钢的热处理是指通过加热﹑保温、冷却的操作方法,使钢的组织结构发生变化,以获得所需性能的工艺方法。热处理工艺并不改变钢的化学成分和形状,其目的主要是:①提高零件的强度、硬度和表面的耐磨性;②消除零件内部的残余内应力;③降低零件的硬度﹐改善其机械加工性能;④满足防蚀等一些特殊要求。
因此,热处理工艺在精密机械中被广泛采用,一些重要零件如齿轮、主轴.弹簧,以及刀具、模具和量具等,在加工过程中都需经过热处理才能使用。
根据加热﹑保温,冷却条件的不同和对钢的性能的要求不同,钢的热处理主要有以下类型。
1 退火
将钢加热到临界温度以上20~30℃ ,经一定时间保温﹐随后缓慢冷却,这样的热处理工艺称为退火。退火的目的是降低钢的硬度,改善切削加工性能;细化晶粒,减少组织不均匀性,提高钢的韧性和塑性;消除残余应力,防止钢件的变形和开裂。
2 正火
将钢加热到临界温度以上30~50℃ ,经一定时间保温,然后在空气中冷却的热处理方法称为正火。正火的冷却速度比退火快,加热和保温的时间一样,故可获得比退火后更细的组织,从而得到较高的力学性能,硬度和强度均比退火后高。
3 淬火
淬火又称为硬化,是指将钢加热到临界温度以上30~50℃,保温一定时间,然后在水,盐水或油中急速冷却。淬火的目的是提高零件的硬度和耐磨性。由于淬火后的材料硬而脆,且内应力大,所以淬火后的零件不能直接应用,要经过回火处理。
4 回火
将淬火后的零件重新加热到临界温度以下的某一温度﹐保温一定时间,然后在空气,水或油中冷却的工艺称为回火。回火的目的是消除淬火时因冷却过快而产生的内应力,降低钢的脆性,使其具有一定的韧性。因而回火不是独立的工序,它是淬火后必定要进行的工序。
根据加热温度不同,回火可分为低温回火﹑中温回火和高温回火。
(1)低温回火
加热温度为150～250℃,其目的是在保持材料高硬度的前提下降低其淬火内应力和脆性,用于需要高硬度(59~62HRC)的工具和将受强烈摩擦的零件,如切削工具、模具和滚动轴承等。
(2)中温回火
加热温度为300~450℃,其目的是消除淬火后的内应力,获得较高的弹性、一定的硬度和韧度﹐用于需要好的弹性、一定的硬度(35~45HRC)和一定韧度的零件,如弹簧﹑热压模具等零件。
(3）高温回火
加热温度为500～650℃,目的是消除淬火后的内应力,获得较高的韧度和延展性,但经高温回火后的零件硬度较低(200~350HBS)。通常把淬火后经高温回火的热处理过程称为调质处理。一些重要的零件,如主轴、连杆、丝杠、齿轮等均需调质处理。经调质处理后的钢和经正火处理后的钢相比,不仅强度高,而且韧度和延展性也比较好﹐因此是使用得最多的热处理工艺。
5 表面淬火
表面淬火主要是通过快速加热与立即淬火冷却相结合来实现的,即利用快速加热使钢件表面很快地达到淬火温度﹐然后不等热量传至中心,即迅速予以冷却,结果只使表层被淬硬﹐而中心仍留原来延展性和韧度较好的退火、正火或调质状态下的组织。表面淬火一般适用于要求表面硬度高、内部韧度大的零件,如齿轮、蜗杆、丝杠和轴颈等。
根据加热的方法不同,表面淬火主要有:感应加热(高频、中频、工频)表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火以及电解液加热表面淬火等。
6 化学热处理
化学热处理是指将工件置于一定介质中加热和保温﹐使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分和组织,从而使工件表面具有某种特殊的力学,物理或化学性能。
化学热处理工艺较多,渗入的元素不同,会使工件表面所具有的性能也不同。常见的有以下三种。
(1)渗碳
渗碳是向钢件表面层渗入碳原子的过程。其目的是使工件在热处理后表面具有高硬度和耐磨性,而芯部仍保持一定的强度﹑较高的韧度和延展性。按照采用的渗碳剂不同,渗碳法可分为气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳三种。
渗碳一般主要用于低碳钢,低碳合金钢工件。对于某些齿轮、轴﹑活塞销、万向联轴器等要求表面层的硬度、耐磨性、疲劳强度﹐芯部韧度和延展性都很高的重载零件,渗碳后还需进行淬火和低温回火处理
(2）氮化
氮化是向钢件表面层渗入氮原子的过程。氮化温度一般较低,通常低于调质处理的回火温度。零件在氮化过程中产生的变形较小,经氮化后零件疲劳强度高,而且能在表面生成致密的氮化物层﹐具有很好的耐蚀性。氮化能获得比渗碳淬火更高的表面硬度﹑耐磨性﹑热硬性,疲劳强度和更好的抗腐蚀性能,氮化后不需再淬火。
氮化主要用于硬度和耐磨性高﹐以及不易磨削的精密零件,如齿轮(尤其是内齿轮)主轴、螳杆﹑精密丝杠、量具﹑模具等。
(3）氰化
氰化是将碳和氮同时渗入零件的表面层,所以又称为碳氮共渗。氰化处理可以提高零件表面的硬度﹑耐腐蚀性和疲劳强度﹐并保持零件芯部的韧度和延展性。目前以低温(<570 ℃)氰化处理(又称为气体软氮化)和中温(700～800 ℃)氰化处理应用较为广泛。
