任务导引
我们把材料和形状完全相同的两把斧头（钢制），用同样的力砍到一木制包装箱的钉子上，发现右边的那把斧头的刀刃坏了，而左边把却完好无损。
我们把材料和形状完全相同的两根弹簧，让它们受到同样的压力，去掉压力以后，发现一根能恢复原状，仍有弹性，而另一根不能恢复原状。上述两个实例是由什么原因造成的呢？
图6.6.1 不同处理工艺的斧头
我们常在影视里看到，中国古代的铁匠制造刀剑时，在炉子里把刀剑烧红后放在水里快速冷却，这就是一种热处理。金属材料通过热处理，可以改变其内部的组织结构，从而提高金属材料的性能，以满足机器设备的工作要求，同时降低成本。
任务要求
了解常用金属材料热处理工艺的特点及应用。
任务实施
热处理是对固态金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法。
图6.6.2 热处理工艺
上述两个实例可以发现零件的使用性能和寿命，不仅仅与所选材料的种类有关，还与材料是否经过合理的热处理工艺有关。只有合理选择热处理工艺，才能提高钢的力学性能，满足零件使用要求和延长寿命；才能改善钢的加工性，提高加工质量和劳动生产力，所以热处理在机械制造中应用广泛。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面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，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属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。钢铁是工业上应用最广的金属，而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。
一、金属材料整体热处理
表6.6.1 金属材料热处理工艺流程
二、钢的表面热处理
在扭转和弯曲等交变载荷作用下工作的机械零件，如齿轮、凸轮、曲轴等，其表面承受着比芯部高的应力，在有摩擦的情况下还要受磨损。因此，必须提高这些零件表面层的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限，而芯部仍保持足够的韧性和塑性，使其能承受冲击载荷。在这种情况下，若还是采用之前的热处理方法，很难满足要求，因此，就需要进行表面热处理，主要分为表面淬火和表面化学热处理两类。
1.表面淬火
表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而芯部仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使钢件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件芯部就立即冷却，实现局部淬火。
表面淬火的目的：在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而芯部仍然保持原有的良好韧性，常用于齿轮，花键，机床导轨等。
2.表面化学热处理(www.xing528.com)
在零件的表面层渗入某些元素，以改变其表面层化学成分而获得所需性能（如抗磨、耐热和耐腐蚀等）的热处理，称为化学热处理。和其他热处理比较，它的特点是除组织变化外，表面层的化学成分也发生改变。目前，在机械制造业中最常见的化学热处理方式是渗碳、渗氮、碳氮共渗。
（1）渗碳。
渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢（含碳量小于0.25%）。渗碳后，钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火，以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度，并保持芯部有低碳钢淬火后的强韧性，使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件，如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
（2）渗氮。
将氮渗入零件表面层的化学热处理，称为渗氮。对于磨床主轴、镗床主轴以及航空发动机曲轴和气缸套等零件，要求精度极高，在滑动轴承内运转，轴颈和轴瓦发生摩擦，所以耐磨性要求较高。此外，在工作时还要承受很高的疲劳和一定的冲击载荷。
三、钢的热处理应用举例
一般扳手的特性与要求：
（1）材质：采用优质的铬钒钢。
（2）锻造：采用模锻的冷锻成型技术，可以获得很高的加工精度。尺寸的精度控制在±0.3mm。
（3）热处理：采用电脑控制的热处理技术，从而确保了硬度的稳定性。
（4）表面处理：细雾喷砂处理，具有很强的防锈性能，也显得非常的高档。
四、金相组织
任务拓展与反思
1.什么是热处理？
2.为什么金属材料要进行热处理？
3.常见的热处理方法有几种？
4.正火与退火的主要区别是什么？
5.整体热处理的方式有哪些？
6.分析我国热处理技术与先进国家有哪些差距？
图6.6.3
金相组织
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