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價(jià)值連城，一張圖看懂鋼鐵熱處理工藝

2022-01-27 11:33:17 作者：直觀學(xué)機(jī)械來源：直觀學(xué)機(jī)械分享至：

1、熱處理簡介

熱處理及其特點(diǎn)

熱處理是指金屬材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。

工藝特點(diǎn)

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、熱處理工藝分類

熱處理工藝分類

金屬熱處理工藝大體上可分為：整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。

根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。

3、鋼鐵熱處理工藝

鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，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。

鋼鐵熱處理工藝制定依據(jù)——鐵碳相圖

鐵碳相圖中幾個(gè)重要的點(diǎn)、線和溫度

鋼鐵微觀組織結(jié)構(gòu)及性能

退火

退火工藝可分為：完全退火、擴(kuò)散退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火及再結(jié)晶退火等。

操作方法

將鋼件加熱到Ac3+30~50℃或Ac1+30~50℃或Ac1以下的溫度（可以查閱有關(guān)資料）后，一般隨爐溫緩慢冷卻。

目的

降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；

細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備；

消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

應(yīng)用要點(diǎn)

適用于合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應(yīng)狀態(tài)不合格的原材料；

一般在毛坯狀態(tài)進(jìn)行退火。

正火

操作方法

將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50℃，保溫后以稍大于退火的冷卻速度冷卻，一般為空冷。

目的

降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；

細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備；

消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

應(yīng)用要點(diǎn)

正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預(yù)先熱處理工序。對(duì)于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金鋼件，也可作為最后熱處理。對(duì)于一般中、高合金鋼，空冷可導(dǎo)致完全或局部淬火，因此不能作為最后熱處理工序。

淬火

操作方法

將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時(shí)間，然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。

目的

淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時(shí)對(duì)某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時(shí)，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。

應(yīng)用要點(diǎn)

一般用于含碳量大于百分之零點(diǎn)三的碳鋼和合金鋼；

淬火能充分發(fā)揮鋼的強(qiáng)度和耐磨性潛力，但同時(shí)會(huì)造成很大的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進(jìn)行回火以得到較好的綜合力學(xué)性能。

回火

操作方法

將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經(jīng)保溫后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。

目的

降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減少工件的變形和開裂；

調(diào)整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學(xué)性能；

穩(wěn)定工件尺寸。

應(yīng)用要點(diǎn)

保持鋼在淬火后的高硬度和耐磨性時(shí)用低溫回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強(qiáng)度時(shí)用中溫回火；以保持高的沖擊韌度和塑性為主，又有足夠的強(qiáng)度時(shí)用高溫回火。

一般鋼盡量避免在230~280度、不銹鋼在400~450度之間回火，因?yàn)檫@時(shí)會(huì)產(chǎn)生一次回火脆性。

調(diào)質(zhì)

操作方法

淬火后高溫回火稱調(diào)質(zhì)，即將鋼件加熱到比淬火時(shí)高10~20度的溫度，保溫后進(jìn)行淬火，然后在400~720度的溫度下進(jìn)行回火。

目的

改善切削加工性能，提高加工表面光潔程度；

減小淬火時(shí)的變形和開裂；

獲得良好的綜合力學(xué)性能。

應(yīng)用要點(diǎn)

適用于淬透性較高的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和高速鋼；

不僅可以作為各種較為重要結(jié)構(gòu)的最后熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲杠等的預(yù)先熱處理，以減小變形。

時(shí)效

操作方法

將鋼件加熱到80~200度，保溫5~20小時(shí)或更長時(shí)間，然后隨爐取出在空氣中冷卻。

目的

穩(wěn)定鋼件淬火后的組織，減小存放或使用期間的變形；

減輕淬火以及磨削加工后的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定形狀和尺寸。

應(yīng)用要點(diǎn)

適用于經(jīng)淬火后的各鋼種；

常用于要求形狀不再發(fā)生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機(jī)箱等。

4、固溶處理

固溶處理

操作方法

將合金加熱到高溫（980～1250℃）單相區(qū)恒溫保持，是過剩相充分溶解到固溶體中厚快速冷卻。

目的

獲得單相奧氏體組織；

改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備等；

使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能；

消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。

應(yīng)用要點(diǎn)

固溶溫度應(yīng)根據(jù)合金使用溫度進(jìn)行調(diào)整，使用環(huán)境溫度越高則固溶溫度也應(yīng)更高；對(duì)于過飽和度低的合金通常選擇較快的冷卻速度，對(duì)于飽和度高的合金通常為空氣中冷卻。

5、深冷處理

深冷處理

操作方法

將淬火后的鋼件，在低溫介質(zhì)（如干冰、液氮）中冷卻到－40～－80℃或更低，溫度均勻一致后取出均溫到室溫。

目的

使淬火鋼件內(nèi)的殘余奧氏體全部或大部轉(zhuǎn)換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和疲勞極限；

穩(wěn)定鋼的組織，以穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸。

應(yīng)用要點(diǎn)

鋼件淬火后應(yīng)立即進(jìn)行冷處理，然后再經(jīng)低溫回火，以消除低溫冷卻時(shí)的內(nèi)應(yīng)力；

冷處理主要適用于合金鋼制的緊密刀具、量具和緊密零件。

6、表面熱處理

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。

火焰加熱表面淬火