专题六 热处理概述与退火与正火（教案）-四川职教高考《金属加工与实训》（高教版） 专题复习讲练测

专题六 热处理概述与退火与正火（教案）-《金属加工与实训》高教版-专题复习讲练测 [考纲要求] 1.了解热处理的定义及其在材料加工中的重要性。 2.能够列举并简要说明几种常见的热处理工艺，如淬火、退火、正火等。 3.掌握热处理过程中材料内部组织变化的基本原理。 4.熟悉铁碳合金状态图的基本结构及各部分的相变规律。 5.理解退火的概念及其主要目的。 6.理解正火的概念及其主要目的。 [课时安排] 2课时 [知识梳理] 一、热处理的概念 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段组成，可用工艺曲线来表示，如图3-la 所示。常用的热处理加热设备有箱式电阻炉(见图 3 -1b)、盐浴炉、井式炉、火焰加热炉等。常用的冷却设备有水槽、油槽、盐浴、缓冷坑、吹风机等。 二、热处理工艺的分类 热处理工艺方法很多，GB/T 12603-2005 的分类方法如图 3-2所示。 三、热处理的原理 铁碳合金相图是确定热处理工艺的重要依据。大多数钢铁材料或零件的热处理都是先加热到临界点(或相变点)以上某一温度区间，使其全部或部分得到均匀的奥氏体组织，然后采用适当的冷却方法进行冷却，从而获得所需要的组织和使用性能。钢铁材料在热处理过程中涉及的微观组织有铁素体、奥氏体、渗碳体(或碳化物)、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体(上贝氏体和下贝氏体)、马氏体(板条马氏体和针状马氏体)等。 与机械加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状，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或组织，来改善工件的工艺性能或使用性能。 四、铁碳合金状态图 铁碳合金状态图又称铁碳合金相图，它是表示平衡状态下不同化学成分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织和状态的图形。图3-3 是简化的铁碳合金状态图。 五、退火与正火 退火与正火是钢铁材料常用的两种基本热处理工艺方法，主要用来处理毛坯件(如铸件、锻件、焊件等)，为以后的切削加工和最终热处理作组织准备。因此，退火与正火通常又称为预备热处理。对一般铸件、锻件、焊件以及性能要求不高的工件来讲，退火和正火也可作为最终热处理。 六、退火 1.退火的概念和目的 退火是将工件加热到适当温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。在机械零件的制造过程中，一般将退火作为预备热处理工序，并安排在铸造、锻造、焊接等工序之后租切削加工之前，用来消除前一工序中所产生的某些缺陷或残余内应力，为后续工序作好组织准备。 退火的目的是降低钢铁材料的硬度，提高其塑性，改善切削加工性能和锻压加工性能:细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分:消除钢铁材料的内应力，防止其变形和开裂:为后续加工或热处理作准备。 2.退火的方法和应用 根据钢铁材料的化学成分和退火目的不同，退火通常分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、均匀化退火等。各种退火工艺方法的概念、目的、加热温度、应用范围和相关说明见表3-1。 七、正火 1.正火的概念和目的 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。正火与退火相比，一般加热温度比退火高;冷却速度比退火快，过冷度较大，因此正火后得到的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。另外，正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率高、生产成本低的特点。正火的目的是细化晶粒，提高钢铁材料的硬度，消除钢铁材料中的网状碳化物(或渗碳体)，并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。 2.正火的方法和应用 正火的方法比较简单，具体操作过程是:首先根据钢件的 A温度和尺寸大小确定合理的加热温度和保温时间，然后在保温时间达到要求后，将钢件取出空冷，即可实现对钢件的正火。在生产中正火主要应用于以下场合: 1）用于改善钢铁材料的切削加工性能。低碳钢(w<0.25%)和低合金钢(w<0.2%)经退火后硬度偏低，切削加工时有“粘刀”现象，而且会使工件表面粗糙度值变大。通过正火能适当提高钢铁材料的硬度，改善切削加工性。因此，低碳钢和低合金钢一般选择正火作为预备热处理。 2）用于消除钢中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。对于过共析钢，正火加热到ACcm以上时可使网状碳化物充分溶解到奥氏体中，空冷时碳化物来不及析出，这样便消除了钢中的网状碳化物组织，同时细化了珠光体组织晶粒，有利于后续的球化退火和淬火。 3）用于普通结构零件或某些大型非合金钢工件的最终热处理，来代替调质处理，如铁道车辆的车轴就是用正火工艺作为最终热处理的。 4）用于淬火返修件，消除淬火应力，细化组织，防止工件重新火时产生变形与开裂。 [真题练讲] 1.(2019年河南省统一考试)退火过程中，加热到临界温度以上并保温，然后缓慢冷却的工艺称为： A) 完全退火 B) 球化退火 C) 应力消除退火 D) 再结晶退火 答案与解析： A) 完全退火。完全退火是将工件加热到临界温度以上并保温，然后缓慢冷却的工艺。 2.(2016年四川省统一考试)正火工艺常用于改善哪种材料的力学性能？ A) 铝合金 B) 铜合金 C) 钛合金 D) 钢铁 答案与解析： D) 钢铁。正火工艺常用于改善钢铁的力学性能，如硬度和强度。 3.(2023年四川省统一考试）在铁碳合金状态图中，奥氏体在冷却过程中会转变成： A) 铁素体和渗碳体 B) 珠光体 C) 莱氏体 D) 以上皆是 答案与解析： D) 以上皆是。奥氏体在冷却过程中可以转变成铁素体和渗碳体的混合物、珠光体或莱氏体，具体取决于冷却速度和碳含量。 4.(2018年四川省统一考试)在退火过程中，如果希望得到较为均匀的组织结构，通常选择： A) 缓慢冷却 B) 快速冷却 C) 自然冷却 D) 等温冷却 答案与解析： A) 缓慢冷却。缓慢冷却有助于获得均匀的组织结构，减小内应力。 5.(2019年河北省统一考试)在正火过程中，工件在空气中冷却的主要目的是： A) 增加韧性 B) 改善硬度和强度 C) 减少重量 D) 改变化学成分 答案与解析： B) 改善硬度和强度。正火在空气中冷却可以提高工件的硬度和强度。 [限时练讲] 1.在铁碳合金状态图中，______区域表示了铁和碳的共存状态。 a) 奥氏体 b) 珠光体 c) 马氏体 d) 共析区域 答案：d) 共析区域 解析： 共析区域表示了铁和碳在共存状态下的区域。 2.哪种方法不属于正火的方法？ a) 普通正火 b) 完全正火 c) 稳态正火 d) 表面正火 答案：d) 表面正火 解析： 表面正火不是正火的常见方法。 3.在热处理过程中，升温速度对最终材料的______有显著影响。 a) 密度 b) 变形 c) 结构和性能 d) 温度 答案：c) 结构和性能 解析： 升温速度会影响材料的结构和性能。 4.退火过程中，______是通过控制升温、保温和冷却速度来实现结构和性能的优化。 a) 冷却曲线 b) 退火曲线 c) 热处理控制 d) 晶粒控制 答案：c) 热处理控制 解析： 退火过程中，通过控制升温、保温和冷却速度来实现结构和性能的优化。 5.正火是通过______过程改变材料的组织状态。 a) 加热 b) 冷却 c) 加热和冷却 d) 压缩 答案：c) 加热和冷却 解析： 正火是通过加热和冷却过程来改变材料的组织状态。 6.在铁碳合金状态图中，______表示了铁和碳在共析状态下的平衡组织。 a) 共析平衡 b) 过共析区域 c) 马氏体 d) 珠光体 答案：a) 共析平衡 解析： 共析平衡表示了铁和碳在共析状态下的平衡组织。 7.退火过程中，恰当的______有助于材料结构的恢复和优化。 a) 加热速度 b) 冷却速度 c) 保温时间 d) 温度梯度 答案：c) 保温时间 解析： 保温时间能够有助于材料结构的恢复和优化。 8.淬火和正火是热处理中常用的工艺，它们之间有何区别？请举例说明各自适用的材料和场景。 解析： 淬火是通过急冷获得马氏体结构以提高硬度，适用于高碳钢等材料；正火是通过适当加热和缓冷获得良好的切削性能，适用于中低碳钢或合金钢等材料。 9.如何根据材料的特性和需要选择合适的退火工艺？请结合具体材料举例说明。 解析： 选择合适的退火工艺需考虑材料的硬度、强度、应力情况等因素。例如，对于中碳钢，可以采用球化退火以减少碳化物；对于不锈钢，可采用固溶退火获得均匀的组织。 10.热处理过程中的加热速度和冷却速度对材料的性能有何影响？请结合实例加以说明。 解析： 加热速度和冷却速度会影响材料的晶粒生长和组织形成，过快或过慢的速度都可能导致不理想的结构和性能。例如，对于均匀奥氏体化处理，需要控制加热速度，避免快速加热造成组织不均匀。 11.解释热处理中的淬火过程及其原理，以及适用的材料类型和目的。 解析： 淬火是热处理中通过急冷将材料快速冷却至马氏体区，以增加硬度的工艺。其原理是通过迅速冷却抑制晶体的生长，形成马氏体组织。适用于高碳钢等碳含量较高的材料，目的是提高硬度和耐磨性。 12.描述退火过程中的等温保温阶段的作用及其对材料结构的影响。 解析： 退火过程中的等温保温阶段是在加热后保持一定温度一段时间，以促使组织达到稳定状态。这个阶段的作用是充分消除残余应力和减少材料的硬度，从而提高材料的塑性和韧性。 [学法建议] 重点复习知识点： 1.热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。2.退火是将工件加热到适当温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 3.退火的目的是降低钢铁材料的硬度，提高其塑性，改善切削加工性能和锻压加工性能:细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分:消除钢铁材料的内应力，防止其变形和开裂:为后续加工或热处理作准备。 4.正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 5.正火的目的是细化晶粒，提高钢铁材料的硬度，消除钢铁材料中的网状碳化物(或渗碳体)，并为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$