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熱處理(li)工藝(yi)一般包括加熱、保溫、冷(leng)卻(que)三個過程,有時(shi)只有加熱和冷(leng)卻(que)兩個過程。這些過程互相銜接,不可間斷(duan)。
加熱(re)(re)是熱(re)(re)處理(li)(li)的重要步驟之一。金屬熱(re)(re)處理(li)(li)的加熱(re)(re)方法很多,最早是采用木炭和(he)煤(mei)作為熱(re)(re)源(yuan),進而應用液體(ti)和(he)氣體(ti)燃(ran)料。電的應用使加熱(re)(re)易(yi)于控制,且(qie)無(wu)環(huan)境污染。利用這些熱(re)(re)源(yuan)可(ke)以直接加熱(re)(re),也可(ke)以通過熔融的鹽或金屬,以至浮(fu)動粒子(zi)進行(xing)間接加熱(re)(re)。
金(jin)屬(shu)加熱(re)時,工件暴露在(zai)空(kong)氣(qi)中,常常發生氧化、脫碳(tan)(即鋼鐵零(ling)件表面(mian)碳(tan)含量降低),這(zhe)對于熱(re)處理(li)后(hou)零(ling)件的表面(mian)性能有很不利的影響(xiang)。因(yin)而金(jin)屬(shu)通(tong)常應在(zai)可控氣(qi)氛或保(bao)護氣(qi)氛中、熔融鹽中和真空(kong)中加熱(re),也可用涂料或包裝方法進行(xing)保(bao)護加熱(re)。
加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)是(shi)熱(re)(re)(re)(re)處理(li)工(gong)藝的重要工(gong)藝參數之(zhi)一(yi)(yi)(yi),選(xuan)擇和(he)控(kong)制加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du) ,是(shi)保證熱(re)(re)(re)(re)處理(li)質量(liang)的主(zhu)要問題。加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)隨被處理(li)的金(jin)屬(shu)材(cai)料(liao)和(he)熱(re)(re)(re)(re)處理(li)的目的不同而(er)異,但(dan)一(yi)(yi)(yi)般(ban)都(dou)是(shi)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)到相變(bian)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)以上,以獲得需要的組(zu)織。另外(wai)轉變(bian)需要一(yi)(yi)(yi)定的時間(jian),因此(ci)當金(jin)屬(shu)工(gong)件表面達到要求的加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)時,還須在此(ci)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)保持一(yi)(yi)(yi)定時間(jian),使內外(wai)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)一(yi)(yi)(yi)致(zhi),使顯微組(zu)織轉變(bian)完(wan)全,這(zhe)段時間(jian)稱為(wei)保溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)。采用高能密度(du)(du)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)和(he)表面熱(re)(re)(re)(re)處理(li)時,加(jia)熱(re)(re)(re)(re)速度(du)(du)極(ji)快,一(yi)(yi)(yi)般(ban)就沒有(you)保溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)或保溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)很短,而(er)化學熱(re)(re)(re)(re)處理(li)的保溫(wen)(wen)(wen)時間(jian)往往較長(chang)。
冷卻也是(shi)(shi)熱處理工(gong)藝過程中不可缺少的(de)步驟,冷卻方法因工(gong)藝不同(tong)(tong)而不同(tong)(tong),主(zhu)要(yao)是(shi)(shi)控制冷卻速(su)(su)度。一般退火的(de)冷卻速(su)(su)度最(zui)慢,正火的(de)冷卻速(su)(su)度較快,淬火的(de)冷卻速(su)(su)度更快。但(dan)還因鋼種不同(tong)(tong)而有(you)不同(tong)(tong)的(de)要(yao)求(qiu),例(li)如空硬鋼就可以用正火一樣的(de)冷卻速(su)(su)度進(jin)行淬硬。
金屬(shu)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)藝大體(ti)可分為整體(ti)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)、表(biao)面(mian)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)、局部熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)和化(hua)學(xue)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)等。根(gen)據加熱(re)介質、加熱(re)溫度和冷卻方法的(de)不(bu)同(tong)(tong),每(mei)一(yi)大類又(you)可區分為若干不(bu)同(tong)(tong)的(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)藝。同(tong)(tong)一(yi)種(zhong)金屬(shu)采用不(bu)同(tong)(tong)的(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)藝,可獲得不(bu)同(tong)(tong)的(de)組(zu)織,從而具(ju)有不(bu)同(tong)(tong)的(de)性能。鋼(gang)鐵是工(gong)(gong)業上(shang)應(ying)用最(zui)廣的(de)金屬(shu),而且鋼(gang)鐵顯(xian)微(wei)組(zu)織也最(zui)為復雜(za),因此鋼(gang)鐵熱(re)處(chu)(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)藝種(zhong)類繁多。
整(zheng)體(ti)熱(re)處(chu)理是對工件整(zheng)體(ti)加熱(re),然后(hou)以適(shi)當的速度冷卻,以改變其整(zheng)體(ti)力學性(xing)能的金屬(shu)熱(re)處(chu)理工藝。鋼鐵整(zheng)體(ti)熱(re)處(chu)理大致有退火、正火、淬火和回(hui)火四種基本工藝。
退火(huo)是(shi)將(jiang)工件加(jia)熱到適(shi)當(dang)溫度,根據(ju)材料和(he)工件尺(chi)寸采用(yong)不同的(de)保溫時(shi)間,然后進行(xing)緩慢(man)冷卻,目的(de)是(shi)使(shi)金屬內部(bu)組(zu)織(zhi)達到或(huo)接近(jin)平衡狀態(tai),獲得(de)良好的(de)工藝(yi)性能和(he)使(shi)用(yong)性能,或(huo)者為進一步淬火(huo)作(zuo)組(zu)織(zhi)準備。正(zheng)火(huo)是(shi)將(jiang)工件加(jia)熱到適(shi)宜的(de)溫度后在空氣中冷卻,正(zheng)火(huo)的(de)效果(guo)同退火(huo)相似(si),只(zhi)是(shi)得(de)到的(de)組(zu)織(zhi)更細(xi),常用(yong)于(yu)改善(shan)材料的(de)切削性能,也有時(shi)用(yong)于(yu)對一些要求不高的(de)零件作(zuo)為最終熱處理。
淬火(huo)(huo)(huo)是將工件(jian)(jian)加(jia)熱(re)保(bao)溫(wen)后(hou),在水(shui)、油或其它無(wu)機鹽、有機水(shui)溶液(ye)等淬冷介(jie)質中快速(su)冷卻。淬火(huo)(huo)(huo)后(hou)鋼(gang)件(jian)(jian)變硬,但同(tong)時(shi)變脆。為了降低鋼(gang)件(jian)(jian)的(de)脆性,將淬火(huo)(huo)(huo)后(hou)的(de)鋼(gang)件(jian)(jian)在高于(yu)室溫(wen)而低于(yu)710℃的(de)某(mou)一適(shi)當溫(wen)度進行長時(shi)間(jian)的(de)保(bao)溫(wen),再進行冷卻,這種工藝稱為回火(huo)(huo)(huo)。退火(huo)(huo)(huo)、正火(huo)(huo)(huo)、淬火(huo)(huo)(huo)、回火(huo)(huo)(huo)是整體熱(re)處理中的(de)“四把火(huo)(huo)(huo)”,其中的(de)淬火(huo)(huo)(huo)與回火(huo)(huo)(huo)關系密切,常常配合(he)使用,缺一不可。
“四把(ba)火(huo)”隨(sui)著加熱(re)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)和冷卻(que)方(fang)式(shi)的(de)不(bu)同,又(you)演變出不(bu)同的(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工藝 。為(wei)了獲得一定(ding)的(de)強度(du)(du)(du)(du)(du)和韌(ren)性(xing),把(ba)淬火(huo)和高(gao)溫(wen)回火(huo)結合(he)(he)起來的(de)工藝,稱(cheng)為(wei)調質。某些合(he)(he)金淬火(huo)形成過(guo)飽和固溶體后,將其置(zhi)于室(shi)溫(wen)或(huo)(huo)稍高(gao)的(de)適當(dang)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)下保持(chi)較長時(shi)間,以提高(gao)合(he)(he)金的(de)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)、強度(du)(du)(du)(du)(du)或(huo)(huo)電性(xing)磁(ci)性(xing)等。這樣的(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)工藝稱(cheng)為(wei)時(shi)效處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)。把(ba)壓力(li)加工形變與熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)有效而緊密地結合(he)(he)起來進行,使工件(jian)(jian)獲得很好的(de)強度(du)(du)(du)(du)(du)、韌(ren)性(xing)配合(he)(he)的(de)方(fang)法稱(cheng)為(wei)形變熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li);在負(fu)壓氣氛或(huo)(huo)真空中進行的(de)熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)稱(cheng)為(wei)真空熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li),它不(bu)僅能使工件(jian)(jian)不(bu)氧化(hua),不(bu)脫碳,保持(chi)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)后工件(jian)(jian)表(biao)面光(guang)潔,提高(gao)工件(jian)(jian)的(de)性(xing)能,還可以通入滲劑(ji)進行化(hua)學熱(re)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)(li)。
表(biao)(biao)面(mian)熱(re)(re)處(chu)(chu)理是只(zhi)加(jia)熱(re)(re)工(gong)件表(biao)(biao)層,以改變(bian)其表(biao)(biao)層力學性能(neng)的(de)(de)(de)(de)金屬熱(re)(re)處(chu)(chu)理工(gong)藝。為(wei)了只(zhi)加(jia)熱(re)(re)工(gong)件表(biao)(biao)層而不使過多的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)量(liang)傳入工(gong)件內部,使用的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)源(yuan)須具有高(gao)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)密(mi)度,即在單位面(mian)積的(de)(de)(de)(de)工(gong)件上(shang)給(gei)予較(jiao)大的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)能(neng),使工(gong)件表(biao)(biao)層或局部能(neng)短時(shi)或瞬(shun)時(shi)達(da)到高(gao)溫。表(biao)(biao)面(mian)熱(re)(re)處(chu)(chu)理的(de)(de)(de)(de)主要方法(fa),有激光(guang)(guang)熱(re)(re)處(chu)(chu)理、火(huo)焰淬火(huo)和感(gan)應加(jia)熱(re)(re)熱(re)(re)處(chu)(chu)理,常用的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)源(yuan)有氧乙(yi)炔或氧丙(bing)烷等(deng)火(huo)焰、感(gan)應電流、激光(guang)(guang)和電子束等(deng)。
化(hua)學熱(re)處(chu)理(li)是(shi)通過改變(bian)工(gong)件表(biao)層化(hua)學成(cheng)分(fen)、組織和性(xing)能的(de)金(jin)屬熱(re)處(chu)理(li)工(gong)藝。化(hua)學熱(re)處(chu)理(li)與表(biao)面(mian)熱(re)處(chu)理(li)不同之處(chu)是(shi)后者改變(bian)了工(gong)件表(biao)層的(de)化(hua)學成(cheng)分(fen)。化(hua)學熱(re)處(chu)理(li)是(shi)將(jiang)工(gong)件放在含碳(tan)、氮(dan)或其(qi)它合金(jin)元(yuan)(yuan)素的(de)介(jie)質(氣體、液(ye)體、固體)中加熱(re),保溫較長時(shi)間(jian),從而(er)使工(gong)件表(biao)層滲(shen)(shen)入(ru)碳(tan)、氮(dan)、硼和鉻等元(yuan)(yuan)素。滲(shen)(shen)入(ru)元(yuan)(yuan)素后,有時(shi)還要進行其(qi)它熱(re)處(chu)理(li)工(gong)藝如淬(cui)火及回(hui)火。化(hua)學熱(re)處(chu)理(li)的(de)主(zhu)要方法有滲(shen)(shen)碳(tan)、滲(shen)(shen)氮(dan)、滲(shen)(shen)金(jin)屬、復合滲(shen)(shen)等。
熱處理是機械零件和(he)工模具制(zhi)造(zao)過程中(zhong)的重要工序之(zhi)一。大體來說(shuo),它可以(yi)(yi)保證和(he)提(ti)高工件的各種(zhong)性能 ,如耐磨(mo)、耐腐蝕等。還可以(yi)(yi)改善毛(mao)坯的組織(zhi)和(he)應力狀(zhuang)態(tai),以(yi)(yi)利于(yu)進行各種(zhong)冷、熱加工。
例(li)如白口鑄鐵經過長時間(jian)退(tui)火處理(li)可(ke)以獲得可(ke)鍛鑄鐵,提(ti)高塑(su)性 ;齒輪(lun)采(cai)用正(zheng)確的熱(re)處理(li)工藝,使用壽命可(ke)以比不經熱(re)處理(li)的齒輪(lun)成倍(bei)或幾(ji)十(shi)倍(bei)地提(ti)高;另外,價廉(lian)的碳鋼通過滲入某些(xie)合金元素就具(ju)有(you)某些(xie)價昂的合金鋼性能(neng),可(ke)以代替某些(xie)耐熱(re)鋼、不銹(xiu)鋼;工模具(ju)則(ze)幾(ji)乎全部需要經過熱(re)處理(li)方(fang)可(ke)使用。