热处理与表面处理
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作者:鼎言热处理
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发布时间: 2019-10-14
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热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些
过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
二 金属热处理的工艺
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些
过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
热处理与表面处理
1、概述
将原材料或半成品置于空气或特定介质中，用适当方式进行加热、保温和冷却，使之获得人们所需要的力学或工艺性能的工艺方法，称为热处理。按其特点，可分为一般热处理、化学热处理和表面热处理三种。 1.1热处理的工艺特点和处理目的 （1）一般热处理
1）工艺特点、处理目的和应用 类别 工艺特点
目的和应用
退 火
将工件加热到一定温度（相变或不相变)保温后缓冷下来,或通过相变以获得珠光体型组织,或不发生相变的消除应力降低硬度的一种热处理方法。
1、降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能或压力加工性能；
2、经相变退火提高成分和组织的均匀性、改善加工工艺性能，并为下道工序作准备；
3、消除铸、锻、焊、扎冷加工等所产生的内应力。
正 火
一般将钢件加热到临界温度Ac3或Accm＋40~60℃，保温一定时间，达到完全奥氏体化和均匀化，然后在自然流通的空气中均匀冷却。大件正火也可采用风冷、喷雾冷却等以获得正火均匀的效果。
调整钢件的硬度、细化组织及消除网状碳化物，并为淬火作好组织准备。其主要应用如下：
1、用于含碳量低于0.25%的低碳钢工件,使得到量多且细小的珠光体组织,提高硬度,从而改善其切削加工性能;
2、消除过共析钢中网状渗碳体为球化退火作准备;
3、作为中碳钢合金结构钢淬火前的预先处理，以减少淬火缺陷;
4、作为要求不高的普通结构件的最终热处理;
5、用于淬火返修件消除内应力和细化组织以防重淬火时产生变形与开裂。
淬 火 将工件加热至Ac3或Ac1＋20~30℃，保温一定时间而后快速冷却，获得均匀细小的马氏组织或均匀细小马氏体和粒状渗碳体混合组织。 1、提高硬度和耐磨性; 2、淬火后经中温或高温回火，可获得良好的综合机械性能。 回 火
将淬火后的工件重新加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间，然后取出以一定方式冷却下来。
1、降低脆性，消除内应力，减少工件的变形和开裂。
2、调整硬度、提高塑性和韧性获得工件所要求的机械性能。
3、稳定工件尺寸。
类别 工艺特点 目的和应用
回 火
低 温 回 火 回火温度为150℃~250℃ 降性脆性和内应力的同时，保持钢在淬火
后的高硬度和耐磨性。主要用于各种工具、模具、滚动轴承以及渗碳或表面淬火的零件。 中 温 回 火 回火温度为350℃~500℃
在保持一定韧性的条件下提高弹性和屈服强度，主要用于各种弹簧、锻模、冲击工具和某些要求高强度的零件。
高 温 回 火
回火温度为500℃~650℃，回火后获得索氏体组织。一般为惯称为调质处理。 可获得强度、塑性、韧性都较好的综合机械性能。广泛用于各种较为重要的结构零件，特别是在交变负荷下工作的连
杆、螺栓、齿轮及轴，不但可作为这些重要零件的最终处理，而且还常可作为某些精密零件如丝杆等的预先热处理，以减小最终热处理中的变形，并为获得较好的最终性能提供组织基础。
冷 处 理 将淬火后的工件，在零度以下的低温介质中继续冷却，一般冷到零下60℃~80℃，待工件截面冷到温度均匀一致后，取出空冷。
可提高工件硬度、抗拉强度和稳定工件尺寸。主要用于合金钢制成的精密刀具、量具和精密零件，如量块、量规、铰刀、样板、高精度丝杠、齿轮等，还可使磁钢更好地保持磁性。
2）具体材料的热处理温度和所得到的硬度，这里不一一例举，可参见有关热处理的专业手册，或机械加工工艺手册的热处理章节。 （2）化学热处理
将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面的工艺，称化学热处理。如：渗碳和渗氮。
类别 工艺特点
目的和应用
渗 碳
将低碳或中碳钢工件放入渗碳介质中加热及保温，使工件表面层增碳，经渗碳的工件必须进行淬火和低温回火，使工件表面渗碳层获得回火马氏体组织。
当渗碳件的某些部位不允许高硬度时，则可在渗碳前采取防渗措施，即在渗前对防渗部位进行镀铜或敷以防渗涂料，并根据需要在淬火后进行局部退火软化处理。
增加钢件表面硬度，提高其耐磨怀和疲劳强度，并同时保持心部原材料所具有的韧性，适用于中小型零件和大型重负荷、受冲击，要求耐磨的零件，如：齿轮、轴等。
