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金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一。
金屬具有不透明金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。固溶體是個(gè)（或幾個(gè)）組元的原子（化合物）溶入另個(gè)組元的晶格中，而仍保持另組元的晶格類(lèi)型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之，與其他加工工藝相比，熱處理般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。 其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。 另外，鋁銅鎂鈦等及其合金也都可以通過(guò)熱處理改變其力學(xué)物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。早在公元前770～前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫cnc鋁型材加工度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。 公元前世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國(guó)省易燕下都出土的兩把劍和把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。國(guó)蜀人蒲元曾在今斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到取水淬火的。 這說(shuō)明中國(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。中國(guó)出土的西漢(公元前206～公元24)靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1863年，英國(guó)金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉N較硬的相。 法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國(guó)人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣煤氣氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有系列專(zhuān)利。 1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專(zhuān)利。世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。個(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，以后又研究出用氧化碳紅外儀氧探頭等進(jìn)步控制爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)的作用，發(fā)展了離子滲氮滲碳工藝；激光電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。 加熱是熱處理的重要工序之。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，鋁件加工且無(wú)環(huán)境污染。 利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題。 加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要定的，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持定，使內(nèi)外溫度致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段稱(chēng)為保溫。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，般就沒(méi)有保溫，而化學(xué)熱處理的保溫往往較長(zhǎng)。冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。 般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理表面熱處理和化學(xué)熱處理大類(lèi)。 根據(jù)加熱介質(zhì)加熱溫度和冷卻方法的不同，每大類(lèi)又可分為若干不同的熱處理工藝。同種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類(lèi)繁多。整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。 鋼鐵整體熱處理大致有退火正火淬火和回火種基本工藝。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)些要求不高的零CNC精密車(chē)加工件作為最終熱處理?！鞍鸦稹彪S著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。 為了獲得定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)的工藝，稱(chēng)為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)，以提高合金的硬度強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理。 把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度韌性配合的方法稱(chēng)為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱(chēng)為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰感應(yīng)電流激光和電子束等。 化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體液體固體)中加熱，保溫較長(zhǎng)，從而使工件表層滲入碳氮硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝如淬火及回火。 化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳滲氮滲金屬。熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之。大體來(lái)說(shuō)，它可以保證和提高工件的各種性能，如耐磨耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)行各種冷熱加工。 例如白口鑄鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過(guò)滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過(guò)熱處理方可使用。完全退火又稱(chēng)重結(jié)晶退火，般簡(jiǎn)稱(chēng)為退火，這種退火主要用于亞鋁合金CNC加工廠家共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)。般常作為些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。球化退火主要用于過(guò)共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。 其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。去應(yīng)力退火又稱(chēng)低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來(lái)消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會(huì)引起鋼件在定以后，或在隨后的切削加工過(guò)程中產(chǎn)生變形或裂紋。．淬火時(shí)，最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。 鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點(diǎn)，但卻易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開(kāi)裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。2．獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿(mǎn)足各種工件的不同性能的要求，可以通過(guò)適當(dāng)回火的配合來(lái)調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。2．退火annealing將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫段后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝。 8．回火將經(jīng)過(guò)淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)AC1以下的適當(dāng)溫度保持定，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝。9．鋼的碳氮共滲碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程。習(xí)慣上碳氮共滲又稱(chēng)為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應(yīng)用較為廣泛。 中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強(qiáng)度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。10．調(diào)質(zhì)處理quenchingandtempering般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。 調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿螺栓齒輪及軸類(lèi)等。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機(jī)械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān)，般在HB200—350之間。 低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回火后硬度般為HRC58－64。 中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度般為HRC35－50。 高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車(chē)，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類(lèi)。回火后硬度般為HB200－330。
在特殊情況下需在帶壓和帶電的設(shè)備上進(jìn)行焊接時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)工作安全分析，制定作業(yè)方案，采取安全措施，并經(jīng)屬地主管批準(zhǔn)，辦理作業(yè)許可后，方可作業(yè)。精密零部件加工廠禁止在裝有易燃物品的容器上或油漆未干的結(jié)構(gòu)或其它物體上進(jìn)行焊接。禁止在儲(chǔ)有易燃易爆物品的房間內(nèi)進(jìn)行焊接。
般，單件產(chǎn)品，可交由師傅，自己全權(quán)處理；大批量零件，必須由專(zhuān)人下料，開(kāi)粗，粗加工和精加工才可以快速有效的生產(chǎn)。為了保證加工精度，粗精加工最好分開(kāi)進(jìn)行。因?yàn)榇旨庸r(shí)，切削量大，工件所受切削力夾緊力大，發(fā)熱量多，以及加工表面有較顯著的加工硬化現(xiàn)象，工件內(nèi)部存在著較大的內(nèi)應(yīng)力，如果粗粗加工連續(xù)進(jìn)行，則精加工后的零件精度會(huì)因?yàn)閼?yīng)力的重新分布而很快喪失。對(duì)于某些加工精度要求高的零件。
金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一。
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