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从设计的角度了解热处理
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" u# O" t7 ~" e* Y0 ?材料工艺-1 : p; \8 e* r* Y" I
前 言 热处理是将金属材料放入特定的介质中加热，保温和冷却，来改变材料表面或内部的金相组织结构，来得到我们需要的材质特性。这是一门很深的学问，深究起来一本厚厚的书都写不全。落水三千，只取一瓢自己需要的，吃透了即可。作为机械工程师，我们只需要着重关注一些设计常用材料热处理知识就够了。 1了解各项热处理的 6 Z% K, w2 X I2 Z6 ?8 u2 e
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一、退火
3 E5 q& L/ ` J% U工艺：将钢加热至适当温度——保温——炉冷
, c8 @" J+ q3 H" c/ C3 L1 Q( y目的：$ a3 T M; f- }) x7 Z: O3 }
- 降低硬度，提高塑性，为切削加工做准备
- 消除内应力
- 细化晶体，为后续热处理做准备& | ^! g" k. _9 A/ t
二、正火
8 p/ S; @3 P2 U' n5 |& x工艺：将工件加热至Ac3以上30-50度——保温——取出空冷/喷水/吹风冷却。' [ R( K& Y; Y8 l
目的：使晶粒细化和碳化物分布均匀化。功能和退火有点类似，但还是有区别，后文会给出对比。
5 ^ Z5 a/ {4 @% @三、淬火
! h( e& m5 _* F7 r, b- r工艺：将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却8 z! L b3 f& D% z$ P
目的：提高钢的强度，硬度，耐磨性，韧性，疲劳强度甚至铁磁性，耐腐蚀性
- l" C2 k C: G四、回火7 Y* c8 f0 v9 y- }
工艺：工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷6 { T$ \- W# |: \( b3 j
目的：
# A" K+ a5 m2 q; V2 g- 清除淬火产生的应力
- 改善零件综合性能，调整工件的强度，硬度，塑性和韧性
- 稳定尺寸，保证精度
2 {9 B; l$ Y7 g
五、调质& _5 J/ ]6 t J! u" n* O4 t
工艺：调质=淬火+高温回火
5 q& K1 e; _# c) h! C目的：调节材料高强度和高韧性，获得综合性能好的零件
1 g6 q. n, v2 g- D六、表面渗碳/渗氮/氰化% h% Q* B( c1 h- P
工艺：将工件加热——在零件表面渗入相应的原子8 c' n2 O6 h. x% E' z1 G
目的：获得表面硬度高，芯部韧性好的零件
: o j3 J6 w K, g' w, c( I三者区别：5 D) ]; ^* K# H6 U7 j
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2 L6 T8 W: A3 K& S综合来看：渗碳和渗氮是各有特色，氰化相当于综合了二者的优点，缺点是渗层较薄，易产生黑色组织。1 x4 a$ n2 q( m
七、发黑（发蓝）
* ?7 I8 F; R$ w6 [工艺：加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜* h7 @: h0 ~8 X8 e0 U
目的：表面防腐蚀，防锈
- X- e$ m8 X; Q' M& Z八、固溶处理
- w7 _* }3 H2 V3 U; a工艺：将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却
' _8 R5 C4 I2 e% i7 I' I此工艺有点像淬火，但是加热的温度不一样，得到的效果不一样。' y/ s% _. L" u) C- m
通俗讲法：冰糖+米+水，不蒸煮，米和冰糖不溶，蒸煮后得到甜粥, e5 _4 H4 D: m# d
目的：改善钢和合金钢的塑性，韧性
. F0 n y. s2 J+ O九、时效处理0 `- {9 x3 V6 A) y( W
1.人工时效
5 W$ }. a0 A+ o1 B工艺：低温回火后，精加工前——加热材料至100-150度——保温5-20小时。
2 n2 {% ]2 d3 {) p. w8 F* p目的：稳定精密制件的尺寸，消除残余应力
6 _7 i9 Z$ {. T4 l2.自然时效
- l1 I" r5 F/ E+ @" `( W9 l3 y8 g工艺：工件在室温条件长时间放置
& s3 ?5 |0 J C9 ^' n( ^" o# c' [7 E. K目的：释放残余应力，改善机械性能，稳定尺寸6 o& A; Q k( y, V8 U7 a
2弄清退火，正火和回火 $ N T: l+ l/ E! k* l7 T: p
四把火中，淬火没的说，功能独一无二，最容易理解，但另外三把火看起来都差别不大，都是改善材质性能的作用，很容易搞混，简单区分如下：
- Z% ^9 q. ~' U6 S+ f- 退火，正火一般发生在切削和淬火前，但是对于性能要求不高的工件也可代替回火，作为最终热处理。
- 退火，正火在同样能达到要求的时候优先选择正火，因为正火成本低却效率高。
, H; M/ s" r G! q& ]| 情况 | 预处理 | 原因 | | 低中碳钢（含碳量<0.45%） | 正火 | 二者都能达到要求，选正火 | | 高碳钢，合金钢 | 退火 | 若此处用正火，硬度太高，不利于切削 | | 形状复杂，尺寸大 | 退火 | 退火温柔，不易变形，开裂 | | 一般工件 | 正火 | 这一项是与第三项对比形成的 |
- 淬火后的加工件是不能直接使用的，脆性太大，易断，所以一般都会进行回火，或者如第一点说的正火或退火1 i% r/ `! Z( |
3如何选择热处理硬度
- ]% N' S! F3 B- 根据载荷种类考虑
6 j* i' O; n1 v6 c| 承受均匀静载荷（工件无应力集中缺口） | 硬度越高，强度越高，可根据载荷大小，选择较高的硬度或与强度相适应的硬度(缺口一般是指槽、沟或断面变化很大) | | 承受均匀静载荷（工件有应力集中缺口） | 需要较高的塑性，使其在承载情况下，应力分布趋于均匀，减少应力集中现象，只能具有适当的硬度。如工作情况下不允许降低硬度，则可用滚压等表面强化处理，改善应力分布 | | 承受冲击、疲劳应力的零件 | 1.冲击不大时，一般可用中碳钢全部淬硬 | 2.冲击力较大，一般用中碳钢全部淬硬，或表面淬硬； | 3.冲击力和疲劳应力都大时，一般是表面淬硬 |
- 根据速度和精度考虑
; Z' U& D8 S2 l! S. p2 W6 r( D7 y2 ^# X5 {| 高速或高精度 | 一般要求硬度50～62HRC，但如果轴径太大，虽然转速很高(3000r/min)，这个不可能淬到很高的硬度(一般只能达220HB左右)，便不能一律要求高速度高硬度，而要通过降低配合件的硬度和其他措施来处理 | | 中速 | 一般采用中硬度40～45HRC | | 低速 | 一般采用低硬度，正火或调质硬度220～260HB |
- 若俩零件摩擦，二者硬度应该有差，一硬一软，更耐磨# f2 Z% o" H* k* s0 n4 P, e& j
| 举例一：传动齿轮 | 小齿轮齿面硬度一般比大齿轮齿面硬度高25～40HB | | 举例二：螺母与螺栓 | 螺母材料比螺栓低一级，硬度低20～40HB(可以避免咬死和减少磨损) |
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4常用材质热处理
# C, K4 L& ~" G![]()
2 N/ j7 \6 S4 P/ U![]()
3 T- ~6 v) j& ?5 R![]() : m, e3 H& z, }4 }" C
5热处理标注方式参考
* N1 \6 q0 ^6 l2 s' t2 j( T" z- 要求硬度检测的标法
- { Y* w" t5 |1 p5 r![]() 1 f! {* F0 z' [" y/ U |
![]() - 局部热处理标注: S( h2 l) O; S6 w2 K6 k% g# v3 V3 Z
![]() ![]() 1 n) x8 N# {0 q& s* r8 y$ Y
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- v$ `4 u* e. E6 n* [5 W) p" x- E3.表面处理的标法
! h$ U2 O! t9 z I9 P- c* a0 w![]()
2 N2 f7 q3 O: u8 z* e2 k; P4.渗碳/渗氮/氰化; z" L' s2 V% B0 `6 q* Z" F7 h9 O: D
![]() 4 M' @% e5 q; q4 q4 M; o7 C$ f1 x
![]() ; m( T6 [) L3 F+ q* d6 {; Z
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1 a2 ]0 r* ^' A5.技术要求写法参考2 Q( f( [8 c4 M( l* u
9 H* d; [2 r+ l% V6 T![]()
2 M/ k! l: g( [+ G6.整张图纸参考
; ~& `4 `: w" |7 X![]()
; r& J$ _6 s/ e3 \![]() $ H ]& R+ @7 Z5 C; R2 E( z7 @9 C
上图俩份图纸来源网络，主要用来参考热处理的标注，其实并不完整，请勿计较。1 P. {% P* _2 r! \% b
说明4 u+ i% w; A+ i1 K
说明：本篇热处理是网友巴黎铁塔急切想了解的，所以提前更新一篇工艺类文章。若各位朋友还有什么需要提前看到的内容，可以给我留言，我会安排尽快更新相应的文章。 5 B: r# _2 F7 j$ D4 A: b: Y' W
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9 k8 W r i- F( o" n& v8 f" O- H
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# W0 f+ X" _& X- U4 C
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发表于 2017-5-28 22:53:59
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