為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。下面就讓小編帶你來了解一下熱處理工藝！
1、熱處理簡介熱處理及其特點(diǎn)
熱處理是指金屬材料在固態(tài)下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預(yù)期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。
工藝特點(diǎn)
金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。
2、熱處理工藝分類熱處理工藝分類
金屬熱處理工藝大體上可分為：整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。
根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。
3、鋼鐵熱處理工藝鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。
鋼鐵熱處理工藝制定依據(jù)——鐵碳相圖
鐵碳相圖中幾個(gè)重要的點(diǎn)、線和溫度
符號(hào)C共晶點(diǎn)，溫度1148℃，含碳量0.43%，E溫度1148℃，含碳量2.11%，碳在γ-Fe中的最大溶解度K溫度727℃，含碳量6.69%，F(xiàn)e3C的成分P溫度727℃，含碳量0.0218%，碳在α-Fe中的最大溶解度S溫度727℃，含碳量0.77%，共析點(diǎn)GS（A3）奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的開始線ES（Acm）碳在奧氏體中的溶解度線PSK（A1）AS→Fp+Fe3C 共析轉(zhuǎn)變線PQ碳在鐵素體中的溶解度線
鋼鐵微觀組織結(jié)構(gòu)及性能
組織
力學(xué)性能奧氏體低硬度、低屈服強(qiáng)度，高塑性鐵素體低強(qiáng)度、低硬度、高塑性和韌性滲碳體高硬、高強(qiáng)、高耐磨，低塑性和韌性珠光體性能取決于組織形態(tài)萊氏體高硬、高強(qiáng)、高耐磨退火退火工藝可分為：完全退火、擴(kuò)散退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火及再結(jié)晶退火等。
操作方法
將鋼件加熱到Ac3+30~50℃或Ac1+30~50℃或Ac1以下的溫度（可以查閱有關(guān)資料）后，一般隨爐溫緩慢冷卻。目的
降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；
細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備；
消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)用要點(diǎn)
適用于合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應(yīng)狀態(tài)不合格的原材料；
一般在毛坯狀態(tài)進(jìn)行退火 。
正火操作方法
將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50℃，保溫后以稍大于退火的冷卻速度冷卻，一般為空冷。目的
降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；
細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備；
消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)用要點(diǎn)
正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預(yù)先熱處理工序。對于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金鋼件，也可作為最后熱處理。對于一般中、高合金鋼，空冷可導(dǎo)致完全或局部淬火，因此不能作為最后熱處理工序。淬火
操作方法
將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時(shí)間，然后在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。目的
淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時(shí)對某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時(shí)，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。
應(yīng)用要點(diǎn)
一般用于含碳量大于百分之零點(diǎn)三的碳鋼和合金鋼；
淬火能充分發(fā)揮鋼的強(qiáng)度和耐磨性潛力，但同時(shí)會(huì)造成很大的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進(jìn)行回火以得到較好的綜合力學(xué)性能。
回火操作方法
將淬火后的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經(jīng)保溫后，于空氣或油、熱水、水中冷卻。目的
降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減少工件的變形和開裂；
調(diào)整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學(xué)性能；
穩(wěn)定工件尺寸。
應(yīng)用要點(diǎn)
保持鋼在淬火后的高硬度和耐磨性時(shí)用低溫回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強(qiáng)度時(shí)用中溫回火；以保持高的沖擊韌度和塑性為主，又有足夠的強(qiáng)度時(shí)用高溫回火。
一般鋼盡量避免在230~280度、不銹鋼在400~450度之間回火，因?yàn)檫@時(shí)會(huì)產(chǎn)生一次回火脆性。
調(diào)質(zhì)操作方法
淬火后高溫回火稱調(diào)質(zhì)，即將鋼件加熱到比淬火時(shí)高10~20度的溫度，保溫后進(jìn)行淬火，然后在400~720度的溫度下進(jìn)行回火。目的
改善切削加工性能，提高加工表面光潔程度；
減小淬火時(shí)的變形和開裂；
獲得良好的綜合力學(xué)性能。
應(yīng)用要點(diǎn)
適用于淬透性較高的合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和高速鋼；
不僅可以作為各種較為重要結(jié)構(gòu)的最后熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲杠等的預(yù)先熱處理，以減小變形。
時(shí)效操作方法
將鋼件加熱到80~200度，保溫5~20小時(shí)或更長時(shí)間，然后隨爐取出在空氣中冷卻。目的
穩(wěn)定鋼件淬火后的組織，減小存放或使用期間的變形；
減輕淬火以及磨削加工后的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定形狀和尺寸。
應(yīng)用要點(diǎn)
適用于經(jīng)淬火后的各鋼種；
常用于要求形狀不再發(fā)生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機(jī)箱等。
4、固溶處理
固溶處理操作方法
將合金加熱到高溫（980～1250℃）單相區(qū)恒溫保持，是過剩相充分溶解到固溶體中厚快速冷卻。
目的
獲得單相奧氏體組織；
改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉淀硬化處理作好準(zhǔn)備等；
使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體，并提高韌性及抗蝕性能；
消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工或成型。
應(yīng)用要點(diǎn)
固溶溫度應(yīng)根據(jù)合金使用溫度進(jìn)行調(diào)整，使用環(huán)境溫度越高則固溶溫度也應(yīng)更高；對于過飽和度低的合金通常選擇較快的冷卻速度，對于飽和度高的合金通常為空氣中冷卻。
5、深冷處理深冷處理
操作方法
將淬火后的鋼件，在低溫介質(zhì)（如干冰、液氮）中冷卻到－40～－80℃或更低，溫度均勻一致后取出均溫到室溫。
目的
使淬火鋼件內(nèi)的殘余奧氏體全部或大部轉(zhuǎn)換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強(qiáng)度、耐磨性和疲勞極限；
穩(wěn)定鋼的組織 ，以穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸。
應(yīng)用要點(diǎn)
鋼件淬火后應(yīng)立即進(jìn)行冷處理，然后再經(jīng)低溫回火，以消除低溫冷卻時(shí)的內(nèi)應(yīng)力；
冷處理主要適用于合金鋼制的緊密刀具、量具和緊密零件。
6、表面熱處理表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。
火焰加熱表面淬火
操作方法
用氧－乙炔混合氣體燃燒的火焰，噴射到鋼件表面上，快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度后立即噴水冷卻。目的
提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，心部仍保持韌性狀態(tài)。應(yīng)用要點(diǎn)
多用于中碳鋼制件，一般淬透層深度為2～6mm；
適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型工件和需要局部淬火的工件。
感應(yīng)加熱表面淬火
操作方法
將鋼件放入感應(yīng)器中，使鋼件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，在極短的時(shí)間內(nèi)加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。目的
提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，心部保持韌性狀態(tài)。應(yīng)用要點(diǎn)
多用于中碳鋼和中堂合金結(jié)構(gòu)鋼制件；
由于肌膚效應(yīng)，高頻感應(yīng)淬火淬透層一般為1～2mm，中頻淬火一般為3～5mm，高頻淬火一般大于10mm。
7、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時(shí)間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。
滲碳操作方法
將鋼件放入滲碳介質(zhì)中，加熱至900～950度并保溫，使鋼件便面獲得一定濃度和深度的滲碳層。目的
提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，心部仍然保持韌性狀態(tài)。應(yīng)用要點(diǎn)
用于含碳量為0.15％～0.25％的低碳鋼和低合金鋼制件，一般滲碳層深度為0.5～2.5mm；
滲碳后必須進(jìn)行淬火，使表面得到馬氏體，才能實(shí)現(xiàn)滲碳的目的。
氮化
操作方法
利用在500～600度時(shí)氨氣分解出來的活性氮原子，使鋼件表面被氮飽和，形成氮化層。目的
提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及抗蝕能力。應(yīng)用要點(diǎn)
多用于含有鋁、鉻、鉬等合金元素的中碳合金結(jié)構(gòu)鋼，以及碳鋼和鑄鐵，一般氮化層深度為0.025～0.8mm。
碳氮共滲
操作方法
向鋼件表面同時(shí)滲碳和滲氮。目的
提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及抗蝕能力。應(yīng)用要點(diǎn)
多用于低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼以及工具鋼制件，一般氮化層深0.02～3mm；
氮化后還要淬火和低溫回火。
來源：材易通
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