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

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

: Z/ R/ V1 M2 v
一、退火
工艺：将钢加热至适当温度——保温——炉冷
& ^. w6 f5 N' c3 q" k' O目的：
" W8 v5 {( y& P6 G) Q; Z

• 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
  , ?9 w/ ^6 i1 S( T% H+ A h

二、正火
' k9 S& d( S& i5 |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。
三、淬火
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
$ c( E* @% |8 ?" |工艺：工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷
, m' ]8 }: v4 p+ l) ~! {7 W# `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
) S0 I7 J3 r; ]( j. Q目的：调节材料高强度和高韧性，获得综合性能好的零件
. t. t) Y g4 b( ]. k6 ^) M六、表面渗碳/渗氮/氰化
8 J. p* ?3 R5 t2 a E* l工艺：将工件加热——在零件表面渗入相应的原子
, ~2 ~1 ?7 |6 Y: f目的：获得表面硬度高，芯部韧性好的零件
三者区别：
8 U5 }4 |) V7 K8 F4 s% W5 r) x
1 C D# T+ L8 F7 y0 ~. x* ]% E8 E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）
工艺：加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜
% a% H' k4 n, K目的：表面防腐蚀，防锈
八、固溶处理
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。
通俗讲法：冰糖+米+水，不蒸煮，米和冰糖不溶，蒸煮后得到甜粥
5 L1 c9 G" ]& X4 h: o. n8 w9 Y X/ [目的：改善钢和合金钢的塑性，韧性
% {- v& Q" N) S8 Y九、时效处理
1.人工时效
# N/ O0 f5 C* I) p: v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。
9 H" Y9 m0 c: _3 t2 ~目的：稳定精密制件的尺寸，消除残余应力
2.自然时效
工艺：工件在室温条件长时间放置
9 H. E- M3 I1 E/ _6 a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

& I% Z9 n+ I3 H6 e# 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：

• 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。
  

  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
  

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如何选择热处理硬度

• 根据载荷种类考虑
  

  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
  ; G9 T* _1 F* K- ?

  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
  % c9 q5 C( w( g3 M& B/ J+ T i6 V5 Z

  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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常用材质热处理

; S; c5 Q/ x% a( Z# s

, A/ `+ f( ?6 R( g8 u
) T8 T1 O1 o& K, { ?# w/ p9 e1 w+ b5

热处理标注方式参考

3 j q- F) J. y# V1 W# G

• 要求硬度检测的标法
  
  
• 局部热处理标注
  

3.表面处理的标法

4 ^0 B+ m6 E6 C. z: ^4.渗碳/渗氮/氰化



0 Y( N+ G9 {2 y5.技术要求写法参考
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8 {& J; w1 a0 ]8 G: H8 D& r% C
/ ~! @+ C. \/ y5 T* B5 F$ D6.整张图纸参考
# W& r! D0 ?9 q; R+ h4 G7 L2 @

9 O" ^0 A J$ m% s6 J( T( D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。
$ `* ]2 d! j1 s; a- X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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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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