熱處理與表面處理

1、熱處理與外表處理1、概述將原材料或半成品置于空氣或特定介質(zhì)中,用適當方式進行加熱、保溫和冷卻,使之獲得人們所需要的力學或工藝性能的工藝方法,稱為熱處理.按其特點,可分為一般熱處理、 化學熱處理和外表熱處理三種.1.1 熱處理的工藝特點和處理目的（1） 一般熱處理1工藝特點、處理目的和應(yīng)用類別工藝特點目的和應(yīng)用退火將工件加熱到一定溫度相受或小 相變保溫后緩冷卜來,或通過相變以獲 得珠光體型組織,或不發(fā)生相變的消除 應(yīng)力降低硬度的一種熱處理方法.1、降低硬度、提升塑性、改善切削 加工性能或壓力加工性能；2、經(jīng)相變退火提升成分和組織的均 勻性、改善加工工2性能,并為下道工序 作準備；3、消除鑄、鍛、

2、焊、扎冷加工等所 產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力.正火一般將鋼件加熱到臨界溫度 Ac3或 Accm+4060C,保溫一定時間,到達 完全奧氏體化和均勻化,然后在自然流 通的空氣中均勻冷卻.大件正火也可采 用風冷、噴霧冷卻等以獲得正火均勻的 效果.調(diào)整鋼件的硬度、細化組織及消除網(wǎng) 狀碳化物,并為淬火作好組織準備.其主 要應(yīng)用如下：1、用于含碳量低于 0.25%的低碳鋼 工件,使得到量多且細小的珠光體組織,提 高硬度,從而改善其切削加工性能；2、消除過共析鋼中網(wǎng)狀滲碳體為球 化退火彳準備；3、作為中碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼淬火前的 預先處理,以減少淬火缺陷；4、作為要求小局的普通結(jié)構(gòu)件的最 終熱處理；5、用于淬火返修件消除內(nèi)

3、應(yīng)力和細 化組織以防重淬火時產(chǎn)生變形與開裂.淬 火將工件加熱至Ac3或Ac1 +2030C,保溫一定時間而后快速冷卻, 獲得均勻細小的馬氏組織或均勻細小 馬氏體和粒狀滲碳體混合組織.1、提升硬度和耐磨性；2、淬火后經(jīng)中溫或高溫回火,可狄 得良好的綜合機械性能.回 火將淬火后的工件重新加熱到 Ac1以 卜杲一溫度,保溫一段時間,然后取出 以一定方式冷卻卜來.1、降低脆性,消除內(nèi)應(yīng)力,減少工 件的變形和開裂.2、調(diào)整硬度、提升塑性和韌性獲得 工件所要求的機械性能.3、穩(wěn)定工件尺寸.類別工藝特點目的和應(yīng)用回火低 溫 回 火回火溫度為150 c250 c降性脆性和內(nèi)應(yīng)力的同時,保持鋼在淬火后的高硬度和

4、耐磨性.主要用于各種工 具、模具、滾動軸承以及滲碳或外表淬火 的零件.中 溫 回 火回火溫度為 350C-500 C在保持一定韌性的條件下提升彈性 和屈服強度,主要用于各種彈簧、鍛模、 沖擊工具和某些要求高強度的零件.高 溫 回 火回火溫度為 500 c 650C,回火后獲得索氏體組 織.一般為慣稱為調(diào)質(zhì)處理.可獲得強度、塑性、韌性都較好的綜 合機械性能.廣泛用于各種較為重要的結(jié) 構(gòu)零件,特別是在交變負荷卜-工作的連 桿、螺栓、齒輪及軸,不但可作為這些重 要零件的最終處理,而且還?？勺鳛槟承?精密零件如絲桿等的預先熱處理,以減小最終熱處理中的變形, 并為獲得較好的最 終性能提供組織根底.冷 處

5、 理將淬火后的工件,在零度以下的低 溫介質(zhì)中繼續(xù)冷卻, 一般冷到零卜60 C 80C,待工件截面冷到溫度均勻一致 后,取出空冷.可提升工件硬度、抗拉強度和穩(wěn)定工 件尺寸.主要用于合金鋼制成的精密刀 具、量具和精密零件,如量塊、量規(guī)、較 刀、樣板、高精度絲杠、齒輪等,還可使 磁鋼更好地保持磁性.2)具體材料的熱處理溫度和所得到的硬度,這里不一一例舉,可參見有關(guān)熱處理的專業(yè)手冊,或機械加工工藝手冊的熱處理章節(jié).(2)化學熱處理將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫,使一種或幾種元素滲入它的外表的工藝,稱化學熱處理.如：滲碳和滲氮.類別工藝特點目的和應(yīng)用滲碳將低碳或中碳鋼工件放入滲碳介質(zhì)中加熱及 保溫,

6、使工件外表層增碳, 經(jīng)滲碳的工件必須進行 淬火和低溫回火,使工件外表滲碳層獲得回火馬氏 體組織.當滲碳件的某些部位不允許高硬度時,那么可在滲碳前采取防滲舉措,即在滲前對防滲部位進行鍍 銅或敷以防滲涂料, 并根據(jù)需要在淬火后進行局部 退火軟化處理.增加鋼件外表硬度,提局 其耐磨懷和疲勞強度,并同時 保持心部原材料所具有的韌 性,適用于中小型零件和大型 重負荷、受沖擊,要求耐磨的 零件,如：齒輪、軸等.類別工藝特點目的和應(yīng)用滲氮向工件表向滲入氮原子形成氮化層的過 程.為了保證工件心部獲得必要的機械性能, 需要在滲氮前進行調(diào)質(zhì)處理, 使心部獲得索氏 體組織,同時為了減少在滲氮中變形,在切削加工后,一

7、般需要進行消除應(yīng)力的高溫回火.滲氮分氣體滲氮和液體滲氮, 目前/ .泛應(yīng) 用氣體滲氮.按用途還可分強化滲氮和抗蝕滲 氮.當工件只需要局部滲氮,可將不需要的部 位預先鍍錫用于結(jié)構(gòu)鋼工件,或鍍饃用 于不銹鋼工件,或采用涂料法,或進行磷化 處理.提升外表硬度、耐磨性和疲勞 強度實現(xiàn)這兩個目的的為了強化 滲氮以及抗蝕水平抗蝕滲氮.強化滲氮用鋼通常是用含有A1、Cr、Mo 等金屬,如38 CrMo A1A目前專用可滲氮的鋼種,其他 如 40Cr、35CrMo、42CrMo、50CrV、 12Cr2Ni4A 等鋼種,用 Cr-AL-Mo 鋼滲氮得到的硬度比 Cr-Mo-V鋼滲 碳的高,但其韌性不如后者.抗

8、蝕滲氮常用材料是碳鋼和鑄 鐵.滲氮層厚度根據(jù)滲氮工藝性和 使用性能,一般不超過0.60.7mm.滲氮廣泛用于各種高速傳動精 密齒輪、高精度機床主軸,如鍵桿 磨床主軸；在變向負荷工作條件下 要求很高疲勞強度的零件,如高速 柴油機軸及要求變形很高和一定抗 熱、耐蝕工作劃、境的耐磨零件,如 發(fā)動機的氣缸閥門等.3外表熱處理快速加熱工件,使外表組織迅速相變, 轉(zhuǎn)變成奧氏體,經(jīng)淬火冷卻,使外表淬硬而心部 仍保持材料的原有性能,稱外表熱處理.類別工藝特點目的和應(yīng)用感 應(yīng) 加 工 型將工件的整體或局部置入感應(yīng)器中,由十圖頻電流的集膚效應(yīng), 使零件相應(yīng)部位由表 面向內(nèi)加熱、升溫使表層一定深度組織轉(zhuǎn)變成 奧氏體

9、然后再迅速淬硬的工2.根據(jù)零件材料的特性選擇淬火冷卻介質(zhì).感應(yīng)加熱淬火件變形小、節(jié)能、本錢低、 勞動生產(chǎn)率局、淬火機可放在冷加工生廠線 上,便于生產(chǎn)治理.較大地提升零件的扭轉(zhuǎn)和彎曲 疲勞強度和表向的耐磨性.汽車拖拉機零件采用感應(yīng)加熱 淬火的范圍很廣,如曲軸、凸輪軸、 主軸、球銷等.1.2熱處理對鋼鐵材料地切削加工性能的影響 1復雜性：工藝類別裝備水平刀具結(jié)構(gòu)選擇的工藝參數(shù)冷卻液性能2規(guī)律性：降低材料硬度、均勻組織,提升切削脆性是改善材料加工性能的重要舉措.2、熱處理變形工件的熱處理變形產(chǎn)生于外力的作用和內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)的變化.外力是指工件在熱處理加熱過程中由于自重、擺放方法不當或其他外部加載的力量.

10、內(nèi)應(yīng)力是指工件在熱處理過程中, 由于熱脹冷縮和組織轉(zhuǎn)變不均勻性引起的工件內(nèi)部應(yīng)力.不同部位熱脹冷縮的不均勻性所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力,組織轉(zhuǎn)變不均勻性產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力.無論是外力或是內(nèi)應(yīng)力, 都要引起工件的變形. 當應(yīng)力超過材料的屈服點時,就會產(chǎn)生塑性變形或稱永久變形.2.1變形的類型三種：即體積、形狀和翹曲變形.而具體到一個工件上,往往顯示出三種類型的綜合交 叉形式.2.2影響工件熱處理變形的主要因素、表現(xiàn)形式和解決舉措.類別主要因素表現(xiàn)形式解決舉措原 材 料熱處理前材料的剩余 應(yīng)力加工應(yīng)力.熱處理加熱時由于 釋放的不均衡產(chǎn)生變形.采取熱前消除應(yīng)力的 舉措.材料組織不均勻、成分 偏析

11、或局部脫碳.淬火時由于成分不 均造成相變不均衡,各部 位脹縮小一致引起.嚴格限制原材料或半 成品的供貨技術(shù)狀態(tài),減 少材料缺陷.高碳鋼材料的帶狀碳 化物.淬火后與帶狀組織 相平行的方向容易伸長.可通過鍛造消除碳化 物,適當提升淬火加熱溫 度,促使碳化物溶解.執(zhí) 八、 處 理 工 藝 因 素加熱時擺放不當,工件 受外力或自重的影響.沿受力方向變形或 翹曲.改善裝料方法,減少熱 態(tài)受力.工件經(jīng)矯直,保存彈性 變形,內(nèi)部存在剩余應(yīng)力.由于彈后效應(yīng)、矯直 后工件一段較長的時間 內(nèi)恢復到彈性變形前的 狀態(tài)形成變形.矯直后進行消除應(yīng)力 處理.執(zhí) 八、 處 理 工 藝 因 素淬火后回火不是,馬氏 體組織不穩(wěn)

12、定.隨時間變化碳從過 飽和的馬氏體固溶體中 析出何種收縮造成變形.淬火后應(yīng)回火充分, 使 馬氏體穩(wěn)定.淬火后材料的剩余奧 氏體數(shù)量過多.隨時間變化,剩余奧 氏體逐步轉(zhuǎn)變成馬氏體 或貝氏體,比容增大,造 成何種和尺寸加大工件 失去精度.對精度要求高的,件, 熱處理要嚴格限制,剩余奧 氏體數(shù)量,必要時進行冷處 理.類別主要因素表現(xiàn)形式解決舉措產(chǎn) 品 工 藝 性產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)不利于 熱處理均勻加熱和冷卻,如 相鄰部位截面變化或形狀 不對稱.不均衡的熱應(yīng)力和 組織應(yīng)力造成工件變形.1、根據(jù)可能改看產(chǎn)品 設(shè)計結(jié)構(gòu)的工2性；2、熱后矯正變形；3、精密件矯正后進行 去除應(yīng)力處理；4、利用相變超塑化的 特性進行

13、加壓淬火或加壓 回火,提升工件尺寸穩(wěn)定 性,保持較好的精度.廣品結(jié)構(gòu)、精度要求和 選擇的材料不適應(yīng).高精度工件采用淬 透性底的快冷淬火材料、 熱處理時變形大.選擇淬透性較局、淬火 變形小的材料.產(chǎn) 品 與 材 料 特 性對某種結(jié)構(gòu)工件,按材 料特性,經(jīng)熱處理都要產(chǎn)生 各自的規(guī)律性尺寸變化.尺寸的改變包括長 度的伸縮、直徑、角度、 錐度的變化、距離的改 變,螺距的變化、齒輪齒 白、壓力角、按能量及其 其他各種規(guī)律性的變形.大量投產(chǎn)之前應(yīng)進行各種工2和材料試驗, 找出 熱處理變化規(guī)律、提出熱前 加工尺寸的預補償或熱后 修正.3、金屬外表處理外表處理一般指化學處理、電化學處理、物理處理及機械處理等方

14、法,通過使用金屬表面生成一層金屬或非金屬覆蓋層,用以提升金屬工件的防蝕、裝飾、耐磨或其他功能.3.1電鍍是一種在工件外表通過電沉積的方法生成金屬覆蓋層,使獲得裝飾、防腐及某些特 殊性能的工藝方法.3.2鍍層的選擇鍍層用途基體材料電鍍類別預防火氣腐蝕鋼、鐵鋁及其合金 鎂及其合金 鋅合金銅及其合金鍍鋅、磷化、氧氣 陽極氧化化學氧化 防護裝飾鍍銘 鍍錫、銀預防海水腐蝕鋼鍍銘預防硫酸、硫酸鹽、硫化物 作用鋼鍍鉛預防滲碳鋼鍍銅預防滲氮鋼鍍錫預防磨擦外表的機械磨損鋼、鐵鍍銘修復尺寸鋼、鐵、銅及其合 金鍍銘、鐵、鍍銅提升減磨性能鋼鍍鉛、銀、錮提升反光性能鋼、銅及其合金鍍銀、銅-銀-銘提升導電性能黃銅鍍銀提升釬焊性鋼、黃銅鍍銅、鍍錫防腐裝飾性鋼、鐵、銅、鋅合金、鉛及其合金防護裝飾鍍銘陽極氧化處 理3.3化學鍍化學鍍是借助于