金屬熱處理“四把火”（上）-ZT

金屬熱處理“四把火” 

工藝過(guò)程 

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。這些過(guò)程互相銜接，不可間斷。

（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)之一，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，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變*，這段時(shí)間稱(chēng)為保溫時(shí)間。

（保溫）

     采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。

（冷卻）

冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中*的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。

工藝分類(lèi)

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)熱處理三大類(lèi)。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類(lèi)又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一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)用廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也較為復(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，獲得需要的金相組織，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、淬火和回火四種基本工藝，即熱處理的“四把火”。

淬火

淬火工藝

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過(guò)共析鋼）以上溫度，保溫一段時(shí)間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

工藝過(guò)程：加熱、保溫、冷卻。

淬火的實(shí)質(zhì)：是過(guò)冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織。

淬火的目的：（1）大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿(mǎn)足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求；（2）通過(guò)淬火滿(mǎn)足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能。

應(yīng)用范圍：淬火工藝應(yīng)用較為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、切削加工機(jī)床、氣動(dòng)工具、鉆探機(jī)械、農(nóng)機(jī)具、石油機(jī)械、化工機(jī)械、紡織機(jī)械、飛機(jī)等零件都在使用淬火工藝。

淬火介質(zhì)

工件進(jìn)行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱(chēng)為淬火冷卻介質(zhì)（或淬火介質(zhì)）。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應(yīng)力。

常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。

● 水

水是冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)。

優(yōu)點(diǎn)：來(lái)源廣、價(jià)格低、成分穩(wěn)定不易變質(zhì)。

缺點(diǎn)： 冷卻能力不穩(wěn)定，易使工件變形或開(kāi)裂。在C曲線的“鼻子”區(qū)（500～600℃左右），水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會(huì)形成“軟點(diǎn)”；而在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)（300～100℃），水處于沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉(zhuǎn)變速度過(guò)快而產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，致使工件變形甚至開(kāi)裂。當(dāng)水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質(zhì)（如油、肥皂、泥漿等），均會(huì)顯著降低其冷卻能力。

應(yīng)用： 適用于截面尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的碳素鋼工件的淬火冷卻。

● 鹽水和堿水

在水中加入適量的食鹽和堿，使高溫工件浸入該冷卻介質(zhì)后，在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質(zhì)在高溫區(qū)的冷卻能力，其缺點(diǎn)是介質(zhì)的腐蝕性大。

應(yīng)用：一般情況下，鹽水的濃度為10％，苛性鈉水溶液的濃度為10％～15％。可用作碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì)，使用溫度不應(yīng)超過(guò)60℃，淬火后應(yīng)及時(shí)清洗并進(jìn)行防銹處理。

● 油

冷卻介質(zhì)一般采用礦物質(zhì)油（礦物油）。如機(jī)油、變壓器油和柴油等。機(jī)油一般采用10號(hào)、20號(hào)、30號(hào)機(jī)油，油的號(hào)越大，黏度越大，閃點(diǎn)越高，冷卻能力越低，使用溫度相應(yīng)提高。

淬火方式

● 單液淬火

是將奧氏體化工件浸入某一種淬火介質(zhì)種，一直冷卻到室溫的淬火操作方法。單液淬火介質(zhì)有水、鹽水、堿水、油及專(zhuān)門(mén)配制的淬火劑等。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

缺點(diǎn)：冷速受介質(zhì)冷卻特性的限制而影響淬火質(zhì)量。

應(yīng)用：?jiǎn)我捍慊饘?duì)碳素鋼而言只適用于形狀較簡(jiǎn)單的工件。

● 雙液淬火

是將奧氏體化工件先浸入一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，在鋼件還未達(dá)到該淬火介質(zhì)溫度之間即取出，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻，如先水后油、先水后空氣等。雙液淬火減少變形和開(kāi)裂傾向，操作不好掌握，在應(yīng)用方面有一定的局限性。

● 馬氏體分級(jí)淬火

是將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低于鋼的馬氏體點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿浴）中，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，待鋼件的內(nèi)、外層都達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱(chēng)分級(jí)淬火。

優(yōu)點(diǎn)：分級(jí)淬火由于在分級(jí)溫度停留到工件內(nèi)外溫度一致后空冷，所以能有效地減少相變應(yīng)力和熱應(yīng)力，減少淬火變形和開(kāi)裂傾向。

應(yīng)用：適用于對(duì)于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也可用于截面尺寸不大、形狀復(fù)雜地碳素鋼工件。

● 貝氏體等溫淬火

是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260～400℃）等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝，有時(shí)也叫等溫淬火，一般保溫時(shí)間為30～60min。

● 復(fù)合淬火

將工件急冷至Ms以下獲得10％～20％馬氏體，然后在下貝氏體溫度區(qū)等溫。這種冷卻方法可使較大截面地工件獲得M+B組織。預(yù)淬時(shí)形成的馬氏體可促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，在等溫時(shí)又使馬氏體回火。復(fù)合淬火用于合金工具鋼工件，可避免一類(lèi)回火脆性，減少殘余奧氏體量即變形開(kāi)裂傾向。