====== 热处理简介 ====== 热处理是改善材料缺陷，提升整体力学性能的一个重要方法。 在零件设计时，考虑材料选择以后，也务必进行热处理的匹配。同一零件，不同材料时，所选的热处理方式也不尽相同。在我们工作中，如何选择材料和配合的热处理是需要逐步摸索和学习的。 目前在大学已经完成：材料力学、热处理、机械材料相关学科的学习以后，应该对于材料、热处理有了基本认识。建议阅读本章内容时，优先建立相关认识或者知识体系，否则会有学习困难。如果对于相关概念已经模糊了，建议重新反看相关资料复习一下。 ====== 温习问题 ====== * 热处理的"三把火"是什么； * 常用的材料：45#钢、Q235-A、铸铁、铸钢，分别可以进行哪些热处理工艺； * 热处理以后怎么来检测零件是否满足要求； * 常用的硬度单位有哪些； * 是选择材料重要还是热处理重要； ====== 推荐书目 ====== * 《机械设计手册》任意版本均可，关于热处理的章节的部分内容。 * 《简明热处理工艺手册》（内容深度较高，到助工再做学习） * 《热处理》 * 其他书籍欢迎推荐 ====== 主要知识点 ====== ===== "三把火" ===== 热处理的"三把火",通常是指“淬火（也有发“蘸火”）”、“退火”、“正火”。 也有叫"四把火",在"三把火"的基础上,增加一个"回火";再次不做辩论,均可以. 这"三把火"是对材料进行不同的性能调整，目的是便于加工、改善性能缺陷、提高零件强度。 在我们的零件设计中，往往都是组合使用的，部分是要在工艺卡制定时，分步按需求制定配套。我们在日常使用中需要了解其作用,并在图纸中标明工艺要求,以确保零件达到设计的预期. 淬火是一种将合金加热到相变点以上某一温度、保温一定时间， 然后以适当速度冷却获得马氏体组织的热处理工艺，**淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性。** 淬火后的零件脆性很大，必须回火后才能使用，不同的硬度是通过不同温度的回火来实现的。 正火是将钢件加热到相变点以上30~50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却，得到含有珠光体的均匀组织，对于低碳钢可以通过正火来细化晶粒，**改善钢的切削加工性，消除内应力**。 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之**退火组织是接近 平衡状态的组织**。 在常见的零件加工过程中， 可以按照如下的方式考虑选取 ^ 工艺名称 ^ 使用环境 ^ 使用环境 | | 淬火 | 零件表面需要一定的硬度和耐磨性，往往需要配合正火使用，单一淬火容易造成零件脆断，个别材料需要慎重考虑使用 | 轴承档、油封档、强度要求的齿面（后续需要配套磨齿）、链轮齿面、 | | 正火 | 以细化材料的内部结构为主，为了改善和消除原有结构的内应力 | 焊接结构件、淬火后的相关零件 | | 退火 | 软化原有结构，方便加工为主 | | ===== 常用材料的处理 ===== 我们现阶段设备中，主要使用的材料为45#钢、Q235-A、铸铁、铸钢。具体牌号以实际为准。 ==== 45#钢 ==== 该材料是日常生产中最为常用的一种材料，可以说是万金油材料。成本较低，可加工性较好。 45#钢，主要的热处理方式为**调质**、**淬火**这两种方式 调质,以改善整体材料强度,细化内部结构为主,可以应用在较多数的场合; 淬火,以改善表面硬度为主,但是最高硬度有限,在需要高硬度的场合下,基材的性能无法满足要求; ====Q235-A ==== 该材料是日常生产中较为常见的架构钢,也有称“A3钢”，常用的型钢(槽钢/方管/H钢/板料)均为此材料.成本较低,应用广泛，可加工性也较好。 对应大的结构件焊接以后存在大量的应力,如果需要保证结构稳定时,需要进行回火/正火处理. Q235-A的自身性能,无法进一步调质和淬火处理. ==== 铸铁 ==== 一般以灰铸铁、球墨铸铁这两种为主，主要在设备上的机架、轴承座、部分的箱体为主。其具有成本相对较低，减震吸能效果好，耐磨自润滑在工件中进行设计使用。 材料焊接性较差，断裂后较难焊接修复。 ==== 铸钢 ==== 可以认为是将熔融态的钢液注入模具，按照铸铁的方式铸造出来。解决了锻打件结构形状单一，直接加工成本高的问题。其内部结构会很致密，韧性强。 ==== 铸钢铸铁的区别 ==== ^ 名称 ^ 描述 ^ |亮度 |铸钢比铸铁亮，铸铁是发暗发灰的，因为在铸铁里面有灰口铁和球墨铸铁。| |颗粒 |铸钢是很致密的，从断面看：肉眼一般是看不见颗粒的，而铸铁是能看见颗粒的，灰铁的颗粒会更大一些。| |韧性 |柱钢的韧性比较接近于钢板，而球墨铸铁的韧性稍微的逊色一些，薄壁件可达到20~30度弯曲，灰口铸铁是没有韧性的。| |气割 |由于柱钢的表面比较粗糙冒口以及交口面积都比较大，所以必须是气割来进行清除;而球墨铸铁用气割这种方法来进行切割是割不断的。| |声音 |铸钢件碰撞的声音是“刚刚”的，和铸铁件碰撞的声音是不一样的。| |组织性能|铸钢的塑件和韧性比较好，表现为延伸率，断面收缩力以及冲击韧性好;而铸铁的力学性能表现是硬而脆的，有的铸铁还有一些特殊的性能以及用途。| ===== 热处理后的检验 ===== 热处理以后的零件,主要是通过表面硬度测试来判断是否处理到位. 常用硬度计来进行相关的测试.硬度可以用布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC)、韦氏硬度(HV)、里氏硬度(HL)。在我们工件中，常用的为布氏硬度和洛氏硬度表示为主，特殊工艺不在此讨论。 ===== 材料及热处理 ===== 材料和热处理没有绝对的对错，有的只是是否满足工况需求。材料是基本，选错材料，其热处理不断修改工艺是存在性能上限的，无法进一步提升时需要及时切换材料。 热处理需要与材料相匹配，好的基材，没有适合的工艺做匹配，会造成零件的下限极低。我们需要不断摸索改善匹配需求的热处理。 由于目前环保的要求和设备的限制，热处理工厂的分步并不是非常广泛，在本区域内，找到合适的热处理工厂及工艺，以达到性能的平衡点，在后期的工作中也是要进行关注考虑的。