专为机械工程师编写的热处理知识

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从设计的角度了解热处理

      
  

材料工艺-1

, e( |! o. O' |4 F4 M% G8 g& y' B

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。

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了解各项热处理的

' r$ P- r8 F: m% N6 ~
" b/ ?8 a* e6 x8 \1 b9 x一、退火
工艺：将钢加热至适当温度——保温——炉冷
- \2 ]) A8 @& v1 `, g8 }目的：

• 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
  $ S# I9 ]3 R  P1 e

二、正火
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。
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。
( b1 F" s4 @0 {: z0 g% y三、淬火
0 `4 H! I$ r5 p# x& E: b) W( W工艺：将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却
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
四、回火
工艺：工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷
9 p" @- }/ d, R/ l$ ~5 A9 B+ u目的：

• 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
  

五、调质
工艺：调质=淬火+高温回火
目的：调节材料高强度和高韧性，获得综合性能好的零件
( [+ T1 U* S; I" P9 O+ f& ?! n& H六、表面渗碳/渗氮/氰化
. b6 k7 P2 c: H+ l' X' u工艺：将工件加热——在零件表面渗入相应的原子
目的：获得表面硬度高，芯部韧性好的零件
. i4 g0 k; v6 S# R% [- T! k( X三者区别：
+ Z6 `! e3 y0 T; J/ F
8 R0 }- k. x* c) u1 ^# @: q4 _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。
七、发黑（发蓝）
) W6 V* a, Z6 Y8 [) \! T工艺：加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜
* u* N/ T9 Q+ |$ f, q1 i) B3 i目的：表面防腐蚀，防锈
+ [% r$ M. j1 u' V8 y, {8 v" U八、固溶处理
( o" s4 W4 Q' T' |1 `/ h工艺：将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却
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。
' \8 Y# w: k! P" G9 M( ~+ Y2 n通俗讲法：冰糖+米+水，不蒸煮，米和冰糖不溶，蒸煮后得到甜粥
" i  _  f# n/ }% ~9 e, i目的：改善钢和合金钢的塑性，韧性
" }9 C$ a4 h% ?/ J; ~2 h* V九、时效处理
( N* N6 S- P# Z5 S5 Q1.人工时效
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。
5 W: r: [4 r4 Q  |: a目的：稳定精密制件的尺寸，消除残余应力
# }8 Y/ D8 e6 f9 _2.自然时效
0 T+ V4 ?/ {5 [. J( m  Z工艺：工件在室温条件长时间放置
, O5 D% f& D' p: Z8 _6 P目的：释放残余应力，改善机械性能，稳定尺寸
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弄清退火，正火和回火

7 j6 \/ M4 e* |4 M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：
) K% ]0 ?# h. h+ g1 P

• 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。
  0 V2 \/ T( K, g/ ]

  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
  5 n. z( v* p: I* `# I* M

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如何选择热处理硬度

$ ~8 V" c* C9 X0 c! c9 k* d$ L. L4 F

• 根据载荷种类考虑
  / S, y2 K8 T* h  {

  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
  

  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
  

  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)

  
  : e: K- i9 y2 l; ]# h

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常用材质热处理

, G/ \% M' S! ?5 m: b8 i
/ A+ K& T6 [: k1 W1 w  O3 F

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热处理标注方式参考

( r; \2 A; t/ b$ v, ^" W8 E

• 要求硬度检测的标法
  5 |3 v3 T- h' R2 F: w3 D1 @
    w( Q' u+ B' H1 w5 x
• 局部热处理标注
  / W7 k9 v& d4 `9 @7 y1 b# `, S

+ T( G. v$ K/ o8 h
+ @( t( u5 r, b: L& X; N) m- |3.表面处理的标法

$ m4 M; y, O6 I* `6 N* r/ {4.渗碳/渗氮/氰化
. V2 Y# i8 m3 c1 _0 f
4 B) g2 T' ~6 ?' G3 Q

3 F: J) F7 _0 M9 g! m$ u' V* C* n5.技术要求写法参考
9 }6 C$ D' Y3 s$ @' u% W7 r8 r3 S
: V! {# @+ |. W- ]4 |
5 N- ^0 K. [8 @# N6 S6.整张图纸参考


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。
* z- }3 t/ C$ x* P/ ^2 T说明

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。

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* C+ _6 t) C' I" i% Q

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" Q1 L+ I- b& C' z& s4 U0 _7 y

刘永青87

昨天晚上在今日头条里看到这文章，说得很好，看完并收藏。

金胖子

学习了

机器人99

学习了 谢谢楼主分享！

冷月梧桐

这个好的东西，居然没有下载，不科学呀

书中日月长

收藏了，谢谢分享

梦寒

好。

空白格007

感谢，已经收藏

SKSYJ

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