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熱處理基本知識和材料選用
* r8 F6 u- Y$ R/ Q% z 改善鋼的性能，有兩個主要途徑：一是調整鋼的化學成分，加入合金元素，即合金化的辦法；另一是對鋼實施熱處理。這兩者之間有著極為密切，相輔相成的關系，這里只介紹“鋼的熱處理”。
1 H7 Y/ W6 m3 `* s# H: Y8 o7 Q( U) n鋼的熱處理的一般概念$ e- n m/ R5 K' Y3 e% y
熱處理是一種重要的金屬加工工藝，在機械制造工業中已被廣泛應用。鋼經過正確的熱處理，可提高使用性能，改善工藝性能，達到充分發揮材料性能潛力，提高產品質量，延長使用壽命，提高經濟效益的目的。據初步統計，在機床制造中，約60%~70%零件要經過熱處理；在汽車、拖拉機制造中需要熱處理的零件多達70%~80%；至于減速器齒輪箱的齒輪和工模具及滾動軸承，則要100%進行熱處理。總之，重要的零件都必須進行適當的熱處理才能使用。. F7 |9 G; v6 _; t$ S. F4 L
所謂鋼的熱處理是指將鋼在固態下
( V: Z* h' N0 f4 H; Z/ @ g進行加熱、保溫和冷卻三個基本過程， 溫
: E- D' A" x+ B+ F3 f( h; Y/ \以改變鋼的內部組織結構，從而獲得 度 ②2 M( }+ i7 X! x$ `% O& [
所需性能的一種加工工藝。為簡明表 ℃ ③
. i& y$ w+ f8 ]6 V) C; {明表示熱處理的基本工藝過程，通常 ①7 ]9 `# W/ i8 z5 v: |; ] H
用溫度-時間坐標繪出熱處理工藝曲線，" k d; `, @* ^$ ]0 o; X0 l8 k
如圖1所示，曲線①表示鋼件在加熱 時間
2 w7 I) l' o3 i2 L4 X升溫階段，曲線②表示鋼件加熱到規 圖1 熱處理工藝曲線示意圖
, y) v/ j( \9 k( h, ~% @1 W" H定溫度后處于保溫階段，曲線③表示鋼件保溫結束后進行淬火冷卻。
4 n& F+ n+ m: T I2 t鋼熱處理的最基本類型可根據加熱和冷卻方法不同，大致分類如下：
) z) g8 D7 h& S3 f 退火
- T ^3 P& E0 V7 m 正火
# w# J# ]/ o, Y2 f" K) ^7 j8 N 普通熱處理- 淬火
' n/ U7 I+ p% {4 W 回火
0 j% M2 m8 m0 M9 a: r* ~( X 火焰加熱
; L z8 ]/ b7 V5 S 熱處理類型 - 表面淬火- 感應加熱8 W) ?! _: F8 X# C0 @
表面熱處理-- 滲碳0 A3 w$ I+ m, X# N
化學熱處理- - 滲氮' G7 B# u. B7 W$ i# d m
碳氮共滲- X" E4 p8 P, f% s
控制氣氛熱處理
u6 I& w' G* i N+ [7 b 其他熱處理-- 真空熱處理
4 O+ W' u- y) M- K" s0 ~1 Z 形變熱處理
5 i' o2 A% W3 |0 k9 w; E( [ V
$ D2 u! F: z/ [# `5 w' g$ j 熱處理可以是機械零件加工制造工藝中的一個中間工序，如改善鍛、軋、鑄毛坯組織的退火或正火，齒輪箱體消除焊接應力退火和降低工件硬度改善切削加工性能的退火等。也可以是使機械零件性能達到規定技術指標的最終工序，如經淬火加高溫回火，使機械零件獲得極為良好綜合力學性能，例如滲碳齒輪的整個加工工序是：鍛造-退火-粗加工-探傷-正火-精加工-滲碳、淬火、回火-噴丸-（磨齒）。由此可見，熱處理同其他工藝過程密切，在機械零件加工制造過程中具有十分重要的地位和作用。' j) @$ E+ a4 D# ~
普通熱處理( I Q- S" E9 [; o* K4 p5 B
1、鋼的退火和正火; ?$ U6 e4 Q+ D# }# l; B* N. ~! `- \
1.1 鋼的退火和正火的定義和目的6 X5 _" o5 E8 U; a0 {
退火是一般是將鋼件加熱到臨界溫度以上適當溫度，保溫適當時間后緩慢冷卻，以獲得接近平衡的珠光體組織的熱處理工藝。圖2為GCr15鋼等溫球化退火典型工藝。3 l( D* q: m3 e4 b6 y" |! p
溫 780~810℃
2 {" C: y6 U9 R2 Y, U- M 度 爐冷 710~720℃
* E( ~6 b8 U: h7 s, [$ @$ _- E ℃ 3~6 4~ 6 爐冷
* n( S2 K0 n- q. N1 C 600℃出爐空冷 / a! H% O3 ^+ P, u5 k! S4 ?: c
時間（h） r; g# }2 A; k- k# h/ s$ s+ s
圖2 GCr15鋼等溫球化退火典型工藝1 t4 w, M) P9 S
正火也是將鋼件加熱到臨界溫度以上適當溫度，保溫適當時間后以較快冷卻速度冷卻（通常為空氣中冷卻），以獲得珠光體類型組織的熱處理工藝。圖3為20CrMnTi正火工藝。 U$ V4 D2 _; l) Q) h
溫 920~950℃
& p5 _+ Y* E: o* \, w7 m 度
6 V$ O: v6 o; a2 U$ }9 F. R1 [ ℃ 650℃ 2~3 空冷 3 f+ a$ H0 N* P
1.5
% q% V- o7 O3 P) |* k: d 時間 (h) ! ^, _/ a, o0 h+ J" Y; x) C
圖3 20CrMnTi正火工藝 " i9 ^' y2 `$ k7 _, z
由退火和正火的熱處理工藝可知，正火的冷卻速度比退火快，所以相同鋼材正火比退火（主要指完全退火）后獲得的珠光體組織較細，鋼的強度與韌性、硬度也較高。& w" F) e1 n1 a" U/ B
退火和正火是應用非常廣泛的熱處理，在機器零件或工模具等工件的加工制造過程中，退火和正火經常作為預先熱處理工序。0 ~% N0 l: l8 A* g4 v; c3 v% B8 n# s
機器零件的毛坯一般是軋材、鍛件、鑄件或焊接件等，毛坯料內部常出現各種組織缺陷，如組織不均勻性、晶粒粗大、成分偏析、帶狀組織等，這些缺陷不僅影響以后各種冷熱加工的進行，還會降低零件的最終性能。所以退火和正火用于毛坯的預先熱處理，可以達到以下目的：# u& @. Z, X# j% m) y
1.1.1 消除或改善毛坯料的各種組織缺陷。
I. E- i& I- ^; j) u! y1.1.2 獲得最有利于切削加工的組織與硬度。
' U+ ~* l( S. k- \/ m8 S+ C1.1.3 改善組織中相的形態與分布,細化晶粒,為最終熱處理(淬火回火)作好組織上準備。
. w& K" @& b X" ^" y7 U1.1.4 消除或降低內應力，以防后繼工序加工后變形或開裂傾響。
f* B* l7 S; V$ z. n u& t退火和正火經常作為預先熱處理工序外，在一些普通鑄鋼件、焊接件、以及某些不重要的熱加工工件上，還作為最終熱處理工序，以改善組織，穩定尺寸。, U9 ?6 _# C$ v% K; U
1.2 退火和正火的正確選用 5 Q7 Q5 A1 `. V+ z5 W8 Y5 U
在生產上對退火和正火工藝的選用，應根據鋼種、前后連接的冷、熱加工工藝、以及最終零件使用條件等來進行。根據鋼中含碳量不同，一般按如下原則選用：2 D# S! Y- v s
1.2.1 低碳鋼（≤0.25%C） 這類鋼主要應解決塑性過高造成粘刀而不易切削加工的問題，故采用正火為宜。通過正火使組織均勻，硬度適當提高而易于切削。例如對滲碳鋼，用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工性能。4 l( i* j4 k' q
1.2.2 中碳鋼（0.25%~0.55%C） 這類鋼一般采用正火，其中含碳量0.25%~0.35%的鋼，正火后其硬度接近于最佳切削加工硬度。對含碳量較高的鋼，硬度雖稍高（200HBS），但由于正火生產率高，成本低，操作簡便，仍采用正火，只有對合金元素含量較高的鋼，因正火后硬度過高，使切削加工困難，才采用完全退火。. \/ W) i, O3 m/ g
1.2.3 高碳鋼（＞0.55%C） 這類鋼一般采用退火最為適宜，因為含碳量較高，正火后硬度太高，不利于切削加工，而退火后的硬度正好適宜于切削加工。此外，這類鋼多在淬火、回火狀態下使用，因此一般工序安排是以退火降低硬度，然后進行切削加工，最終進行淬火、回火。/ v4 g% |4 N' s" _
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發表于 2011-1-10 23:50:37
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