1.3.3 钢热处理常识
在现代机械制造中,许多重要零件(如机床的主轴、齿轮、发动机的连杆、曲轴等)大都使用钢材制造,而且一般都要进行热处理。 通过热处理可改变钢材内部的组织结构,从而改善其力学性能。 因此,钢的热处理对充分发挥材料的潜力、提高产品质量、延长机械的使用寿命等均具有非常重要的作用。
所谓钢的热处理,就是将钢在固态范围内加热到一定温度后,保温一段时间,再以一定的速度冷却的工艺过程(见图1.8)。 钢的常用热处理方法包括退火、正火、淬火、回火、表面淬火及渗碳等。
1)退火
退火是将零件加热到一定温度,保温一段时间后,随炉冷却到室温的处理过程。 退火能使金属晶粒细化,组织均匀,可消除零件的内应力,降低硬度,提高塑性,使零件便于加工。
2)正火
正火又称正常化处理,其工艺过程与退火相似,不同之处是将零件置于空气中冷却。 正火的作用与退火相同,但因零件在空气中冷却速度较快,故可提高钢的硬度与强度。
图1.8 钢的热处理示意图
3)淬火
淬火是把零件加热到一定温度,保温一段时间后,将零件放入水(油或水基盐碱溶液)中急剧冷却的处理过程。 淬火可大大提高钢的硬度,但会使材料的韧性降低,同时产生很大的内应力,使零件有严重变形和开裂的危险。 因此,淬火后必须及时进行回火处理。
4)回火
回火是将经过淬火的零件重新加热到一定温度(低于淬火温度),保温一段时间后,置于空气或油中冷却至室温的处理过程。 回火不但可消除零件淬火时产生的内应力,而且可提高材料的综合力学性能,以满足零件的设计要求。 回火后,材料的具体性能与回火的温度密切相关。 回火根据温度的不同,通常可分为低温回火、中温回火和高温回火3 种。(https://www.daowen.com)
(1)低温回火(150 ～250 ℃)
可得到很高的硬度和耐磨性,主要用于各种切削工具、滚动轴承等零件。
(2)中温回火(350 ～500 ℃)
可得到很高的弹性,主要用于各种弹簧等。
(3)高温回火(500 ～650 ℃)
通常把淬火后经高温回火的双重处理称为调质。 调质可使零件获得较高的强度与较好的塑性和韧性,即获得良好的综合力学性能。 调质处理广泛用于齿轮、轴、蜗杆等零件。 适用于这种处理的钢,称为调质钢。 调质钢大都是碳的质量分数为0.35% ～0.5%的中碳钢和中碳合金钢。
5)表面淬火
表面淬火是以很快的速度将零件表面迅速加热到淬火温度(零件内部温度还很低),然后迅速冷却的热处理过程。 表面淬火可使零件的表面具有很高的硬度和耐磨性,而心部由于尚未被加热淬火,故仍保持材料原有的塑性和韧性。 这种零件具有较高的抗冲击能力。 因此,表面淬火广泛用于齿轮、轴等零件。
6)渗碳
渗碳是化学热处理的一种。 化学热处理是实现钢表面强化的重要手段,把零件置于含有某种化学元素的介质中进行加热、保温,使化学元素的活性原子向零件表层扩散,从而改变钢材表面的化学成分和组织,获得与心部不同的表面性能。
根据扩散元素的不同,化学热处理分渗碳、渗氮和液体碳氮共渗等。 其中,应用较多的是渗碳。 渗碳零件常用材料为低碳钢和低碳合金钢。 零件经过渗碳,表层碳的含量增加,再经淬火和回火,零件表面达到很高的硬度和耐磨性,而心部又具有很好的塑性和韧性。 渗碳常用于齿轮、凸轮、摩擦片等零件。