熱處理
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熱處理是一種重要的金屬加工工藝，它通過對金屬材料進(jìn)行加熱、保溫和冷卻等操作，來改變金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和性能。
一、熱處理的目的
- 提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度
- 例如，對于一些用于制造刀具的高速鋼，通過淬火和回火等熱處理工藝，可以使刀具獲得高硬度和高強(qiáng)度。淬火時(shí)，將高速鋼加熱到臨界溫度以上，然后迅速冷卻，形成馬氏體組織，馬氏體具有很高的硬度。但是淬火后的材料脆性較大，所以需要進(jìn)行回火，回火可以降低材料的脆性，同時(shí)保持較高的硬度和強(qiáng)度。
- 改善金屬材料的韌性
- 以中碳鋼為例，適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢允蛊湓诒３忠欢◤?qiáng)度的基礎(chǔ)上，韌性得到顯著改善。比如通過正火處理，中碳鋼的晶?？梢缘玫郊?xì)化，細(xì)化后的晶粒結(jié)構(gòu)能夠有效阻止裂紋的擴(kuò)展，從而提高材料的韌性。
- 調(diào)整金屬材料的耐磨性
- 對于一些在摩擦環(huán)境下工作的零件，如齒輪等?？梢圆捎帽砻娲慊鸬臒崽幚矸绞健１砻娲慊鹬粚α慵谋砻孢M(jìn)行快速加熱和冷卻，使表面形成一層高硬度的組織，而心部仍保持較好的韌性。這樣在工作過程中，表面的高硬度層能夠抵抗磨損，心部的韌性又可以承受沖擊載荷。
二、熱處理的基本工藝
- 退火
- 退火是將金屬材料加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。
- 完全退火主要用于亞共析鋼，目的是細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力。例如，對于一些鍛造后的碳鋼工件，由于鍛造過程中可能產(chǎn)生粗大的晶粒和內(nèi)應(yīng)力，通過完全退火可以使晶粒細(xì)化，降低硬度，改善切削加工性能。
- 不完全退火適用于過共析鋼，它的加熱溫度在共析溫度和臨界溫度之間，主要是為了消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工，同時(shí)可以避免出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體。
- 正火
- 正火是將金屬材料加熱到臨界溫度以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。與退火相比，正火的冷卻速度較快。正火后的金屬材料組織比退火后的更細(xì)，強(qiáng)度和硬度也相對較高。例如，對于一些低碳鋼，正火可以提高其硬度，改善切削性能；對于中碳鋼，正火可以細(xì)化晶粒，作為最終熱處理前的預(yù)備熱處理，也可以用于改善力學(xué)性能等。
- 淬火
- 淬火是將金屬材料加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間后迅速冷卻的熱處理工藝。如前所述，淬火可以獲得馬氏體組織，提高材料的硬度和強(qiáng)度。但淬火時(shí)冷卻速度過快會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，容易導(dǎo)致工件變形甚至開裂。因此，淬火介質(zhì)的選擇很重要。常用的淬火介質(zhì)有油、水、鹽水等。油的冷卻速度相對較慢，適用于合金鋼等淬火時(shí)要求冷卻速度不太快的材料；水和鹽水的冷卻速度較快，適用于碳鋼等淬透性較差的材料。
- 回火
- 回火是將淬火后的金屬材料加熱到低于臨界溫度的某一溫度范圍，保溫一定時(shí)間后冷卻的熱處理工藝。主要作用是消除淬火內(nèi)應(yīng)力，降低材料的脆性，調(diào)整硬度和韌性之間的平衡。根據(jù)回火溫度的不同，可以分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。
- 低溫回火（150 - 250℃）主要用于保持淬火后的高硬度和耐磨性，如刃具、量具等的回火。
- 中溫回火（350 - 500℃）可以獲得較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，主要用于各種彈簧的回火。
- 高溫回火（500 - 650℃）后的組織為回火索氏體，它綜合了較高的強(qiáng)度和良好的韌性，廣泛應(yīng)用于各種重要的機(jī)械零件，如軸、連桿等。這種淬火后高溫回火的工藝又稱為調(diào)質(zhì)處理。
三、熱處理設(shè)備
- 加熱爐
- 電阻爐是常用的加熱設(shè)備之一，它是利用電流通過電阻絲產(chǎn)生熱量來加熱工件。電阻爐的溫度控制比較準(zhǔn)確，加熱均勻，能夠滿足多種金屬材料熱處理的加熱要求。例如，箱式電阻爐可以用于中小型工件的退火、正火、淬火等加熱操作。
- 感應(yīng)加熱爐是通過電磁感應(yīng)原理，使工件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而實(shí)現(xiàn)加熱。它的加熱速度非?？?，適合于表面淬火等工藝。例如，在對軸類零件進(jìn)行表面淬火時(shí)，感應(yīng)加熱爐可以在短時(shí)間內(nèi)將零件表面加熱到淬火溫度，然后通過噴水等方式進(jìn)行冷卻，實(shí)現(xiàn)表面淬火。
- 冷卻設(shè)備
- 淬火槽是最常見的冷卻設(shè)備，里面裝有淬火介質(zhì)，如油、水等。工件淬火時(shí)，將其放入淬火槽中進(jìn)行冷卻。為了保證淬火質(zhì)量，淬火槽中的淬火介質(zhì)需要定期更換和維護(hù)，以保證其冷卻性能。
熱處理在機(jī)械制造、航空航天、汽車等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，是提高金屬材料性能和質(zhì)量的關(guān)鍵工藝之一。
