工具钢和热处理，第1部分|模具制造技术bet188娱乐城

自从人类不再使用燧石作为工具来刮皮和杀动物吃肉以来，金属就被人类使用了。人类知道铁的存在，但无法将熔化温度提高到足以从矿石中提取铁的程度。因此，人们使用了铜等更容易熔化的金属。人类发现了如何将铜合金制成黄铜和青铜器，用于许多不同的用途，如制造剑、盔甲、盾牌、长矛和许多其他用途。

大约在4500年前，中国人发现了如何将铁的温度提高到熔化的温度。它是通过一个简单的往复式风箱系统，使空气源源不断地流入火堆，并使其足够热来熔化铁。然后，铁被用作刮痧、耙地、锄地、耕作等工具。所以工具制造真正开始使用铁大约是在4500年前。铁在锻造时被引入碳。碳源来自于木材/木炭燃烧时的锻造火。

有证据表明马氏体是由古代中国人和印度的伍茨铁制造的。古人无法识别形成的马氏体，他们只知道如果你把铁加热并冷却，它就会变硬。正是随着金相显微镜的出现和使用，马氏体(和其他结构)才得以识别和命名。

荷马的《奥德赛》中提到了铁的使用和炼铁。大约在19世纪中期，人们开始试验在铁水中加入其他金属的效果。，然后研究了合金化对钢的影响。使用不同的合金元素合金化钢(铁加碳)在20世纪初真正流行起来。

什么是热处理?

那么现在你已经对工具钢的历史有了一个简单的介绍，让我们来了解一下热处理的基础知识。金属热处理是对金属进行操作(就其物理性质而言)以达到金属的操作条件的一种方法——既用于机械加工，又用于操作。大多数金属可以被制成软的或硬的，或坚硬的或耐磨的，或既坚韧又耐磨。它们也可以减少腐蚀的可能性，或者它们可以做得很软。这都是通过对金属加热来完成的。

金属有很多定义:

金属是一组单独形式的元素，如锡、金、银、铁、铝、铬、钒等。
金属通常密度很大，是热的良导体。
金属通常具有延展性，易于加工。它们可以很容易地抛光到有光泽的表面。

在我们的例子中，金属通常与其他元素合金化以改变金属的物理状态，例如，铁与碳结合制成简单的钢，铜与锌结合制成简单的黄铜。有许多金属元素的混合物的组合，赋予平等，许多不同的特性。金属组可分为两个不同的类别（参见图1）.

这可以从树我们只关注钢材(黑色金属)和其他金属(有色金属)。在本系列中，我们将集中讨论金属的黑色基团(钢)。

钢铁是什么?
钢只是铁和碳的合金。即使是极少量的碳也会显著改变钢的硬度、抗拉强度、冲击强度和抗压强度等特性。钢的分类如下所示图2．

树是一种非常简化的识别和分类钢材的方法。对有色金属做了一个类似的树状图，说明了有色金属组是如何彼此区分的。

图2的应用部分是工具钢类别的扩展，它显示了第二组工具钢。结构图树中显示了淬火法工具钢和应用法工具钢。

简单热处理冶金

任何钢的热处理简单地说就是对钢加热，使其升高到所需的温度，然后以适当的方式冷却。图3演示了热处理过程。该原理图说明了加热、在一定温度下浸泡和冷却的简单过程，它代表了人们能想到的每种热处理类型的基本原理图，包括表面处理过程。热处理被用来使钢变得柔软，以便加工和操作，然后进入最终的冶金，使钢在特定的环境中发挥作用。

下一篇文章将继续热加工技术的定义，也将继续工具钢的分类。

术语

有必要定义热处理的一些重要术语，以便开始理解冶金学的语言。

退火:使金属柔软，便于加工和制造/成形/弯曲。通过将温度提高到所谓的奥氏体温度区域，使其平衡，然后非常缓慢地冷却到几乎室温来完成(见图A)．

奥氏体:通过提高钢的温度而产生的相。奥氏体是由14个原子(形成一个分子)形成的相。奥氏体相的原子在立方体结构的每个角上各有一个，在立方体的每个面上各有一个。

空气:这是一组在奥氏体化处理后只需要空气冷却的钢。然而，问题是钢会氧化和脱碳。因此，必须在保护气氛下，如真空或其他气氛下，使钢奥氏体化。

氛围:大气可以像空气一样简单。然而，氧化和脱碳会发生。大气可以是真空(真空是处于低压下的大气)。大气也可以是氮气、氩气或其他类型的气体，直到碳氢化合物气体，如甲烷、丁烷或其他碳氢化合物气体。

贝氏体:将钢提高到奥氏体化温度(硬化温度)，然后再淬火到高于马氏体相形成开始温度的一种相。然后将钢保持一段时间(取决于钢的横截面)，以使贝氏体结构形成。贝氏体将产生55HRC区域的硬度值(取决于所选择的淬火介质温度)。钢在淬火后不需要回火。确保钢保持足够长的时间，以形成贝氏体相。

体心立方晶格结构:这是指铁在室温下的分子结构，可以称为铁素体和渗碳体(取决于碳含量)。它是一个有9个原子的立方体结构，一个在每个角上，一个在立方体的中心(见图B)。

硼化处理:一种在直接表面形成非常坚硬的硼化物合金的表面处理工艺。这也包括氮化硼。渗硼可以产生1800硬度维氏的硬度值。它可以通过气体环境、膏体或充填胶结方法来完成。

碳化物:可以像碳化铁一样简单地形成。碳会与铁、铬、钒、钼、钨等形成碳化物的元素发生反应。

碳:铁元素钢中存在的元素只需少量就能改变钢的机械和冶金性能。它也是把铁变成钢的原料。

渗碳:一种表面处理工艺，需要在钢的表面添加碳。钢通常是低碳钢。它被用来创造高表面硬度和坚韧的核心。也称为表面硬化。该过程可以通过充填胶结法、含碳氢化合物富集气体的气体气氛、低压渗碳(真空)熔盐或等离子体条件来完成。

脱碳:这是由于热处理程序导致碳离开钢的表面。如果大气中的碳含量比钢中的低，那么钢就会释放出表面的碳。如果大气中的碳含量比钢的高，钢就会渗碳。

死软:通常用于有色金属的完全退火过程。然而，它可以应用于钢，这意味着完全相同的事情。钢处于最柔软的状态。

露点:这是指气体开始从气态蒸汽凝结(沉淀)成液体时的大气温度和压力。这个术语通常用于碳对热处理过程气氛的潜在控制。

失真:它是由加工过程中产生的应力引起的，也可能是由钢在加热和冷却过程中的相变引起的。相变会导致失真。你无法阻止。然而，可以采取措施将失真最小化。钢材在熔炉中的位置可能导致变形。有两种类型的扭曲:大小和形状。

双重的脾气:一般适用于高合金工具钢，如H系列、D系列、高速钢系列。它并不局限于这些钢，而是一般应用于这些钢。双回火的目的是首先热分解任何可能存在的残余奥氏体。第二，析出二次合金碳化物，以赋予钢硬度。上述钢也被称为二次硬化钢。由于碳化物析出和残余奥氏体的热分解，钢的硬度略有增加。如果有必要，可以给予更多的磨练。

平衡相图:把温度和成分联系起来的图表以及在特定温度下会发生什么。例如，我们可以画出盐在水中的相图。在我们的例子中，它是铁中碳与温度关系的相图。它被称为铁碳平衡图，或者更准确地说是铁渗碳体平衡图(见图C)．

共析线:铁碳平衡图上的过渡线，它将铁素体和渗碳体分开。

面心立方晶格结构:一种立方体的分子结构，在立方体的每个角上有一个原子，在立方体的每个面上有一个原子(14个原子)。这种结构被称为奥氏体，它只能在钢中产生。没有热的作用，它就不能存在。奥氏体产生温度是指铁碳平衡转变温度线上临界线以上的温度。换句话说，奥氏体化温度(硬化温度)是由被处理钢的含碳量决定的。

铁氧体:这是用来描述含碳量低于0.70%的钢的术语。铁氧体分子结构为体心立方晶格结构(BCC)。该结构的每个面都有一个原子，结构的中心有一个原子(9个原子)。

流化床炉:一种热传递系统，将其热能转化为氧化铝颗粒。通过工艺气体通过所述床层使所述颗粒搅拌，每一颗粒分离并通过相互碰撞传递热量。

完全退火:当一种钢被加热到上临界区域(奥氏体)，并在受控条件下非常缓慢地冷却。

晶粒生长:奥氏体化温度过高以及在奥氏体化温度下时间过长所引起的晶粒生长的函数。

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