钢的常用热处理

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钢的常用热处理
热处理就是通过对固态金属的加热、保温和冷却，来改变金属的显微组织及其形态，从而提高或改善金属的机械性能的一种方法。铸造、锻压、焊接和机加工的目的是使零件成形或改变其形状，而热处理的目的是改变金属材料的组织和性能，而不要求改变零件的形状和尺寸，各种机械零件中，大多数或绝大多数都要经过热处理才投入使用。钢的热处理对提高和改善零件的机械性能发挥着十分重要的作用。
/ R+ N! I! a, E2 u8 a8 d热处理方法很多，常用的有退火、正火、淬火、回火和表面热处理等。热处理既可以作为预先热处理以消除上一道工序所遗留的某些缺陷，为下一道工序准备好条件；也可作为最终热处理进一步改善材料的性能，从而充分发挥材料的潜力，达到零件的使用要求。因此，不同的热处理工序常穿插在零件制造过程的各个热、冷加工工序中进行。
( i  g3 J6 h$ Q* Y) M  V. l任何一种热处理的工艺过程，都包括下列三个步骤：
（1）以一定速度把零件加热到规定的温度。这个温度范围根据不同的金属材料、不同的热处理要求而定。
（2）在此温度下保温，使工件全部或局部热透。
: J  l9 g$ d* Y5 d% Z* A（3）以某种速度把工件冷却下来。
钢的热处理工艺规范如图1-8所示。通过控制加热温度和冷却速度，可以在很大范围内改变金属材料的性能。
图1-8  钢的热处理工艺曲线
1.4.1  退火
退火是把工件加热到适当的温度（对碳钢一般加热至780～900℃），保温一定时间后随炉子降温而冷却的热处理方法。
# _- b- v9 i' y. `# {$ u0 G+ u: d工具钢和某些重要结构零件的合金钢有时硬度较高，铸、锻、焊后的毛坯有时硬度不均匀，存在着内应力。为了便于切削加工，并保持加工后的精度，常对工件施以退火处理。
退火后的工件硬度较低，消除了内应力，同时还可以使材料的内部组织均匀细化，为进行下一步热处理（淬火等）做好准备。
% a0 A6 w# |# a1 ^$ Q加热时温度控制应准确。温度过低达不到退火目的，温度过高又会造成过热、过烧、氧化、脱碳等缺陷。操作时还应注意零件的放置方法，当退火的主要目的是为了消除内应力时更应注意。如对于细长工件的稳定尺寸退火，一定要在井式炉中垂直吊置，以防止工件由于自身重力所引起的变形。
# A* B3 u# [" A& c操作时还应注意不要触碰电阻丝，以免短路。为保证安全，应安装炉门开启断电装置，装炉和取出工件时能自行断电。
$ X2 Q6 Y4 F. \2．正火
将工件放到炉中加热到适当温度，保温后出炉空冷的热处理方法叫正火。正火实质上是退火的另一种形式，其作用与退火相似。与退火不同之处是加热（对碳钢而言，一般加热至800～930℃）和保温后，放在空气中冷却而不是随炉冷却。由于冷却速度比退火快，因此，正火工件获得的组织比较细密，比退火工件的强度和硬度稍高，而塑性和韧性稍低。但这一点对于一般低碳钢而言差别并不明显，对中碳钢零件而言有时由于正火后的硬度适中，更适合于切削加工。又由于正火冷却时不占炉子，还可使生产效率提高，成本降低。所以一般低碳和中碳结构钢等，多用正火代替退火。
3．淬火
淬火是将工件加热到适当的温度（对碳钢一般加热到760～820℃），保温后在水中或油中快速冷却的热处理方法。工件经淬火后可获得高硬度的组织，因此淬火可提高钢的强度和硬度。但工件淬火后脆性增加、内部产生很大的内应力，使工件变形甚至开裂。所以，工件淬火后一般都要及时进行回火处理，并在回火后获得适度的强度和韧性。
淬火操作时要注意工件浸入淬火剂的方法。如果浸入方式不正确，可能使工件各部分的冷却速度不一致而造成很大的内应力，使工件发生变形和裂纹，或产生局部淬不硬等缺陷。例如，钻头、轴杆类等细长工件应以吊挂的方式垂直地浸入淬火液中；薄而平的工件（圆盘铣刀等），不能平着放人而必须立着放人淬火剂中；使工件各部分的冷却速度趋于一致等。
淬火操作时还必须穿戴防护用品，如工作服、手套、防护眼镜等，以防淬火液飞溅伤人。
2 l+ R# j5 t5 M! ~) ~- `, ^4．回火
9 r- @, J+ [# n: A+ n3 y将淬火后的工件重新加热到某一温度范围并保温后，在油中或空气中冷却的操作称为回火。回火的温度大大低于退火、正火和淬火时的加热温度，因此回火并不使工件材料的组织发生转变。回火的目的是减小或消除工件在淬火时所形成的内应力，适当降低淬火钢的硬度，减小脆性，使工件获得较好的强度和韧性，即较好的综合机械性能。
0 f' p' a" z* r; u5 h, r1 z根据回火温度不同，回火操作可分为低温回火、中温回火和高温回火。
低温回火  回火温度为150～250℃。低温回火可以部分消除淬火造成的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工件仍保持高硬度。低温回火一般多用于工具、量具。
) _- L* q: {+ i+ E7 i& W. X: X中温回火  回火温度为300～450℃。淬火工件经中温回火后，可消除大部分内应力，硬度有较大的下降，但是具有一定的韧性和弹性。一般用于处理热锻模、弹簧等。
  [1 H) x4 `3 ~( _& ]高温回火  
1 p) w/ @2 B0 V/ O+ O7 l回火温度为500～650℃。高温回火可以消除绝大部分因淬火产生的内应刀，硬度也有显著的下降，塑性有较大的提高，使工件具有高强度和高韧性等综合机械性能。淬火后再加高温回火，通常称为调质处理。一般要求具有较高综合机械性能的重要结构零件，如汽车车轴、坦克的扭力轴等，都要经过调质处理。用于调质处理的钢多为中碳优质结构钢和中碳低合金结构钢。也把用于调质处理的钢称为调质钢。
5．表面热处理
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) P! x+ y2 y8 S! T) w/ v- A有些零件如齿轮、销轴等，使用时希望它的心部保持一定的韧性，又要求表面层具有耐磨性、抗蚀性、抗疲劳性。这些性能可通过表面热处理来得到。表面热处理按处理工艺特点可分为表面淬火和表面化学热处理两大类。
7 @; F9 C) b  V: M2 L* P表面淬火  
钢的表面淬火是通过快速加热，将钢件表面层迅速加热到淬火温度。然后快速冷却下来的热处理工艺。通常钢件在表面淬火前均进行正火或调质处理，表面淬火后应进行低温回火。这样，不仅可以保证其表面的高硬度和高耐磨性，而且可以保证心部的强度和韧性。
' U% K) Z! Q3 A9 }0 _按照加热方法不同，表面淬火分为火焰淬火和高频感应加热表面淬火（简称高频淬火）。火焰表面淬火简单易行，但难以保证质量，这种方法现在使用不多。而高频淬火质量好，生产率高，可以使全部淬火过程机械化、自动化，适于成批及大量生产，因此被广泛使用。
表面化学热处理  
化学热处理就是将钢件在含有活性介质中加热一定时间，使某些金属元素（碳、氮、铝、铬等）渗透零件表层，改变零件表层的化学成分和组织，以提高零件表面的硬度、耐磨性、耐热性和耐蚀性等。常用的化学热处理有渗碳、渗氮、氰化（碳、氮共渗）以及渗入金属元素等方法。
- R# u+ g! d9 P3 B! w- ^- F% V4 O渗碳是应用得比较广泛的一种化学方法。渗碳法分气体、液体和固体法等，而其中的气体渗碳法比较常用。
. @. E" L& n+ {- i. e( R9 X气体渗碳是将工件装入密封的井式气体渗碳炉中，加热至900—950~C，通人气体渗碳剂进行渗碳。目前常采用的方法是将煤油、丙酮、酒精等液体碳氢化合物放入渗碳炉内，使受热后分解出活性碳原子，深入工件表面。也可以直接通入天然气、液化石油气等气体进行渗碳。渗碳适用于低碳钢和低碳合金钢。渗碳后可使零件表面1—2mm厚度内的含碳量提高到0.8%—1.2%。渗碳后的零件，其表面硬度和耐磨性并不高。为了获得高硬度和高耐磨性的表面层，同时改善心部的组织，渗碳后还要进行淬火和低温回火。