热处理
时间：2024-12-19 11:11:56 点击次数：
热处理是一种重要的金属加工工艺，它通过对金属材料进行加热、保温和冷却等操作，来改变金属材料的组织结构和性能。
一、热处理的目的
- 提高金属材料的强度和硬度
- 例如，对于一些用于制造刀具的高速钢，通过淬火和回火等热处理工艺，可以使刀具获得高硬度和高强度。淬火时，将高速钢加热到临界温度以上，然后迅速冷却，形成马氏体组织，马氏体具有很高的硬度。但是淬火后的材料脆性较大，所以需要进行回火，回火可以降低材料的脆性，同时保持较高的硬度和强度。
- 改善金属材料的韧性
- 以中碳钢为例，适当的热处理可以使其在保持一定强度的基础上，韧性得到显著改善。比如通过正火处理，中碳钢的晶粒可以得到细化，细化后的晶粒结构能够有效阻止裂纹的扩展，从而提高材料的韧性。
- 调整金属材料的耐磨性
- 对于一些在摩擦环境下工作的零件，如齿轮等。可以采用表面淬火的热处理方式。表面淬火只对零件的表面进行快速加热和冷却，使表面形成一层高硬度的组织，而心部仍保持较好的韧性。这样在工作过程中，表面的高硬度层能够抵抗磨损，心部的韧性又可以承受冲击载荷。
二、热处理的基本工艺
- 退火
- 退火是将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
- 完全退火主要用于亚共析钢，目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力。例如，对于一些锻造后的碳钢工件，由于锻造过程中可能产生粗大的晶粒和内应力，通过完全退火可以使晶粒细化，降低硬度，改善切削加工性能。
- 不完全退火适用于过共析钢，它的加热温度在共析温度和临界温度之间，主要是为了消除内应力，降低硬度，便于切削加工，同时可以避免出现网状渗碳体。
- 正火
- 正火是将金属材料加热到临界温度以上，保温适当时间后在空气中冷却的热处理工艺。与退火相比，正火的冷却速度较快。正火后的金属材料组织比退火后的更细，强度和硬度也相对较高。例如，对于一些低碳钢，正火可以提高其硬度，改善切削性能；对于中碳钢，正火可以细化晶粒，作为最终热处理前的预备热处理，也可以用于改善力学性能等。
- 淬火
- 淬火是将金属材料加热到临界温度以上，保温一定时间后迅速冷却的热处理工艺。如前所述，淬火可以获得马氏体组织，提高材料的硬度和强度。但淬火时冷却速度过快会产生很大的内应力，容易导致工件变形甚至开裂。因此，淬火介质的选择很重要。常用的淬火介质有油、水、盐水等。油的冷却速度相对较慢，适用于合金钢等淬火时要求冷却速度不太快的材料；水和盐水的冷却速度较快，适用于碳钢等淬透性较差的材料。
- 回火
- 回火是将淬火后的金属材料加热到低于临界温度的某一温度范围，保温一定时间后冷却的热处理工艺。主要作用是消除淬火内应力，降低材料的脆性，调整硬度和韧性之间的平衡。根据回火温度的不同，可以分为低温回火、中温回火和高温回火。
- 低温回火（150 - 250℃）主要用于保持淬火后的高硬度和耐磨性，如刃具、量具等的回火。
- 中温回火（350 - 500℃）可以获得较高的弹性极限和屈服强度，主要用于各种弹簧的回火。
- 高温回火（500 - 650℃）后的组织为回火索氏体，它综合了较高的强度和良好的韧性，广泛应用于各种重要的机械零件，如轴、连杆等。这种淬火后高温回火的工艺又称为调质处理。
三、热处理设备
- 加热炉
- 电阻炉是常用的加热设备之一，它是利用电流通过电阻丝产生热量来加热工件。电阻炉的温度控制比较准确，加热均匀，能够满足多种金属材料热处理的加热要求。例如，箱式电阻炉可以用于中小型工件的退火、正火、淬火等加热操作。
- 感应加热炉是通过电磁感应原理，使工件内部产生感应电流，从而实现加热。它的加热速度非常快，适合于表面淬火等工艺。例如，在对轴类零件进行表面淬火时，感应加热炉可以在短时间内将零件表面加热到淬火温度，然后通过喷水等方式进行冷却，实现表面淬火。
- 冷却设备
- 淬火槽是最常见的冷却设备，里面装有淬火介质，如油、水等。工件淬火时，将其放入淬火槽中进行冷却。为了保证淬火质量，淬火槽中的淬火介质需要定期更换和维护，以保证其冷却性能。
热处理在机械制造、航空航天、汽车等众多领域都有着广泛的应用，是提高金属材料性能和质量的关键工艺之一。
