淺析機(jī)械加工零件的熱處理加工技術(shù)

鄭俊華?呂帥

摘要：進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的機(jī)械設(shè)計(jì)加工行業(yè)發(fā)展迅猛，無疑已經(jīng)成為支撐國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，助推國家綜合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支撐行業(yè)。特別是隨著我國材料加工技術(shù)等的提升發(fā)展，機(jī)械零件的加工工藝也更加成熟和先進(jìn)。本文中，筆者重點(diǎn)就零件加工中的熱處理加工技術(shù)進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；零件；熱處理加工；技術(shù)

在機(jī)械加工領(lǐng)域，熱處理加工技術(shù)根據(jù)加工材料、工藝等的不同也分為很多種類。最常見的分類是按照鋼結(jié)構(gòu)性能的變化，將熱處理方式分為普通熱處理、表面熱處理和其他熱處理幾種。本文中，筆者重點(diǎn)就普通熱處理方式展開分析。

1 熱處理中的退火技術(shù)

簡單來說，熱處理中的退火技術(shù)，就是在高溫環(huán)境下把鋼加熱到一定的溫度，然后保溫后緩慢冷卻。這種退火技術(shù)能夠更好地提升鋼材的性能，且由于鋼材硬度有所改變，切削的難度被降低，更加有助于后續(xù)加工流程的順利開展。與此同時(shí)，這種技術(shù)的應(yīng)用能夠很好地消除鋼材內(nèi)部應(yīng)力，避免零件加工中發(fā)生變形。此外，經(jīng)過退火技術(shù)處理的鋼材晶粒更加進(jìn)細(xì)化，進(jìn)一步為之后的熱處理打好基礎(chǔ)。退火由完全退火、等溫退火、球化退火等之分，其中完全退火指將加工零件加熱至Ac3+30～50℃保溫后緩冷退火。該操作適合應(yīng)用在亞共析鋼材質(zhì)制作的零件中。等溫退火時(shí)將鋼材加熱至適當(dāng)溫度，如為亞共析鋼加熱至Ac3+30～50℃，如為過共析、共析鋼加熱至Ac1+30～50℃，保溫后將其快速冷卻至Ar1以下的某一溫度停留，完成相變后出爐空冷。等溫退火可使工件在爐中的停留時(shí)間大大縮短。適合孕育期長的合金鋼。球化退火是球狀化鋼中滲碳體的退火工藝。將工件加熱至Ac1+30～50℃保溫后緩凝，或?qū)⑵浣禍刂罙r1以下溫度進(jìn)行保溫待滲碳體球化后出爐空冷。該處理方法適合應(yīng)用在過共析、共析鋼的零件加工中。

2 熱處理中的正火技術(shù)

正火指將機(jī)械加工零件的鋼材加熱至對應(yīng)溫度保溫后進(jìn)行空冷處理。

通過正火處理，可消除過共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做組織準(zhǔn)備。對于普通零件而言，如需改善切削性能，可對低碳鋼進(jìn)行正火處理，中碳鋼進(jìn)行正火或退火處理，高碳鋼進(jìn)行球化退火處理。

3 熱處理中的淬火技術(shù)

淬火是目前應(yīng)用最為廣泛的熱處理加工技術(shù)、通過淬火可獲得馬氏體組織，促進(jìn)鋼性能的進(jìn)一步提升。其中如零件材質(zhì)為亞共析鋼，應(yīng)將淬火溫度控制在Ac3+30～50℃。共析鋼的淬火溫度為Ac1+30～50℃。過共析鋼的淬火溫度為Ac1+30～50℃，如淬火溫度高于Accm，淬火處理后奧氏體晶粒變得粗大，影響鋼的耐磨性、硬度等性能。

淬火處理時(shí)需要使用淬火介質(zhì)，其中水和油是應(yīng)用率較高的淬火介質(zhì)。水具有較強(qiáng)的冷卻能力，適合在形狀簡單的碳鋼件零件中應(yīng)用。油在低溫情況下冷卻效果較理想，但在高溫時(shí)的冷卻性能大大降低，適合應(yīng)用于小尺寸的碳鋼與合金鋼零件的淬火處理。另外硝鹽水溶液、聚乙烯醇是工業(yè)上經(jīng)常使用的淬火介質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，使用合理的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。

淬火方法包括單液淬火法、雙液淬火法、分級淬火法、等溫淬火法。其中單液淬火法指在一種介質(zhì)中將加熱零件連續(xù)冷卻至室溫的淬火方法，其具有實(shí)現(xiàn)自動化方便、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。雙液淬火法指先將零件在冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，而后在冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的一種方法。該種淬火方法可獲得理想的冷卻效果，不過操作難度較大，常用于大型合金鋼件及形狀復(fù)雜的碳鋼件零件加工中。分級淬火法指在Ms附近的堿浴中或鹽浴中淬火，當(dāng)內(nèi)外溫度達(dá)到均勻后取出緩冷。分級淬火可降低零件內(nèi)應(yīng)力，適合應(yīng)用在小尺寸零件加工中。等溫淬火法指將加工零件在稍高于Ms堿浴或鹽浴中進(jìn)行足夠時(shí)間的保溫，以獲得貝氏體組織。處理后零件的綜合力學(xué)性能得以明顯提升，適合應(yīng)用在要求較高及形狀復(fù)雜的小型零件加工中。

4 熱處理中的回火技術(shù)

回火指將淬火鋼加熱至A1以下的某溫度保溫后進(jìn)行冷卻的一種方法。通過回火處理可將淬火內(nèi)應(yīng)力加以消除或減小，避免開裂、變形。同時(shí)，可對零件的韌性、硬度進(jìn)行調(diào)整，獲得預(yù)期的力學(xué)性能。另外，回火可促進(jìn)零件材質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏胶饣蚱胶獾慕M織，避免使用過程中變形。回火處理時(shí)隨著溫度的升高加工零件的力學(xué)性能整體上呈現(xiàn)出硬度、強(qiáng)度降低，韌性、塑性升高的變化。其中當(dāng)?shù)陀?00℃時(shí)，因馬氏體中碳化物彌散析出，鋼硬度并不會下降。當(dāng)溫度在200～300℃時(shí)，高碳鋼的硬度會有所提升。但當(dāng)溫度超過300℃時(shí)，F(xiàn)e3C粗化，馬氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變，硬度呈現(xiàn)直線下降。

研究發(fā)現(xiàn)，淬火鋼的韌性并非隨著溫度的升高一直提高，即，在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的情況，成為回火脆性?；鼗鸫嘈苑譃榈谝活惢鼗鸫嘈?、第二類回火脆性。其中第一類回火脆性指在250～350℃范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。出現(xiàn)這一情況的原因在于滲碳體和細(xì)小的薄片狀過渡碳化物在馬氏體片界面析出，因此，回火處理時(shí)不能在該溫度范圍內(nèi)。第二類回火脆性指在500～560℃回火時(shí)后緩冷時(shí)出現(xiàn)的脆性，主要因鋼中受Mn、Cr、Ni元素影響，促使Sn、Sb、P等向原奧氏體晶界偏聚。為避免這一回火脆性的出現(xiàn)，可采取的方法有：回火后快速冷卻；如零部件的截面較大時(shí)，可加入0.5%左右的Mo、1%左右的合金元素。

另外，根據(jù)回火溫度，可將回火分為低溫回火、中溫回火、高溫回火三類，對應(yīng)的回火溫度分別為150～250℃、350～500℃、500～650℃。其中低溫回火適合應(yīng)用在滲碳件、高碳鋼等零件加工中。中溫回火適合應(yīng)用在彈簧熱處理中。高溫回火適合應(yīng)用在齒輪、軸等零件加工中，可作為量具、高精密件的預(yù)備熱處理。

5 結(jié)論

為提高機(jī)械加工零件質(zhì)量及力學(xué)性能指標(biāo)，更好的滿足機(jī)械加工、生產(chǎn)要求，做好熱處理加工技術(shù)尤為重要。一方面，熱處理加工工藝復(fù)雜，涉及的細(xì)節(jié)較多，技術(shù)人員應(yīng)明確熱處理工序，把握相關(guān)工序的重點(diǎn)與難點(diǎn)。另一方面，需要技術(shù)人員做好研究，根據(jù)不同零件材質(zhì)，找到合適的熱處理溫度，進(jìn)行針對性人為干預(yù)，促進(jìn)機(jī)械加工零件綜合性能的進(jìn)一步提升。

參考文獻(xiàn)：

[1] 沈彥德.機(jī)械加工零件的熱處理加工技術(shù)探析[J].化工管理，2018（09）.

[2] 魏惠芳，單超穎.機(jī)械加工零件的熱處理技術(shù)研究[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2015（02）.

[3] 趙彥君.機(jī)械加工零件的熱處理技術(shù)探析[J].技術(shù)與市場，2015（11）.

（作者單位：1.沈陽黎發(fā)熱能燃機(jī)設(shè)備配件有限公司；

2.沈陽林氏工具制造有限公司）