金屬熱處理基礎(chǔ)知識(一)

金屬熱處理基礎(chǔ)知識(一)
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間后

，又以不同速度冷卻的一種工藝。
??? 1．金屬組織
??? 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）。
??? 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)。
??? 相：合金中成份、結(jié)構(gòu)、性能相同的組成部分。
??? 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。
??? 固溶強化：由于溶質(zhì)原子進入溶劑晶格的間隙或結(jié)點，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和

強度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強化現(xiàn)象。
??? 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)。
?? 機械混合物：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，具有獨立的機械性能。
??? 鐵素體：碳在a-Fe（體心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。
??? 奧氏體：碳在g-Fe（面心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。
??? 滲碳體：碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物（Fe3c）。
??? 珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）
??? 萊氏體：滲碳體和奧氏體組成的機械混合物（含碳4.3%）
??? 金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件

的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，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。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。

?
??? 為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形

工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)

雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、

鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能

。?
??? 在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認識。早

在公元前770~前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影

響而 變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。?
??? 公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中

國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火

的。?
??? 隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。三國蜀人蒲元曾在今陜西

斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同

水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206~公元24)中

山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15~0.4%，而表面含碳量卻達0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳

工藝。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。?
??? 1863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了

鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法

國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處

理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保

護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。?
??? 1850~1880年，對于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系

列專利。1889~1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。?
??? 二十世紀以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)

展。一個顯著的進展是1901~1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳 ；30年代出現(xiàn)露

點電位差計,使爐內(nèi)氣氛的碳勢達到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步

控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法；60年代，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲

碳工藝 ；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。