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                  金屬材料熱處理基礎知識
                  發布時間:2021-11-10   作者:濰坊豐東   已閱讀:580次
                  熱處理定義:鋼的熱處理就是利用鋼在固態范圍內的加熱、保溫和冷卻,以改變其內部組織,從而獲得所需要的物理、化學、機械和工藝性能的一種操作。
                  熱處理目的:
                  1、提高金屬材料的力學性能,充分發揮材料的潛力,節約材料、延長零件使用壽命。
                  2、消除材料殘余應力,改善金屬的切削加工性能。
                  加熱溫度、保溫時間和冷卻方式是熱處理最重要的三個基本工藝因素。
                  退火
                  1、定義:將組織偏離平衡狀態的金屬或合金加熱到適當的溫度,保持一定時間,然后緩慢冷卻以達到接近平衡狀態組織的熱處理工藝。
                  2、目的:降低硬度,均勻化學成分、改善切削加工性能和冷塑性變形性能、消除或減少內應力、為零件最終熱處理準備合適的內部組織。
                  3、分類
                  球化退火:為使工件中的碳化物球狀化而進行的退火。
                  去應力退火:為去除工件塑性變形加工、切削加工或焊接造成的內應力及鑄件內存在的殘余應力而進行退火。
                  正火
                  1、定義:將鋼材或鋼件加熱到一定溫度,保溫適當時間,使之完全奧氏體化,然后在空氣中冷卻,以得到珠光體組織的熱處理工藝。
                  2、目的:改善切削性能,消除毛坯內應力,細化晶粒、提高硬度、獲得比較均勻的組織和性能。
                  退火和正火的區別
                  退火和正火屬于預備熱處理工藝,對于含碳量相同的工件,正火后的強度和硬度要高于的退火的。
                  例如:含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼,為降低硬度便于切削加工采用退火處理;含碳量低于0.5%的低碳鋼和低合金鋼,為避免硬度過低切削時粘刀,而采用正火適當提高硬度。
                  一般用于鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯制造之后,粗加工之前進行。
                  滲碳
                  1、定義:為提高工件表層的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度,在滲碳爐中將低碳鋼在滲碳介質中加熱、保溫,使碳原子滲入工件表面,然后進行淬火的化學熱處理工藝。
                  2、目的:使低碳鋼的表面層含碳量增加到0.85~1.10%,然后再經淬火、低溫回火處理以消除應力并穩定組織,使鋼件表面層具有高硬度(HRc56~62),增加耐磨性及疲勞強度等。而心部仍保持原有的塑性和韌性。
                  3、應用:滲碳一般用于15Cr、20Cr等含碳量低的鋼種,滲碳層的深度是根據零件的要求不同,一般為0.2~2mm。
                  設計時可根據工件尺寸和心部強度要求來選擇材料和滲碳層深度。
                  滲碳層深的選擇要根據實際需要進行設計,以節約成本。
                  層深的增加意味著滲碳時間的延長,齒輪一般是根據經驗公式來設計層深。
                  淬火
                  1、定義:將鋼加熱到臨界溫度以上,保溫一定時間使其奧氏體化,以大于臨界冷卻速度進行冷卻的工藝。
                  2、淬火目的:
                  提高硬度和耐磨性:刀具、量具、磨具
                  提高強韌性:軸類、桿件、銷、受力件
                  提高彈性:各類彈簧
                  提高耐蝕和耐熱性:耐熱鋼和不銹鋼
                  3、淬火分類
                  按加熱溫度:完全淬火、不完全淬火、循環加熱淬火
                  按加熱介質及熱源條件:鹽浴加熱淬火、火焰加熱淬火、感應加熱淬火、高頻脈沖淬火、接觸電加熱淬火等
                  按淬火部位:整體淬火、局部淬火、表面淬火等
                  按冷卻方式:單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預冷淬火等
                  4、工藝過程:
                  冷卻速度是鋼在淬火過程中最主要的因素,它直接影響淬火產物和性能。
                  一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度,以保證全部得到馬氏體組織;另一方面冷卻應盡量緩慢,以減少內應力,避免工件變形和開裂。
                  為了解決上述矛盾,可以采用不同的冷卻介質和冷卻方法,使淬火工件在奧氏體最不穩定的溫度范圍內(650℃~550℃)快冷,超過臨界冷卻速度,以防珠光體類型轉變發生;而在馬氏體轉變區域范圍內(300℃~100℃),則冷卻減慢,以減少淬火工件產生的應力。
                  5、不同淬火溫度下的內部組織
                  在完全淬火時,鋼的淬火組織主要是由馬氏體組成
                  在不完全淬火時亞共析鋼得到馬氏體和鐵素體組成的組織
                  當奧氏體中含碳質量分數大于0.5%時,淬火組織為馬氏體和殘余奧氏體。
                  過共析鋼得到馬氏體和滲碳體的組織。
                  亞共析鋼用不完全淬火是不正常的,因為這樣不能達到最高硬度。而過共析鋼采用不完全淬火則是正常的,這樣可使鋼獲得最高的硬度和耐磨性。
                  在適宜的加熱溫度下,淬火后得到的馬氏體呈細小的針狀;若加熱溫度過高,其形成粗針狀馬氏體,使材料變脆甚至可能在鋼中出現裂紋。
                  6、一般淬火件的工藝路線:
                  下料—鍛造—正火(退火)—粗加工—調質—半精加工—表面淬火—精加工
                  表面淬火
                  1、定義:是成本最低的表面硬化處理方法,工藝簡單而靈活,適合局部處理,特別適合于提高耐磨性的場合。由于只加熱表面層,心部強度保持著淬火前的狀態。
                  2、目的:提高材料的硬度、強度和耐磨性,而心部保持良好的塑性和韌性。表面淬火后零件表面將產生很大的殘余壓應力,因而使材料的疲勞強度大大提高。但需要注意的是,表面淬火區域的起始點和終結點處于殘余拉應力狀態下,此處的疲勞強度因此大大降低。設計時要考慮殘余拉應力不可留在齒根處、軸的過渡圓角處等零件應力集中部位, 以免工作應力與殘余拉應力疊加造成零件裂紋或斷裂。
                  3、工藝過程:表面淬火一般工藝是高頻感應加熱、中頻感應加熱或火焰加熱, 噴水冷卻, 然后進行低溫回火。
                  4、應用:淬硬深度一般是:高頻淬火1~2mm;中頻淬火2~6mm。一般用于中碳以上結構鋼和合金鋼主軸、齒輪等零件。當工件淬火后,表面硬度高,除磨削外,一般不能進行其它切削加工。因此工序應盡量靠后,一般安排在半精加工之后,磨削加工之前。
                  回火
                  1、定義:回火是將淬火后的鋼件加熱到指定的回火溫度,經過一定時間的保溫后,空冷到室溫的熱處理操作?;鼗饡r引起馬氏體和殘余奧氏體的分解。
                  2、目的:
                  ⑴減少或消除淬火內應力, 防止變形或開裂。
                  ⑵獲得所需要的力學性能。淬火鋼一般硬度高,脆性大,回火可調整硬度、韌性。
                  ⑶穩定尺寸。
                  ⑷對于某些高淬透性的鋼,空冷即可淬火,如采用回火軟化既能降低硬度,又能縮短軟化周期。
                  3、分類:鋼淬火后都需要進行回火處理,回火溫度取決于最終所要求的組織和性能(工廠常根據硬度的要求),通常按加熱溫度的高低,回火可分為以下三類。
                   (1)低溫回火:加熱溫度為150℃~250℃。低溫回火組織為回火馬氏體,馬氏體內析出碳化物形成回火馬氏體,殘余奧氏體也轉變為回火馬氏體?;鼗瘃R氏體易受侵蝕,組織呈暗色針狀?;鼗瘃R氏體具有高的強度和硬度,而韌性和塑性較淬火馬氏體有明顯改善。
                  其目的主要是降低淬火鋼中的內應力,減少鋼的脆性,同時保持鋼的高硬度和耐磨性。常用于高碳鋼制的切削工具、量具和滾動軸承件及滲碳處理后的零件等。
                   (2)中溫回火:加熱溫度為350℃~500℃。中溫回火組織為回火屈氏體,它是由鐵素體和粒狀滲碳體組成的極細密混合物?;鼗鹎象w有較好的強度,最高的彈性,較好的韌性。
                  其目的主要是獲得高的彈性極限,同時有高的韌性。主要用于各種彈簧熱處理。
                   (3)高溫回火:加熱溫度為500℃~650℃。高溫回火組織的回火索氏體,它是由粒狀滲碳體和等軸形鐵素體組成混合物?;鼗鹚魇象w具有強度、韌性和塑性較好的綜合機械性能。
                  其目的主要是獲得既有一定的強度、硬度,又有良好的沖擊韌性的綜合機械性能。通常把淬火后加高溫回火的熱處理稱做調質處理。主要用于處理中碳結構鋼,即要求高強度和高韌性的機械零件,如軸、連桿、齒輪等。
                  調質
                  1、定義:工件淬火并高溫回火的復合熱處理工藝,。
                  2、目的:使材料獲得較好的強度、塑性和韌性等方面的綜合機械性能,用于各種中碳結構鋼和中碳合金鋼。調質一般安排在粗加工之后,半精加工之前,并為以后熱處理作準備。
                  大部分的零件都是通過調質處理來提高材料的綜合機械性能,即提高拉伸強度、屈服強度、斷面收縮率、延伸率、沖擊功。
                  3、應用:調質處理能大大提高材料的拉伸和屈服強度, 提高屈強比和沖擊功,使材料具有強度和塑韌性的良好配合。一般來講調質鋼應該為中碳鋼( C = 0.3%~0.6%);碳鋼中像30、35、40、45、50等鋼種則既可以調質處理又可以正回火使用;而對高碳鋼和低碳鋼則不宜采用調質工藝
                  4、工藝過程:首先需要將零件加熱到一定溫度,保溫一定時間,然后在油中或水中冷卻。冷卻后立即入爐進行回火(500~650℃),以降低淬火應力、調整組織成份,進而達到機械性能要求。
                  氮化處理
                  1、定義: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。
                  2、目的:提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。
                  3、特點:氮化工藝最大的特點是熱處理變形小,硬化層淺,特別適用于與調質工藝相結合提高零件的疲勞強度、表面耐磨性、耐蝕性和改善零件的摩擦狀態,防止膠合。適用于在周期載荷下工作的零件, 比如軸等。
                  4、應用:原則上講任何鋼種都可以進行氮化處理,但是最常用的氮化鋼是45(HV>300)、40Cr(HV>400)、42CrMo(HV>500)等,氮化后一般可不加工,設計時應盡可能采用整體氮化處理,因為氮化層本身對使用來說只有益處,沒必要加工處理掉。
                  5、工藝要求:氮化是在氮化爐中進行,因此變形小,氮化硬度要根據材質而定。。此外,氮化前必須進行調質處理,以提高心部的機械性能,為氮化做組織準備。



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                  濰坊豐東熱處理有限公司是豐東股份(A股代碼:002530)在山東的控股子公司,是從事商業熱處理加工、熱處理檢測服務、熱處理技術咨詢的專業公司。公司于2016年通過TS16949質量體系認證,始終秉承“幫助客戶成功”的經營理念,真誠服務于航空、機車、汽車、工程機械和石油機械等零部件制造企業。 商業熱處理加工: 目前公司擁有各類熱處理生產設備30余臺套,年熱處理量2萬余噸,可為客戶提供等離子熱處理(離子滲氮)、化學熱處理(滲碳、滲氮、碳氮共滲)、真空熱處理、常規熱處理(含深冷處理)等四大領域的熱處理加工服務。 熱處理檢測服務: 公司檢測室配備了數臺先進的檢測儀器及輔助設備···


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