預(yù)備熱處理是指為隨后的機(jī)加或最終熱處理提供一個良好的機(jī)加性能或良好的組織形態(tài)而進(jìn)行的熱處理。常見的預(yù)備熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)。

中文名

預(yù)備熱處理

外文名

preparing heat treatment

常見

退火、正火、調(diào)質(zhì)等

目的

改善加工性能

分類

冶金術(shù)語

簡介

預(yù)備熱處理是指為隨后的機(jī)加或最終熱處理提供一個良好的機(jī)加性能或良好的組織形態(tài)而進(jìn)行的熱處理.常見的預(yù)備熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)和時效等。這類熱處理的目的是改善加工性能,消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。退火、正火、調(diào)質(zhì)工序多數(shù)在粗加工前后,時效處理一般安排在粗加工、半精加工以后,精加工之前。

常見熱處理

退火和正火

目的是改善切削性能,消除毛坯內(nèi)應(yīng)力,細(xì)化晶粒,均勻組織;為以后熱處理作準(zhǔn)備。例如:含碳量大于0.7%的碳鋼和合金鋼,為降低硬度便于切削加工采用退火處理;含碳量低于0.3%的低碳鋼和低合金鋼,為避免硬度過低切削時粘刀,而采用正火適當(dāng)提高硬度。

一般用于鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯制造之后,粗加工之前進(jìn)行。

調(diào)質(zhì)

目的是使材料獲得較好的強(qiáng)度、塑性和韌性等方面的綜合機(jī)械性能,并為以后熱處理作準(zhǔn)備。

用于各種中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金鋼。調(diào)質(zhì)一般安排在粗加工之后,半精加工之前。調(diào)質(zhì)是最常用的熱處理工藝。大部分的零件都是通過調(diào)質(zhì)處理來提高材料的綜合機(jī)械性能,即提高拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷面收縮率、延伸率、沖擊功。調(diào)質(zhì)處理能大大提高材料的拉伸和屈服強(qiáng)度,提高屈強(qiáng)比和沖擊功,使材料具有強(qiáng)度和塑韌性的良好配合。由于屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的提高,在零件設(shè)計時就可以采用更小的材料截面,從而減少機(jī)械設(shè)備的整體重量,節(jié)省零件占用空問和能量消耗。因此在某些場合為了減少機(jī)械空間和機(jī)械重量在設(shè)計過程中要有意識地利用調(diào)質(zhì)工藝。需要強(qiáng)調(diào)的是,一般來講調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)該為中碳鋼(C=0.3%~0.6%);碳鋼中像30、35、40、45、50等鋼種則既可以調(diào)質(zhì)處理又可以正回火使用;而對高碳鋼和低碳鋼則不宜采用調(diào)質(zhì)工藝。

調(diào)質(zhì)過程是淬火加高溫回火。首先需要將零件加熱到材料的Acl點以上30~50℃(800.950℃),保溫一定時間,然后在油中或水中冷卻。冷卻后立即入爐進(jìn)行回火(500~650℃),以降低淬火應(yīng)力、調(diào)整組織成份,進(jìn)而達(dá)到機(jī)械性能要求。而回火溫度的制定是根據(jù)硬度或性能高低而定的,硬度和強(qiáng)度越高,回火溫度越低。調(diào)質(zhì)工序后的任何高于回火溫度的加熱,都將降低已達(dá)到的強(qiáng)度。

選擇調(diào)質(zhì)處理時應(yīng)特別注意以下幾點:

(1)圖紙中應(yīng)明確要求應(yīng)明確寫明“調(diào)質(zhì)”。若只寫“熱處理?HB”外協(xié)廠家可能采用其他熱處理工藝,比如正回火達(dá)到所要求的硬度。而正回火所達(dá)到的同樣硬度的材料其屈服強(qiáng)度和沖擊功會非常低。實際工作中曾發(fā)生過地腳螺栓使用時發(fā)生早期斷裂的事故就是由此導(dǎo)致的。

(2)調(diào)質(zhì)的硬度和硬度范圍要按材料標(biāo)準(zhǔn)選擇調(diào)質(zhì)的硬度和硬度范圍。這一方面有利于工廠配爐生產(chǎn),另一方面過窄的硬度范圍要求在實際生產(chǎn)中根本無法滿足。

(3)硬度要與所要求的強(qiáng)度相匹配。布氏硬度HB與拉伸強(qiáng)度是有對應(yīng)關(guān)系的。粗略計算HB=O.3σb(N/mm2或MPa)。在中國國家標(biāo)準(zhǔn)和國外標(biāo)準(zhǔn)中都有對照表。設(shè)計師在工作中必須注意的另外一點是,圖紙中要求的強(qiáng)度與硬度一定要相互匹配,否則工藝將無法同時滿足。

(4)采用布氏硬度驗收,日本企業(yè)有時也采用維氏或其他硬度驗收調(diào)質(zhì)硬度,雖然各種硬度可以相互換算,但檢測調(diào)質(zhì)硬度時用布氏硬度是最準(zhǔn)確和方便的方法。

(5)對調(diào)質(zhì)硬度的限制

如前所述,調(diào)質(zhì)后任何高于調(diào)質(zhì)回火溫度的加熱都將降低已有強(qiáng)度,情況嚴(yán)重時會導(dǎo)致零件變形甚至產(chǎn)生裂紋。所以對氮化件調(diào)質(zhì)硬度最好不應(yīng)超過300HB,而表面淬火件和焊接件調(diào)質(zhì)硬度應(yīng)控制在330HB以下。由于表面淬火和焊接時工件表面急劇加熱,將會產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力,而超過材料Acl點的加熱會使金屬組織急劇變化而產(chǎn)生附加的組織應(yīng)力。在以上兩種應(yīng)力疊加作用下,高硬度件不易緩和和釋放應(yīng)力,容易產(chǎn)生基體組織裂紋,最終將導(dǎo)致零件報廢。

低溫時效

用于各種精密零件消除切削加工應(yīng)力,保持尺寸的穩(wěn)定性。一般安排在半精車以后,或粗磨、半精磨以后,精磨以前。

生產(chǎn)線

人們都知道,零件毛坯的預(yù)處理無非是四把“火”及其組合。目前國內(nèi)在該方面的現(xiàn)狀是:對于滲碳淬火強(qiáng)化類零件,第一種是零件毛坯鍛造后進(jìn)行埋砂冷卻,不再進(jìn)行預(yù)備熱處理,或者是采用鍛造余熱進(jìn)行正火處理。這樣的結(jié)果是毛坯中往往獲得不完全正火組織,粗晶、混晶現(xiàn)象嚴(yán)重,硬度偏高而且不均勻。第二種是采用常規(guī)正火(或退火),加熱設(shè)備多采用臺車爐。毛坯一般在臺車上堆放,進(jìn)爐后,加熱到Ac3+30~50。C溫度后保溫,然后將臺車移出,毛坯也不分散開,直接堆置在臺車上,在空氣中冷卻,或者是在臺車側(cè)面架置風(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)冷。這樣處理的毛坯由于冷卻不均勻,各部位獲得的組織也不同,硬度極不均勻,有時單件齒坯硬度不均勻性就在40HB以上。這不僅給后續(xù)加工造成難度,而且零件后續(xù)進(jìn)行滲碳淬火處理時變形很大,無規(guī)律性。第三種是采用常規(guī)正火(或退火),采用箱式爐或者是臺車爐加熱,與第二種不同的是,在冷卻時將齒輪毛坯散開進(jìn)行冷卻。這樣的方式較合理,經(jīng)處理后毛坯的質(zhì)量較前兩者好,但仍然會出現(xiàn)不合格組織,硬度也不能進(jìn)行控制,離散度大。在汽車行業(yè),已推薦采用等溫正火工藝對齒坯進(jìn)行預(yù)處理,等溫正火使得齒輪毛坯的組織和硬度均勻性大大提高,對減小滲碳淬火齒輪的熱處理變形有明顯效果。但對于有效厚度較大的零件,由于高溫區(qū)冷卻能力往往達(dá)不到工藝要求,導(dǎo)致處理效果不佳,并且設(shè)備投資較大,所以未獲得廣泛應(yīng)用。采用調(diào)質(zhì)方式對零件毛坯進(jìn)行預(yù)處理是一種比較好的方式,但由于成本相對較高,且一般多采用單介質(zhì)淬火,影響了調(diào)質(zhì)的效果,所以采用的較少。

對于氮化類零件毛坯,已有普遍認(rèn)識:采用調(diào)質(zhì)處理是推薦方式,少量還采用正火方式。但仍然存在上述的單介質(zhì)淬火的缺陷。在工藝裝備方面,臺車式加熱爐、開式淬火槽加人工轉(zhuǎn)移操作是主導(dǎo)方式。這種處理方式能耗損失大,零件質(zhì)量離散度大,勞動強(qiáng)度高,勞動環(huán)境差(高溫輻射),環(huán)境污染重。這種現(xiàn)狀是迫切要解決的問題,可以按以下思路改進(jìn):

(1)加熱爐采用新結(jié)構(gòu),提高熱效率,減少能耗。

(2)采用少無氧化加熱,減少材料消耗。

(3)盡量不用爐用耐熱鋼工裝,減少投入并減少由此產(chǎn)生的無效加熱能源。

(4)采用機(jī)械轉(zhuǎn)移方式代替人工,解決轉(zhuǎn)移時間不一致及人工一次轉(zhuǎn)移量小的問題。

(5)正火(或退火)出爐后采用可控方式冷卻,提高毛坯的熱處理質(zhì)量,減少車間的熱輻射。

(6)采用多種淬火介質(zhì)組合,提高淬火適應(yīng)性。并盡量少采用淬火油以減少環(huán)境污染[1]