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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。如果从事机械相关工作,那么有必要了解下热处理基本知识与热处理工艺问题处理方法,下面为大家解答热处理基本知识有哪些

1、退火


工艺:将钢加热至适当温度——保温——炉冷;


目的: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;


2、正火


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;


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;


3、淬火


工艺:将钢加热至临界点以上——保温一段时间——快速冷却;


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;


4、回火


工艺:工件淬火后——重新加热——保温——空冷/水冷/油冷;


目的: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


5、调质


工艺:调质=淬火+高温回火;


目的:调节材料高强度和高韧性,获得综合性能好的零件;


6、表面渗碳/渗氮/氰化


工艺:将工件加热——在零件表面渗入相应的原子


目的:获得表面硬度高,芯部韧性好的零件;


渗碳/渗氮/氰化三者区别:


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;


7、发黑(发蓝)


工艺:加热——碱性药业浸泡——形成氧化膜


目的:表面防腐蚀,防锈


8、固溶处理


工艺:将材料加热——保温——过剩相充分溶解——快速冷却;


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;


通俗讲法:冰糖+米+水,不蒸煮,米和冰糖不溶,蒸煮后得到甜粥;


目的:改善钢和合金钢的塑性,韧性


9、时效处理(人工时效/自然时效)


(1)人工时效


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;


目的:稳定精密制件的尺寸,消除残余应力;


(2)自然时效


工艺:工件在室温条件长时间放置;


目的:释放残余应力,改善机械性能,稳定尺寸。

热处理工艺问题的处理方法


1.真空加热有淬火增碳?


在分析真空热处理工件增碳现象时,有两种误解:第一,认为是工件在淬火油中增碳;第二,认为是加热热室的石墨件造成增碳。其实,很多情况下不是这两个原因,而是加热热室的清洁度不高,有大量淬火油在工件进出炉、料筐污染、送料小车进出带入热室,残留在热室冷壁上,加热时形成挥发性还原气氛,对工件增碳。


除了在1050℃高温以上的温度直接入油外。1050℃以下的加热工件油淬火时,稍做预冷入油不会形成明显的增碳现象。


对加热室的石墨件等对工件的增碳情况,也不能排除,但是完全没有残留淬火的气氛严重。


真空加热淬火的增碳现象更为严重的是来自淬火油污染炉膛的原因,不是人们所说的油中淬火或石墨件的原因!


2.真空热处理(淬火)变形小?


在热处理变形中有两个概念:组织变形和形状结构变形。研究所得的结果是:真空热处理比其他炉型热处理获得同样组织和硬度时,变形最小。即:组织变形最小。


对于形状结构变形,真空热处理往往不如其他炉型的热处理变形小,其他炉型的热处理,例如淬火,很容易采用分级、等温、炉外校直等方法来控制变形量,真空淬火由于这些功能的不完善,有时反而会增大。


3.回火色与温度有关?


回火之后钢的表面呈现一种氧化膜的颜色,称为回火色。很多情况下,需要根据回火色判定回火温度。回火色随温度变化,因此可以根据回火色大体判定回火温度。但是回火色还与回火时间有关,通常都以5分钟时间为准。


碳钢不同温度时的回火色,以5分钟为准,表面色泽如下:


淡黄色:200℃;


草黄色:220℃;


褐色:240℃;


紫色:260℃;


蓝紫色:280℃;


深蓝色:290℃;


蓝色:300℃;


淡蓝色:320℃;


蓝灰色:350℃;


灰色:400℃。


不锈钢的不同温度时的回火色:


淡麦黄色:290℃;


麦黄色:340℃;

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淡红棕色:390℃;


淡红色:450℃;


淡蓝色:530℃;


深蓝色:600℃。


低合金钢的不同温度时的回火色:


淡麦黄色:225℃;


麦黄色:235℃;


淡红棕色:265℃;


淡红色:280℃;


淡蓝色:290℃;


深蓝色:315℃。


但是在很多资料中,只是仅仅提到色泽与温度的关系,忽略了时间这个关键前提,同样温度下,随着保温时间的延长,最终的色泽会偏向更高的温度色泽。往往会造成实际温度的误判。

4.模具失效热处理占高比例?


国内外关于模具早期失效原因的统计数据:


失效原因日本的统计数据%上海地区的统计数据%


模具材料质量不好7 17.8


模具设计不合理10 3.3


热处理工艺不妥44 52


模具加工方法不好7 8.9


对模具材料性能缺乏认识5----


模具材料下料不当3----


模具材料选择不当3----


模具使用条件不好7 11


锻造工艺不妥----7


其他方面14----


这个数据列表说明的是对以往事故的统计结果,在对未来事故的预测上是不适用的。就是说对明天的某个模具失效的原因判定,不能就此认为模具失效的原因热处理占44~52%。而是要针对性的做分析。这个统计数据误导了不少人,让人们形成了一个思维定势:认为模具失效就是热处理问题。


5.我的锻造尺寸合格,热处理质量问题与我锻造无关?


锻造工序是为了消除材料缺陷,改善组织形态,提高材料性能。节约机械切削加工量,提高材料利用率。但是当今的锻造者把“消除材料缺陷,改善组织形态”忘的一干二净,仅仅在保证锻造尺寸上“下工夫”,全然不顾提高材料性能方面的要求了。更令人惊叹的是有些材料通过锻造工序,不是提高了材料性能,反而把材料的性能搞坏了。锻造者不分青红皂白地采用锻造余热退火的方法,结果在材料中形成严重的网状碳化物组织。


由于材料锻造的加热温度大多远远高于热处理淬火的加热温度,那种“严重的网状碳化物组织”发生组织遗传,给产品质量带来严重后果。


6.我的热处理硬度合格,你的产品早期失效与我热处理无关


热处理不仅要保证合格的硬度值,更要注重工艺选择和工艺过程的控制。过热的淬火回火可以达到要求的硬度;同样,淬火欠热,通过调整回火温度,也可以凑合到要求的硬度范围。这个做法大有人在。有的为了节省用电量,欠热淬火;有的是由于加热炉的极限温度限制,欠热淬火。这样的热处理产品早期失效怎么与热处理无关呢?




7.手册说可以热处理淬火达到这个硬度,你为什么做不到这个硬度?


有些人认为,他设计时的硬度选择是按照手册中的硬度范围选定的,你热处理怎么就说达不到这个硬度呢?


例如:用弹簧纲60Si2Mn来制作大型件,由于实际工件厚度很大,厚薄显著,热处理已经没有好的办法达到要求的硬度标准。手册中硬度是可以达到:58—60HRC。结合实际工件是没有办法达到的。只能降低热处理要求。


决定热处理的硬度受下列几个因素控制:材料牌号、模具尺寸大小、工件重量、形状结构,后续加工方式等因素。模具热处理之后不是内外硬度都是一样的,要根据模具尺寸大小来选择材料和设计尺寸,不能直接按照设计手册里的技术标准和硬度要求来选取,手册上的硬度标准是来自小试样的热处理结果,在运用到实物上时一定要按实际情况来决定合理的硬度指标。不合理的硬度指标,比如过高的硬度,就会损失工件的韧性,造成工件的使用开裂。


8.淬火出来的工件没有冷到室温,不能进行回火


有些人认为淬火出来后,还没有冷却到室温时,不能进入回火工序。实际上很多钢种,尤其低、中碳钢,其马氏体转变终了点大都高于室温,冷到室温时,反而容易开裂,淬火出来后就可以尽快转入回火工序。


9.淬火出来的工件必须带温回火?


这种做法是不可取的,要根据钢种的马氏体转变点来决定淬火之后的回火前的入炉温度!为了防止淬火开裂,不能妄加推测,一概而论的采用带温回火的办法!


10.产品尺寸加工已经全部完成,要求热处理保证不变形?


有的人为了节省产品加工费用,在热处理之前,把所有的尺寸加工结束,然后去热处理淬火回火。要求热处理者保证在热处理过程中不变形,或者只允许变形量在最后一道冷加工的公差带值内!热处理的过程实质上就是一个组织变形阶段,微观上的变形积累,有谁敢保证不在宏观上表现出来成为尺寸变形呢?




11.热处理工学好铁碳平衡相图就可以了?


在很多资料中说明铁碳平衡相图在热处理中是十分重要的知识,是制定钢铁材料加热工艺的依据,而且指出:尤其是热处理工必须熟练掌握铁碳平衡相图。


铁碳相图是铁碳合金在平衡状态时的组织组成图,而不是获得非平衡的马氏体、贝氏体等组织的转变图。铁碳相图的临界温度参数仅仅局限在碳钢和铸铁,非合金钢和合金铸铁。合金钢和合金铸铁的平衡状态图由于添加了其它合金元素,与铁碳平衡状态图相差还是很大的。


铁碳平衡相图是加热和冷却过程中的速度是及其缓慢的结果,而且又局限于铁碳合金钢种,这个理论状态,是不可能在实际生产中大量运用,实际淬火等热处理加热冷却过程中组织转变都是在一定加热速度和冷却速度下进行的,不是完全达到平衡状态。所以,铁碳平衡相图仅仅是研究热处理、学习热处理的必备基础知识和出发点,而不是直接在热处理工艺过程中运用的相图。


热处理工熟练掌握了铁碳平衡相图知识只是热处理学习的开端,不能达到使用铁碳平衡相图来处理工艺实际问题的境界。


12.退火工件可以形成等轴晶粒?


在低碳钢退火工艺中,很多人认为可以获得等轴晶粒。实际上,在沸腾钢中容易获得等轴晶粒度。在Al铝镇静钢中是很难达到等轴晶粒组织的。尤其经过冷挤压的变形件退火,晶粒很明显的呈变形挤压组织形态!即使950℃以上的退火温度也难以达到等轴晶粒。


13.硬度越低挤压变形越好,越容易?


人们的直接思维是:硬度越越低越容易挤压变形。在钢材的挤压工艺中,珠光体球化组织状态变形能力最高,但是这个组织状态比起片状珠光体的硬度一般都高,所以要求挤压件的原始组织是珠光体球化组织的技术要求,而不能采用硬度最低的片状珠光体组织。


14.铝合金件处理之后表面皱纹就是热处理过烧吗?


铝合金件在固溶时效处理之后,判断在固溶时是否过烧有两种方法:金相法和表面状态色泽法。根据工件表面色泽、状态判断在热处理固溶时是否过热便于现场及时处理,但是需要丰富经验。金相法判定准确、但是要解剖实物,是破坏性的检测判定,容易造成浪费。


根据工件表面色泽、状态判断:


①件表面暗灰色,


②工件表面有起小泡的现象,


③出现裂纹,裂纹断口粗糙


有上述情形之一时,有过烧可能。这是只在热处理之后的工件上观察。当固溶时效件已经进行了后续加工,再观察时,发现铝合金工件表面有异常现象-----粗糙、变形、皱纹等,不能简单地认为是热处理过烧了。由于铝合金的强度和黑色金属相比较还是低的,就要分析后续工序的作用和影响了。尤其后续的抛光、喷砂处理,对表面的影响不能忽视。当在工件局部出现“水面波纹”式的皱纹时,不能判定为热处理过烧,而是喷砂的压力太高或喷砂的时间过长,在铝合金表面形成的变形层的原因。这个“水面波纹”式的皱纹不具有铝合金过烧的特征,而是具有表面受冲击形成塑性变形的特征,这时候应该判定为:喷砂缺陷!采用金相法裁定,证实是喷砂缺陷。



来源:硬度计公众号等网络整编

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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