淺析機械加工零件的熱處理加工技術

鄭俊華?呂帥

摘要：進入21世紀以來，我國的機械設計加工行業發展迅猛，無疑已經成為支撐國工業經濟發展，助推國家綜合經濟發展的重要支撐行業。特別是隨著我國材料加工技術等的提升發展，機械零件的加工工藝也更加成熟和先進。本文中，筆者重點就零件加工中的熱處理加工技術進行研究分析。

關鍵詞：機械加工；零件；熱處理加工；技術

在機械加工領域，熱處理加工技術根據加工材料、工藝等的不同也分為很多種類。最常見的分類是按照鋼結構性能的變化，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，筆者重點就普通熱處理方式展開分析。

1 熱處理中的退火技術

簡單來說，熱處理中的退火技術，就是在高溫環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，更加有助于后續加工流程的順利開展。與此同時，這種技術的應用能夠很好地消除鋼材內部應力，避免零件加工中發生變形。此外，經過退火技術處理的鋼材晶粒更加進細化，進一步為之后的熱處理打好基礎。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。該操作適合應用在亞共析鋼材質制作的零件中。等溫退火時將鋼材加熱至適當溫度，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，或將其降溫至Ar1以下溫度進行保溫待滲碳體球化后出爐空冷。該處理方法適合應用在過共析、共析鋼的零件加工中。

2 熱處理中的正火技術

正火指將機械加工零件的鋼材加熱至對應溫度保溫后進行空冷處理。

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

3 熱處理中的淬火技術

淬火是目前應用最為廣泛的熱處理加工技術、通過淬火可獲得馬氏體組織，促進鋼性能的進一步提升。其中如零件材質為亞共析鋼，應將淬火溫度控制在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。

淬火處理時需要使用淬火介質，其中水和油是應用率較高的淬火介質。水具有較強的冷卻能力，適合在形狀簡單的碳鋼件零件中應用。油在低溫情況下冷卻效果較理想，但在高溫時的冷卻性能大大降低，適合應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、聚乙烯醇是工業上經常使用的淬火介質。研究發現，使用合理的淬火方法可彌補介質的不足。

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中將加熱零件連續冷卻至室溫的淬火方法，其具有實現自動化方便、操作簡單等優點。雙液淬火法指先將零件在冷卻能力較強的介質中冷卻，而后在冷卻能力較弱的介質中發生馬氏體轉變的一種方法。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，當內外溫度達到均勻后取出緩冷。分級淬火可降低零件內應力，適合應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堿浴或鹽浴中進行足夠時間的保溫，以獲得貝氏體組織。處理后零件的綜合力學性能得以明顯提升，適合應用在要求較高及形狀復雜的小型零件加工中。

4 熱處理中的回火技術

回火指將淬火鋼加熱至A1以下的某溫度保溫后進行冷卻的一種方法。通過回火處理可將淬火內應力加以消除或減小，避免開裂、變形。同時，可對零件的韌性、硬度進行調整，獲得預期的力學性能。另外，回火可促進零件材質轉變為接近平衡或平衡的組織，避免使用過程中變形。回火處理時隨著溫度的升高加工零件的力學性能整體上呈現出硬度、強度降低，韌性、塑性升高的變化。其中當低于200℃時，因馬氏體中碳化物彌散析出，鋼硬度并不會下降。當溫度在200～300℃時，高碳鋼的硬度會有所提升。但當溫度超過300℃時，Fe3C粗化，馬氏體向鐵素體轉變，硬度呈現直線下降。

研究發現，淬火鋼的韌性并非隨著溫度的升高一直提高，即，在某些溫度范圍內回火時，會出現沖擊韌性下降的情況，成為回火脆性。回火脆性分為第一類回火脆性、第二類回火脆性。其中第一類回火脆性指在250～350℃范圍內回火時出現的脆性。出現這一情況的原因在于滲碳體和細小的薄片狀過渡碳化物在馬氏體片界面析出，因此，回火處理時不能在該溫度范圍內。第二類回火脆性指在500～560℃回火時后緩冷時出現的脆性，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，可采取的方法有：回火后快速冷卻；如零部件的截面較大時，可加入0.5%左右的Mo、1%左右的合金元素。

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

5 結論

為提高機械加工零件質量及力學性能指標，更好的滿足機械加工、生產要求，做好熱處理加工技術尤為重要。一方面，熱處理加工工藝復雜，涉及的細節較多，技術人員應明確熱處理工序，把握相關工序的重點與難點。另一方面，需要技術人員做好研究，根據不同零件材質，找到合適的熱處理溫度，進行針對性人為干預，促進機械加工零件綜合性能的進一步提升。

參考文獻：

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（作者單位：1.沈陽黎發熱能燃機設備配件有限公司；

2.沈陽林氏工具制造有限公司）