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鋼的常用熱處理
發表時間:2009-05-22 10:56:07; 來源:
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熱處理就是通過對固態金屬的加熱、保溫和冷卻，來改變金屬的顯微組織及其形態，從而提高或改善金屬的機械性能的一種方法。鑄造、鍛壓、焊接和機加工的目的是使零件成形或改變其形狀，而熱處理的目的是改變金屬材料的組織和性能，而不要求改變零件的形狀和尺寸，各種機械零件中，大多數或絕大多數都要經過熱處理才投入使用。鋼的熱處理對提高和改善零件的機械性能發揮著十分重要的作用。
熱處理方法很多，常用的有退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等。熱處理既可以作為預先熱處理以消除上一道工序所遺留的某些缺陷，為下一道工序準備好條件；也可作為最終熱處理進一步改善材料的性能，從而充分發揮材料的潛力，達到零件的使用要求。因此，不同的熱處理工序常穿插在零件制造過程的各個熱、冷加工工序中進行。
任何一種熱處理的工藝過程，都包括下列三個步驟：
（1）以一定速度把零件加熱到規定的溫度。這個溫度范圍根據不同的金屬材料、不同的熱處理要求而定。
（2）在此溫度下保溫，使工件全部或局部熱透。
（3）以某種速度把工件冷卻下來。
一、退火
退火是把工件加熱到適當的溫度（對碳鋼一般加熱至780～900℃），保溫一定時間后隨爐子降溫而冷卻的熱處理方法。
工具鋼和某些重要結構零件的合金鋼有時硬度較高，鑄、鍛、焊后的毛坯有時硬度不均勻，存在著內應力。為了便于切削加工，并保持加工后的精度，常對工件施以退火處理。
退火后的工件硬度較低，消除了內應力，同時還可以使材料的內部組織均勻細化，為進行下一步熱處理（淬火等）做好準備。
加熱時溫度控制應準確。溫度過低達不到退火目的，溫度過高又會造成過熱、過燒、氧化、脫碳等缺陷。操作時還應注意零件的放置方法，當退火的主要目的是為了消除內應力時更應注意。如對于細長工件的穩定尺寸退火，一定要在井式爐中垂直吊置，以防止工件由于自身重力所引起的變形。
操作時還應注意不要觸碰電阻絲，以免短路。為保證安全，應安裝爐門開啟斷電裝置，裝爐和取出工件時能自行斷電。
二、正火
將工件放到爐中加熱到適當溫度，保溫后出爐空冷的熱處理方法叫正火。正火實質上是退火的另一種形式，其作用與退火相似。與退火不同之處是加熱（對碳鋼而言，一般加熱至800～930℃）和保溫后，放在空氣中冷卻而不是隨爐冷卻。由于冷卻速度比退火快，因此，正火工件獲得的組織比較細密，比退火工件的強度和硬度稍高，而塑性和韌性稍低。但這一點對于一般低碳鋼而言差別并不明顯，對中碳鋼零件而言有時由于正火后的硬度適中，更適合于切削加工。又由于正火冷卻時不占爐子，還可使生產效率提高，成本降低。所以一般低碳和中碳結構鋼等，多用正火代替退火。
三、淬火
淬火是將工件加熱到適當的溫度（對碳鋼一般加熱到760～820℃），保溫后在水中或油中快速冷卻的熱處理方法。工件經淬火后可獲得高硬度的組織，因此淬火可提高鋼的強度和硬度。但工件淬火后脆性增加、內部產生很大的內應力，使工件變形甚至開裂。所以，工件淬火后一般都要及時進行回火處理，并在回火后獲得適度的強度和韌性。
淬火操作時要注意工件浸入淬火劑的方法。如果浸入方式不正確，可能使工件各部分的冷卻速度不一致而造成很大的內應力，使工件發生變形和裂紋，或產生局部淬不硬等缺陷。例如，鉆頭、軸桿類等細長工件應以吊掛的方式垂直地浸入淬火液中；薄而平的工件（圓盤銑刀等），不能平著放人而必須立著放人淬火劑中；使工件各部分的冷卻速度趨于一致等。
淬火操作時還必須穿戴防護用品，如工作服、手套、防護眼鏡等，以防淬火液飛濺傷人。
四、回火
將淬火后的工件重新加熱到某一溫度范圍并保溫后，在油中或空氣中冷卻的操作稱為回火。回火的溫度大大低于退火、正火和淬火時的加熱溫度，因此回火并不使工件材料的組織發生轉變。回火的目的是減小或消除工件在淬火時所形成的內應力，適當降低淬火鋼的硬度，減小脆性，使工件獲得較好的強度和韌性，即較好的綜合機械性能。
根據回火溫度不同，回火操作可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。
低溫回火 回火溫度為150～250℃。低溫回火可以部分消除淬火造成的內應力，適當地降低鋼的脆性，提高韌性，同時工件仍保持高硬度。低溫回火一般多用于工具、量具。
中溫回火 回火溫度為300～450℃。淬火工件經中溫回火后，可消除大部分內應力，硬度有較大的下降，但是具有一定的韌性和彈性。一般用于處理熱鍛模、彈簧等。
高溫回火 回火溫度為500～650℃。高溫回火可以消除絕大部分因淬火產生的內應刀，硬度也有顯著的下降，塑性有較大的提高，使工件具有高強度和高韌性等綜合機械性能。淬火后再加高溫回火，通常稱為調質處理。一般要求具有較高綜合機械性能的重要結構零件，如汽車車軸、坦克的扭力軸等，都要經過調質處理。用于調質處理的鋼多為中碳優質結構鋼和中碳低合金結構鋼。也把用于調質處理的鋼稱為調質鋼。
五、表面熱處理
有些零件如齒輪、銷軸等，使用時希望它的心部保持一定的韌性，又要求表面層具有耐磨性、抗蝕性、抗疲勞性。這些性能可通過表面熱處理來得到。表面熱處理按處理工藝特點可分為表面淬火和表面化學熱處理兩大類。
表面淬火 鋼的表面淬火是通過快速加熱，將鋼件表面層迅速加熱到淬火溫度。然后快速冷卻下來的熱處理工藝。通常鋼件在表面淬火前均進行正火或調質處理，表面淬火后應進行低溫回火。這樣，不僅可以保證其表面的高硬度和高耐磨性，而且可以保證心部的強度和韌性。
按照加熱方法不同，表面淬火分為火焰淬火和高頻感應加熱表面淬火（簡稱高頻淬火）。火焰表面淬火簡單易行，但難以保證質量，這種方法現在使用不多。而高頻淬火質量好，生產率高，可以使全部淬火過程機械化、自動化，適于成批及大量生產，因此被廣泛使用。
表面化學熱處理 化學熱處理就是將鋼件在含有活性介質中加熱一定時間，使某些金屬元素（碳、氮、鋁、鉻等）滲透零件表層，改變零件表層的化學成分和組織，以提高零件表面的硬度、耐磨性、耐熱性和耐蝕性等。常用的化學熱處理有滲碳、滲氮、氰化（碳、氮共滲）以及滲入金屬元素等方法。
滲碳是應用得比較廣泛的一種化學方法。滲碳法分氣體、液體和固體法等，而其中的氣體滲碳法比較常用。
氣體滲碳是將工件裝入密封的井式氣體滲碳爐中，加熱至900―950~C，通人氣體滲碳劑進行滲碳。目前常采用的方法是將煤油、丙酮、酒精等液體碳氫化合物放入滲碳爐內，使受熱后分解出活性碳原子，深入工件表面。也可以直接通入天然氣、液化石油氣等氣體進行滲碳。滲碳適用于低碳鋼和低碳合金鋼。滲碳后可使零件表面1―2mm厚度內的含碳量提高到0.8%―1.2%。滲碳后的零件，其表面硬度和耐磨性并不高。為了獲得高硬度和高耐磨性的表面層，同時改善心部的組織，滲碳后還要進行淬火和低溫回火。 |
