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从设计的角度了解热处理
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材料工艺-1
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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 ( E' y7 g3 Y1 e/ a2 H7 B! ^
# ?( `$ S2 v" _6 ~5 z- L一、退火/ k5 Y1 ]2 E# g N B3 l 工艺:将钢加热至适当温度——保温——炉冷 ?* Y3 G, e# P/ z目的: & u$ z3 b5 H* V0 G
- 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
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二、正火( v; } l A9 S" G* y" S 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。( B' M1 Y$ c# ?- a3 i 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。) F, N4 U# U. ?. a2 z2 _! H, ` 三、淬火, Q, a2 `: b3 {* }' ^/ i* Q 工艺:将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却, G0 O' N9 t, Q% P" a 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 1 {% V1 ^1 u4 P, O9 j( B \# V四、回火 - M4 L8 x' b1 M' y& m工艺:工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷 7 L) A% C) O8 l& N目的:* t3 Q- v: A; Y0 \# 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
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五、调质 # P9 r# F. B* f8 L! ?) | H( b工艺:调质=淬火+高温回火 - g* H9 u9 q b7 ^- H e* A- W目的:调节材料高强度和高韧性,获得综合性能好的零件* W1 l7 c- C. X# Z# l4 a) ~* k( i# |& B 六、表面渗碳/渗氮/氰化" @2 Z4 O' R5 F# w$ C3 ^7 {5 \ 工艺:将工件加热——在零件表面渗入相应的原子 ) y% |: e8 t. p2 \7 C. Z目的:获得表面硬度高,芯部韧性好的零件 3 R( J: E3 S; j6 u三者区别:/ i, z% {3 Y2 u6 [8 u9 X1 @
8 C5 ?' m: @# {: e9 c6 D$ Z" d 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 h& \0 D2 c' x( O$ { 七、发黑(发蓝)0 U/ N, B8 @! U: g _9 S 工艺:加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜 1 N' r4 d) ?8 R2 C7 U2 `0 a目的:表面防腐蚀,防锈2 r9 b1 k: L: K! l 八、固溶处理 ; ^" y n4 Q1 S6 I9 e8 W# j9 }' R工艺:将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却 . B: Q' ~3 L$ c6 F# E5 D9 P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。 $ z1 u, W$ j! o! n y3 a" ~! x通俗讲法:冰糖+米+水,不蒸煮,米和冰糖不溶,蒸煮后得到甜粥 : \3 J% E/ q* ~9 f目的:改善钢和合金钢的塑性,韧性5 k) L, t3 B( n% @ 九、时效处理 7 ]: O3 v4 ~$ C9 j1.人工时效( h9 D0 x; s1 o5 q3 p) I 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。) s% k$ T4 L0 G) ^ 目的:稳定精密制件的尺寸,消除残余应力 ' q6 `( P$ z7 u f- ]/ b2.自然时效4 q' z% t$ i: B' ]9 F! @1 N 工艺:工件在室温条件长时间放置 - l+ |: [ `5 c$ j- C. k目的:释放残余应力,改善机械性能,稳定尺寸9 t0 b% z( ~! w! F/ A 2弄清退火,正火和回火 . B+ C1 A: _& ]/ 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:- _+ E5 l0 p9 b4 K
- 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。( y5 ^; s. s/ W5 \
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 C0 |4 ` u+ I* Z# D& e: ?
3如何选择热处理硬度 ! p- r% q& y& m) p( F0 D2 D5 P
- 根据载荷种类考虑
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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)
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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
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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
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2.冲击力较大,一般用中碳钢全部淬硬,或表面淬硬;
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3.冲击力和疲劳应力都大时,一般是表面淬硬
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- 根据速度和精度考虑
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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
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中速 |
一般采用中硬度40~45HRC
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低速 |
一般采用低硬度,正火或调质硬度220~260HB
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- 若俩零件摩擦,二者硬度应该有差,一硬一软,更耐磨' Z$ L1 _: u5 @+ ^
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
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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 - q7 ]5 [; x r# s g
4 T4 f( Z% U, n' i, ?3 i
6 B% O6 ?9 N7 G7 O, T4 x
# Q' c- X! Y$ U0 ~, f3 Z 5热处理标注方式参考 5 l0 ^; T! ~. X$ u3 I( c$ _/ a
- 要求硬度检测的标法
- U5 Z/ o7 x7 o# B! l# X+ @ . j! H3 a$ t9 x" H: L6 ~
![]()
- 局部热处理标注/ y2 N+ c4 R Z5 K
![]() ![]() 5 z& X% y+ H, ` & P1 a' m. v( a' d5 @2 G, T 3.表面处理的标法 ( {+ {! U: F* }6 m6 C![]() 1 ]4 ] |. N. `: |7 g# Y4.渗碳/渗氮/氰化1 W, _ }+ |7 h" t5 M# T$ L8 T
![]() ) c& h" u) s( S) n, }![]() 0 f: X" ]& s- h * Y& }% D) u3 o. d+ u 5.技术要求写法参考|! [5 [: @2 T" d5 n5 _
k0 `- C6 G1 X" ?" N![]() / k$ T" r# x8 W+ t: ~: `6 p6.整张图纸参考/ |. C3 V4 @, c
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![]() 6 F% S" l6 n4 ]" F6 q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。 8 W* D7 m) c: G* a& o A9 @$ l说明 2 @2 ~6 w9 @& {
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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