機(jī)械表面處理工藝

1、熱處理在機(jī)械加工過(guò)程中，我們使用最多的是四種熱處理方式：退火、正火、淬火和回火。一、退火處理退火處理的定義：將金屬零件加熱到一定的高溫，保持一段時(shí)間，然后讓其自然冷卻的一種金屬熱處 理工藝。其主要作用：A、降低零件的硬度、改善切削加工性能；B、消除零件殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸、減少變形與裂紋概率；C、細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除材料組織缺陷；D、均勻材料組織和成分，改善材料性能或?yàn)楹罄m(xù)熱處理工藝做組織準(zhǔn)備。二、淬火處理淬火處理的定義：將金屬零件加熱到臨界溫度Ac3或者Ac1以上溫度，保持一段時(shí)間，使之全部或者 部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。其主要作用

2、：A、大幅度提高零件的剛性、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度等；B、滿(mǎn)足某些特殊鋼材的鐵磁性、耐蝕性等物理、化學(xué)性能。三、正火處理正火處理的定義：將金屬零件加熱到一定的高溫，保持一段時(shí)間，然后讓其在空氣中利用噴水、噴霧、 吹風(fēng)等方式進(jìn)行冷卻，其與退火處理不同的是，其冷卻速度要快一些，所以得到的材料組織要更細(xì)， 機(jī)械性能也有所提高。其主要作用：A、去除材料的內(nèi)應(yīng)力；B、降低材料的硬度、提高塑性；四、回火處理回火處理的定義：是指將經(jīng)過(guò)淬火硬化或正?；幚砗蟮匿摬脑俳糜谝坏陀谂R界溫度一段時(shí)間后， 以一定的速度冷卻下來(lái)，以增加材料的韌性的一種熱處理方式。其主要作用：A、消除工件淬火時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，防止變形和

3、開(kāi)裂；B、調(diào)整工件的硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性、達(dá)到更好的性能要求；C、穩(wěn)定組織與尺寸、保證精度；D、改善和提高加工性能。提煉一下：1、退火和正火通?？梢韵嗷ゴ媸褂?，尤其是在處理后獲得的零件硬度不高的話(huà)（一般以不影響加 工性能為準(zhǔn)），我們要優(yōu)先選擇正火處理，因?yàn)樗募庸ぶ芷诟?，成本也就相?yīng)的更低。2、回火一般需要配合淬火或正火來(lái)使用，回火是替淬火和正火來(lái)“擦屁股”的，因?yàn)榇慊鹋c正火處 理后，零件的硬度都會(huì)偏高，因此會(huì)存在很大殘余應(yīng)力，尤其是淬火處理，零件存在很大的脆硬性， 通常一定要回火來(lái)“糾偏”才能更好的滿(mǎn)足我們的使用要求。3、習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)

4、度，硬度和塑性，韌性 都較好的綜合機(jī)械性能。作為一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)工程師，我們?cè)O(shè)計(jì)的零件需要用到熱處理的時(shí)候，無(wú)非是以下幾種要求：A、消除材料的鑄造應(yīng)力，其目的是為了得到更加穩(wěn)定的加工尺寸和精度；B、提高零件的切削性能，其目的是在零件加工的過(guò)程中加工效率更高，加工質(zhì)量更好，加工成本更 低；C、提高零件的剛性、硬度和耐磨性能，這個(gè)就不需要解釋了吧。我們對(duì)大部分零件的熱處理要求都是圍繞以上三個(gè)大的方面在設(shè)計(jì)，只需要將以上的四種熱處理方式 對(duì)應(yīng)需求來(lái)使用就行了。舉個(gè)例子，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)立式加工中心的床身，我們選擇的材料是HT300灰口鑄鐵。其加工的工藝流 程大致如下圖：A、拿到鍛造毛坯后，我們首先需要做的就

5、是退火。退火的目的就是消除鍛造殘余內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提升零件的切削加工機(jī)能，當(dāng)然也有一些廠家這里不做 退火，為了節(jié)約本錢(qián)，他們往往以延長(zhǎng)鍛造冷卻的時(shí)間來(lái)達(dá)到去除零件內(nèi)應(yīng)力的目的，這也算是一種 腳踏兩船的方式，但是按正規(guī)的方法，鍛造后的零件毛坯是一定要做一次退火處理的。B、接著是進(jìn)入零件的粗加工工序，零件的粗加工工序由于對(duì)零件的尺寸沒(méi)有太嚴(yán)格的要求，所以工 廠都是采用大刀量切削，在大刀量切削的過(guò)程中，利用銑刀對(duì)零件的沖擊來(lái)形成一定程度的振動(dòng)處理， 這也是一個(gè)開(kāi)釋?xiě)?yīng)力的過(guò)程，但是這也是一個(gè)再次產(chǎn)生應(yīng)力的過(guò)程，所以我們會(huì)接著對(duì)零件進(jìn)行二次 退火處理。C、二次退火處理，這次處理目的和第一次是一樣的，都是為

6、了不亂材料組織，改善切削加工機(jī)能， 去除零件內(nèi)應(yīng)力，由于我們需要保證零件加工后的尺寸和形位公差是不亂的，而不是跟著時(shí)間變化而 不斷變化的（實(shí)際在現(xiàn)實(shí)過(guò)程中，加工后的零件的尺寸精度和形位公差確實(shí)是變化的，這也是我們國(guó) 家的高精度機(jī)床總是做不好的原因之一，甚至是最重要的原因之一，不亂性太差），除了正規(guī)的二次 退火處理，一般還進(jìn)行天然時(shí)效處理，把鑄件丟在露天的場(chǎng)地放置半年以上的時(shí)間，可以最大限度的 保證材料的不亂性。D、零件半精加工，由于零件的半精加工已經(jīng)是屬于切削量較小的加工工序，所以在加工過(guò)程中通常 不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的加工應(yīng)力，假如零件的尺寸精度較高，形位公差較嚴(yán)格，仍強(qiáng)烈建議將零件放置一段 時(shí)間后

7、再對(duì)零件進(jìn)行精加工，這樣零件可以在一種天然的狀態(tài)下內(nèi)應(yīng)力得以釋放，以保證最后精加工 出來(lái)的產(chǎn)品是不亂的。E、零件精加工工序，經(jīng)放置一段時(shí)間后，零件的材料已經(jīng)變得相對(duì)不亂，在精加工階段就顯得尤為 考驗(yàn)一個(gè)操縱者的水平了，很多時(shí)候精加工精度并不單純的來(lái)自加工機(jī)床的精度，其有可能是來(lái)自裝 夾方式，特別是對(duì)于一些強(qiáng)度和剛性不是很好的零件，裝夾的時(shí)候尤為要留意，不要用死力去壓緊工 件，一旦工件產(chǎn)生了形變，加工好工件后，一松開(kāi)夾緊，工件就會(huì)馬上彈回原有狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候的加 工精度就會(huì)改變，所以在精加工工序，裝夾的力道顯得尤為重要。時(shí)效處理時(shí)效處理，指金屬或合金工件（如低碳鋼等）經(jīng)固溶處理，從高溫淬火或經(jīng)過(guò)一

8、定程度的冷加工變 形后，在較高的溫度或室溫放置保持其形狀、尺寸，性能隨時(shí)間而變化的熱處理工藝。一般地講，經(jīng) 過(guò)時(shí)效，硬度和強(qiáng)度有所增加，塑性韌性和內(nèi)應(yīng)力則有所降低。室溫下進(jìn)行的時(shí)效叫自然時(shí)效，在一 定溫度下進(jìn)行的時(shí)效叫人工時(shí)效。時(shí)效處理是把材料有意識(shí)地在室溫或較高溫度存放較長(zhǎng)時(shí)間，使 之產(chǎn)生時(shí)效工藝。為了消除精密量具或模具、零件在長(zhǎng)期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火 溫度150-250C）精加工前，把工件重新加熱到100-150C，保持5-20小時(shí)，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì) 量的處理，稱(chēng)為時(shí)效。對(duì)在低溫或動(dòng)載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼 材組織和尺寸，尤

9、為重要。時(shí)效處理的目的，消除工件的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善機(jī)械性能等。發(fā)黑（發(fā)藍(lán)）處理發(fā)黑是鋼鐵表面處理的一種方法，通常將工件浸入強(qiáng)氧化性的化學(xué)溶液中。例如沸騰溫度為147152C的氫氧化鈉（600g/cm3）及亞硝酸鈉（100g/cma）水溶液中，經(jīng)一定時(shí)間使表面生成一層美觀、較致密且具有防銹作用的黑色氧化鐵薄膜。此項(xiàng)工藝有時(shí)也混稱(chēng)發(fā)藍(lán)。廣泛應(yīng)用于鐘表、指針、 游絲、螺釘、儀表外殼及某些機(jī)械的零件等。處理后的顏色與材料成分和工藝條件有關(guān)，有灰黑、深 黑、亮藍(lán)等。單獨(dú)的發(fā)藍(lán)膜抗腐蝕性較差，但經(jīng)涂油涂蠟或涂清漆后，抗蝕性和抗摩擦性都有所改善。機(jī)械制造上常用NaOH溶液加熱來(lái)對(duì)工件進(jìn)行發(fā)黑處理

10、，相對(duì)于鍍鋅鍍銘成本較低，效果不錯(cuò)。發(fā)黑形成的黑色氧化膜，其厚度為0.5-1.5m，抗腐蝕能力比其它化學(xué)膜低。在五金模具里面，常用到的處理方式是熱處理,TD處理（TD模具表面超硬化處理），發(fā)黑處理。蒸氣發(fā)黑處理要求外表美觀、耐蝕的粉末冶金零件需要電鍍。而粉末冶金制品內(nèi)外存在著孔隙，電鍍后殘留在 孔隙內(nèi)的電鍍液清除不凈，會(huì)引起腐蝕。蒸汽處理是將鐵基粉末冶金零件置于500560C的過(guò)熱蒸 汽中加熱并保持一定的時(shí)間，在此熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件具備的條件下，使其表面及孔隙中生成一層致 密的Fe3O4 （四氧化三鐵）氧化膜，可防止或減輕殘留電鍍液的腐蝕作用；在不十分惡劣的工作條件 下，甚至即使不經(jīng)電鍍，直接

11、即可提高防銹、耐磨或防高壓滲透性能。磷化處理磷化工藝過(guò)程是一種化學(xué)與電化學(xué)反應(yīng)形成磷酸鹽化學(xué)轉(zhuǎn)化膜的過(guò)程，所形成的磷酸鹽轉(zhuǎn)化膜稱(chēng) 之為磷化膜。磷化的目的主要是：給基體金屬提供保護(hù)，在一定程度上防止金屬被腐蝕；用于涂漆前 打底，提高漆膜層的附著力與防腐蝕能力；在金屬冷加工工藝中起減摩潤(rùn)滑使用。防銹磷化：通過(guò)強(qiáng)堿強(qiáng)酸處理過(guò)的工件會(huì)導(dǎo)致磷化膜粗化現(xiàn)象，采用表面調(diào)整活化可細(xì)化晶粒。 鋅系磷化可采用草酸、膠體鈦表調(diào)。錳系磷化可采用不溶性磷酸錳懸浮液活化。鐵系磷化一般不需要 調(diào)整活化處理。磷化后的工件經(jīng)銘酸鹽封閉可大幅度提高防銹性，如再經(jīng)過(guò)涂油或染色處理可將防銹 性提高幾位甚至幾十倍。耐磨減摩潤(rùn)滑磷化：對(duì)

12、于發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)、齒輪、制冷壓縮機(jī)一類(lèi)工件，它不僅承受載荷，而且 還有運(yùn)動(dòng)摩擦，要求工件能減摩、耐摩。錳系磷化膜具有較高的硬度和熱穩(wěn)定性，能耐磨損，磷化膜 具有較好的減摩潤(rùn)滑作用。因此，廣泛應(yīng)用于活塞環(huán)，軸承支座，壓縮機(jī)等零部件。這類(lèi)耐磨減摩磷化處理溫度70100C，處理時(shí)間1020min，磷化膜重大于7.5g/m 2。滲碳:滲碳后的工件經(jīng)淬火和低溫回火，使表面具有高硬度河耐磨性，而心部仍保持良好的塑性河韌 性，從而滿(mǎn)足工件外硬內(nèi)韌的使用要求。滲氮：零件滲氮后表面形成一層氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲勞性河一定 的腐蝕性，而且變形也很小。碳氮共滲：又稱(chēng)氤化。碳氮共滲是將鋼件表

13、面同時(shí)滲入碳原子河氮原子，形成碳氮共滲層，以提高工 件的硬度、耐磨性河疲勞強(qiáng)度的處理方法。熱處理是提高機(jī)械零件質(zhì)量和延長(zhǎng)使用壽命的主要途徑，也是充分發(fā)揮金屬材料潛力、節(jié)約材料的 有效途徑。在當(dāng)今的熱處理工藝中，種類(lèi)繁多，正確選擇金屬材料以及合理選擇熱處理工藝是廣大客 戶(hù)提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而提高企業(yè)效益的最有效方法。在此，我司介紹幾種常用的熱 處理工藝給廣大客戶(hù)參考。一、金屬熱處理類(lèi)1、QPQ熱處理：QPQ熱處理工藝是國(guó)際先進(jìn)的表面處理技術(shù)，德國(guó)Degussa 公司在80年代初研發(fā)成功并申請(qǐng)了專(zhuān)利。QPQ熱處理工藝具有極高的耐磨性、極高的抗腐蝕性、極 高的耐疲勞強(qiáng)度、極少的變形等優(yōu)

14、點(diǎn)。經(jīng)QPQ熱處理后，中碳鋼的耐磨性是常規(guī)淬火的30倍，是低 碳鋼滲碳淬火的14倍，是離子氮化的2.8倍，是鍍硬銘的2.1倍。摩擦系數(shù)是未處理前的1/4,抗 咬死載荷提高了 3-10倍，耐腐蝕性是鍍硬銘的20倍以上，達(dá)到Cr13系列不銹鋼的抗腐蝕效果。此 工藝適合所有輕載荷的金屬零件以及表面要求抗腐蝕和防銹的五金工具零件。2、真空氮化：真空氮化是近年國(guó)家重點(diǎn)推廣的一種熱處理工藝。此工藝具有硬度均勻、脆性少、 耐磨性高、變形量少、疲勞強(qiáng)度高、耐腐蝕性良好等優(yōu)點(diǎn)。由于此工藝是在真空狀態(tài)下氮化，因此特 別適合深孔、盲孔以及形狀復(fù)雜的重載荷機(jī)械零件和精密模具。3、多元共滲：多元共滲是由硫、氮、碳三種元

15、素共同滲入金屬的一種表面化學(xué)處理工藝。工藝 具有耐磨性高，變形少等優(yōu)點(diǎn)。由于硫、碳的滲入，對(duì)比氣體滲氮，同一種材料經(jīng)三元共滲后硬度提 高15%，猶其含碳低于30%的低碳鋼最為明顯，以Q235材料為例，經(jīng)氣體氮化后硬度一般在400HV0.1 左右，而經(jīng)三元共滲后硬度可達(dá)600HV0.1。此工藝特別適合低碳鋼沖壓件的產(chǎn)品。4、 真空淬火：真空淬火工藝具有無(wú)氧化、硬度均勻、變形少等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在高速鋼、刀具、 量具、五金模具、壓鑄模具、塑膠模具以及精密機(jī)械零件等熱處理。5、等溫淬火：等溫淬火又稱(chēng)下貝氏體淬火，是日本流行的熱處理工藝。此工藝具有高韌性，高 疲勞強(qiáng)度、變形少、無(wú)氧化等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在要求耐疲勞、耐沖擊的重載荷機(jī)械零件及精密彈簧。二、金屬表面處理類(lèi)1、光亮發(fā)黑：光亮發(fā)黑工藝具有表面顏色烏黑均勻、氧化膜內(nèi)磨性高、防銹能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，防 銹能力是普通發(fā)黑的2倍以上。經(jīng)不斷改進(jìn)，防銹能力再大大加強(qiáng)，達(dá)到普通發(fā)黑防銹力的10倍（經(jīng) 過(guò)中性鹽霧測(cè)試：普通發(fā)黑一般為2-3小時(shí)，光亮發(fā)黑達(dá)28小時(shí)）。2、光亮發(fā)紅：光亮發(fā)紅工藝具有表面顏色鮮紅，光亮奪目，