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从设计的角度了解热处理
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材料工艺-1 8 ` S% h4 i! Y2 D1 d w0 f
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 * m6 \8 K5 B) }4 l B ]
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一、退火
/ T7 X% P! Z5 T ~; o% L工艺：将钢加热至适当温度——保温——炉冷
% m* x8 \) ~& _& s目的：/ b& K ]3 f% M" L( F) e
- 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( a- y. w, I6 T; P( W
二、正火- S! l Y2 k; x# A
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。
) F# h3 F% l& G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。2 C9 b1 i2 K; v5 ]" [% |
三、淬火5 D7 a3 G: O2 o# x% D9 W+ D
工艺：将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却; V5 V6 }: L. M1 N
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 K! f1 j* ?' ^/ X2 E7 m四、回火* K0 _; i4 k" G0 L: e
工艺：工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷* q" _ E; U' S8 Q( W6 e2 Y
目的：
+ [6 I2 t1 Y7 X- S. |; F5 [( W- 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0 c/ u- a/ \; y; M% f% m z
五、调质- d3 ]$ Y5 E2 s
工艺：调质=淬火+高温回火
d! d. t. r8 r$ F6 x目的：调节材料高强度和高韧性，获得综合性能好的零件
U0 y8 f* p# f% u" \! m9 w六、表面渗碳/渗氮/氰化
: H2 K" G' Y# K8 ~, E: R. O5 ]3 B工艺：将工件加热——在零件表面渗入相应的原子
& X [8 z) |/ q) F目的：获得表面硬度高，芯部韧性好的零件
) P8 I" n* a, N4 R% m' I5 h6 @% v三者区别：4 v: c# I( h4 |) k# n
 & @- T/ d5 A0 m5 p
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。
0 w% C9 X1 [2 ]! ~' a( @- s+ i七、发黑（发蓝）7 K5 B* `- [, D7 @$ w9 I/ |
工艺：加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜
2 Z' v) k. L! W目的：表面防腐蚀，防锈
; U2 ~; r$ k- c* u0 L# ?% Q; `八、固溶处理& \2 m2 F! w9 T
工艺：将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却 . a" s4 K% f) X$ [6 [5 T( w. s
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。+ E6 U' ]) v4 w/ m: M5 O+ G
通俗讲法：冰糖+米+水，不蒸煮，米和冰糖不溶，蒸煮后得到甜粥
- u6 b7 ?! ~. O) d) h& k3 t0 H2 Z5 t* J目的：改善钢和合金钢的塑性，韧性
2 n4 g: s, y8 R O, g5 j九、时效处理
7 p8 n o- B; A' |, ^1.人工时效( F, _9 V. m9 n+ ], p; U, K' m
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。
- c- v+ t/ ]& r$ a6 ^- V+ n目的：稳定精密制件的尺寸，消除残余应力: G- w9 b' B P5 [# o
2.自然时效( D) H0 u; |4 a5 ~- i
工艺：工件在室温条件长时间放置
- J4 v* O1 y* R+ Z1 |( v目的：释放残余应力，改善机械性能，稳定尺寸7 n5 u7 H) r7 a# M6 h
2弄清退火，正火和回火
- H: R; `9 d; ?; o- s- k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：
1 k" L- S! F8 d2 ]; ^% X- 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 b) X* D6 L- P" i
| 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/ ^4 e* k: E2 \6 A+ \; `
3如何选择热处理硬度 C& y" Q) h7 _# Q1 L% h P/ Y
- 根据载荷种类考虑
0 O. j7 D" C2 t# C4 j( F6 X| 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5 n; x! |7 k7 y* t1 ]' b
| 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
0 U) y V$ m* }2 s9 K* M5 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) |
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4常用材质热处理
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$ L4 ]" `, f V# @, R
. }5 C* ~, Y5 W7 H5热处理标注方式参考 6 w! b; W7 z% [0 Y
- 要求硬度检测的标法
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v6 ~( b6 G7 F# p% c* i7 B - 局部热处理标注
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  + \& E, x) @: L! K+ H. q0 l
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3.表面处理的标法
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4.渗碳/渗氮/氰化6 Q. E7 w# s1 f' l. d- M% `2 }
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5.技术要求写法参考
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6.整张图纸参考& a0 |4 P* h( T+ f4 L4 |+ V
 ; P% U3 ~6 |. g: ?4 S. R
 # y" b, L/ o) l# Z/ |( ]
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。
; ~3 t3 u2 `) g/ r R8 H. r" y" [说明6 O# n$ Q/ y4 k9 N$ \) }. f Q
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。 6 O) N. G3 w* X2 Z& Y! P+ X9 h
好东西要记得点赞和给大家分享噢。。。 * G! x% b0 C+ |- W
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发表于 2017-5-28 22:53:59
