金屬熱處理的工藝

    熱處理工藝一般包括加熱、保溫,、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程,。這些過(guò)程互相銜接，不可間斷,。

　加熱是熱處理的重要工序之一,。金屬熱處理的加熱方法很多,，最早是采用木炭和煤作為熱源,，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制,，且無(wú)環(huán)境污染,。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬,，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱,。

    金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中,，常常發(fā)生氧化,、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響,。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中,、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱,。

    加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一,，選擇和控制加熱溫度
，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題,。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異,，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間,，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí),，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致,，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全,，這段時(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí),，加熱速度極快,，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng),。 

    冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟,，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度,。一般退火的冷卻速度最慢,，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快,。但還因鋼種不同而有不同的要求,，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。

    金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理,、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類(lèi),。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,，每一大類(lèi)又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝,。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織,，從而具有不同的性能,。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜,，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多,。

    整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s,，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝,。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火,、淬火和回火四種基本工藝,。

    退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間,，然后進(jìn)行緩慢冷卻,，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài),，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備,。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻,，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì),，常用于改善材料的切削性能,，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。

    淬火是將工件加熱保溫后,，在水,、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻,。淬火后鋼件變硬,，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性,，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫,，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱(chēng)為回火,。退火,、正火、淬火,、回火是整體熱處理中的“四把火”,，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用,，缺一不可,。

 
     “四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝
,。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)的工藝,，稱(chēng)為調(diào)質(zhì),。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間,，以提高合金的硬度,、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理,。 

    把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行,，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱(chēng)為形變熱處理,；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱(chēng)為真空熱處理,，它不僅能使工件不氧化,，不脫碳，保持處理后工件表面光潔,，提高工件的性能,，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。

    表面熱處理是只加熱工件表層,，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝,。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度,，即在單位面積的工件上給予較大的熱能,，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理,，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰,、感應(yīng)電流、激光和電子束等,。

    化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分,、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分,。化學(xué)熱處理是將工件放在含碳,、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體,、液體、固體)中加熱,，保溫較長(zhǎng)時(shí)間,，從而使工件表層滲入碳、氮,、硼和鉻等元素,。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝如淬火及回火,?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮,、滲金屬,。 

    熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之一。大體來(lái)說(shuō),，它可以保證和提高工件的各種性能,，如耐磨、耐腐蝕等,。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài),，以利于進(jìn)行各種冷,、熱加工。

    例如白口鑄鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵,，提高塑性
,；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高,；另外,，價(jià)廉的碳鋼通過(guò)滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼,、不銹鋼,；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過(guò)熱處理方可使用。