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金属材料热处理之“四把火”

 

“四把火”是指冶金工业生产中最重要的四项热处理工艺包括退火,正火,淬火,回火。

 
 
“第一把火”退火

退火是将工件加热到适当温度,保持一定的时间,然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。

退火的主要目的是为了降低钢铁材料的硬度,提高塑性和韧性,改善切削加工性能和锻压加工性能;细化钢铁材料组织,均匀其化学成分;消除钢铁材料的内应力,防止其变形和开裂;为后续加工或热处理做准备。

退火主要用于碳素结构钢、合金结构钢的铸件、锻件、焊件及钢锭等。

根据钢铁材料的化学成分和退火目的的不同,退火通常分为完全退火等温退火球化退火去应力退火、均匀化退火等。(部分退火的加热温度范围如图 01所示。部分退火工艺曲线如图 02所示。)

图 01  部分退火工艺加热温度范围示意图 

图 02  部分退火工艺曲线示意图

“第二把火”正火

正火就是将工件加热到奥氏体化后,保持适当的时间后,在空气中冷却的热处理工艺。正火与退火相比,一般加热温度比退火高;冷却速度比退火快,过冷度较大,因此正火后得到的组织比较细,强度和硬度比退火高。另外,正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率高、生产成本低的的优点。

正火的目的与退火类同,不过具有更高的力学性能,主要用于对于力学性能要求不高的普通结构零件,正火可作为最终热处理。对于低中碳结构钢,主要是提高硬度,改善切削加工性能;对于过共析钢,为球化退火、淬火做组织准备。

“第三把火”淬火

淬火是指将工件加热到奥氏体化后,保持一定时间,然后以适当速度冷却获得马氏体(或贝氏体)组织的热处理工艺。

淬火的主要目的就是为了强化材料,提高材料的强度或硬度,用于要求有较高强韧性的工模具和弹簧及要求高硬度的零件之中。这里要注意,淬火后的工件是不能直接使用的,必须进行回火后才能投入生产、使用。

不同的钢种其淬火加热温度不同。非合金钢的淬火加热温度可由铁碳合金相图确定,如图 03所示。

图 03 非合金钢淬火加热的温度范围

淬火加热时间包括升温时间和保温时间。可参照热处理工艺曲线(图 04)。

                  图 04  热处理工艺曲线

合理的淬火速度既能保证获得马氏体组织,同时又能尽量避免钢件发生变形与开裂,理想的淬火冷却速度曲线图如图 05所示。

图05 理想的淬火冷却速度曲线图

常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴、碱浴和空气等。

常用的淬火方法分为单介质淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火。

“第四把火”回火

回火是指工件淬硬后,加热到Ac1以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。回火是在淬火之后进行的,通常也是零件进行热处理的最后一道工序。

回火的主要目的是减小或消除淬火残余应力,稳定钢件的组织和尺寸,并与淬火配合,使零件达到使用性能要求。由图 06可以看出,淬火钢材随回火温度的升高,强度与硬度降低,而塑性与韧性提高。


图06 40钢回火后其力学性能与温度的关系

回火广泛应用于要求保持高硬度和耐磨性,具有一定韧性的各类高碳钢的刀具、冷作模具、量具;具有高弹性极限和屈服极限,并备有一定韧性的各种弹簧、弹性夹头、锻模;具有较好的综合机械性能的轴类、齿轮、连杆等受力复杂的重要零件。

根据钢材在回火过程中的温度范围,可将回火分为三种:低温回火(工件温度<250℃);中温回火(250℃<工件温度<450℃);高温回火(工件温度>500℃)。

钢件淬火+高温回火的复合热处理工艺又称为调质处理。调质处理后的钢件不仅仅具有较高的强度和硬度,而且塑性和韧性也明显比正火处理后要高。所以重要钢制零件往往采用调质处理,而不采用正火处理。

“四把火”在生产加工工艺中的应用

图 07所示的为“四把火”在锉刀生产中的应用。

图 07 锉刀的生产加工工艺路线图

图 08所示的为“四把火”在汽车变速齿轮加工中的应用。


              图 08 汽车变速齿轮加工工艺路线图

文章来源网络


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