从设计的角度了解热处理
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- d- G+ b" d4 y- P材料工艺-1 . U' h. s+ P. n( Q
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
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- n' o: Y6 Y! _" _# C+ C0 |一、退火/ V2 y3 m7 h9 c# T) q
工艺:将钢加热至适当温度——保温——炉冷
( v2 d* k4 {) L4 B目的:
: {5 J3 l" k* @; w- 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" O" s5 E$ V; x8 v: c: U, e
二、正火
9 Z# @8 T% ?/ t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。
/ U. f- \/ w! f/ I3 K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。: G; Y: U1 e) i! O, ?6 A6 {
三、淬火 Q2 h; C- g" t4 b6 u$ e
工艺:将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却
+ x7 {/ ]3 @2 e/ @! W1 O' F/ m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
6 U# }; e6 n P0 D( a) @四、回火% h8 ~8 V5 `; `$ H8 S3 i5 s) C
工艺:工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷
4 m1 J1 o& K( ]7 v# Q( X目的: k& G2 a; Q# L: u6 | s r5 F4 E
- 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
( H% g1 p- [, [/ `- n! M 五、调质
" W" D- S$ Z0 z; [6 [0 J工艺:调质=淬火+高温回火. |$ q$ Z3 `3 x) G. @6 z
目的:调节材料高强度和高韧性,获得综合性能好的零件
; N8 h- ]9 z6 X5 l六、表面渗碳/渗氮/氰化 K% v: d& t! q. X
工艺:将工件加热——在零件表面渗入相应的原子 l- a9 E" N. ? L
目的:获得表面硬度高,芯部韧性好的零件
' p+ q- H* f# L1 x, i三者区别:
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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。; _( \. O- k- x" ^, ~7 G! e( R4 Y
七、发黑(发蓝): D$ g% f! U- }" g% j7 C
工艺:加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜7 g' M$ @2 I- n. |7 g. P( |
目的:表面防腐蚀,防锈' @3 |; m# E" j' g# {! I
八、固溶处理
. a+ }4 Q+ X1 c: y g工艺:将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却
. J1 A' X* p- K( Y+ ~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。7 m+ h6 k" N. [( d5 j9 d
通俗讲法:冰糖+米+水,不蒸煮,米和冰糖不溶,蒸煮后得到甜粥
: Q! ]+ t9 ~$ h+ f8 l2 @目的:改善钢和合金钢的塑性,韧性! N4 _8 I& V5 f0 S" V
九、时效处理
( X9 G. d" g- y1.人工时效! m( O F& c W |$ X
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。
6 V: c' t. ^/ u J3 i0 B% Z目的:稳定精密制件的尺寸,消除残余应力
$ ^- b' j4 C0 R3 ?2.自然时效
. \( ?' z4 Y9 Z6 y. H8 c工艺:工件在室温条件长时间放置
( e# Z# V, p& F) b. @! K+ E% D9 q4 M; G目的:释放残余应力,改善机械性能,稳定尺寸
" u2 i3 d: }: P# [( c' n0 S0 n9 i2弄清退火,正火和回火
( _ y' Z |6 @7 t& t! P( d3 }, I: Q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:" c$ q4 q0 K5 y7 y8 O2 J) i+ d
- 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。5 o0 W; }% W! l7 S" n
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7 A# Y: W5 E7 r6 G c
3如何选择热处理硬度
# d+ ^9 A4 r/ A; k! d$ v+ V' g) ^8 B- 根据载荷种类考虑
$ B% Q" h# H5 y# x1 }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
$ t; V+ `8 Z+ b0 s8 l# |) t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
& l: V1 A/ f5 }7 T; g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) |
' \; ^4 R+ `- `" I5 \, I9 ] 4常用材质热处理 % I7 M! F+ u( X0 N" L6 o7 @( p
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$ m+ T# j, |7 I) a( b5热处理标注方式参考 & s; K |* Q6 X
- 要求硬度检测的标法
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+ K8 X* x \. n4 x - 局部热处理标注$ F5 r$ V: s/ ?; h& |5 u
$ B2 c- N* q4 D9 i: ~8 \8 x x# w, D8 b1 Z$ z5 [( _
3.表面处理的标法! T2 U0 ]0 R% ]1 q; C3 Q
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4.渗碳/渗氮/氰化# A, s0 `* B* l& W
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/ q& j) Y' H( p2 a" B/ F+ {5.技术要求写法参考
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/ t. W; n/ ^0 {8 q- s6.整张图纸参考
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% \- {5 G' b' k" r# g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。* b/ w" |) J1 t. f$ R" h5 N2 n
说明+ }2 h! ^: Z( k' ?) x u. f
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。 ( R# U- @7 f; i; q0 f; E7 k
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