金属材料及其热处理.doc

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1、全属工艺学论丈论文标题金属材料及其热处理系另I」机械与能源工程系2010年1月10日金属材料及其热处理摘要：本文主要介绍金属材料的分类及其用处和金属的热处理工艺。关键词：金属材料性能生产工艺金属热处理工艺金属材料是指由金属元索或以金属元索为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属间化合物和特种金属材料等。人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器吋代之后出现的铜器时代、铁器吋代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。我们对金属材料的认识应从以下几方面开始：一、分类金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特

2、种金属材料。%1黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%〜4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、精密合金等。广义的黑色金属还包括珞、镒及其合金。%1有色金属是指除铁、锯、猛以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金展和稀土金展等。有色合金的强度和硬度-•般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。%1特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。克屮有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金，以及金属基

3、复合材料等。金属材料按生产成型丁•艺乂分为铸造金属、变形金属、喷射成形金属，以及粉末冶金材料。铸造金属通过铸造工艺成型，主要有铸钢、铸铁和铸造有色金属及合金。变形金属通过压力加工如锻造、轧制、冲压等成型，其化学成分与相应的铸造金属略有不同。喷射成形金属是通过喷射成形工艺制成具有一定形状和组织性能的零件和毛坯。金属材料的性能可分为工艺性能和使用性能两种。二、性能为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情况下应具备的性能（使用性能）及其在冷热加工过程小材料应具备的性能（工艺性能）。材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁

4、性等）、化学性能（耐用腐蚀性、抗氧化性），力学性能也叫机械性能。材料的工艺性能指材料适应冷、热加工方法的能力。三、生产工艺金属材料生产，一般是先提取和冶炼金属。有些金属需进一步精炼并调整到合适的成分，然后加工成各种规格和性能的产品。提炼金属，钢铁通常采用火法冶金工艺，即采用转炉、平炉、电弧炉、感应炉、冲天炉（炼铁）等进行冶炼和熔炼；有色金属兼用火法冶金和湿法冶金工艺;高纯金属以及要求特殊性能的金属还采用区域熔炼、真空熔炼和粉末冶金工艺。金屈材料通过冶炼并调整成分后，经过铸造成型，或经铸造、粉末冶金成型工艺制成锭、坯，再经塑性加工制成各种形态和规格的产詁。对有些金属制詁，要求其有特定的内部

5、组织和力学性能，还常采用热处理工艺。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表而热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每i大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一•种金展采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业丄应用最广的金属，血且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适为的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。退火是将工件加热到适为温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，FI的是使金属内部组织达到或

6、接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气屮冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有吋用于对-•些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质屮快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温血低于650摄氏度的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其屮的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式

7、的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适半温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效血紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空屮进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表