機械制造過程中的熱處理工藝分析

摘 要：機械制造過程中最關鍵的是零件的質量、性能與壽命。常規的機械制造方式在一定程度上并不能夠滿足機械制造中對部分零件的質量、性能與壽命的要求，但是機械制造過程中結合熱處理方式可以進一步改進部分零件的質量、性能與壽命。熱處理一般是人類為了獲得金屬材料所需性能，讓金屬材料在固體狀態下，通過冷卻、保溫或者加熱的方式，改變金屬材料內部或表面的化學成分或者組織結構的一種金屬材料熱加工工藝。熱處理在機械制造過程中越來越重要，地位越來越高。

關鍵詞：機械制造;熱處理;工藝配合

一、 熱處理工藝概述

為改善金屬的切削加工性能，提高零件的機械性能，如滲碳、淬火、回火等，消除內應力，如時效處理、調質處理等問題，在機械加工工藝路線中，常安排有熱處理工序。熱處理工序一般安排在機械加工前進行。位置的安排如下：如正火、退火、調質等。一般安排在機械加工之后進行。如熱處理后有較大的變形，還須安排最終加工工序。例如切削加工中，由于金屬材料的硬度過高，給加工帶來了困難。造成了刀具的磨損和粗糙度高的問題。因此，將硬度加以控制，減少道具的表面的磨損和劃傷，就需要采用熱處理工藝，影響金屬內部組織，降低硬度。高碳鋼中，由于含有大量的鐵素體，因此使用壽命較低，粗糙度較高。可以采用正火工藝進行鋼的切削性的改善。中碳鋼的碳含量采用正火的熱處理工藝之后，含碳量明顯調整到能夠進行加工的水平，得到了很好的表面粗糙度的治理效果。經過熱處理，金屬材料的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度發生了改變，隨著硬度的降低，疲勞強度增加了，使得材料能夠滿足切削加工的工藝要求。

二、 機械制造過程中的熱處理工藝

（一）鋼淬火工藝

淬火處理可視為是體化轉變過程，通過奧斯體化作用之后，鋼轉變為冷卻狀態，而后開始貝式體抑或馬氏體轉化。借助淬火將增加鋼的硬度，從而契合生產標準。淬火適用范圍較寬，在較多操作中均可體現最佳效用，如模具，經由淬火處理，可增加硬度，改善耐磨性。淬火期間，作業人員需選取適宜的淬火冷卻介質與溫度，從而保證淬火質量及效果。在對鋼件實施淬火處理時，作業人員應先明確其關鍵成分，在此基礎上設置最佳淬火溫度;淬火介質通常對鋼件實施冷卻處理，類型多元，囊括鹽水、水等，淬火期間，淬火介質至關重要。作業人員對淬火冷卻介質選擇期間，需對介質冷卻速度加以思考，保證其為處在慢冷卻狀態，若為快冷卻狀態，則鋼件內部將被較強內應力干擾而具有變形、開裂等情況，使得鋼件淬火質量不佳。實踐期間，大多數機械制造企業往往以水為淬火介質，因其具備較好冷卻性、成本不高，并存在極大的熱容量;位于高溫區內，礦物油匱乏較好冷卻性，而位于低溫區，其冷卻性能極強，較多企業基于此特征在合金鋼淬火期間以礦物油為主要冷卻介質。

（二）鋼回火工藝

在作業人員對鋼件實施淬火處理以后，便能進行回火工序。就回火工藝而言，表示淬火結束后，其碳化物、馬氏體分解物出現聚集效應并擴散。淬火期間，在冷卻速度略快時，鋼件內部將滋生較大內應力，此時利用回火工藝的關鍵即穩定鋼件內部組織，避免其形狀改變抑或具有分裂現象滋生。具體實踐時，回火溫度往往被區分為如下幾種，即高溫、中溫與低溫。不同溫度環境下，鋼件將發生不同反應，如高溫回火能對鋼件內應力進行消除，中溫回火能對鋼件較好的塑性、韌性加以保護，低溫回火則能縮減鋼件內應力，改善其硬度。

（三）鋼件表面處理

機械制造過程中，機器內的多個部件均需基于動載荷、摩擦環境運行，在此情形下，相應部件便需擁有一定的耐磨性與硬度，且心部還應存在一定的強度，如此方可承載各種載荷與摩擦應力，為生產的順利實施予以支撐。具體實踐時，鋼的淬火與回火工藝無法契合相應部件所提生產需求，怎樣選擇行之有效的熱處理工藝改善部件性能、增加強度，就變為作業人員必須思考與解決的問題。在此背景下，鋼件表面處理工藝順時而生，此工藝具體用于處理鋼件表面，經由對鋼件組織結構的改變，改善其性能與強度，加強其對各大載荷的承受力。

三、 機械制造中熱處理工藝的應用

磨削加工期間，輔以熱處理工藝的流程：借助高精度尺寸適用于磨削加工，選擇淬火回火工藝，磨削期間若有裂紋，那么平面磨削時可能因磨砂端面齒平面過于粗糙影響加工。對此，便需選取適宜的砂輪粒度與高效冷卻劑實施熱處理。熱處理期間，車輪硬度為300～400HB應選擇調質工藝，齒輪進行淬火處理后，公法線長度發生變化，對開裂性較大的粗活產品實施冷加工時，需把公法線限定于中、下差，確保熱處理以后的公差范圍契合標準。就熱處理路線以及加工供需處理而言，需確保在淬火產品實施熱處理以前基本成型;就易開裂產品，應選擇全場中頻淬火工藝。

就大模數齒坯的調質而言，受被淬透層深度影響，需選擇先開齒后調質的方式以確保齒根部充分淬透。要與設計標準中的硬度，疲勞、彎曲疲勞強度要求相一致，可選擇如下方式：第一，大模數齒輪選擇齒部開槽調質，先開槽再冷卻，經由此對齒部冷卻條件加以改善;第二，基于鋼材淬透性進行選擇，以淬透性低的合金元素為主，縮減成本。

四、 結語

隨著社會的發展和現代工業技術的發展與進步，熱處理工藝在機械制造中的應用越來越重要，同時，生產制造中對金屬零件的熱處理工藝以及質量要求也相應提高。例如，進行切削加工配合熱處理工藝，能夠對表面粗糙度進行有效的處理，降低調質的硬度，合理解決制造工藝過程中機械加工和熱處理的配合問題，使得機械制造企業的制造能力提升到更高的水平。

參考文獻：

[1]徐剛.鉆桿焊區熱處理工藝簡述與分析[J].石油和化工設備，2017，20（6）：50-51，54.

作者簡介：

孫圣東，遼寧省瓦房店市。