钢的热处理基本知识

钢的热处理基本知识钢的热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需性能的工艺方法。热处理和其他加工工艺(锻压、铸造、焊接、切削加工)不同，它的目的不是改变钢件的外形和尺寸，而是改变其内部组织和性能。在机械零件或工模具的制造过程中，往往要经过各种冷、热加工，同时在各加工工序之间还经常要穿插多次热处理工艺。按其作用可分为预先热处理和最终热处理，它们在零件的加工工艺路线中所处的位置如下：铸造或锻造→预先热处理→机械(粗)加工→最终热处理→机械(精)加工为使工件满足使用条件下的性能要求的热处理称为最终热处理，如淬火＋回火等工序；为了消除前道工序造成的某些缺陷，或为随后的切削加工和最终热处理作好组织准备的热处理，称为预先热处理，如退火、正火工序。钢的热处理的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段，它可用温度—时间坐图形来表示，称为钢的热处理工艺曲线如图1所示。图1热处理工艺曲线一、热处理工艺的分类根据热处理的目的要求及加热和冷却方法的不同，一般可将钢的热处理工艺按如图2所示进行分类。图2钢的热处理分类二、常用热处理设备根据热处理的基本过程，热处理设备有加热设备、冷却设备和检验设备等。(一)加热设备加热炉是热处理车间的主要设备，通常的分类方法为：按能源分为电阻炉、燃料炉；按工作温度分为高温炉（＞1000℃）、中温炉（650～1000℃）、低温炉（＜600℃）；按工艺用途分为正火炉、退火炉、淬火炉、回火炉、渗碳炉等；按形状结构分为箱式炉、井式炉等。常用的热处理加热炉有电阻炉和盐浴炉。1.箱式电阻炉箱式电阻炉是由耐火砖砌成的炉膛及侧面和底面布置的电热元件组成通电后。电能转化为热能，通过热传导、热对流、热辐射达到对工件的加热。箱式电阻炉的选用，一般根据工件的大小和装炉量的多少。中温箱式电阻炉应用最为广泛，常用于碳素钢、合金钢零件的退火、正火、淬火及渗碳等。如图3所示为中温箱式电阻炉的结构示意图。1—炉门2—炉体3—炉膛前部4—电热元件5—耐热钢炉底板6—测温热电偶7—电子控温仪表8—工件图3中温箱式电阻炉nextpage2.井式电阻炉井式电阻炉的特点是炉身如井状置于地面以下。炉口向上，特别适宜于长轴类零件的垂直悬挂加热，可以减少弯曲变形。另外，井式炉可用吊车装卸工件，故应用较为广泛。如图4所示为井式电阻炉结构示意图。1—装料筐2—工件3—炉盖升降机构4—电动机5—风扇6—炉盖7—电热元件8—炉膛9—炉体图4井式电阻炉3.盐浴炉盐浴炉是用液态的熔盐作为加热介质对工件进行加热，特点是加热速度快而均匀，工件氧化、脱碳少，适宜于细长工件悬挂加热或局部加热，可以减少变形。如图5所示为插入式电极盐浴炉。盐浴炉可以进行正火、淬火、化学热处理、局部淬火、回火等。1—连接变压器的铜排2—风管3—炉盖4—电极5—炉衬6—炉壳图5盐浴炉(二)冷却设备常用的冷却设备有水槽、油槽、浴炉、缓冷坑等。介质包括自来水、盐水、机油、硝酸盐溶液等。(三)检验设备常用的检验设备有洛氏硬度计、布氏硬度计、金相显微镜、物理性能测试仪、游标卡尺、量具、无损探伤设备等。三、热处理工艺方法热处理的方法很多，常见的有退火、正火、淬火和回火。还有表面热处理，如表面淬火、化学热处理等。1.退火退火的方法是将工件加热到一定温度下，保温后，随炉冷却。退火的目的是消除内应力、降低硬度、改善加工性能和细化晶粒，提高材料的力学性能。2.正火正火的方法是将工件加热到一定温度下，保温后，在空气中冷却。正火的目的与退火相似，由于在空气中冷却，冷却速度稍大，正火后得到的组织比退火的更细、硬度也高一些。与退火相比，正火生产周期短、生产率高，所以应尽量用正火替代退火。在生产中，低碳钢常采用正火来提高切削性能，对一些不重要的中碳钢零件可将正火作为最终热处理。3.淬火淬火是将工件加热到一定温度，保温后，在水或油中快速冷却。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。4.回火回火是在淬火后必须进行的一种热处理工艺。因为工件淬火以后，得到的组织很不稳定，存在较大的内应力，极易造成裂纹，如在淬火后及时进行回火，就能不同程度地稳定组织、消除内应力。获得所需要的使用性能。根据不同的回火温度，回火处理有高温回火、中温回火和低温回火三种。高温回火的温度为500℃～650℃，淬火加高温回火称调质处理。调质处理适用于中碳钢，可获得较高的综合力学性能。它适用于生产重要零件（如轴、齿轮和连杆等）。中温回火（350℃～450℃）后，材料具有较高的弹性，硬度适中，适用于各种弹性零件（如弹簧）的生产。低温回火（150℃～250℃）后，材料仍保持有较高的硬度．使工件具有很好的耐磨性，它适用于各种工具、滚动轴承等。5.表面淬火表面淬火是将零件表层以极快的速度加热到临界温度以上奥氏体化，而心部因受热较少还来不及达到临界温度，接着用淬火介质进行急冷，使表层淬成马氏体，心部仍保持淬火前组织的一种工艺，经表面淬火后，钢件得到表层硬度高、耐磨，心部硬度低，韧性好的性能。表面淬火有多种方法，现在常用感应加热表面淬火法。此外还有火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火法等。6.化学热处理将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺，称为化学热处理。化学热处理使工件的表层和心部，得到迥然不同的组织和性能，从而显著提高零件的使用质量，延长使用寿命；它还能使一些价廉易得的材料改善性能，来代替某些比较贵重的材料。因此，近年来化学热处理有很大的发展。化学热处理种类很多，按其主要目的大致可分两类：一类是以强化为主，例如渗碳、氮化(渗氮)、碳氮共渗、渗硼等，它们的主要目的是使零件表面硬度高、耐磨并提高疲劳抗力；另一类是以改善工件表面的物理、化学性能为主，如渗铬、渗铝、渗硅等，目的是提高工件表面抗氧化、耐腐蚀等性能。