金属热处理是机械制造中的重要工艺之一

      金属热处理是机械制造中的重要工艺之一。

      金属具有不透明金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。固溶体是个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另个组元的晶格中，而仍保持另组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。金属热处理是机械制造中的重要工艺之，与其他加工工艺相比，热处理般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 其特点是改善工件的内在质量，而这般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。 另外，铝铜镁钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学物理和化学性能，以获得不同的使用性能。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温cnc铝型材加工度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国省易燕下都出土的两把剑和把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。国蜀人蒲元曾在今斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到取水淬火的。 这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为种较硬的相。 法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气煤气氧化碳等)进行保护加热曾有系列专利。 1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用氧化碳红外仪氧探头等进步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮渗碳工艺；激光电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。 加热是热处理的重要工序之。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，铝件加工且无环境污染。 利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之，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。另外转变需要定的，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持定，使内外温度致，使显微组织转变完全，这段称为保温。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，般就没有保温，而化学热处理的保温往往较长。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，主要是控制冷却速度。 般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火样的冷却速度进行淬硬。金属热处理工艺大体可分为整体热处理表面热处理和化学热处理大类。 根据加热介质加热温度和冷却方法的不同，每大类又可分为若干不同的热处理工艺。同种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。 钢铁整体热处理大致有退火正火淬火和回火种基本工艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对些要求不高的零CNC精密车加工件作为最终热处理。“把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。 为了获得定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长，以提高合金的硬度强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。 把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰感应电流激光和电子束等。 化学热处理是通过改变工件表层化学成分组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳氮或其它合金元素的介质(气体液体固体)中加热，保温较长，从而使工件表层渗入碳氮硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。 化学热处理的主要方法有渗碳渗氮渗金属。热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷热加工。 例如白口铸铁经过长退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。完全退火又称重结晶退火，般简称为退火，这种退火主要用于亚铝合金CNC加工厂家共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。般常作为些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。 其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在定以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。 盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。2．获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。2．退火annealing将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温段后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 8．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定，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。9．钢的碳氮共渗碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。 中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。10．调质处理quenchingandtempering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。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，般在HB200—350之间。 低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度般为HRC58－64。 中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度般为HRC35－50。 高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度般为HB200－330。

      在特殊情况下需在带压和带电的设备上进行焊接时，应经过工作安全分析，制定作业方案，采取安全措施，并经属地主管批准，办理作业许可后，方可作业。精密零部件加工厂禁止在装有易燃物品的容器上或油漆未干的结构或其它物体上进行焊接。禁止在储有易燃易爆物品的房间内进行焊接。
      般，单件产品，可交由师傅，自己全权处理；大批量零件，必须由专人下料，开粗，粗加工和精加工才可以快速有效的生产。为了保证加工精度，粗精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在着较大的内应力，如果粗粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。

      金属热处理是机械制造中的重要工艺之一。

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