金屬熱處理工藝基本知識(shí)
? 熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)(gè)過(guò)程,有時(shí)(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)(gè)過(guò)程。這些過(guò)程互相銜接,不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多,最早是采用木炭和煤作為熱源,進(jìn)(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制,且無(wú)環(huán)(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱,也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬,以至浮動(dòng)(dòng)粒子進(jìn)(jìn)行間接加熱。
金屬加熱時(shí)(shí),工件暴露在空氣中,常常發(fā)(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低),這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱,也可用涂料或包裝方法進(jìn)(jìn)行保護(hù)加熱。
加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一,選擇和控制加熱溫度,是保證熱處理質(zhì)(zhì)量的主要問(wèn)題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,但一般都是加熱到相變溫度以上,以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)(shí)間,因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)(shí),還須在此溫度保持一定時(shí)(shí)間,使內(nèi)外溫度一致,使顯微組織轉(zhuǎn)變完全,這段時(shí)(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)(shí),加熱速度極快,一般就沒(méi)有保溫時(shí)(shí)間,而化學(xué)(xué)熱處理的保溫時(shí)(shí)間往往較長(zhǎng)(cháng)。
冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟,冷卻方法因工藝不同而不同,主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢,正火的冷卻速度較快,淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求,例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)(jìn)行淬硬。
金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)(xué)熱處理三大類(lèi)。根據(jù)加熱介質(zhì)(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,每一大類(lèi)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。鋼鐵是工業(yè)(yè)上應(yīng)用最廣的金屬,而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜,因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。
整體熱處理是對(duì)工件整體加熱,然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s,以改變其整體力學(xué)(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。
退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度,根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)(shí)間,然后進(jìn)(jìn)行緩慢冷卻,目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)(tài),獲得良好的工藝性能和使用性能,或者為進(jìn)(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻,正火的效果同退火相似,只是得到的組織更細(xì),常用于改善材料的切削性能,也有時(shí)(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。
淬火是將工件加熱保溫后,在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬,但同時(shí)(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性,將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)(jìn)行長(zhǎng)(cháng)時(shí)(shí)間的保溫,再進(jìn)(jìn)行冷卻,這種工藝稱(chēng)為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”,其中的淬火與回火關(guān)(guān)系密切,常常配合使用,缺一不可。