chǎn)生變形和開裂。

（2）淬火的操作工件淬火時(shí)浸入淬火介質(zhì)的操作是否正確，對減小工件變形和避免工件開裂有重要影響。淬火時(shí)，應(yīng)保證工件得到均勻冷卻，以減小工件內(nèi)應(yīng)力，并要保證工件的重心穩(wěn)定。

4.回火

回火是指將淬火鋼件重新加入到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。

回火的目的是使鋼的組織趨于穩(wěn)定，降低鋼的脆性，提高韌性與塑性，消除或者減少淬火應(yīng)力，穩(wěn)定鋼的形狀與尺寸，防止淬火零件變形和開裂，高溫回火還可以改善切削加工性能。

第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四回火溫度目的應(yīng)用低溫回火150~250℃降低淬火內(nèi)應(yīng)力，提高工件韌度，保持淬火后的高硬度和高耐磨性各種工具、模具、量具中溫回火250~450℃消除鋼中大部分內(nèi)應(yīng)力，并使其具有一定的韌度和高的彈性處理各類彈簧高溫回火500~650℃習(xí)慣上將淬火加高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有強(qiáng)度、硬度韌性、韌度都較好的綜合力學(xué)性能各種重要機(jī)械零件，如連桿、螺栓、齒輪及軸據(jù)回火根加熱溫度的不同，回火可分為三種第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四二.表面熱處理

表面熱處理是指僅對工件表面進(jìn)行熱處理以改變其表層組織和性能的熱處理工藝。表面熱處理只對一定深度的表層進(jìn)行強(qiáng)化，而心部的組織和性能基本保持不變。處理后的工件表面可獲得高的硬度和耐磨性，而心部則具有足夠的強(qiáng)度和韌性。

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1.感應(yīng)加熱表面淬火熱處理

感應(yīng)加熱表面淬火熱處理利用感應(yīng)電流產(chǎn)生大量的電阻熱,使工件表面迅速加熱,而表面迅速冷卻,即達(dá)到淬火目的。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，操作方便，加熱深度快，表面氧化、脫碳少和變形小，因此生產(chǎn)率高，處理質(zhì)量好，易于自動化、機(jī)械化,不需要回火，能顯著提高工件的耐磨性和抗擦傷能力。其缺點(diǎn)是設(shè)備較貴，形狀復(fù)雜零件的感應(yīng)器不易制造。第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四2.火焰加熱表面淬火熱處理

利用氧-乙炔或其它燃?xì)饣鹧鎸α慵砻孢M(jìn)行快速加熱，隨之淬火冷卻的工藝稱為火焰加熱表面淬火。該方法設(shè)備簡單，成本低，但生產(chǎn)率低，質(zhì)量較難控制，因此只適用于單件、小批生產(chǎn)或大型零件如大型齒輪、軸等得表面淬火。

表面淬火前一般需進(jìn)行調(diào)質(zhì)

或正火處理，表面淬火后進(jìn)行

低溫回火，已達(dá)到使工件外硬

內(nèi)韌的目的。一般表面淬火的

工藝路線為：下料、鍛造、正

火、粗加工、調(diào)質(zhì)、精加工、

表面淬火+低溫回火、精磨。

第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四TEXTTEXTTEXTTEXTTEXT三.表面化學(xué)熱處理

表面化學(xué)熱處理是將工件置于特定的介質(zhì)中加熱和保溫，使一種或幾種元素的原子滲入工件表面，以改變表面的化學(xué)組分和組織，從而獲得所需性能的熱處理工藝。表面化學(xué)熱處理的目的是提高鋼件的表面硬度、耐磨性和耐蝕性，而鋼件的心部仍保持原有性能。常用的表面化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮、滲硼、滲鋁及多元素共滲等。目前應(yīng)用最多的是滲碳、滲氮。第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四滲碳

為增加鋼件表層的含碳量和形成一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱并保溫使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝。滲碳用于低碳鋼和低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，如20、20Cr、20CrMnTi鋼等得表面熱處理。滲碳后可獲得0.5~2.0mm的高碳表層，再經(jīng)淬火、低溫回火，使工件表面具有高硬度、高耐磨性，而心部具有良好塑性和韌度，使零件既耐磨，又抗沖擊。主要用于汽車齒輪、活塞銷等得熱處理。第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期四滲氮

滲氮是將鋼件在滲氮介質(zhì)中加熱并保溫使氮原子滲