从设计的角度了解热处理 R5 Q' Z# @+ A3 P+ o/ ^; H
& |, z, Z( s- g; R5 Y: k材料工艺-1 4 k. J! T7 Y, y1 X$ T
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 5 r) c8 p: o2 Y4 O" B% |
' K5 [4 G, O/ U7 d8 t一、退火
7 M+ V" e) X J. N3 E0 F工艺:将钢加热至适当温度——保温——炉冷+ t# G8 }( x9 E2 r9 H4 l% l# c. P& U
目的:
3 m& H1 T. s1 \6 G# x6 \ _& k- 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
D* ?* _& m6 |+ c3 U 二、正火
( y; I+ u ^/ D" A0 |% c) l% \! B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。
5 n& G* \( F8 K# e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。
6 p' M' l9 W) u8 |2 Z三、淬火
. {0 n; f5 k; L7 t& }工艺:将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却" \1 K$ E5 _/ k
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, V* B- ^9 g* b- |: \
四、回火* S0 `# d0 i, ]4 C
工艺:工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷+ S% |# Y7 t+ m9 r9 \( h9 L( D
目的:5 J! M' U( y+ d7 j) `: y% H" `1 U
- 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6 U: @2 ~) z& e6 b6 g4 W5 k5 ?
五、调质8 x8 c t+ r2 [ d
工艺:调质=淬火+高温回火: q3 e6 f3 }4 L$ J' u0 U. L& T
目的:调节材料高强度和高韧性,获得综合性能好的零件
6 a- X* l6 u6 j% F; m1 P& D* i* a六、表面渗碳/渗氮/氰化7 ]" s% @2 S$ u d4 o- {
工艺:将工件加热——在零件表面渗入相应的原子
( K- Z% _& Z# ^/ L目的:获得表面硬度高,芯部韧性好的零件
" |) H. v B" Y5 n' h三者区别:4 a# o1 ?$ t: t
) k3 \. i7 I4 g( A7 ?8 S; {* b
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。
6 @- I3 o9 O! s% n, x6 o七、发黑(发蓝)
- k6 [+ L6 S- R1 c+ i8 T* L3 K5 e工艺:加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜6 E2 `& k* [! \- B
目的:表面防腐蚀,防锈& q/ o) R6 g) a- e$ a. v% w
八、固溶处理
3 J7 L8 H2 x4 l' \( n1 J工艺:将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却
, c, Y, O- {, L4 J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。1 L5 \4 u, g( p! e
通俗讲法:冰糖+米+水,不蒸煮,米和冰糖不溶,蒸煮后得到甜粥
4 `, _( v. @1 r- \; U: O5 U6 A目的:改善钢和合金钢的塑性,韧性: x% h5 h4 ?. c, J W
九、时效处理( [, }1 N. s$ d* F
1.人工时效
: S, j0 o7 U3 G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。
$ f& N( P5 A! ?) v s* J目的:稳定精密制件的尺寸,消除残余应力% D( C- x% a% |4 l0 ~) i
2.自然时效: K2 Z$ j% [* A' j( e
工艺:工件在室温条件长时间放置( k; s6 ]6 P" ~2 F0 _! l
目的:释放残余应力,改善机械性能,稳定尺寸
0 \1 H" B6 J8 E. x1 `# @2弄清退火,正火和回火
" q) z0 a8 {' y# Q1 @' D' j, B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:
4 J. F/ Y2 `3 e j) H1 C- 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 f. j6 o6 F9 E/ j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% i0 D- e" r* L" f6 g
3如何选择热处理硬度 : C5 I# ~% ]5 V, ^+ w8 `6 \9 }
- 根据载荷种类考虑6 b! V, C) c% X2 W0 V6 M
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
& x( G$ Y9 Q- W6 S3 [9 W& }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3 G8 |5 y4 f/ l/ S
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) | / ~& {; Q, J6 E* \3 i+ ~6 _+ r! c
4常用材质热处理
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g$ d1 B- Y7 T) C( P# i" n4 V: \. E8 s5热处理标注方式参考 8 [+ A0 i; \: h2 b1 I
- 要求硬度检测的标法* a& ^. V1 x g0 [7 a
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![]() - 局部热处理标注& x" `- j) A6 T2 Z
![]() 4 c1 ~3 ?2 y7 E0 C; q6 e$ _! c
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0 \* d. ?9 n H' e3.表面处理的标法4 |/ h$ o: ~( C3 v
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4.渗碳/渗氮/氰化
4 }3 _9 Y9 w2 F; D7 F) j![]()
8 y" T' _: o" G9 t/ [0 ?) b # t5 U9 J" ]' t- v1 p
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5.技术要求写法参考
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0 q: R" }1 A0 h9 z# T 4 t a$ L) f0 \" z; T6 S
6.整张图纸参考4 A; ]3 {6 u* d0 S
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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。 a$ t3 M9 j* T
说明
7 ?! j: [" U+ ?0 d5 H3 }$ N; [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。 & Y/ K7 g: x7 l u/ N' ^
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