工程材料及熱處理-第五章

工程材料及熱處理第五章熱處理設(shè)備與基本操作熱處理設(shè)備5.15.1.1加熱設(shè)備熱處理加熱爐是以燃料（如天然氣、油、煤）及電力作為熱源的加熱設(shè)備，其中以電作熱源的爐子在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。1熱處理加熱爐的分類熱處理加熱爐分類方式繁多，具體如下。（1）按熱源的不同，熱處理加熱爐可分為電阻爐和燃料爐（如煤氣爐、油爐和煤爐等）。其中，電阻爐以電力作為能源，具有較高的溫度均勻性和精度；煤氣爐和油爐具有較高的能源利用率；煤爐的控溫精度低、熱效率低、CO2排放大，其使用應(yīng)當(dāng)受到限制。（2）按工作溫度的不同，熱處理加熱爐可分為高溫爐（1000℃以上）、中溫爐（650～1000℃）、低溫爐（650℃以下）。其中，高溫爐應(yīng)設(shè)計(jì)成輻射傳熱型；低溫爐主要依靠對流傳熱，應(yīng)有強(qiáng)烈的氣流循環(huán)。（3）按爐膛形式的不同，熱處理加熱爐可分為箱式爐、井式爐、罩式爐、轉(zhuǎn)底式爐和管式爐等。（4）按工藝用途的不同，熱處理加熱爐可分為退火爐、淬火爐、回火爐、滲碳爐和滲氮爐等。（5）按作業(yè)方式的不同，熱處理加熱爐可分為間歇式、連續(xù)式和脈動式等。（6）按使用介質(zhì)的不同，熱處理加熱爐可分為空氣介質(zhì)爐、火焰爐、可控氣氛爐、鹽浴爐、油浴爐、鉛浴爐、流態(tài)化爐和真空爐等。其中，空氣介質(zhì)爐結(jié)構(gòu)簡單、易氧化脫碳；火焰爐中氣氛主要含有CO2，H2O，N2，以及過量的CO或O2；而可控氣氛爐的氣氛主要有中性氣氛、還原氣氛和含碳?xì)夥盏?。?）按爐型的不同，熱處理加熱爐可分為臺車式爐、升降底式爐、推桿式爐、輸送帶式爐、輥底式爐、振底式爐和步進(jìn)式爐等。熱處理加熱爐主要通過控制溫度、壓力、流量、氣氛等工藝參數(shù)，同時(shí)對傳動機(jī)械、工藝過程、預(yù)測產(chǎn)品質(zhì)量等加以控制達(dá)到所需的性能指標(biāo)?？刂品椒梢允菃渭兊膮?shù)控制、可編程序控制器控制、計(jì)算機(jī)模擬仿真控制等。下面以電阻爐和鹽浴爐為例，說明熱處理加熱爐的工作原理及特點(diǎn)。2熱處理加熱爐的工作原理及特點(diǎn)1）電阻爐電阻爐的工作原理是將電流通過電阻發(fā)熱體后發(fā)出熱能，傳導(dǎo)給工件（或坩堝），使工件升至預(yù)定的溫度，各種以金屬和非金屬電熱元件作供熱體的熱處理爐都屬于此類爐子。熱處理電阻爐的爐型很多，熱處理車間常用的是箱式電阻爐和井式電阻爐兩類。熱處理電阻爐與其他類型的熱處理爐相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，易于操作、成本低、熱效率高等優(yōu)點(diǎn)。它可根據(jù)生產(chǎn)要求形成低溫、中溫和高溫溫度空間，且能獲得較高的溫度均勻性。電阻爐的爐體結(jié)構(gòu)緊湊，便于密封以施行真空熱處理工藝或通入可控氣氛，較易于實(shí)現(xiàn)溫度和工藝過程的自動控制。因此，電阻爐是目前熱處理加熱中使用最為廣泛的一種爐子。通用熱處理電阻爐在我國已有系列產(chǎn)品，其型號采用漢語拼音字母和數(shù)字的組合的方式來表示，具體格式如下。例如，RJ2-65-9井式電阻加熱爐，其額定功率為65kW，最高使用溫度為950℃，有的型號最后還可以加上表示爐子氣氛種類的字母，如Q表示通保護(hù)氣體，D表示可用滴注式保護(hù)氣氛等。電阻爐按爐膛形狀的不同，可分為箱式電阻爐和井式電阻爐。箱式電阻爐按其工作溫度可分為高溫爐、中溫爐和低溫爐，其中以中溫箱式爐應(yīng)用最廣，常用的型號有RX3-45-9，RX3-75-9等。箱式電阻爐由爐門，爐襯、爐殼、電熱元件和爐底等構(gòu)成，其外形如圖5-1所示。箱式電阻爐廣泛用于工件的正火、退火、淬火、回火和滲碳處理。（1）箱式電阻爐

圖5-1RX3型中溫箱式電阻爐

井式電阻爐在熱處理車間應(yīng)用得也比較廣泛，常用的有井式回火爐（見圖5-2）和井式氣體滲碳爐（見圖5-3）。井式爐密封性良好、熱效率高，并且工件進(jìn)出爐方便。為了操作維修時(shí)安全方便，大中型井式電阻爐通常安裝在地坑中，只有上部露在地面上。（2）井式電阻爐圖5-2井式回火爐圖5-3井式氣體滲碳爐井式電阻爐一般適用于需垂直懸掛加熱的較長工件，也普遍用于進(jìn)行氣體滲碳。熱處理生產(chǎn)中，還常用井式電阻爐做單件和小批量工件的正火、退火、淬火和回火處理用。2）鹽浴爐熱處理浴爐是采用液態(tài)的熔鹽或油類作為加熱介質(zhì)，按所用介質(zhì)的不同，可分為鹽浴爐及油浴爐等，其中以鹽浴爐應(yīng)用最為普遍。鹽浴爐適應(yīng)范圍廣，可完成多種熱處理工藝，如淬火、回火、分級淬火、等溫淬火、化學(xué)熱處理、局部加熱淬火或正火等。工件在鹽浴爐中加熱，與電阻爐相比，具有爐體結(jié)構(gòu)簡單、加熱速度快、溫度均勻和不易氧化、脫碳等優(yōu)點(diǎn)。但鹽浴爐有啟動升溫時(shí)間長、熱損失大、原料（鹽）和電力消耗大、勞動條件差等缺點(diǎn)。鹽浴爐按熱源方式的不同，可分為內(nèi)熱式鹽爐和外熱式鹽爐。內(nèi)熱式鹽浴爐是在插入爐膛和埋入爐墻的電極上，通上低壓大電流的交流電，使熔化鹽的電阻發(fā)出熱量來達(dá)到要求的溫度。內(nèi)熱式以電極鹽浴爐應(yīng)用最普遍，如圖5-4所示為內(nèi)熱式電極鹽浴爐外形圖，常用的型號為RYD-100-9A。（1）內(nèi)熱式鹽浴爐圖5-4內(nèi)熱式電極鹽浴爐外熱式鹽浴爐的電熱元件（電阻絲）安裝在金屬坩堝外部，即使坩堝內(nèi)的鹽處于不能導(dǎo)電的凝固狀態(tài)，也可以從外部加熱使其升溫熔化，且不需要變壓器，啟動操作較為方便。外熱式鹽浴爐以坩堝鹽浴爐應(yīng)用最為普遍，常用型號為RYG-20-8等，其外形如圖5-5所示。（2）外熱式鹽浴爐圖5-5外熱式坩堝鹽浴爐5.1.2冷卻設(shè)備冷卻設(shè)備也是熱處理車間的主要設(shè)備。熱處理生產(chǎn)中普遍采用空氣、水及一些物質(zhì)的水溶液、油和鹽浴等作為冷卻介質(zhì)，以獲得所要求的組織與性能，滿足不同的加工要求。根據(jù)工件要求冷卻速度的不同，常采用的冷卻設(shè)備有緩冷設(shè)備、淬火冷卻設(shè)備、淬火校正、淬火成形及冷處理設(shè)備，其中應(yīng)用最普遍的是淬火冷卻設(shè)備，如淬火槽等。緩冷設(shè)備主要應(yīng)用于退火冷卻，也用于正火冷卻和滲碳后預(yù)冷。較常用的緩冷設(shè)備有箱式電阻爐、燃料爐（用于退火）、冷卻室或冷卻坑等。淬火冷卻設(shè)備主要是淬火槽，另外還有用于分級淬火和等溫淬火的中、低溫鹽浴爐及硝鹽槽等。5.1.3測溫設(shè)備時(shí)間和溫度是最主要、最基本的兩個(gè)熱處理工藝參數(shù)，生產(chǎn)中經(jīng)常要對其進(jìn)行測量和控制。時(shí)間的測量比較簡單，目視計(jì)時(shí)可采用鐘表，自動計(jì)時(shí)一般使用時(shí)間繼電器。常用的測溫控溫裝置有熱電偶、光學(xué)高溫計(jì)、電子電位差計(jì)和毫伏計(jì)等。在溫度測量中，熱電偶是應(yīng)用最廣泛的測溫元件。其工作原理是：將兩根材料的金屬導(dǎo)體一端焊牢成工作端，將另一端接上電表形成閉合回路，電表即顯示出電動勢的大小。工作端和自由端的溫差越大，電動勢越大。因此，通過測定熱電動勢的大小就可以確定被測物體的溫度。1熱電偶不同材料制成的熱電偶產(chǎn)生的熱電勢的大小也不同，因此不同熱電偶都各有各自的毫伏與溫度對應(yīng)表。熱電動勢的大小不受熱電極的長短與粗細(xì)的影響，所以當(dāng)熱電偶的材料固定、自由端的溫度固定，熱電動勢的大小與工作端溫度成正比。熱電偶的種類有七種，其分度號為S，R，B，K，E，J，T，我國采用了除R外的另外六種。熱電偶的結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。圖5-6熱電偶結(jié)構(gòu)圖1—熱電極；2—絕緣套管；3—保護(hù)套管；4—接線盤；5—連接導(dǎo)線（補(bǔ)償導(dǎo)線）毫伏計(jì)是測量熱電偶產(chǎn)生的熱電動勢的一種磁電式儀表，其工作原理是：電流通過永久磁鐵中的動線圈時(shí)，線圈產(chǎn)生的磁場和外磁場互相作用使帶有指針的動線圈偏轉(zhuǎn)，線圈內(nèi)電流大則指針偏轉(zhuǎn)也大，根據(jù)毫伏數(shù)與溫度數(shù)的直線關(guān)系，則可在毫伏計(jì)上直接讀出溫度來。2測溫毫伏計(jì)如圖5-7所示為熱處理常見的兩種毫伏計(jì)的外形圖。（a）XCZ-101型指示毫伏計(jì)（b）EFT-100型調(diào)節(jié)式毫伏計(jì)圖5-7毫伏計(jì)的外形示意圖1—溫度指針；2—儀表殼；3—零位調(diào)節(jié)旋鈕；4—刻度盤；5—給定指針調(diào)節(jié)旋鈕；6—給定指針（1）指示毫伏計(jì)，其僅能測量、指示溫度，有XCZ-101，EFZ-110等型號。（2）調(diào)節(jié)式毫伏計(jì)，其既可測量指示溫度，又可調(diào)節(jié)溫度，這是熱處理常用的一種毫伏計(jì)，有XCT-101，EFT-100等型號。注意由于熱電偶種類不同，一種毫伏計(jì)只能匹配一種熱電偶。在毫伏計(jì)的刻度盤的左上角都注明有相配的熱電偶分度號。使用前應(yīng)檢查儀表指針的零位，還應(yīng)注意毫伏計(jì)的正、負(fù)極和熱電偶與儀表接線柱的“+”“-”極性，不可接反。3電子電位差計(jì)電子電位差計(jì)是一種精確、可靠并能夠自動記錄和控制爐溫變化的二次儀表，具有指示溫度、記錄溫度曲線和控制溫度這三個(gè)功能。使用時(shí)，將黑色指針設(shè)定在需要的溫度刻度上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)指針到達(dá)該溫度時(shí)即可自動斷電，以達(dá)到自動控制的目的。其表盤上有同步電機(jī)帶動的記錄紙記錄溫度曲線，記錄紙上用許多同心圓來表示溫度分度，每一大格通常表示1h，根據(jù)記錄墨線所占的格子數(shù)可以判斷加熱時(shí)間的長短。熱處理生產(chǎn)中常用的電子電位差計(jì)是配有原圖記錄機(jī)構(gòu)的XWB型，外形如圖5-8所示。圖5-8XWB型電子電位差計(jì)外形圖1—?dú)んw；2—儀表；3—刻度盤（溫度標(biāo)尺）；4—給定指針；5—記錄指針；6—記錄紙；7—指示指針4光學(xué)高溫計(jì)和輻射高溫計(jì)使用光學(xué)高溫計(jì)（見圖5-9）測量溫度時(shí)，物鏡距離爐子0.7～5m。觀察者從光學(xué)高溫計(jì)目鏡中可以觀察到燈絲的亮度，并將它同爐溫比較，通過調(diào)節(jié)滑線電阻使燈絲亮度與爐溫一致，以分不清燈絲和爐溫亮度時(shí)為準(zhǔn)，即燈絲影像隱滅在被測物體影像中，這時(shí)光學(xué)高溫計(jì)的溫度雖是燈絲的溫度，但也同時(shí)反映了爐子的溫度。在溫度超過1100℃或無法使用熱電偶測量的地方，常采用非接觸式溫度儀表——光學(xué)溫度計(jì)和輻射溫度計(jì)。實(shí)際生產(chǎn)中，也經(jīng)常用它們來校驗(yàn)其他測溫儀表所顯示的爐溫準(zhǔn)確與否。圖5-9WG2型光學(xué)高溫計(jì)1—物鏡；2—滑線電阻盤；3—目鏡；4—溫度顯示表輻射高溫計(jì)是通過被測溫物體輻射出的熱能轉(zhuǎn)換成電動勢來測量其溫度的測溫儀表，常用的有FWT-202型輻射高溫計(jì)。在測溫時(shí)，被測物體輻射出的熱能由輻射高溫計(jì)的物鏡聚集在與輻射高溫計(jì)配套的熱電偶工作端上，然后轉(zhuǎn)換成熱電勢，它的大小是與被測溫度高低相對應(yīng)的，從而可測得被測溫物體的溫度。使用輻射高溫計(jì)時(shí)，輻射鏡離熱源的距離為0.7～1.1m，一般為1m，傾斜角度為30°～60°。物鏡需要經(jīng)常擦拭，否則會影響測溫準(zhǔn)度。注意光學(xué)高溫計(jì)和輻射高溫計(jì)測量鹽浴溫度時(shí)只能測量表面溫度，不能反映爐內(nèi)溫度，這一缺點(diǎn)也是造成工件過熱的原因之一。此外，由于工件擋住輻射鏡致使工件過熱的現(xiàn)象也經(jīng)常發(fā)生，因此操作者要注意檢查輻射鏡的位置。熱處理基本操作與實(shí)例5.25.2.1退火與正火操作1操作步驟1）裝爐前的準(zhǔn)備（1）查對工件名稱、鋼種、技術(shù)要求和數(shù)量。根據(jù)鋼種和技術(shù)要求，確定具體的工藝操作方法。（2）根據(jù)工件的變形度和脫碳要求，確定裝爐方法。對鑄件、鍛件以及退火后有很大切削加工余量的工件，一般可直接裝爐，不采取防止氧化、脫碳等保護(hù)性措施。通常這類工件的變形要求不嚴(yán)格，每米允許彎曲的最大值可達(dá)3～5mm，所以可隨爐散裝堆放。對加工余量很少或只進(jìn)行磨削加工的工件，則需要采取防止氧化、脫碳等措施。一般使用保護(hù)氣氛或真空爐，以保證工件退火后無氧化、脫碳。當(dāng)使用箱式電阻爐和井式電阻爐進(jìn)行退火時(shí)，則需要以填充物保護(hù)密封裝箱。常用的裝箱填充物有以下兩種。鐵屑保護(hù)舊鑄鐵屑60%～70%新鑄鐵屑30%～40%。砂子保護(hù)砂子90%～95%木炭5%～10%。填充物要保持干燥，不要和其他化學(xué)物品相混，最好在專用容器內(nèi)存放。裝箱時(shí)，先在箱底鋪一層20～30mm的填充物，再放進(jìn)工件并加入填充物，工件之間保持5～10mm的間隙，工件距箱壁、箱蓋10～20mm。蓋好箱蓋后用耐火泥或黏土把箱口密封好，耐火泥不能太稀，否則封不住箱，或者高溫時(shí)耐火泥出現(xiàn)裂縫。上述裝箱操作中，由于工件之間和工件與箱壁之間留有一定距離，所以透燒情況較好，加熱均勻。但是其裝爐量不足，生產(chǎn)效率不太高。由于工件與填充物混裝一起，退火完畢每次倒箱時(shí)粉末大，而且要分開工件和填充物比較麻煩。2）裝爐方法（1）檢查爐體各部分是否損壞，其他設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，高溫儀表指示必須正確，工件應(yīng)裝在各種爐型規(guī)定的有效加熱區(qū)內(nèi)。（2）同爐退火的工件，工藝規(guī)范須相同或相近，各種工件有效厚度不能相差太大，工件堆放保持適當(dāng)距離，如果在箱型電爐中退火，離爐底板的距離應(yīng)大于或等于100mm。（3）大型燃料爐退火時(shí)，有效厚度相差不能大于200mm，裝在臺車上要平穩(wěn)，離臺車表面的距離大于200mm，橫向間隔宜大于或等于100mm，以保證爐氣良好的循環(huán)。（4）大件放在底層，小件放在上層，厚壁大件放在近爐門處，上層工件的質(zhì)量不應(yīng)集中在下層易變形部位。（5）力學(xué)性能試棒必須與所代表的工件同爐裝在工件有代表性的部位或工藝卡規(guī)定的地方。（6）凡工藝卡規(guī)定有跟件熱電偶時(shí)，跟件熱電偶的數(shù)量和裝置部位應(yīng)符合工藝卡規(guī)定。在工藝沒有規(guī)定的情況下，應(yīng)裝在有代表性的部位或裝在重要工件上。（7）保護(hù)氣氛加熱爐、熱浴加熱爐、真空爐、連續(xù)作業(yè)爐等其他爐型用于退火作業(yè)時(shí)，其操作技能可參照各廠規(guī)定的專業(yè)操作規(guī)范。3）進(jìn)爐將工件或裝好工件的密封桶用吊車直接吊進(jìn)井式電阻爐內(nèi)。在箱式電阻爐退火時(shí)，是將裝入工件的密封箱用吊車放在平臺車上，再用工具鉤把密封箱推進(jìn)爐膛里。密封箱安放的位置應(yīng)在爐膛的有效加熱區(qū)內(nèi)，進(jìn)出爐時(shí)要注意不要碰壞爐壁。進(jìn)爐的方法通常有以下兩種。（1）冷爐裝料法。冷爐裝料法即爐溫在室溫時(shí)，工件進(jìn)入爐內(nèi)，并隨爐一起升溫、保溫。開始時(shí)爐溫和工件溫度是一樣的，在加熱階段，工件心部溫度總是比表面要低些；在保溫階段，工件內(nèi)外溫度才趨于一致。冷爐裝料法雖能減小工件溫差，但操作很不方便，如第一爐完成加熱后，要等爐子冷下來再裝第二爐，浪費(fèi)了大量的熱能，增加了生產(chǎn)周期，所以大批生產(chǎn)時(shí)一般不用冷爐裝料法。（2）熱爐裝料法。當(dāng)爐溫處在要求的溫度或接近工藝溫度時(shí)，將工件裝進(jìn)爐內(nèi)。由于打開爐門及裝入冷工件會造成爐溫短暫下降，但很快又能升到工藝溫度進(jìn)行保溫。冷工件進(jìn)入熱爐，溫差很大，但因工件從一開始就受到對流和輻射加熱，加熱速度快，升到工藝溫度的時(shí)間短，均熱也快，所以對大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼和合金鋼工件是很適用的，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)率高，適合大批生產(chǎn)。4）關(guān)閉爐門工件進(jìn)入爐后，關(guān)閉爐門。檢查電源開關(guān)和儀表運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，并按工藝規(guī)程調(diào)整好儀表的控溫位置。5）送電升溫按工藝規(guī)程進(jìn)行正常正火或退火，退火周期較長，一般在一個(gè)班內(nèi)不能完成，必須做好交接班工作，直至退火全過程完畢。6）冷卻出爐正火的冷卻操作主要是將工件放在空氣中冷卻直到室溫。一些形狀簡單，技術(shù)要求不高的工件可直接放在地面的鐵板上冷卻。要分散放置，不要堆放。細(xì)長工件，要求變形量小，則不能隨意放在地面上冷卻，必須懸掛在架子上空冷。大工件正火后冷卻可用風(fēng)扇，鼓風(fēng)或噴水霧冷卻，操作中盡量使工件冷卻均勻。退火的冷卻操作較為簡單，隨爐冷至500℃或室溫后出爐。2注意事項(xiàng)（1）正火空冷時(shí)，一般應(yīng)散開冷卻，不要堆放。對要求變形較小的工件應(yīng)懸掛冷卻。當(dāng)風(fēng)冷和噴霧冷卻時(shí)，更要注意冷卻的均勻性，以免影響工件的硬度和組織的不一致。（2）退火裝箱時(shí)，要注意填充物的比例配制和干燥清潔，否則容易引起工件的脫碳或滲碳。裝箱密封用耐火泥調(diào)和要適宜，不要太稀或太稠，以免造成密封不良。正火件的裝爐量一般應(yīng)比退火少些。（3）退火過程中，操作者應(yīng)經(jīng)常檢查控溫儀表和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并通過爐子觀察孔經(jīng)常觀察火色，掌握爐溫實(shí)際情況，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)跑溫和降溫的情況。前面所提到的保溫時(shí)間，不包括裝箱退火，采用裝箱退火時(shí)，加熱時(shí)間應(yīng)根據(jù)箱子大小增加2～3h。（4）燃料爐的加熱時(shí)間一般根據(jù)跟件熱電偶到溫計(jì)算，箱型電爐加熱時(shí)間一般按設(shè)備上的熱電偶到溫起算，所以箱型爐的加熱時(shí)間在工件相同的情況下比燃料爐加熱時(shí)間長。（5）工件出爐后，應(yīng)散放在干燥處冷卻，不得堆積，不能放在潮濕處。3退火和正火的操作實(shí)例沖頭鍛坯退火的具體操作如下。（1）核對工作卡，圖樣和工件，鑒別火花工件名稱：沖頭。鋼種：T8A，為了驗(yàn)證鋼號，避免料錯(cuò)，需進(jìn)行火花鑒別。技術(shù)要求：硬度207HBW。球狀珠光體級別：2級～4級。工件尺寸：如圖5-10所示。圖5-10沖頭鍛坯（2）技術(shù)要求和使用性能該沖頭是冷作模具，工作條件是在一定噸位的沖壓機(jī)上，冷沖硅鋼片的固定孔。因此要求韌性好，能承受沖擊載荷，并要求使用壽命高，耐磨性好。以上性能通過沖頭的淬火—回火處理可以達(dá)到。為了給淬火處理作好組織準(zhǔn)備，沖頭進(jìn)行退火，要求球狀珠光體達(dá)到2級～4級，硬度207HBW，以滿足良好的機(jī)械加工性能。（3）工藝方法和設(shè)備選用此沖頭是經(jīng)過鍛造成形的毛坯，加工余量較大，而且是批量生產(chǎn)，所以采用通用的電阻加熱爐進(jìn)行退火。為了避免高碳鋼在高溫、長時(shí)間加熱時(shí)的脫碳，需裝箱保護(hù)退火。（4）操作①升溫并嚴(yán)格按脫氧操作規(guī)程進(jìn)行脫氧。②測溫。按所測溫度誤差調(diào)整控溫儀表至工藝溫度。③預(yù)熱后進(jìn)入加熱爐加熱。因連續(xù)作業(yè)，加熱時(shí)間和預(yù)熱時(shí)間相同。④出爐。在冷卻架上空冷，不要堆放，冷卻時(shí)用鼓風(fēng)機(jī)或風(fēng)扇吹。⑤清洗。待冷至室溫后，用熱水清洗殘鹽。⑥檢查。退火出箱后，沖頭需作硬度和金相檢查，以達(dá)到技術(shù)要求。5.2.2淬火和回火的操作1加熱操作工件通常經(jīng)過粗加工后進(jìn)行淬火、回火后再精加工，因加工余量較小，所以淬火加熱時(shí)必須考慮工件的氧化、脫碳以及變形。淬火加熱方法根據(jù)各廠產(chǎn)品類型和設(shè)備類型而有所不同，但基本操作相近，下面以通用加熱設(shè)備為例，介紹淬火加熱操作。1）淬火加熱操作（1）箱式和井式電阻爐加熱環(huán)形和扁平類工件可以在箱式電阻爐加熱，而軸類工件一般在井式電阻爐加熱。用電阻爐加熱淬火的工件，常常允許有一定的脫碳層，但加熱時(shí)仍需采取防護(hù)措施，工件表面涂上一層防氧化脫碳涂料，或在10%硝酸酒精溶液中浸泡10～20min，待工件表面涂料干燥后再入爐加熱。根據(jù)生產(chǎn)批量可采用以下兩種加熱方法。冷爐裝料工件要求變形度小，產(chǎn)量少時(shí)采用冷爐裝料，工件隨爐一起升溫。熱爐裝料成批生產(chǎn)，工件數(shù)量大時(shí)，采用熱爐裝料。先把爐溫升至工藝溫度，再裝進(jìn)工件，也可待第一爐工件出爐淬火后隨即裝入第二爐工件加熱。以上兩種加熱方法，工件一般不進(jìn)行預(yù)熱，直接進(jìn)爐加熱。（2）連續(xù)式爐加熱工件品種單一、批量大時(shí)（如軸承產(chǎn)品的淬火），可在連續(xù)式爐加熱。由于爐子有傳送帶或推桿，工件可從入爐口進(jìn)爐連續(xù)加熱，而且爐溫分段控溫。工件加熱時(shí)，先在低溫段預(yù)熱，再在高溫段加熱。①預(yù)熱工件在預(yù)熱爐內(nèi)先進(jìn)行低于相變溫度下預(yù)熱，然后移到加熱爐內(nèi)，按工藝溫度加熱。由于經(jīng)過預(yù)熱的工件內(nèi)外溫差小，減小了變形，并且預(yù)熱后可縮短加熱時(shí)間，提高了生產(chǎn)率。②快速加熱將工件進(jìn)入比工藝溫度高80～120℃的爐中進(jìn)行加熱，使工件快速達(dá)到工藝溫度，大大縮短加熱時(shí)間?？焖偌訜徇m用于形狀簡單，表面要求高硬度的工件。此法操作難度較大，但由于生產(chǎn)率高，仍有實(shí)用意義。快速加熱也可以在箱式電阻爐中進(jìn)行，但因鹽浴爐加熱速度快，操作方便，故常采用鹽浴爐加熱。2）裝爐操作（1）箱式電阻爐的裝爐操作箱式電阻爐的爐門一般都在正面，工件水平方向裝爐，裝爐量大，但工件的進(jìn)出爐和擺放都不方便，一般大工件都采用臺車式電爐。中型工件加熱時(shí)，可以單件裝爐，裝爐中工件可放在墊軌上滑入爐中，加熱時(shí)因?yàn)橄旅嬗锌障?，有利透燒，使工件整體溫度均勻。但要考慮出爐的方便、迅速，工件可用鐵絲綁扎，出爐時(shí)用鐵鉤鉤住鐵絲，可迅速出爐冷卻。小型工件加熱時(shí)，可先裝進(jìn)卡具，卡具上有一掛鉤，裝爐是用鐵鉤將工件連同卡具一起送入爐中，并排列整齊。如果工件大小不同，鋼種相同時(shí)，先將大工件放在里面，小工件放在外面，因?yàn)樾〖訜釙r(shí)間短，應(yīng)先出爐淬火。（2）井式電阻爐的裝爐操作井式電阻爐爐門在上部，適宜用吊車進(jìn)出工件，操作簡便。大型工件可以利用工件孔，或者專做一個(gè)吊掛孔，用掛鉤或鐵絲綁扎，垂直吊掛裝爐；小型工件可排裝在粗鐵絲網(wǎng)格中，然后把網(wǎng)格一層層放在裝爐框架上，再用吊車將裝好工件的框架吊進(jìn)爐內(nèi)加熱。（3）連續(xù)爐的裝爐操作連續(xù)爐的裝爐操作比較簡單，把工件放在前爐門口的裝料臺上，傳送帶或推料裝置將工件連續(xù)送進(jìn)爐內(nèi)加熱，隨著連續(xù)移動加熱完畢，工件被送出另一端爐門進(jìn)入冷卻裝置。（4）鹽浴爐的裝爐操作鹽浴爐的爐膛小，加熱速度快，適合小工件的加熱。由于工件小，所以大多數(shù)以手工操作為主。裝爐方法一般有兩種：一是用卡具，將工件插在卡具孔中，立放，再用鐵鉤掛起卡具進(jìn)爐內(nèi)；另一種是用鐵絲綁扎工件，或用鐵絲將內(nèi)孔工件串起，再用鐵鉤掛起進(jìn)爐加熱。讀一讀在可大批量生產(chǎn)的專業(yè)工廠，用鹽浴爐加熱工件時(shí)，采用機(jī)械化操作，將預(yù)熱爐、加熱爐、冷卻爐連成一生產(chǎn)線，用聯(lián)動機(jī)吊掛工件加熱和冷卻，極大地減輕了操作者的勞動強(qiáng)度。3）回火加熱操作（1）電阻爐回火電阻爐一般用于500～650℃的高溫回火，常用的是低溫井式爐，爐內(nèi)有風(fēng)扇，回火時(shí)爐溫均勻。有時(shí)也用箱式電阻爐或臺車式爐回火，在箱式電阻爐回火時(shí)，大件可散裝在有效加熱區(qū)，小件可放在托盤或料架上加熱，便于進(jìn)出爐。用井式電阻爐回火時(shí)，通常用料筐或回火桶裝料加熱，為使回火加熱時(shí)透燒性好，溫度均勻，料筐及回火桶壁應(yīng)鉆透氣孔。電阻爐回火裝爐操作方法和淬火加熱操作基本相同。（2）鹽浴爐回火鹽浴爐加熱均勻，通常用于低溫及中溫回火，因?yàn)槁然}熔點(diǎn)高，低溫時(shí)要凝固，一般都用硝酸鹽鹽浴爐作回火加熱用。例如，高速鋼刀具的回火就在成分為100%硝酸鉀或硝酸鈉的鹽浴爐中進(jìn)行。由于鹽浴浴面和空氣接觸被氧化，鹽浴老化以及工件的氧化產(chǎn)生氧化皮，所以鹽浴爐爐底會有沉渣，每周必須撈渣一次?；鼗饡r(shí)為避免工件與爐底沉渣接觸，又因爐底溫度偏低，所以鹽浴爐底一般會用鐵架墊高100～200mm。（3）油浴爐回火在80～150℃低溫回火時(shí)，有時(shí)采用汽缸油和錠子油爐加熱，其爐溫均勻，材料成本低。工件尺寸穩(wěn)定化的時(shí)效處理一般用油浴爐。油浴爐回火操作時(shí)需注意安全，油的燃點(diǎn)低，應(yīng)謹(jǐn)慎操作，防止起火。2冷卻操作只要在冷卻方法、冷卻介質(zhì)上加以變化，就能使鋼的性能發(fā)生改變，這是熱處理操作者必須掌握又最難掌握的操作技能。1）淬火冷卻操作淬火加熱后的冷卻主要是獲得高硬度、高強(qiáng)度的馬氏體組織，所以要求冷卻速度比較快。一般的鋼種空冷速度是得不到馬氏體組織的，而液體的冷卻速度要快得多。各種液體之間的冷卻能力也有很大差別，并且各有特點(diǎn)。根據(jù)工件的鋼種、形狀以及性能要求選定冷卻工藝的操作技能極其重要。（1）冷卻介質(zhì)的選用一些形狀比較簡單，或者截面較大的工件，其材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼（如45鋼、40Cr等），淬火后要求中、高硬度，這類工件通常采用水作為冷卻介質(zhì)，并可在水中加入一定比例的可溶性物質(zhì)，改變冷卻特性。中、小型工件，所用材料為含碳量稍高的碳素鋼或者中合金鋼（如T7，T8，T12，9SiCr，GCr15等），要求中、高硬度時(shí)選用油作冷卻介質(zhì)。由于油的冷卻速度比水低，所以常采用“水淬油冷”的雙液淬火。氯化鹽浴是理想的等溫冷卻和分級冷卻介質(zhì)，當(dāng)工件從加熱爐中取出時(shí)，立即放入580～620℃的鹽浴中冷卻，在短時(shí)間內(nèi)即可達(dá)到等溫效果。分級冷卻后取出空冷，可減小工件的變形，避免大件的開裂。硝酸鹽浴既可作為回火加熱介質(zhì)，又可作為分級和等溫冷卻的介質(zhì)，其應(yīng)用范圍很廣。冷卻介質(zhì)應(yīng)保持干凈，避免臟物進(jìn)入，更換溶液時(shí)應(yīng)清洗槽壁，不使用介質(zhì)時(shí)應(yīng)加蓋。冷卻介質(zhì)的溶液成分應(yīng)定期化驗(yàn)，根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果調(diào)整成分，變質(zhì)溶液應(yīng)及時(shí)更換。冷卻介質(zhì)的溫度應(yīng)隨時(shí)測量，防止溫度過高或過低。硝酸鹽浴槽必須定期過濾。按硝酸鹽比例添加新鹽，以免鹽浴老化影響冷卻能力。冷卻介質(zhì)的運(yùn)動，對提高冷卻能力具有重要的意義。工件在冷卻介質(zhì)中竄動得愈好，則淬火效果愈好。為了改善操作者勞動強(qiáng)度，可以攪動冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)的運(yùn)動，可以極大提高冷卻能力。在強(qiáng)力攪拌的情況下，較弱的冷卻介質(zhì)，也能獲得滿意的淬火效果。熱處理過程中工件出現(xiàn)的質(zhì)量問題，雖然也有原材料因素，或有設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑?，但主要還是由于淬火時(shí)不正確的操作，造成工件的質(zhì)量問題。為了減少畸變、防止開裂，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。①工件從爐中取出時(shí)，必須防止擺動及相互碰撞。②細(xì)長圓筒形或薄壁圓環(huán)形工件應(yīng)軸向垂直入淬火槽，并在冷氣劑中上下竄動。③圓盤形工件入淬火槽時(shí)，其軸向應(yīng)平行于液面。④厚薄不均勻的工件，先使較厚部分入槽。⑤有凹面及不通孔的工件入槽時(shí)，應(yīng)使凹面或孔的開口朝上。⑥長方形帶通孔的工件，應(yīng)垂直斜向入槽。薄片及薄刃件，應(yīng)垂直迅速入槽。⑦帶單面長槽的工件，應(yīng)槽口朝上，一端傾斜45°，淬入淬火介質(zhì)中。長板類工件，宜橫向側(cè)面淬入淬火介質(zhì)中。⑧入槽后工件適當(dāng)上下竄動，以加強(qiáng)介質(zhì)對流，促進(jìn)冷卻。⑨在真空爐淬火的工件，應(yīng)待工件冷卻后方可出爐，以免工件變色。⑩工件淬火后應(yīng)及時(shí)施行回火，高合金鋼和大件淬、回火間隔時(shí)間不能超過2h。在空氣爐或煤氣爐中退火或正火加熱的工件，出爐后應(yīng)及時(shí)去除氧化皮及涂料，再淬火冷卻。（2）冷卻操作正確的冷卻操作可以保證工件淬火的質(zhì)量，減少或防止冷卻缺陷的產(chǎn)生，其操作要領(lǐng)如下。①工件從加熱爐中取出進(jìn)入冷卻介質(zhì)中冷卻，要求操作動作熟練，迅速穩(wěn)妥，工件進(jìn)冷卻介質(zhì)前要注意兩個(gè)操作動作要點(diǎn)。在空氣爐中加熱的工件，表面有一層防氧化的涂料，未涂料的工件表面會產(chǎn)生一層氧化皮，淬火時(shí)先要抖掉表面層的涂料或氧化皮，然后進(jìn)入冷卻介質(zhì)中，這個(gè)操作動作要輕、快，才能使工件淬火后不發(fā)生軟點(diǎn)或硬度不足現(xiàn)象。在鹽浴爐加熱的工件，出爐時(shí)卡具或工件表面有熔鹽附著，當(dāng)出爐動作緩慢，工件帶著鹽浴進(jìn)入冷卻介質(zhì)，鹽浴凝附在工件表面，影響工件的冷卻能力，所以出爐時(shí)要甩掉工件上的鹽浴，這個(gè)操作動作一定要求輕、快。②厚薄不均勻的工件，或要求變形小的工件，可采用預(yù)冷法，使薄壁處或整個(gè)工件變成暗紅時(shí)進(jìn)入水中。③內(nèi)孔、凹腔要求硬度高的工件，可用噴射淬火法。④小型簡單工件如螺母、小尺寸的量規(guī)等，可用勺子在鹽浴爐中堆裝加熱，冷卻時(shí)在冷卻槽的中下部放一錐體，尖向上，將工件逐漸倒入冷卻液中，并沿錐面分散。也可在介質(zhì)中放一個(gè)鐵絲網(wǎng)，冷卻時(shí)，工件撤進(jìn)網(wǎng)中，另一操作者用鐵勺進(jìn)行攪動。⑤極薄的片狀工件，可用銅板或鐵板代替冷卻介質(zhì)，冷卻時(shí)將薄片工件夾在兩板之間，熱量傳到鐵板上，達(dá)到淬火目的，可減少變形。2）回火冷卻操作一般情況下，工件回火多數(shù)采用空氣冷卻，因?yàn)榛鼗鸷罂绽鋵ぜ阅苡绊懖淮?，但要注意形狀?fù)雜的工模具在冷至室溫前不允許水冷，以防止開裂。而一些鉻鎳、鉻錳合金結(jié)構(gòu)鋼，在450～560℃高溫回火時(shí)要產(chǎn)生回火脆性，所以這些鋼種的工件回火加熱后要在水或油中以較快速度冷卻，冷卻后再進(jìn)行一次低溫補(bǔ)充回火，以消除快冷所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。高速鋼工件通常采用560℃三次回火，當(dāng)上一次回火后在空氣中冷卻時(shí)，必須注意一定要冷至室溫再進(jìn)行下一次回火，這樣才能使奧氏體充分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使其硬化達(dá)到最佳程度，并使回火充分。3）淬火與回火操作實(shí)例直柄鉆頭淬火—回火的具體操作如下。工件尺寸：如圖5-11所示。材料：W6Mo5Cr4V2。技術(shù)要求：晶粒度10號～11號。硬度：柄部硬度為35～50HRC；刃部硬度為63～66HRC。不直度：徑向跳動0.24mm。圖5-11直柄鉆頭（1）技術(shù)要求鉆頭是切削刀具之一，其刃部要求高硬度，才能對各種材料進(jìn)行鉆孔，并要求高強(qiáng)度、高耐磨性。通常鉆頭都用高速鋼制造，由于合金元素多，所以紅硬性高，能進(jìn)行高速切削。鉆頭柄部作定位和被夾持用，硬度不必過高。硬度太高，對校正鉆頭變形不利，而且打不上標(biāo)記，所以柄部為中硬度。鉆頭加熱表面不允許脫碳，若表面脫碳后，淬火硬度不足，影響切削性能。（2）設(shè)備選用高速鋼刀具熱處理通常都選用鹽浴爐加熱，由于合金元素多，導(dǎo)熱性差，一般都要進(jìn)行二次預(yù)熱再加熱，冷卻采用低溫混合氯化鹽浴爐分級冷卻，回火采用硝鹽浴爐。（3）生產(chǎn)準(zhǔn)備①準(zhǔn)備工作。綁扎好零件，檢查爐溫儀表，對高溫鹽浴爐必須嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行脫氧。②鉆頭有專用卡具裝卡加熱。（4）工藝規(guī)范①淬火。預(yù)熱：第一次，650～700℃，160s；第二次，800～850℃，160s。加熱：1220～1230℃，160s，裝量98件。冷卻：580～620℃，160s后空冷至室溫。②清洗。熱水洗。③回火。550～560℃，2h，回火三次。④檢查。洛氏硬度計(jì)檢查硬度。⑤噴砂。⑥冷校直。⑦檢查。V形鐵及百分表檢查徑向跳動。（5）操作注意事項(xiàng)①裝卡后工件必須烘干，以免進(jìn)鹽浴爐時(shí)濺射傷人。②柄部硬度可以在淬火—回火后采用高頻淬柄，以達(dá)到技術(shù)要求，但大量生產(chǎn)時(shí)通常采用加熱方法來控制柄部硬度，可節(jié)省工序周轉(zhuǎn)時(shí)間和節(jié)約能源。其方法為：將裝好卡的鉆頭在第一、二次預(yù)熱時(shí)，鉆頭連同卡具一并埋入鹽浴內(nèi)加熱，進(jìn)入高溫加熱爐時(shí)，使鉆頭柄部露出鹽面，只加熱刃部。鉆頭露出鹽面，正好在鉆頭溝槽處，即卡具的下層板剛好在鹽面上。這是利用預(yù)熱溫度以及高溫加熱時(shí)的熱傳導(dǎo)使柄部進(jìn)行不完全淬火，達(dá)到柄部要求的硬度。③分級冷卻的鹽浴溫度不得超過650℃，鉆頭分級冷卻的溫度過高、時(shí)間過長將使高速鋼中合金碳化物析出，影響鉆頭硬度和使用壽命。為保證冷卻溫度在工藝規(guī)定范圍，必須經(jīng)常調(diào)整鹽浴成分。④淬火后應(yīng)及時(shí)回火，若停留時(shí)間過長，會使奧氏體穩(wěn)定化，從而影響刀具硬度和使用壽命。三次回火過程中，每次回火后必須冷至室溫再進(jìn)行下一次的回火，使組織轉(zhuǎn)變充分。⑤操作過程要經(jīng)常檢查高溫爐輻射鏡是否被遮擋以及儀表運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，避免造成工件過熱。熱處理技術(shù)條件及工序位置5.35.3.1常見的熱處理缺陷及防止1氧化和脫碳零件加熱時(shí)，如果周圍介質(zhì)中存在有氧化性氣氛（如空氣中的O2，CO2，H2O等），或氧化性物質(zhì)，則表面的鐵和碳在高溫下就會氧化。鋼被氧化的結(jié)果，不僅使材料被燒損，表面粗糙，而且氧化皮還影響零件的力學(xué)性能、耐腐蝕性能和切削性能。脫碳是指工件表層的碳被氧化燒損而使工件表層碳含量下降的現(xiàn)象。脫碳降低了工件的表面硬度和耐磨性。提示在實(shí)際生產(chǎn)中，零件的氧化和脫碳經(jīng)常是同時(shí)出現(xiàn)的。對于表面質(zhì)量要求較高的精密零件或特殊金屬材料制造的零件，在熱處理過程中應(yīng)采取真空或保護(hù)氣氛加熱來避免氧化和脫碳。2過熱和過燒由于加熱溫度過高或保溫時(shí)間過長引起晶粒粗化的現(xiàn)象稱為過熱。一般采用正火來消除過熱缺陷。過燒是指由于加熱溫度過高，致使分布在晶界上的低熔點(diǎn)共晶體或化合物被熔化或氧化的現(xiàn)象。過燒一旦產(chǎn)生是無法挽救的，是不允許存在的缺陷。3變形和開裂工件淬火后出現(xiàn)形變現(xiàn)象是必然的結(jié)果，因?yàn)樵诖慊鹄鋮s過程中，必將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。此內(nèi)應(yīng)力又可分為熱應(yīng)力和相變應(yīng)力兩部分。工件在加熱（或冷卻）時(shí)，由于部位不同存在著溫度差而導(dǎo)致熱脹（或冷縮）不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。鋼中奧氏體比容最小，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌鞣N組織時(shí)比容都會增大，使鋼的體積膨脹，其中尤以發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的體積效應(yīng)更為明顯。熱處理過程中各部位冷速的差異使工件各部位相轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性所引起的應(yīng)力稱為相變應(yīng)力（組織應(yīng)力）。淬火冷卻時(shí)，工件中的內(nèi)應(yīng)力可能導(dǎo)致形狀和尺寸發(fā)生變化，局部產(chǎn)生塑性變形，如果殘余應(yīng)力超過了工件的破壞強(qiáng)度，則工件發(fā)生開裂。1）產(chǎn)生原因2）減小變形和開裂的措施（1）合理選擇鋼材與正確設(shè)計(jì)零件對于形狀復(fù)雜、各部位截面尺寸相差較大而又要求變形極小的工件，應(yīng)選用淬透性較好的合金鋼，以便能在緩和的淬火介質(zhì)中冷卻。零件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減小截面尺寸的差異，避免薄片和尖角。必要的截面變化應(yīng)平滑過渡，形狀盡可能對稱，有時(shí)可適當(dāng)增加工藝孔。（2）正確鍛造和進(jìn)行預(yù)備熱處理對高合金工具鋼，鍛造工藝十分重要，鍛造時(shí)必須盡可能改善碳化物分布，使之達(dá)到規(guī)定的級別。高碳鋼球化退火有助于減小淬火變形，采用去應(yīng)力退火，去除機(jī)械加工造成的內(nèi)應(yīng)力，也可減小淬火變形。（3）采用合理的熱處理工藝為了減小淬火變形，可適當(dāng)降低淬火溫度。對于形狀復(fù)雜或用高合金鋼制造的工件，應(yīng)采用一次或多次預(yù)熱。預(yù)冷淬火、分級淬火和等溫淬火都可以減小工件的變形。5.3.2熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注設(shè)計(jì)圖樣上的熱處理技術(shù)標(biāo)注有熱處理工藝名稱、硬化層深度、硬度等。在標(biāo)注硬度時(shí)允許有一個(gè)波動范圍，一般布氏硬度波動范圍在30～40個(gè)單位；洛