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從設計的角度了解熱處理
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材料工藝-1 d' h6 H5 i! J. p$ k* i
前 言 熱處理是將金屬材料放入特定的介質(zhì)中加熱,，保溫和冷卻，來改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),，來得到我們需要的材質(zhì)特性,。這是一門很深的學問,，深究起來一本厚厚的書都寫不全。落水三千,，只取一瓢自己需要的,，吃透了即可。作為機械工程師,，我們只需要著重關(guān)注一些設計常用材料熱處理知識就夠了,。 1了解各項熱處理的 0 O. D; b" c Q ~; m
; _7 \, z& q% m! |/ Z. i一、退火
! i( j( t8 M, \! P工藝：將鋼加熱至適當溫度——保溫——爐冷1 _1 _4 K, E4 y# M$ [, |! s6 _
目的：7 ]& w- s! ]% C# \5 j* w
- 降低硬度,，提高塑性,，為切削加工做準備
- 消除內(nèi)應力
- 細化晶體，為后續(xù)熱處理做準備
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二,、正火
0 x8 m9 x. Z6 D/ x( @ Z0 h' A工藝：將工件加熱至Ac3以上30-50度——保溫——取出空冷/噴水/吹風冷卻,。- s: e0 ^+ p/ M) F+ R# f5 S
目的：使晶粒細化和碳化物分布均勻化。功能和退火有點類似,，但還是有區(qū)別,，后文會給出對比。6 H s% X3 {7 y$ J! z
三,、淬火
% f$ z" Z) o( _. o工藝：將鋼加熱至臨界點以上——保溫一段時間——快速冷卻
+ ]: Y% y: d/ i+ j H1 L目的：提高鋼的強度,，硬度,，耐磨性，韌性,，疲勞強度甚至鐵磁性,，耐腐蝕性$ o# R+ _8 t5 I# R$ E& G
四、回火3 p% G- X) z4 r/ i6 @
工藝：工件淬火后——重新加熱——保溫——空冷/水冷/油冷
- `: q/ O3 F" m* ~( G目的：7 w4 |7 _# l. y, f5 l7 F' E) C
- 清除淬火產(chǎn)生的應力
- 改善零件綜合性能,，調(diào)整工件的強度,，硬度，塑性和韌性
- 穩(wěn)定尺寸,，保證精度
& p9 O, @, ]6 Z2 T2 P
五,、調(diào)質(zhì)3 ?, L% N* C+ ]) R$ {
工藝：調(diào)質(zhì)=淬火+高溫回火
+ [& r! t/ x) V1 S a- f, H目的：調(diào)節(jié)材料高強度和高韌性，獲得綜合性能好的零件, j/ N4 O7 E9 |" p2 b
六,、表面滲碳/滲氮/氰化9 Y7 `' Q- P. v4 H0 J6 s( h) @
工藝：將工件加熱——在零件表面滲入相應的原子
0 N, A8 H$ T. d% T目的：獲得表面硬度高,，芯部韌性好的零件
0 A* G. v, I2 F* A& G+ Q三者區(qū)別：+ p- E# ]; z8 m" c7 J$ [! H5 g
![]() 0 j. {3 {: {3 b5 z: }0 }" k
綜合來看：滲碳和滲氮是各有特色，氰化相當于綜合了二者的優(yōu)點,，缺點是滲層較薄,，易產(chǎn)生黑色組織。' m6 C' P, [. r0 G' p+ F
七,、發(fā)黑（發(fā)藍）2 E( C& B. M$ a# L3 z, X* C
工藝：加熱——堿性藥業(yè)浸泡——形成氧化膜
( H1 Q L$ `5 B9 G. v* w1 k目的：表面防腐蝕,，防銹
2 Y% i& Z& K' p" c& v7 G八、固溶處理* X! V5 Q4 O J+ N c2 S- D
工藝：將材料加熱——保溫——過剩相充分溶解——快速冷卻 4 g1 b! S) t& z
此工藝有點像淬火,，但是加熱的溫度不一樣,，得到的效果不一樣。* F. {" h, [, R4 r$ Z# v
通俗講法：冰糖+米+水,，不蒸煮,，米和冰糖不溶，蒸煮后得到甜粥6 u: w6 i, @" d( i# Z# a3 U0 ]
目的：改善鋼和合金鋼的塑性,，韌性! j% y. v. U# A4 k
九,、時效處理
, c9 R, m1 E! }8 f1.人工時效: u3 E) a9 F! \; Y3 T1 B0 E
工藝：低溫回火后，精加工前——加熱材料至100-150度——保溫5-20小時,。
8 a0 C2 |7 A! U7 S- v目的：穩(wěn)定精密制件的尺寸,，消除殘余應力6 r( y/ S5 G+ ^' ] J! T
2.自然時效" _$ `) p% |+ f3 ?+ d
工藝：工件在室溫條件長時間放置# z( j! _' s! f% m" B0 n# _
目的：釋放殘余應力，改善機械性能,，穩(wěn)定尺寸3 p3 s# r: ^% o+ B9 D4 T- x
2弄清退火,，正火和回火
- ~6 E2 G) ?' b0 T四把火中，淬火沒的說,，功能獨一無二,，最容易理解，但另外三把火看起來都差別不大，都是改善材質(zhì)性能的作用,，很容易搞混,，簡單區(qū)分如下：" a) I0 |1 k' S4 i7 {6 a& K' H
- 退火，正火一般發(fā)生在切削和淬火前,，但是對于性能要求不高的工件也可代替回火,，作為最終熱處理。
- 退火,，正火在同樣能達到要求的時候優(yōu)先選擇正火,，因為正火成本低卻效率高,。8 f4 u! Z) c5 ?- v8 U
| 情況 | 預處理 | 原因 | | 低中碳鋼（含碳量<0.45%） | 正火 | 二者都能達到要求,，選正火 | | 高碳鋼，合金鋼 | 退火 | 若此處用正火,，硬度太高,，不利于切削 | | 形狀復雜，尺寸大 | 退火 | 退火溫柔,，不易變形,，開裂 | | 一般工件 | 正火 | 這一項是與第三項對比形成的 |
- 淬火后的加工件是不能直接使用的，脆性太大,，易斷,，所以一般都會進行回火，或者如第一點說的正火或退火
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3如何選擇熱處理硬度
8 Z, V1 K; Z- u8 D( H; m/ x- 根據(jù)載荷種類考慮' f+ r$ n+ s: O, H$ t# d6 o( d
| 承受均勻靜載荷（工件無應力集中缺口） | 硬度越高,，強度越高,，可根據(jù)載荷大小，選擇較高的硬度或與強度相適應的硬度(缺口一般是指槽,、溝或斷面變化很大) | | 承受均勻靜載荷（工件有應力集中缺口） | 需要較高的塑性,，使其在承載情況下，應力分布趨于均勻,，減少應力集中現(xiàn)象,，只能具有適當?shù)挠捕取Ｈ绻ぷ髑闆r下不允許降低硬度,，則可用滾壓等表面強化處理,，改善應力分布 | | 承受沖擊、疲勞應力的零件 | 1.沖擊不大時,，一般可用中碳鋼全部淬硬 | 2.沖擊力較大,，一般用中碳鋼全部淬硬，或表面淬硬,； | 3.沖擊力和疲勞應力都大時,，一般是表面淬硬 |
- 根據(jù)速度和精度考慮/ A" X6 u$ u0 P& c+ ~8 a4 D0 W
| 高速或高精度 | 一般要求硬度50～62HRC，但如果軸徑太大,，雖然轉(zhuǎn)速很高(3000r/min),，這個不可能淬到很高的硬度(一般只能達220HB左右),，便不能一律要求高速度高硬度，而要通過降低配合件的硬度和其他措施來處理 | | 中速 | 一般采用中硬度40～45HRC | | 低速 | 一般采用低硬度,，正火或調(diào)質(zhì)硬度220～260HB |
- 若倆零件摩擦,，二者硬度應該有差，一硬一軟,，更耐磨( n# l% c! ]" y" M2 `6 _1 T: S
| 舉例一：傳動齒輪 | 小齒輪齒面硬度一般比大齒輪齒面硬度高25～40HB | | 舉例二：螺母與螺栓 | 螺母材料比螺栓低一級,，硬度低20～40HB(可以避免咬死和減少磨損) |
+ g+ u" G9 s8 Y5 k; b7 R. X5 _" ~
4常用材質(zhì)熱處理
; z' [. q( P! R. V![]() 1 e M8 D% I0 |9 z8 x! }" D' t
![]() * P% m0 \ O1 w0 k& ]$ E
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, D. {( R7 J6 N5熱處理標注方式參考
8 N/ e2 W) x* j- 要求硬度檢測的標法
: }$ O- D6 X3 N: P1 ]![]()
5 l1 j1 Y' ?6 O8 u![]() - 局部熱處理標注
' ]1 A: ~$ Q, x6 X4 y" |6 s- w
![]() ![]()
5 }( Q5 u4 T! O8 A# \7 S' d' l![]() 6 Q, w ~0 s. V% g0 B
3.表面處理的標法- y" l( }, r6 s5 |5 }' {' k1 Y
![]() , m E# J- W X n
4.滲碳/滲氮/氰化$ J* ], v6 `! C+ d( A2 H6 e3 N
![]() 8 E1 W l5 c- ~
![]() $ U5 e r* g. l. G _0 x+ D' V
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0 [# F" }- X$ Q) t6 o8 p5.技術(shù)要求寫法參考 P* I* h c( R1 J* i( A2 i: o! ~
- v& k1 M; r' c* i4 S% Z V
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1 m# i% H: Q4 e$ A& a1 b6.整張圖紙參考8 V2 t' t& O2 @& h. x* E
![]() * t* F* [, Y* @, p, I7 i' O
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& I# R4 y4 C, u3 C# u6 |上圖倆份圖紙來源網(wǎng)絡，主要用來參考熱處理的標注,，其實并不完整,，請勿計較。
0 y+ `' A( k, x6 ^8 |說明
1 n. b& r- n, \4 ~! j% T' `* w) r說明：本篇熱處理是網(wǎng)友巴黎鐵塔急切想了解的,，所以提前更新一篇工藝類文章,。若各位朋友還有什么需要提前看到的內(nèi)容，可以給我留言,，我會安排盡快更新相應的文章,。 . b8 B4 W, A" J" X D
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發(fā)表于 2017-5-28 22:53:59
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