与专家探讨汽车行业金属热处理常见问题

与专家探讨汽车行业金属热处理常见问题现代电镀网6月13日讯：热处理过程通俗讲就是加热、保温及冷却过程，是机械工业的重要组成部分，现代制造业生产链上不可或缺的极其重要环节，是促进金属材料潜力充分发挥、提高机械零件内在质量和使用寿命的关键加工工序，是制造业的基础技术。1.淬火：是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。目的：获得金属材料内部马氏体或贝氏体组织。2回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。目的：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。③调整钢铁的力学性能以满足使用要求。④调整淬火硬度。种类：①低温回火：工件在250℃以下进行的回火。②中温回火：工件在250～500℃之间进行的回火。③高温回火：工件500℃以上进行的回火。3.正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。目的：（1）对于力学性能要求不高的碳钢、低合金钢结构件，可作最终热处理。（2）对于低碳钢可用来调整硬度，避免切削加工中的粘刀现象，改善切削加工性。（3）对于共析、过共析钢，正火可消除网状二次渗碳体，为球化退火作准备。4.退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。目的（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的的热处理做准备。（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。5.球化退火：将钢加热到Ac1以上20～40℃，保温一段时间，然后缓慢冷却到略低于Ac1的温度，并停留一段时间，使组织转变完成，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。（主要用于高C钢）6.固溶处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。7.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。8.调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。二金属热处理种类■整体热处理：零件整体硬化。淬火/正火/调质/固溶/时效/退磁等。■表面热处理：表面强化。高中频淬火/火焰淬火/高束能淬火/激光淬火等。■化学热处理：发黑/渗碳/氮化/碳氮共渗/氧化/电镀/涂层等■钎焊加工：焊接加工铜基钎焊/银基钎焊/镍基钎焊等■真空烧结：PM/MIM粉末冶金主要应用于复杂精密小零件粉末成型后烧结加工。三金属热处理过程热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断，连续作业。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，或以至浮动流态粒子进行间接对流加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热（激光；高、中或工频）和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同（主要有高压氮气、油冷、盐浴、聚合物水溶液、盐水、空气冷却等），主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快（空冷），淬火的冷却速度更快（介质冷却）。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢（空气中冷却或普通风扇冷却）就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。四影响热处理件质量的因素■热处理工艺因素1、氧化与脱碳脱碳：钢在某些介质中加热时，产品表面产生氧化或介质会使钢表层的含碳量下降，外观严重不良甚至于影响尺寸。防止方法：（1）采用脱氧良好的盐浴炉加热。（2）可控保护气氛（氮氢混合气、氮甲醇、丙烷空气等）炉中加热。（3）真空炉中少无氧气进行加热。（4）正确控制加热温度与保温时间。2、变形与开裂工件淬火中变形与开裂是热应力与相变应力复合的结果。防止方法：（1）合理的材料冶炼、锻造与必要的预先热处理。（2）合理的淬火和冷却（含介质）工艺。（3）淬火工艺操作完成后及时进行回火处理。■工件的结构因素1、为了防止淬火时产生应力集中，应避免零件上尖角，棱角设计成圆角或倒角。2、避免厚薄悬殊的断面。3、尽量采用对称封闭结构。4、采用组合结构。5、有利于机械加工修正变形。五汽车产品相关热处理（一）汽车产品热处理部分技术瓶颈1、汽车零部件细长件的变形较直问题；2、渗碳、渗氮零部件渗层和硬度均匀性；3、不同的汽车零部件热处理过程中装炉或摆放的问题；4、汽车冷作模具经真空热处理TD强化热处理后变形组合的问题；5、因材料、设计、冷加工、热处理、电镀、实际使用等某个环节出现问题，进行失效分析；6、淬火冷却介质的稳定性、持久性较差，造成产品、模具热处理品质的不稳定；7、热处理设备的炉温均匀性，制造厂家都是以空炉九点测试合格，但实际生产中往往超标。（二）汽车产品热处理发展趋势1.新材料、新技术对热处理技术的升级改造，热处理技术发生了很多实质性的变革，热处理技术正在向高品质、更精密、更环保、高度智能化的方向发展。2.汽车零件的渗碳热处理装备主要有箱式多用炉，单排、双排以及多排连续炉，真空（低压）渗碳高压气淬炉等，热处理技术发展的重要标志是传感技术和计算机技术在生产中的应用。对热处理工艺参数，如温度、时间、碳势、淬火过程以及动作程序完全自动控制，甚至可以根据零件的技术要求、材料牌号及特性等，系统可以自动生成工艺，实现智能控制。汽车零件渗碳热处理生产线的特点有：3.工业计算机对炉温、碳势、自动线动作程序的监控与数据自动采集。4.自动线渗碳热处理工艺过程的自动跟踪与监控，实现渗碳工艺仿真与优化和零件渗碳质量的预测，对炉内温度、碳势和动作的实时显示及控制，系统故障自动诊断、显示及报警。5.节能减排、环保高效、精准监测的热处理加工设备的不断研发、制造、投入和热处理工艺参数的优化是稳定汽车产品热处理品质、效率的关键。6.为适应更高真空渗碳的需要，开发了在1000～1100℃高温渗碳能够保证组织细化的新型齿轮钢。真空（低压）渗碳具有工艺时间大大缩短、原料消耗极少、零件变形小、热处理质量好、零件表面光洁、无污染的显着特点，是真正意义上的清洁、绿色热处理。六严重误导人们的几个热处理问题1.真空加热有淬火增碳？在分析真空热处理工件增碳现象时，有两种误解：第一，认为是工件在淬火油中增碳；第二，认为是加热热室的石墨件造成增碳。其实，很多情况下不是这两个原因，而是加热热室的清洁度不高，有大量淬火油在工件进出炉、料筐污染、送料小车进出带入热室，残留在热室冷壁上，加热时形成挥发性还原气氛，对工件增碳。除了在1050℃高温以上的温度直接入油外。1050℃以下的加热工件油淬火时，稍做预冷入油不会形成明显的增碳现象。对加热室的石墨件等对工件的增碳情况，也不能排除，但是完全没有残留淬火的气氛严重。真空加热淬火的增碳现象更为严重的是来自淬火油污染炉膛的原因，并不是人们所说的油中淬火或石墨件的原因！2.我的锻造尺寸合格，热处理质量问题与我锻造无关？锻造工序是为了消除材料缺陷，改善组织形态，提高材料性能。节约机械切削加工量，提高材料利用率。但是当今的锻造者把“消除材料缺陷，改善组织形态”忘的一干二净，仅仅在保证锻造尺寸上“下工夫”，全然不顾提高材料性能方面的要求了。更令人惊叹的是有些材料通过锻造工序，不是提高了材料性能，反而把材料的性能搞坏了。锻造者不分青红皂白地采用锻造余热退火的方法，结果在材料中形成严重的网状碳化物组织。由于材料锻造的加热温度大多远远高于热处理淬火的加热温度，那种“严重的网状碳化物组织”发生组织遗传，给产品质量带来严重后果。3.手册说可以热处理淬火达到这个硬度，你为什么做不到这个硬度？有些人认为，他设计时的硬度选择是按照手册中的硬度范围选定的，你热处理怎么就说达不到这个硬度呢？例如：用弹簧纲60Si2Mn来制作大型件，由于实际工件厚度很大，厚薄显著，热处理已经没有好的办法达到要求的硬度标准。手册中硬度是可以达到：58—60HRC。结合实际工件是没有办法达到的。只能降低热处理要求。决定热处理的硬度受下列几个因素控制：材料牌号、模具尺寸大小、工件重量、形状结构，后续加工方式等因素。模具热处理之后不是内外硬度都是一样的，要根据模具尺寸大小来选择材料和设计尺寸，不能直接按照设计手册里的技术标准和硬度要求来选取，手册上的硬度标准是来自小试样的热处理结果，在运用到实物上时一定要按实际情况来决定合理的硬度指标。不合理的硬度指标，比如过高的硬度，就会损失工件的韧性，造成工件的使用开裂。4.这个产品是经热处理加工的，出了问题全部由热处理负责。某企业在使用产品过程中发生问题，该企业立即通知热处理厂家索赔产品失效要从设计、选材、材料缺陷、工艺缺陷（包括热处理）、装配与使用等方面分析，找出真正的原因，而简单的认定是热处理的原因造成失效是不科学的。最正确的途径是在原材料和失效产品上按规范分别取样交有资质的权威机构进行专业的定性定量鉴定，检测材料化学成分、原始组织和热处理技术要求指标以及金相组织。5.产品尺寸加工已经全部完成，要求热处理保证不变形？为了节省产品加工费用，在热处理之前，把所有的尺寸加工结束或预留不合理的余量，然后去热处理淬火回火。要求热处理者保证在热处理过程中不变形，或者只允许变形量在最后一道冷加工的公差带值内。热处理加工实质上就是一个经过冷-热-冷的组织变形的过程，微观组织中的变形积累必在宏观上表现出来成为尺寸变形。塑料、浇铸模具或部分表面要求耐磨和防腐蚀的产品，未经预先调质热处理（或调质热处理工艺不当）就将尺寸加工到位，此时交付进行渗氮处理后极易发生变形。6.热处理工学好铁碳平衡相图就可以了？在很多资料中说明铁碳平衡相图在热处理中是十分重要的知识，是制定钢铁材料加热工艺的依据，而且指出：尤其是热处理工必须熟练掌握铁碳平衡相图。铁碳相图是铁碳合金在平衡状态时的组织组成图，而不是获得非平衡的马氏体、贝氏体等组织的转变图。铁碳相图的临界温度参数仅仅局限在碳钢和铸铁，非合金钢和合金铸铁。合金钢和合金铸铁的平衡状态图由于添加了其它合金元素，与铁碳平衡状态图相差还是很大的。铁碳平衡相图是加热和冷却过程中的速度是及其缓慢的结果，而且又局限于铁碳合金钢种，这个理论状态，是不可能在实际生产中大量运用，实际淬火等热处理加热冷却过程中组织转变都是在一定加热速度和冷却速度下进行的，不是完全达到平衡状态。所以，铁碳平衡相图仅仅是研究热处理、学习热处理的必备基础知识和出发点，而不是直接在热处理工艺过程中运用的相图。热处理工熟练掌握了铁碳平衡相图知识只是热处理学习的开端，不能达到使用铁碳平衡相图来处理工艺实际问题的境界。热处理工学好铁碳相图仅仅是具备热处理入门知识之一。7.为什么热处理是高含量低价值？对待热处理这个行业为什么一直是高技术含量低加工价值呢？多年来机械行业重“冷”轻“热”，对于冷加工的设计、精度、设备要求很高，但对于热处理加工在整个产业链中使产品的综合机械性能大幅度提高的事实却往往视而不见，甚至于简单的理解为热处理就是把