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从设计的角度了解热处理 $ g) a4 a8 w& @! ^4 b" u
- u: H( i3 ~" l材料工艺-1
* B, U& G) Y0 [1 O0 L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 ; Q3 E7 g3 e) A/ Z
2 Y4 S) g! b( V一、退火
. `' `1 n4 T- V5 ^6 `5 a工艺：将钢加热至适当温度——保温——炉冷
6 ]+ M" W* ]4 t4 ?( H4 v8 r目的：) L* |5 c- W5 W+ H
- 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
+ v8 H- K& D" ]0 C0 S
二、正火
R7 N4 k0 V0 x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。
. V" ~, r3 }2 O* a( Z" U0 }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。
/ W7 V7 E( |0 J9 p. y1 u三、淬火
. `5 b" j6 }* Y6 E, h0 U9 ~工艺：将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却
- c3 y0 f, X' M2 h, d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0 C/ f' `% P* L: u( L
四、回火
) d( b) W1 Z* w/ A k工艺：工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷
# D% ~* K3 u+ j目的：
+ x( Z! L" ]; J: \ o/ h- 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
% B% G9 V& j/ l
五、调质% `' [7 B; M( n5 l4 N, r
工艺：调质=淬火+高温回火( C" g3 ]3 v) u7 z& y) U* j
目的：调节材料高强度和高韧性，获得综合性能好的零件3 X0 X( c2 T" y1 z& @
六、表面渗碳/渗氮/氰化& D, J" r2 b0 [2 S$ }- l
工艺：将工件加热——在零件表面渗入相应的原子# s7 u% \' D# t: b- ^+ ]
目的：获得表面硬度高，芯部韧性好的零件
/ n: g0 H+ J% B6 {& O0 u; X/ T: X三者区别：4 _( v; f8 E) _4 u8 f! G
 ( s1 F8 J8 ~# V& q, w _( j$ v
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。
' V2 s% i$ w6 @4 `+ a0 l" X. {七、发黑（发蓝）8 J% A) |9 w9 R
工艺：加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜
A# a. x4 k9 V; c; C$ @/ k! k3 k3 K目的：表面防腐蚀，防锈; i& T7 z: O8 R! g( G) n0 _
八、固溶处理* h' W8 I# E$ ~6 }) I: X
工艺：将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却 # y0 N2 F1 G! x3 Z
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。6 B$ n# i( M$ W4 u/ ^( m O8 j
通俗讲法：冰糖+米+水，不蒸煮，米和冰糖不溶，蒸煮后得到甜粥
% k8 G1 P0 r& T) D目的：改善钢和合金钢的塑性，韧性
; f7 A+ s# r( ?8 f6 i/ X/ g九、时效处理* V6 O/ y5 b! M4 b
1.人工时效
4 V% Y' Z- O9 G7 j0 e8 V2 Z! o5 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。& d' R. A9 b `1 J. a
目的：稳定精密制件的尺寸，消除残余应力
! f Z* J: I& p2.自然时效& H3 P' k+ i" y
工艺：工件在室温条件长时间放置
7 |/ B! J$ t& E% ~. F( u+ w" w9 R目的：释放残余应力，改善机械性能，稳定尺寸
+ x" d# g( j1 [0 D5 Y: K! u4 o' h2弄清退火，正火和回火 ! B9 f; t& t+ |; V7 x# I+ D
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：
o2 l, r: [% o! t3 ?- 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。! q! C8 ~$ ~( [9 w
| 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 `# A7 w' V% Y2 p/ v- X
3如何选择热处理硬度 * ?8 w7 E, b9 p b) q
- 根据载荷种类考虑
7 q3 Z. x% g5 D6 o| 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
7 o( q* s% v5 N0 s| 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+ r- [ B, M5 f# Y! o
| 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) |
% b. t* m( Q, D
4常用材质热处理
/ Z; m. O% t7 q% G3 h$ j# u
; d( o$ n K4 H, }! `! M , S+ k# j6 |5 W& @' c/ `
 + f' t8 `7 h6 v4 Q6 r; x
5热处理标注方式参考 7 e2 y6 I! f3 d5 O- m
- 要求硬度检测的标法 s e5 a3 l. W5 R1 D) e1 R
 4 H" l" z# j$ N* Y& R9 ?0 z' h/ x; |
 - 局部热处理标注 m( T2 r) l" A6 ?0 x m6 n8 O
  ( W. j+ {% A; ^% b1 w
$ D3 t1 N- ?) T- E3.表面处理的标法% C( d. M2 ?5 d7 B
1 ~5 l. `, ]/ `) r, w( N' W8 M4.渗碳/渗氮/氰化
9 J D H8 O& [2 C' G
' T( ]( a: e% ?6 {4 o5 S+ [
) |: b6 H( I: b6 |
3 Q( M% d* r7 z7 F3 x2 A3 F+ {5.技术要求写法参考
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' n/ |3 }, X2 E1 ?+ Y# Z7 [& U6.整张图纸参考
- K+ B4 i, M. {8 z% \. U6 q# N 6 |4 U: K" f) E; t% C- f
. X2 g" U6 _1 x, h% ]/ r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。
4 w, {& d |2 S说明
" n1 `) w' W5 j8 D8 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。 $ l4 {3 W$ o6 V0 Z% t# @( b
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发表于 2017-5-28 22:53:59
