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【零件表面處理】了解金屬材料常見的熱處理工藝

2023-06-16

熱處理是金屬材料加工中非常重要的一步,熱處理可以改變金屬材料的物理和機械性質,提高其硬度、強度、韌性等性能。

為了保證產品設計的結構是安全、可靠、經濟和每個,結構工程師一般都需要了解材料的力學性能,根據設計要求和材料特性選擇合適的熱處理工藝,提高其性能和壽命。以下是金屬材料相關的13種熱處理工藝,希望對大家有幫助。

1. 退火

指金屬材料加熱到適當的溫度,保持一定的時間,然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的:主要是降低金屬材料的硬度,提高塑性,以利切削加工或壓力加工,減少殘余應力,提高組織和成分的均勻化,或為后道熱處理作好組織準備等。常見的退火工藝有再結晶退火,完全退火,球化退火,去應力退火等。

完全退火:細化晶粒,均勻組織,降低硬度,充分消除內應力完全退火適用于含碳量(質量分數)在0.8%以下的鍛件或鑄鋼件。

球化退火:降低鋼的硬度,改善切削性能,并為以后淬火作好準備,以減少淬火后變形和開裂,球化退火適用于含碳量(質量分數)大于0.8%的碳素鋼和合金工具鋼。

去應力退火:消除鋼件焊接和冷校直時產生的內應力,消除精密零件切削加工時產生的內應力,以防止以后加工和用過程中發生變形,去應力退火適用于各種鑄件、鍛件、焊接件和冷擠壓件等。

2. 正火

指將鋼材或鋼件加熱到Ac3或Acm(鋼的上臨界點溫度)以上30~50℃,保持適當時間后,在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的:主要是提高低碳鋼的力學性能,改善切削加工性,細化晶粒,消除組織缺陷,為后道熱處理作好組織準備等。

3. 淬火

指將鋼件加熱到Ac3或Ac1(鋼的下臨界點溫度)以上某一溫度,保持一定的時間,然后以適當的冷卻速度,獲得馬氏體(或貝氏體)組織的熱處理工藝。淬火的目的:使鋼件獲得所需的馬氏體組織,提高工件的硬度,強度和耐磨性,為后道熱處理作好組織準備等。

常見的淬火工藝有鹽浴淬火,馬氏體分級淬火,貝氏體等溫淬火,表面淬火和局部淬火等。

單液淬火:單液淬火只適用于形狀比較簡單,技術要求不太高的碳素鋼及合金鋼件。淬火時,對于直徑或厚度大于5~8mm的碳素鋼件,選用鹽水或水冷卻;合金鋼件選用油冷卻。

雙液淬火:將鋼件加熱到淬火溫度,經過保溫以后,先在水中快速冷卻至300~400oC,然后移人油中冷卻。

火焰表面淬火:火焰表面淬火適用于單件或小批生產、表面要求硬而耐磨,并能承受沖擊載荷的大型中碳鋼和中碳合金鋼件,如曲軸、齒輪和導軌等。

表面感應淬火:經表面感應淬火的零件,表面硬而耐磨,而心部保持著較好的強度和韌性。表面感應淬火適用于中碳鋼和中等含碳量的合金鋼件。

4. 回火

指鋼件經淬硬后,再加熱到Ac1以下的某一溫度,保溫一定時間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝?;鼗鸬哪康模褐饕窍摷诖慊饡r所產生的應力,使鋼件具有高的硬度和耐磨性外,并具有所需要的塑性和韌性等。常見的回火工藝有:低溫回火,中溫回火,高溫回火等。

低溫回火:低溫回火消除鋼件因淬火而產生的內應力,多用于切削刀具、量具、模具、滾動軸承和滲碳零件等。

中溫回火:中溫回火使鋼件獲得較高的彈性、一定的韌性和硬度,一般用于各類彈簧及熱沖模等零件。

高溫回火:高溫回火使鋼件獲得較好的綜合力學性能,即較高的強度和韌性及足夠的硬度,消除鋼件因淬火而產生的內應力,主要用于要求高強度、高韌性的重要結構零件,如主軸、曲軸、凸輪、齒輪和連桿等。

5. 調質

指將鋼材或鋼件進行淬火及回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。

6. 化學熱處理

指金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫,使一種或幾種元素滲入它的表層,以改變其化學成分,組織和性能的熱處理工藝?;瘜W熱處理的目的:主要是提高鋼件表面的硬度,耐磨性,抗蝕性,抗疲勞強度和抗氧化性等。常見的化學熱處理工藝有:滲碳,滲氮,碳氮共滲等。

滲碳:使表面具有高的硬度(HRC60~65)和耐磨性,而中心仍保持高的韌性,常用于耐磨并受沖擊的零件,如:輪、齒輪、軸、活塞銷等。

滲氮:提高鋼件表層的硬度、耐磨性、耐蝕性,常用于重要的螺栓、螺母、銷釘等零件。

碳氮共滲:提高鋼件表層的硬度和耐磨性,適用于低碳鋼、中碳鋼或合金鋼零件,也可用于高速鋼刀具。

7. 固溶處理

指將合金加熱到高溫單相區恒溫保持,使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻,以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。固溶處理的目的:主要是改善鋼和合金的塑性和韌性,為沉淀硬化處理作好準備等。

8. 沉淀硬化(析出強化)

指金屬在過飽和固溶體中溶質原子偏聚區和(或)由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導致硬化的一種熱處理工藝。如奧氏體沉淀不銹鋼在固溶處理后或經冷加工后,在400~500℃或700~800℃進行沉淀硬化處理,可獲得很高的強度。

9. 時效處理

指合金工件經固溶處理,冷塑性變形或鑄造,鍛造后,在較高的溫度放置或室溫保持,其性能,形狀,尺寸隨時間而變化的熱處理工藝。

若采用將工件加熱到較高溫度,并較長時間進行時效處理的時效處理工藝,稱為人工時效處理;若將工件放置在室溫或自然條件下長時間存放而發生的時效現象,稱為自然時效處理。時效處理的目的,消除工件的內應力,穩定組織和尺寸,改善機械性能等。

10. 淬透性

指在規定條件下,決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。鋼材淬透性好與差,常用淬硬層深度來表示。淬硬層深度越大,則鋼的淬透性越好。鋼的淬透性主要取決于它的化學成分,特別是含增大淬透性的合金元素及晶粒度,加熱溫度和保溫時間等因素有關。淬透性好的鋼材,可使鋼件整個截面獲得均勻一致的力學性能以及可選用鋼件淬火應力小的淬火劑,以減少變形和開裂。

11. 臨界直徑(臨界淬透直徑)

臨界直徑是指鋼材在某種介質中淬冷后,心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織時的最大直徑,一些鋼的臨界直徑一般可以通過油中或水中的淬透性試驗來獲得。

12. 二次硬化

某些鐵碳合金(如高速鋼)須經多次回火后,才進一步提高其硬度。這種硬化現象,稱為二次硬化,它是由于特殊碳化物析出和(或)由于參與奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體所致。

13. 回火脆性

指淬火鋼在某些溫度區間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區間的脆化現象?;鼗鸫嘈钥煞譃榈谝活惢鼗鸫嘈院偷诙惢鼗鸫嘈?。

第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性,主要發生在回火溫度為250~400℃時,在重新加熱脆性消失后,重復在此區間回火,不再發生脆性;

第二類回火脆性又稱可逆回火脆性,發生的溫度在400~650℃,當重新加熱脆性消失后,應迅速冷卻,不能在400~650℃區間長時間停留或緩冷,否則會再次發生催化現象。

回火脆性的發生與鋼中所含合金元素有關,如錳,鉻,硅,鎳會產生回火脆性傾向,而鉬,鎢有減弱回火脆性傾向。

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嘉能機械加工一直為航天、航空、軍工、大學、醫療、等行業配套生產零部件。形成了完整的質量管理體系和生產管理流程。加工范圍10mm~10000mm;精度可達±0.005mm。

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