铸铁平台生产中热处理方法

金（jīn）属热处理是将金属工件放在一（yī）定的介质（zhì）中加热到适宜（yí）的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同（tóng）速度冷却（què）的一种工艺（yì）方法。
金属热处理是机械（xiè）制造（zào）中的重要工艺之一，与其（qí）它加工工（gōng）艺相比，热处理一般不（bú）改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工（gōng）件表面的化学成分，赋予或改善工件（jiàn）的（de）使用性能。其特点是改善工件（jiàn）的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能（néng）和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处（chù）理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工（gōng）业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理（lǐ）予以控（kòng）制，所以钢铁的（de）热处理是金属热处理的主要内容。另（lìng）外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其（qí）力（lì）学、物理和化学性能，以获得不同（tóng）的使用性能。
在从（cóng）石器（qì）时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为（wéi）人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就（jiù）已发（fā）现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工（gōng）艺。
公元前六世纪，钢铁兵（bīng）器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发（fā）展。中国河北省易县燕下（xià）都出土的两（liǎng）把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过（guò）淬火的。
随着淬火技（jì）术（shù）的发展，人（rén）们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾（céng）在（zài）今陕西斜谷为诸葛（gě）亮打制3000把（bǎ）刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说（shuō）明中国在古（gǔ）代就（jiù）注意到不同水质的冷却（què）能力了（le），同（tóng）时也（yě）注意了油和尿的冷却能力。中国出土的（de）西汉(公元前206～公（gōng）元24)中山靖王墓中的宝剑,心部（bù）含碳（tàn）量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时（shí）作为个人“手艺”的（de）秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国（guó）金相学家和地质学（xué）家展示了钢铁在（zài）显微镜下的六种不同的金相组织（zhī），证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织（zhī）改变，钢中高温（wēn）时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙（méng）德确立的铁的（de）同素异构理论，以（yǐ）及英国人奥（ào）斯汀最早制定（dìng）的铁碳相图，为现代热处（chù）理工艺（yì）初步奠定（dìng）了理论基础。与（yǔ）此同时，人们还研究了在金属热（rè）处理（lǐ）的加热过程中对金（jīn）属的保护方法，以避免加热（rè）过程中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年（nián），对于应用各种气（qì）体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有（yǒu）一系列专利。1889～1890年（nián）英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移（yí）植应（yīng）用（yòng），使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是（shì）1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进（jìn）行气体渗碳 ；30年代出（chū）现露点电位差计,使炉内气（qì）氛（fēn）的碳势达到可控，以后又研究出用（yòng）二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉（lú）内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场（chǎng）的作（zuò）用，发展（zhǎn）了离（lí）子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方（fāng）法。
二 金属热处（chù）理的工艺
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三（sān）个过程，有时（shí）只有加热和冷却两个（gè）过程。这些过程互相衔接，不可间（jiān）断。
加热是热处（chù）理的重要（yào）步骤（zhòu）之一。金属热（rè）处理的加热方法很多，最早是（shì）采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料（liào）。电（diàn）的（de）应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些（xiē）热源可以直（zhí）接加热（rè），也可以通过熔融的盐或金属，以至浮（fú）动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常（cháng）常发（fā）生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件（jiàn）的表面性能有很不利的影响。因（yīn）而金属通常应在可控气（qì）氛（fēn）或保护气氛中（zhōng）、熔融盐中（zhōng）和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处（chù）理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度（dù） ，是保证热处理质量的主要（yào）问题。加热温度随被处理的金属材（cái）料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相（xiàng）变温度以（yǐ）上，以获得需要的组织。另外（wài）转变需要一定的时间，因（yīn）此当金属工件表面达（dá）到要求的加热温度时，还须在此温度（dù）保（bǎo）持（chí）一定时间（jiān），使内外（wài）温度一致，使显（xiǎn）微组织转变（biàn）完全，这段时间称为保（bǎo）温时间。采用高（gāo）能密度加热和表面热处理时，加热速度极（jí）快，一般就没有保温时间或（huò）保温时间很短（duǎn），而化学热处（chù）理的保温时间往往（wǎng）较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工（gōng）艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般（bān）退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快（kuài），淬火的冷却速度（dù）更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空（kōng）硬（yìng）钢就可以用正火一样的冷却（què）速度进行淬硬。
金属热处理工艺（yì）大体（tǐ）可分为整体热处（chù）理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质（zhì）、加热温度和（hé）冷却方法的（de）不同，每一大（dà）类又可区分为若干不同的热处理工（gōng）艺。同一种（zhǒng）金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是（shì）工业上应用最广的（de）金属，而且钢铁显微组织（zhī）也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
整（zhěng）体（tǐ）热处理（lǐ）是对工件整体加（jiā）热，然后以适当的速度冷（lěng）却，以改变其整体力学性能的金属热（rè）处（chù）理（lǐ）工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火（huǒ）、淬火和（hé）回火四（sì）种（zhǒng）基本（běn）工艺。
退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用（yòng）不同的保温时间，然（rán）后（hòu）进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得（dé）良（liáng）好的工艺性能和使（shǐ）用性能，或（huò）者为进一步淬火作组织（zhī）准备（bèi）。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的（de）效果同退火相似（sì），只是得到的（de）组织更细，常用于改善材料的切削（xuē）性能，也有时用于对一些要求不高的（de）零件作为最终热处理（lǐ）。
淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机（jī）水溶液等淬（cuì）冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变（biàn）脆。为了（le）降（jiàng）低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低（dī）于710℃的某一适（shì）当温度（dù）进行（háng）长时间的保温，再（zài）进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正（zhèng）火、淬火、回火是整体热处理中（zhōng）的“四把火（huǒ）”，其中的淬火与回（huí）火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
“四把火”随（suí）着加热温度和冷却方式的不同（tóng），又演变出不同的热（rè）处理工艺（yì） 。为了获得一定的强度和韧性，把淬（cuì）火（huǒ）和高温回火结合起来的工艺，称为（wéi）调质。某些合金（jīn）淬火形成过饱和固（gù）溶体后，将其置（zhì）于室（shì）温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合（hé）金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为（wéi）时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使（shǐ）工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处（chù）理；在负压气氛或真空（kōng）中进行的（de）热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧（yǎng）化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学（xué）热处理。
表（biǎo）面热（rè）处理（lǐ）是只加热工件表层，以改变其表层力学性能（néng）的（de）金属热处理工艺。为（wéi）了只加热工件表层而不使过多的热（rè）量传入（rù）工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较（jiào）大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法，有激（jī）光热处理、火焰（yàn）淬（cuì）火和感应加热热处（chù）理（lǐ），常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电（diàn）流、激光和电子束等。
化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热（rè）处理不（bú）同之（zhī）处是后者改变了工件表层的化（huà）学成分。化（huà）学热处理（lǐ）是将工件放在含碳、氮或（huò）其它合金元素的介（jiè）质(气体、液体、固体)中加热，保（bǎo）温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和（hé）铬等元（yuán）素。渗入元素后，有时还要进行其它热（rè）处理工（gōng）艺如淬火及回火（huǒ）。化学热处理的主要方（fāng）法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。
热处理是机械零件和工模具制造过（guò）程中的重要（yào）工序之一（yī）。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性（xìng）能 ，如耐磨、耐腐蚀（shí）等。还可以（yǐ）改善毛坯的组（zǔ）织（zhī）和应力状态，以利于进行（háng）各种（zhǒng）冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸（zhù）铁，提高塑性 ；齿轮采（cǎi）用正确的热处理工艺，使（shǐ）用（yòng）寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉（lián）的碳钢通（tōng）过渗（shèn）入某些合金元（yuán）素就具有某些价昂的合金（jīn）钢性能，可以代替某些耐热（rè）钢、不锈钢；工模具（jù）则几（jǐ）乎全部需要经过热处（chù）理方可使用。

三 钢的分类

钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的（de）含碳量（liàng）一般小于2.11% 。钢是经济建设中极为重要的金属材料。钢按化学成分分为碳素钢（简称碳（tàn）钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为（wéi）其主（zhǔ）要成分外，还含有少（shǎo）量的锰、硅、硫、磷等杂质（zhì）。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性（xìng）能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的（de）应用。但随着现（xiàn）代工业与科学技（jì）术的迅速（sù）发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各（gè）种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目（mù）的地加入某些元素（称为合金元（yuán）素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的（de）提高，故应（yīng）用日益广泛。
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保（bǎo）管、选用与研究，必须对钢（gāng）材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：
（一（yī））． 按用途分类
按钢材的用途可分（fèn）为结构钢、工具钢、特殊性能（néng）钢三大（dà）类。
1.结构钢：
（1）.用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢（gāng）。
（2）．用作（zuò）工程结构的钢（gāng）。它包（bāo）括碳素钢中的甲、乙、特类钢及（jí）普通低合金钢。
2.工具钢：用来（lái）制造各种工具的钢。根据工具用途不（bú）同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
3.特殊性（xìng）能（néng）钢：是具有特殊物理化学性能（néng）的钢。可分为（wéi）不锈钢（gāng）、耐热钢、耐磨钢（gāng）、磁钢等（děng）。
（二）． 按化学成分分类

按钢材的化（huà）学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
碳素钢：按含（hán）碳量又可分为低碳（tàn）钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高（gāo）碳钢（含碳量≥0.6%）。
合金钢：按合金元素含量又可分（fèn）为低合金钢（合（hé）金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含量=5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要（yào）合金元素（sù）种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
（三（sān））． 按质量分类
按钢材（cái）中有害杂质磷、硫（liú）的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均（jun1）≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量含硫量≤0.030%）。
此（cǐ）外，还（hái）有按冶炼炉的种类，将钢分为平（píng）炉（lú）钢（酸（suān）性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性（xìng）转炉（lú）、碱性（xìng）转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉钢。按冶炼时脱氧程度，将钢分为沸（fèi）腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比（bǐ）较完全）及半镇静钢。
钢（gāng）厂在给钢的产品命名（míng）时，往（wǎng）往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如（rú）将钢称为普通（tōng）碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素（sù）工具（jù）钢、合金结构钢、合金工具钢等。均≤0.040%）；高级优质钢（含（hán）磷量≤0.035%、
四 金属材料的机械性能
金属材料的性能一般分为工艺性（xìng）能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金（jīn）属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程（chéng）中加工成形的适应（yīng）能力。由于加（jiā）工条件不同，要求的工艺性能也就（jiù）不同，如铸造（zào）性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。所谓使用性能是指机（jī）械零件在使（shǐ）用条件下，金属材料表现（xiàn）出来的性能，它包括机械性（xìng）能、物理（lǐ）性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用（yòng）范围（wéi）与使用（yòng）寿（shòu）命。

在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压（yā）和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程（chéng）中各机械零（líng）件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷（hé）作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（néng）（或称为力学性能）。金属材料的（de）机械性能是零件的设计和选材（cái）时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸（shēn）、压（yā）缩、扭转、冲击、循环载荷（hé）等），对金属材料要求的机械性能也（yě）将不同。常（cháng）用的机械性能包括：强度、塑（sù）性、硬度、韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机（jī）械性能。

1． 强（qiáng）度

强（qiáng）度（dù）是指金（jīn）属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性（xìng）变形或断裂）的性能。由于载（zǎi）荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪（jiǎn）切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强（qiáng）度间（jiān）常有（yǒu）一定的联系（xì），使用中一般较多（duō）以抗拉强度作（zuò）为最基本的强（qiáng）度指标。

2． 塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形（xíng））而不破坏的能力。
3． 硬度
硬度（dù）是衡（héng）量金属材料软硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法（fǎ）最常用的是压入硬（yìng）度法，它是用一定几何（hé）形状（zhuàng）的压头在一定载荷下压（yā）入被测试的金属材料（liào）表面，根据被（bèi）压入程度来测（cè）定其硬度值。
常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏（shì）硬度（HRA、HRB、HRC）和（hé）维氏（shì）硬（yìng）度（HV）等方法。
4． 疲劳（láo）
前面所讨（tǎo）论的强（qiáng）度、塑性、硬度都是金属（shǔ）在静载（zǎi）荷作用下的机械性能指标（biāo）。实际上，许多机（jī）器零件都是在循环载荷下工作（zuò）的，在这种条（tiáo）件下零件会产生疲劳。
5． 冲击（jī）韧性
以（yǐ）很（hěn）大速度（dù）作用于（yú）机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵（dǐ）抗破坏的能力叫做冲击韧性。
五 退火--淬火--回火
(一)．退火的种类
1． 完全退火和等温退火
完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于（yú）亚共析成（chéng）分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重要工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。
2． 球化退火
球化退火主要用（yòng）于（yú）过共析的碳钢（gāng）及合金工（gōng）具钢（如（rú）制造刃具，量具，模具所用的钢种（zhǒng））。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。
3． 去应力退（tuì）火
去应力退火又称（chēng）低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除（chú）铸件，锻件，焊接件（jiàn），热轧件，冷拉件等的残余（yú）应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢（gāng）件在一定时间以后，或在随后的切削（xuē）加工（gōng）过程中产生变形或裂纹。
(二)．淬火
为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保（bǎo）温、速冷。最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到（dào）高（gāo）的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却（què）易使工（gōng）件变形严重，甚至（zhì）发生开裂。而用油作淬火介质（zhì）只适用于过冷奥氏体的（de）稳定性比（bǐ）较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件（jiàn）的淬火。
(三)．回火
1． 降低脆性，消除或减少内应力，钢件（jiàn）淬火后存在（zài）很大内应力和脆性（xìng），如不及时回（huí）火往往会使钢件发生变形甚至开裂。
2． 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种（zhǒng）工件的不同性能的要求，可以通（tōng）过适当回火的配合来调整硬度，减小脆（cuì）性（xìng），得到所需要的（de）韧性，塑性（xìng）。
3． 稳定工件尺寸
4． 对（duì）于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正（zhèng）火）后常采用（yòng）高温回火，使钢中（zhōng）碳化物适当聚集，将硬度降低（dī），以利（lì）切削加工。
六 常（cháng）用炉型的选择
炉型应依据不同的工艺要求及工件的类型来决定
1．对于不能成批定型生产的，工件大小不相等的，种类较多的，要求工艺上具有通用性（xìng）、
多用性（xìng）的（de），可选用箱式炉。
2．加热长（zhǎng）轴类及长的（de）丝杆，管子等工件时，可选用深井式电炉。
3．小批量的渗（shèn）碳零件，可选用井式气体渗碳炉。
4．对于大批量的汽车、拖拉机齿轮等零件的生产可选连续式渗碳生产线或箱式多用炉（lú）。
5．对冲压件板材坯料的加热大批量生产时，最好选用滚（gǔn）动炉，辊底炉。
6．对成（chéng）批的定型零件，生产上可选用推杆式或传送带（dài）式（shì）电阻炉（推杆炉或铸带炉）
7．小型（xíng）机械零件如：螺钉，螺母等可选用（yòng）振底式炉（lú）或网带式炉。
8．钢球及滚柱热处理可选（xuǎn）用内螺旋的回转管炉（lú）。
9．有色金属（shǔ）锭坯在大批量（liàng）生产时可用推杆式炉，而（ér）对有色金属小零件（jiàn）及（jí）材料可用空气循环（huán）加热炉。