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代表性的金属加工有切削加工、研磨加工、冲压加工等,而这些金属加工中使用的金属热处理也是重要的金属加工之一。通过热处理,可为材料赋予强度、硬度、韧性、耐磨损性、耐腐蚀性等各种性质。下面黄金城将为您介绍金属热处理以及热处理后🌳通过数码显微系统来观察、测量的案例。

什么是热处理

日本金属热处理工业会将热处理描述为“变红后冷却”,说明它是一种对金属材料进行加热和冷却,在不改变形状的情况下提升性质的加工技术。变化的性质指强度、硬度、韧性、耐冲击性、耐磨损性、耐侵蚀性、耐腐蚀性、被切削性、冷加工性💟等,如切断加工和塑性加工一样,热处理也被分类为金属加工的一种。

  • A: 变红(加热金属至变为红色)
  • B: 冷却(冷却金属至变为黑色)

代表性的热处理

淬火
使钢变得刚硬的热处理。普通的钢加热至约700°C时,材料会变红,晶体结构和性质开始发生变化。这种性质变化被称为“相变”,变化开始的温度被称为“相变温度”。所谓淬火,是指在超过相变温度的温度下,将铁的晶体转变为碳可以大量溶解在内的奥氏体,将碳固溶到铁的晶体中,然后用水或油进行快速冷却,由此转变为马氏体这一非常硬的晶体的热处理。
退火
调整钢的结晶粒度使其变软的热处理。加热至相变温度+50°C左右,保持1小时左右之后,在炉内缓慢冷却。这是加工产品时为了便于切削而进行的热处理。
正火
将不均匀的钢组织改良为适合切削加工或冲压加工的状态的热处理。加热至相变温度+50°C左右,用空气冷却,从而使结晶粒变得微细,提升强韧性。
回火
降低淬火或正火后钢的硬度,增加柔韧度的热处理。在500°C左右的温度下进行热处理后再冷却。通过这种方法,就能获得“坚硬且具有韧性的钢”。所谓回火,是指从马氏体返回到细微的铁氧体和渗碳体析出的组织,从而恢复柔韧度(韧性)的热处理。

淬火和回火的原理

常温铁的形状是原子位于立方体各顶点和中心处的“体心立方晶格”。
淬火后,铁的形状变为原子位于立方体各顶点和面中心处的“面心立方晶格”,碳能够溶解于此。
通过快速冷却,铁恢复为“体心立方晶格”结构。但是由于碳已经溶解在内,会造成结构变形,铁会变硬。

体心立方晶格
淬火
面心立方晶格
  • A:碳
回火
体心立方晶格

通过数码显微系统来观察、测量热处理后的金属的案例

为您介绍使用黄金城的4K数码显微系统“VHX系列”来观察、测量热处理后金属的应用案例。

维氏压痕的3D测量
1000× 同轴落射照明
维氏压痕的2D测量
500× 同轴落射照明
维氏硬度是表示硬度的尺度之一,可通过将菱形金刚石压头压入材料,
并测量留下的维氏压痕的对角线长度,来进行计算。
脱碳深度测量
300× 同轴落射照明 测量前
300× 同轴落射照明 测量后
由于钢材加热或压延,钢表面会产生脱碳层。脱碳层影响钢材品质,因此必须实施深度测量。
粒度分析
1500× 同轴落射照明 测量前
1500× 同轴落射照明 测量后
热处理后的金属组织的“粒度编号”可根据“JIS G 0551”、“ASTM E1382”等工业标准自动计算。
热处理的分界面观察
40× 同轴落射照明 非HDR图像
40× 同轴落射照明 HDR图像
利用HDR功能,可以突出显示表面纹理,清晰地观察到热处理的分界面。