为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。
下面我们就一起来了解下金属的热处理工艺。
1、热处理简介
热处理是指金属材料在固态下,通过加热、保温和冷却的手段,以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。
热处理
工艺特点金属热处理是机械制造中的重要工艺之一,与其他加工工艺相比,热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分,而是通过改变工件内部的显微组织,或改变工件表面的化学成分,赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量,而这一般不是肉眼所能看到的。
2、热处理工艺分类
金属热处理工艺大体上可分为:整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。
根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同,每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺,可获得不同的组织,从而具有不同的性能。
3、钢铁热处理工艺
钢铁是机械工业中应用最广的材料,钢铁显微组织复杂,可以通过热处理予以控制,所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外,铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能,以获得不同的使用性能。
退火
退火工艺可分为:完全退火、扩散退火、等温退火、球化退火、去应力退火及再结晶退火等。
操作方法将钢件加热到Ac3 30~50℃或Ac1 30~50℃或Ac1以下的温度(可以查阅有关资料)后,一般随炉温缓慢冷却。
目的正火
操作方法将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50℃,保温后以稍大于退火的冷却速度冷却,一般为空冷。
目的- 降低硬度,提高塑性,改善切削加工与压力加工性能;
- 细化晶粒,改善力学性能,为下一步工序做准备;
- 消除冷、热加工所产生的内应力。
正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件,也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢,空冷可导致完全或局部淬火,因此不能作为最后热处理工序。
淬火
操作方法将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上,保温一段时间,然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。
目的淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织,有时对某些高合金钢(如不锈钢、耐磨钢)淬火时,则是为了得到单一均匀的奥氏体组织,以提高耐磨性和耐蚀性。
应用要点- 一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢;
- 淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力,但同时会造成很大的内应力,降低钢的塑性和冲击韧度,故要进行回火以得到较好的综合力学性能。
回火
操作方法将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度,经保温后,于空气或油、热水、水中冷却。
目的- 降低或消除淬火后的内应力,减少工件的变形和开裂;
- 调整硬度,提高塑性和韧性,获得工作所要求的力学性能;
- 稳定工件尺寸。
- 保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火;在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火;以保持高的冲击韧度和塑性为主,又有足够的强度时用高温回火。
- 一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火,因为这时会产生一次回火脆性。
调质
操作方法淬火后高温回火称调质,即将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度,保温后进行淬火,然后在400~720度的温度下进行回火。
目的- 改善切削加工性能,提高加工表面光洁程度;
- 减小淬火时的变形和开裂;
- 获得良好的综合力学性能。
- 适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢;
- 不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理,而且还可以作为某些紧密零件,如丝杠等的预先热处理,以减小变形。
时效
操作方法将钢件加热到80~200度,保温5~20小时或更长时间,然后随炉取出在空气中冷却。
目的- 稳定钢件淬火后的组织,减小存放或使用期间的变形;
- 减轻淬火以及磨削加工后的内应力,稳定形状和尺寸。
- 适用于经淬火后的各钢种;
- 常用于要求形状不再发生变化的紧密工件,如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。
4、固溶处理
操作方法将合金加热到高温(980~1250℃)单相区恒温保持,是过剩相充分溶解到固溶体中厚快速冷却。
目的- 获得单相奥氏体组织;
- 改善钢和合金的塑性和韧性,为沉淀硬化处理作好准备等;
- 使合金中各种相充分溶解,强化固溶体,并提高韧性及抗蚀性能;
- 消除应力与软化,以便继续加工或成型。
固溶温度应根据合金使用温度进行调整,使用环境温度越高则固溶温度也应更高;对于过饱和度低的合金通常选择较快的冷却速度,对于饱和度高的合金通常为空气中冷却。
5、深冷处理
操作方法将淬火后的钢件,在低温介质(如干冰、液氮)中冷却到-40~-80℃或更低,温度均匀一致后取出均温到室温。
目的- 使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体,从而提高钢件的硬度、强度、耐磨性和疲劳极限;
- 稳定钢的组织 ,以稳定钢件的形状和尺寸。
- 钢件淬火后应立即进行冷处理,然后再经低温回火,以消除低温冷却时的内应力;
- 冷处理主要适用于合金钢制的紧密刀具、量具和紧密零件。
6、表面热处理
表面热处理是只加热工件表层,以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部,使用的热源须具有高的能量密度,即在单位面积的工件上给予较大的热能,使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理,常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。