熱處理工藝、熱處理工藝的特點(diǎn)、
發(fā)布時(shí)間：2021-09-17
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處理是采用加熱和冷卻的方法改變材料的組織、性能及內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的一種熱加工工藝，是機(jī)械制造業(yè)中提高產(chǎn)品的性能、使用壽命和可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。主要針對(duì)金屬來說，金屬熱處理是在固態(tài)下將金屬或合金加熱到一定溫度、保溫一定時(shí)間，然后以一定冷卻速度冷卻，即通過加熱速度、保溫時(shí)間、保溫溫度和冷卻速度等基本環(huán)節(jié)的有機(jī)配合，使金屬或合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到改善材料性能的工藝方法。
熱處理工藝、熱處理工藝的特點(diǎn)、熱處理的操作規(guī)程、熱處理的誤區(qū)、熱處理變形原因及其預(yù)防方法。
熱處理工藝
一、預(yù)備熱處理
預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為較終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時(shí)效、調(diào)質(zhì)等。
1、退火和正火
退火和正火用于經(jīng)過熱加工的毛坯。含碳量大于 0.5% 的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于 0.5 % 的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時(shí)粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細(xì)化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準(zhǔn)備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進(jìn)行。
2、時(shí)效處理
時(shí)效處理主要用于消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。為避免過多運(yùn)輸工作量，對(duì)于一般精度的零件，在精加工前安排一次時(shí)效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標(biāo)鏜床的箱體等），應(yīng)安排兩次或數(shù)次時(shí)效處理工序。簡單零件一般可不進(jìn)行時(shí)效處理。除鑄件外，對(duì)于一些剛性較差的精密零件（如精密絲杠），為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時(shí)效處理。有些軸類零件加工，在校直工序后也要安排時(shí)效處理。
3、調(diào)質(zhì) 調(diào)質(zhì)即是在淬火后進(jìn)行高溫回火處理，它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時(shí)減少變形作準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理。 由于調(diào)質(zhì)后零件的綜合力學(xué)性能較好，對(duì)某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為較終熱處理工序。
二、較終熱處理
較終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強(qiáng)度等力學(xué)性能。
1、淬火
淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因?yàn)樽冃�、氧化及脫碳較小而應(yīng)用較廣，而且表面淬火還具有外部強(qiáng)度高、耐磨性好，而內(nèi)部保持良好的韌性、抗沖擊力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為提高表面淬火零件的機(jī)械性能，常需進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理作為預(yù)備熱處理。其一般工藝路線為：下料——鍛造——正火（退火）——粗加工——調(diào)質(zhì)——半精加工——表面淬火——精加工。
2、滲碳淬火
滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經(jīng)淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強(qiáng)度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時(shí)對(duì)不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在 0.5~ 2mm 之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。其工藝路線一般為：下料—鍛造—正火—粗、半精加工—滲碳淬火—精加工。 當(dāng)局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時(shí)，切除多余滲碳層的工序應(yīng)安排在滲碳后，淬火前進(jìn)行。
3、滲氮處理
滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較�。ㄒ话悴怀^ 0.6~ 0.7mm ），滲氮工序應(yīng)盡量靠后安排，為減小滲氮時(shí)的變形，在切削后一般需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。
熱處理工藝的特點(diǎn)
1、金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，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(diǎn)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。
2、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(jī)械工業(yè)中應(yīng)用較廣的材料，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。
熱處理的操作規(guī)程
1、清理好操作場地，檢查電源、測量儀表和各種開關(guān)是否正常，水源是否通暢。
2、操作人員應(yīng)穿戴好勞保防護(hù)用品。
3、開啟控制電源****轉(zhuǎn)換開關(guān)，根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求分級(jí)段升、降溫，延長設(shè)備壽命和設(shè)備完好。
4、要注意熱處理爐的爐溫和網(wǎng)帶調(diào)速，能掌握對(duì)不同材料所需的溫度標(biāo)準(zhǔn)，確保工件硬度及表面平直度和氧化層，并認(rèn)真做好安全工作。
5、要注意回火爐的爐溫和網(wǎng)帶調(diào)速，開啟排風(fēng)，使工件經(jīng)回火后達(dá)到質(zhì)量要求。
6、在工作中應(yīng)堅(jiān)守崗位。
7、要配置必要的消防器具，并熟識(shí)使用及保養(yǎng)方法。
8、停機(jī)時(shí)，要檢查各控制開關(guān)均處于關(guān)閉狀態(tài)后，關(guān)閉****轉(zhuǎn)換開關(guān)。
熱處理的誤區(qū)
1、淬火出來的工件沒有冷到室溫，不能進(jìn)行回火？
有些人認(rèn)為淬火出來后，還沒有冷卻到室溫時(shí)，不能進(jìn)入回火工序。實(shí)際上很多鋼種，尤其低、中碳鋼，其馬氏體轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)大都高于室溫，冷到室溫時(shí)，反而容易開裂，淬火出來后就可以盡快轉(zhuǎn)入回火工序。
2、淬火出來的工件必須帶溫回火？
這種做法是不可取的，要根據(jù)鋼種的馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)來決定淬火之后的回火前的入爐溫度！為了防止淬火開裂，不能妄加推測，一概而論的采用帶溫回火的辦法！
3、產(chǎn)品尺寸加工已經(jīng)全部完成，要求熱處理保證不變形？
有的人為了節(jié)省產(chǎn)品加工費(fèi)用，在熱處理之前，把所有的尺寸加工結(jié)束，然后去熱處理淬火回火。要求熱處理者保證在熱處理過程中不變形，或者只允許變形量在較后一道冷加工的公差帶值內(nèi)！熱處理的過程實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)組織變形階段，微觀上的變形積累，有誰敢保證不在宏觀上表現(xiàn)出來成為尺寸變形呢？
4、退火工件可以形成等軸晶粒？
在低碳鋼退火工藝中，很多人認(rèn)為可以獲得等軸晶粒。實(shí)際上，在沸騰鋼中容易獲得等軸晶粒度。在Al鋁鎮(zhèn)靜鋼中是很難達(dá)到等軸晶粒組織的。尤其經(jīng)過冷擠壓的變形件退火，晶粒很明顯的呈變形擠壓組織形態(tài)！即使950℃以上的退火溫度也難以達(dá)到等軸晶粒。
5、硬度越低擠壓變形越好，越容易？
人們的直接思維是：硬度越低越容易擠壓變形。在鋼材的擠壓工藝中，珠光體球化組織狀態(tài)變形能力較高，但是這個(gè)組織狀態(tài)比起片狀珠光體的硬度一般都高，所以要求擠壓件的原始組織是珠光體球化組織的技術(shù)要求，而不能采用硬度較低的片狀珠光體組織。
熱處理變形原因及其預(yù)防方法
一、熱處理變形產(chǎn)生的原因
鋼在熱處理的加熱、冷卻過程中可能會(huì)產(chǎn)生變形，甚至開裂，其原因是由于淬火應(yīng)力的存在。淬火應(yīng)力分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力兩種。由于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力作用，使熱處理后零件產(chǎn)生不同殘留應(yīng)力，可能引起變形。當(dāng)應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)變形就會(huì)產(chǎn)生，因此，淬火變形還與鋼的屈服強(qiáng)度有關(guān)，材料塑性變形抗力越大，其變形程度越小。
1、熱應(yīng)力
在加熱和冷卻時(shí)由于零件表里有溫差存在造成熱脹冷縮的不一致而產(chǎn)生熱應(yīng)力。零件由高溫冷卻時(shí)表面散熱快，溫度低于心部，因此表面比心部有更大的體積收縮傾向，但受心部阻礙而使表面受拉應(yīng)力，而心部則受壓應(yīng)力。表里溫差增大應(yīng)力也增大。
2、組織應(yīng)力
組織應(yīng)力是因?yàn)閵W氏體與其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，零件的表面和心部或零件各部分之間的組織轉(zhuǎn)變時(shí)間不同而產(chǎn)生的。由于奧氏體比容較小，淬火冷卻時(shí)必然發(fā)生體積增加。淬火時(shí)表面先開始馬氏體轉(zhuǎn)變，體積增大，心部仍為奧氏體體積不變。由于心部阻礙表面體積增大，表面產(chǎn)生壓應(yīng)力， 心部產(chǎn)生拉應(yīng)力。
二、減少和控制熱處理變形的方法
1、合理選材和提高硬度要求
對(duì)于形狀復(fù)雜，截面尺寸相差較大而又要求變形較小的零件，應(yīng)選擇淬透性較好的材料，以便使用較緩和的淬火冷卻介質(zhì)淬火。對(duì)于薄板狀精密零件，應(yīng)選用雙向軋制板材，使零件纖維方向?qū)ΨQ。對(duì)零件的硬度要求，在滿足使用要求前提下，盡量選擇下限硬度。
2、正確設(shè)計(jì)零件
零件外形應(yīng)盡量簡單、均勻、結(jié)構(gòu)對(duì)稱，以免因冷卻不均勻，使變形開裂傾向增大。盡量避免截面尺寸突然變化，減少溝槽和薄邊，不要有尖銳棱角。避免較深的不通孔。長形零件避免截面呈橫梯形。
3、合理安排生產(chǎn)路線，協(xié)調(diào)冷熱加工與熱處理的關(guān)系
對(duì)于形狀復(fù)雜、精度要求高的零件，應(yīng)在粗、精加工之間進(jìn)行預(yù)先處理，如消除應(yīng)力、退火等。做好毛坯預(yù)備熱處理，使組織更加均勻化。
4、改進(jìn)熱處理工藝和操作
（1）熱處理溫度的控制
在滿足熱處理工藝要求的情況下，盡量降低淬火加熱溫度且縮短保溫時(shí)間，這樣零件的高溫強(qiáng)度損失較少。塑性抗力增強(qiáng)，零件的抗應(yīng)力形變、抗淬火變形的綜合能力增強(qiáng)，從而減少了變形。
（2）選擇較緩和的淬火冷卻介質(zhì)
①冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，它關(guān)系到淬火質(zhì)量的好壞，也是淬火工藝中較容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，金屬淬火后冷卻過程對(duì)變形的影響也是很重要的一個(gè)原因。熱油淬火比冷油淬火變形小，一般控制在90℃左右。在保證硬度的前提下，盡量采用油性介質(zhì)，油性介質(zhì)冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)冷卻速度相對(duì)快一些，而且水溫變化對(duì)水性介質(zhì)冷卻特性影響較大。
②采用分級(jí)淬火能顯著減少金屬淬火時(shí)產(chǎn)牛的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，是減少一些形狀復(fù)雜零件的有效辦法。這種淬火方法由于在馬氏體轉(zhuǎn)變前零件各部分溫度已經(jīng)趨于均勻，并在緩慢冷卻條件下完成馬氏體轉(zhuǎn)變，這樣不僅減小了淬火熱應(yīng)力，而且顯著降低組織應(yīng)力，因而有效地減小或預(yù)防止零件淬火變形。
③等溫淬火也能顯著減小零件變形，等溫淬火與分級(jí)淬火的區(qū)別在于前者獲得下貝氏體組織，由于下貝氏體組織的強(qiáng)度、硬度較高，而且韌性良好，比熱容比馬氏體的比熱容小，組織轉(zhuǎn)變時(shí)零件內(nèi)外溫度一致，故淬火組織應(yīng)力也較小。等溫淬火和分級(jí)淬火只能適用于尺寸較小的零件。
（3）正確掌握熱處理操作方法
為了減小和控制熱處理變形還必須正確掌握熱處理操作方法。截面均勻冷卻時(shí)，如細(xì)長軸類（絲錐、軸）垂直淬入，上下移動(dòng)，也有垂直逐漸淬入并靜止不動(dòng)。截面不均勻冷卻時(shí)，水平快速淬入或傾斜淬入，如厚薄不均零件，應(yīng)將厚的部分先淬入。對(duì)于薄片應(yīng)側(cè)向進(jìn)入，對(duì)帶有孔和凹面零件，應(yīng)將盲孔和凹面朝上淬入，以利于氣泡排出�？傊�，要使零件各處冷速均勻，有些需要防護(hù)的零件做好淬火前保護(hù)。
三、已變形零件的挽救方法
盡管采取減少變形措施，但變形仍不可避免，因此進(jìn)行補(bǔ)救是很必要的，常用的方法有冷校直和熱校直。如果淬火回火后硬度低于40HRC的零件，可以采用冷校直直接用壓力機(jī)校正。如果金屬在淬火冷卻過程中，尚未冷卻到馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度點(diǎn)以下，此時(shí)零件塑性較好，進(jìn)行加壓校直效果良好，校直時(shí)加力應(yīng)注意緩慢。
上述是賢集網(wǎng)小編為大家介紹的熱處理工藝、熱處理工藝的特點(diǎn)、熱處理的操作規(guī)程、熱處理的誤區(qū)、熱處理變形原因及其預(yù)防方法。這些知識(shí)您都掌握了嗎？其實(shí)，熱處理作用很大，能改善零件的力學(xué)性能，提高零件的強(qiáng)度和硬度，滿足各種性能需要。在選擇預(yù)防熱處理過程中發(fā)生的一些問題的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)具體情況制定具體辦法，許多辦法都是源于實(shí)踐，要反復(fù)試驗(yàn)才能探索規(guī)律。我們要重視現(xiàn)階段的熱處理技術(shù)，不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)發(fā)展自主創(chuàng)新，不斷提高熱處理零件的質(zhì)量及合格率，為熱處理發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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來源：賢集網(wǎng)
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