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[摘 要]机械类中职生在学习机加工工艺的同时，理解和掌握一些常用的热处理知识和方法，对于机械加工中提高零件的加工效率，保证零件的表面质量等具有积极的指导意义。本文仅在钢的热处理方法上就其目的、工艺方法、选用范围等进行了初步探讨。
[关键词]热处理 方法 加工工艺 应用 探讨
中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0055-01
金属材料不仅具有优良的物理、化学和力学性能，能满足各种零件的使用要求，而且具有良好的加工工艺性能，适合制造各种产品。热处理是将固态金属或合金材料采用适当的方式进行加热保溫和冷却，以获得满足对其组织结构与性能所需要的热加工工艺。热处理在机械制造中应用极为广泛，其作用是提高零件的使用性能，充分挖掘钢材的潜力，延长零件使用寿命，改善工件的工艺性能，提高加工质量，减少刀具磨损。因此，作为零件加工中的工艺手段，对热处理知识的了解和运用是机类专业的学生应努力掌握的知识和技能。
1.退火处理及应选用的加工工艺范围
退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间随炉缓慢冷却至500℃以下，在空气中冷却至常温的热处理工艺。常用的方法有三种：（1）完全退火，是将钢件加热到AC3线以上30-50℃，使其完全奥氏体化，保温后随炉缓慢冷却至常温。目的是降低钢件的硬度，细化晶粒，平衡组织，充分消除内应力。主要用于中碳钢，低、中碳合金钢的锻件、铸件，热轧型材等；（2）球化退火，是将钢件加热到Ac1线以上20-30℃，经保温后以不超过50℃/h的冷却速度随炉冷却至常温，以得到钢中呈球状碳化物的热处理工艺。目的是降低钢的硬度，改善切削加工性能，减小淬火后钢件的变形和开裂倾向。主要用于共析钢及过共析钢的热处理，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承用钢等。这些钢在锻造后进行球化退火，既有利于切削加工，又可为后续的淬火作组织准备。（3）去应力退火，是将钢加热到A1线以下某温度（500-600℃），保温一段时间后缓慢冷却至常温的工艺。目的是消除钢件在焊接、切削加工、压力塑性变形、铸造等过程中产生的残余应力，它的存在会使钢件在加工后和使用过程中发生变形。精度要求较高的锻件、铸件、焊件以及切削加工后的钢件一般都会做去应力退火处理。例如：20CrMo是常用的重要齿轮用钢，其主要力学性能是经淬火后轮齿表面硬度和耐磨性均优良，弯曲疲劳强度和接触疲劳强度高，轮齿心部能保持足够的强度和韧性。加工时所选用的最终加工工艺路线是：锻造-退火-粗削加工-淬火、回火-齿轮加工-测定尺寸-气体渗碳淬火-测定尺寸。从工艺路线可以看出，齿轮加工时采用锻造后去应力退火是为了改善随后的切削加工性能并为淬火回火做准备。
2.正火处理及应选用的加工工艺范围
正火是将钢件加热到Ac3或Acm线以上30-50℃，保温适当的时间后，在自由流动的空气中均匀冷却至常温的热处理工艺。正火的目的主要有几点：一是降低钢的硬度（大于230HBS）或增加钢的硬度（小于160HBS），提高塑性，改善切削加工或压力加工的性能；二是细化晶粒，使其组织获得较高的力学性能，在力学性能要求不太高时，可作为最终热处理；三是消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，为球化退火做准备；四是消除冷热加工后所产生的内应力。主要用于低碳钢、低合金钢和中碳钢，通常作为锻件、焊接件及渗碳零件的预先热处理。以45钢选作机床主轴为例，在零件的加工工艺路线中，一般将正火的加工工序放在毛胚锻造之后，其目的是为了消除锻造应力，并改善工件的切削性能。
3.淬火处理及应选用的加工工艺范围
淬火是将钢件加热到Ac3线以上30-50℃或Ac1线以上30-50℃某温度，使其奥氏体化，保温一段时间，然后在冷却介质中以适当的速度冷却，使钢件内部全部或部分发生马氏体组织结构转变的热处理工艺。目的是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢）淬火则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高钢的耐磨性和耐蚀性。一般用于含碳量大于0.3﹪的碳钢或合金钢，这类钢件经淬火能充分提高钢的强度和耐磨性，同时也会产生很大的内应力，降低钢的塑性和韧性，因此要进行回火处理，以获得良好的综合机械性能。例如，汽车变速齿轮选用20CrMnTi的毛坯，齿轮加工工艺路线为：锻造-正火-机械加工-渗碳-淬火、低温回火-喷丸-校正花键孔-磨齿。这里将淬火安排在渗碳之后是由于20CrMnTi是合金渗碳钢，淬透性好，且Ti的细化晶粒作用强，渗碳后可直接淬火及低温回火，轮齿表面硬度可达58-62HRC，心部可得到低碳马氏体，具有较高的强度和韧性，硬度也可达33-48HRC，符合技术条件对齿轮的要求。
4.回火处理及应选用的加工范围
回火是将淬火后的钢件再加热到Ac1线以下的适当温度，保温一定时间，冷却至常温的热处理工艺。方法有：（1）低温回火（150-250℃），目的是得到回火马氏体组织，保持淬火钢件高的硬度和耐磨性，降低淬火时产生的内应力和脆性，适用于刃具、量具、冷冲压模具等要求硬而耐磨的钢件。（2）中温回火（300-500℃），目的是得到回火托氏体，其组织具有较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性，硬度为35-50HRC，用于弹性零件、锻模、冲击工具等。（3）高温回火（500-650℃），目的是得到回火索氏体，以获得良好的综合机械性能，硬度可达20-35HRC。广泛用于各种较重要的受力结构件，如螺栓、连杆、齿轮、轴类零件等。例如，在汽车变速齿轮选用20CrMnTi毛坯加工齿轮时，其加工工艺路线中，将低温回火安排在淬火之后，目的是使齿轮心部得到低碳马氏体，获得较高的强度和韧性，同时可保持轮齿表面的硬度，消除因淬火产生的内应力和脆性。
5.结语
总之，作为机械类专业的中职生在努力学好各种机加工技能的同时，理解和把握钢的热处理知识，对于钢材料的选用，加工工艺路线的确定，加工效率及加工后零件表面质量的保证都具有积极的现实意义。
参考文献
[1] 单小君，金属材料与热处理[M]，中国劳动社会保障出版社，2001，第四版，68-73.82-84.
[2] 陈海魁，机械制造工艺基础[M]，中国劳动社会保障出版社，2001，第四版164-166.
[3] 雷声，齿轮热处理变形的控制[J]，机械工程师，2008，（5），74-76.
[4] 马伯龙，实用热处理学技术及应用[M]，机械工业出版社，2015.3，第二版，5-11.21-23.50-51.
[关键词]热处理 方法 加工工艺 应用 探讨
中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）21-0055-01
金属材料不仅具有优良的物理、化学和力学性能，能满足各种零件的使用要求，而且具有良好的加工工艺性能，适合制造各种产品。热处理是将固态金属或合金材料采用适当的方式进行加热保溫和冷却，以获得满足对其组织结构与性能所需要的热加工工艺。热处理在机械制造中应用极为广泛，其作用是提高零件的使用性能，充分挖掘钢材的潜力，延长零件使用寿命，改善工件的工艺性能，提高加工质量，减少刀具磨损。因此，作为零件加工中的工艺手段，对热处理知识的了解和运用是机类专业的学生应努力掌握的知识和技能。
1.退火处理及应选用的加工工艺范围
退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间随炉缓慢冷却至500℃以下，在空气中冷却至常温的热处理工艺。常用的方法有三种：（1）完全退火，是将钢件加热到AC3线以上30-50℃，使其完全奥氏体化，保温后随炉缓慢冷却至常温。目的是降低钢件的硬度，细化晶粒，平衡组织，充分消除内应力。主要用于中碳钢，低、中碳合金钢的锻件、铸件，热轧型材等；（2）球化退火，是将钢件加热到Ac1线以上20-30℃，经保温后以不超过50℃/h的冷却速度随炉冷却至常温，以得到钢中呈球状碳化物的热处理工艺。目的是降低钢的硬度，改善切削加工性能，减小淬火后钢件的变形和开裂倾向。主要用于共析钢及过共析钢的热处理，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承用钢等。这些钢在锻造后进行球化退火，既有利于切削加工，又可为后续的淬火作组织准备。（3）去应力退火，是将钢加热到A1线以下某温度（500-600℃），保温一段时间后缓慢冷却至常温的工艺。目的是消除钢件在焊接、切削加工、压力塑性变形、铸造等过程中产生的残余应力，它的存在会使钢件在加工后和使用过程中发生变形。精度要求较高的锻件、铸件、焊件以及切削加工后的钢件一般都会做去应力退火处理。例如：20CrMo是常用的重要齿轮用钢，其主要力学性能是经淬火后轮齿表面硬度和耐磨性均优良，弯曲疲劳强度和接触疲劳强度高，轮齿心部能保持足够的强度和韧性。加工时所选用的最终加工工艺路线是：锻造-退火-粗削加工-淬火、回火-齿轮加工-测定尺寸-气体渗碳淬火-测定尺寸。从工艺路线可以看出，齿轮加工时采用锻造后去应力退火是为了改善随后的切削加工性能并为淬火回火做准备。
2.正火处理及应选用的加工工艺范围
正火是将钢件加热到Ac3或Acm线以上30-50℃，保温适当的时间后，在自由流动的空气中均匀冷却至常温的热处理工艺。正火的目的主要有几点：一是降低钢的硬度（大于230HBS）或增加钢的硬度（小于160HBS），提高塑性，改善切削加工或压力加工的性能；二是细化晶粒，使其组织获得较高的力学性能，在力学性能要求不太高时，可作为最终热处理；三是消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，为球化退火做准备；四是消除冷热加工后所产生的内应力。主要用于低碳钢、低合金钢和中碳钢，通常作为锻件、焊接件及渗碳零件的预先热处理。以45钢选作机床主轴为例，在零件的加工工艺路线中，一般将正火的加工工序放在毛胚锻造之后，其目的是为了消除锻造应力，并改善工件的切削性能。
3.淬火处理及应选用的加工工艺范围
淬火是将钢件加热到Ac3线以上30-50℃或Ac1线以上30-50℃某温度，使其奥氏体化，保温一段时间，然后在冷却介质中以适当的速度冷却，使钢件内部全部或部分发生马氏体组织结构转变的热处理工艺。目的是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢）淬火则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高钢的耐磨性和耐蚀性。一般用于含碳量大于0.3﹪的碳钢或合金钢，这类钢件经淬火能充分提高钢的强度和耐磨性，同时也会产生很大的内应力，降低钢的塑性和韧性，因此要进行回火处理，以获得良好的综合机械性能。例如，汽车变速齿轮选用20CrMnTi的毛坯，齿轮加工工艺路线为：锻造-正火-机械加工-渗碳-淬火、低温回火-喷丸-校正花键孔-磨齿。这里将淬火安排在渗碳之后是由于20CrMnTi是合金渗碳钢，淬透性好，且Ti的细化晶粒作用强，渗碳后可直接淬火及低温回火，轮齿表面硬度可达58-62HRC，心部可得到低碳马氏体，具有较高的强度和韧性，硬度也可达33-48HRC，符合技术条件对齿轮的要求。
4.回火处理及应选用的加工范围
回火是将淬火后的钢件再加热到Ac1线以下的适当温度，保温一定时间，冷却至常温的热处理工艺。方法有：（1）低温回火（150-250℃），目的是得到回火马氏体组织，保持淬火钢件高的硬度和耐磨性，降低淬火时产生的内应力和脆性，适用于刃具、量具、冷冲压模具等要求硬而耐磨的钢件。（2）中温回火（300-500℃），目的是得到回火托氏体，其组织具有较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性，硬度为35-50HRC，用于弹性零件、锻模、冲击工具等。（3）高温回火（500-650℃），目的是得到回火索氏体，以获得良好的综合机械性能，硬度可达20-35HRC。广泛用于各种较重要的受力结构件，如螺栓、连杆、齿轮、轴类零件等。例如，在汽车变速齿轮选用20CrMnTi毛坯加工齿轮时，其加工工艺路线中，将低温回火安排在淬火之后，目的是使齿轮心部得到低碳马氏体，获得较高的强度和韧性，同时可保持轮齿表面的硬度，消除因淬火产生的内应力和脆性。
5.结语
总之，作为机械类专业的中职生在努力学好各种机加工技能的同时，理解和把握钢的热处理知识，对于钢材料的选用，加工工艺路线的确定，加工效率及加工后零件表面质量的保证都具有积极的现实意义。
参考文献
[1] 单小君，金属材料与热处理[M]，中国劳动社会保障出版社，2001，第四版，68-73.82-84.
[2] 陈海魁，机械制造工艺基础[M]，中国劳动社会保障出版社，2001，第四版164-166.
[3] 雷声，齿轮热处理变形的控制[J]，机械工程师，2008，（5），74-76.
[4] 马伯龙，实用热处理学技术及应用[M]，机械工业出版社，2015.3，第二版，5-11.21-23.50-51.