金屬表面熱處理工藝的行業(yè)須知

    工件在加熱和冷卻過程中，由于表層和心部的冷卻速度和時(shí)間的不一致，形成溫差，就會(huì)導(dǎo)致體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力，即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的作用下，由于表層開始溫度低于心部，收縮也大于心部而使心部受拉，當(dāng)冷卻結(jié)束時(shí)，由于心部后冷卻體積收縮不能自由進(jìn)行而使表層受壓心部受拉。冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達(dá)到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。即在熱應(yīng)力的作用下終使工件表層受壓而心部受拉。這種現(xiàn)象受到冷卻速度，材料成分和熱處理工藝等因素的影響。當(dāng)冷卻速度愈快，含碳量和合金成分愈高，冷卻過程中在熱應(yīng)力作用下產(chǎn)生的不均勻塑性變形愈大，后形成的殘余應(yīng)力就愈大。另一方面鋼在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，因比容的增大會(huì)伴隨工件體積的膨脹，工件各部位先后相變，造成體積長(zhǎng)大不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力變化的終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力，恰好與熱應(yīng)力相反。組織應(yīng)力的大小與工件在馬氏體相變區(qū)的冷卻速度，形狀，材料的化學(xué)成分等因素有關(guān)。

熱處理操作人員，包括熱處理工藝人員應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)知識(shí)如下。

① 金屬學(xué)中的基礎(chǔ)知識(shí)：晶體結(jié)構(gòu)初步知識(shí)、結(jié)晶和同素異構(gòu)初步知識(shí)、相圖和杠桿定律、固體金屬擴(kuò)散的初步知識(shí)。比較重要的知識(shí)是鐵碳（Fe-Fe3C）相圖知識(shí)。

② 金屬熱處理原理知識(shí)：熱處理金相組織的種類有珠光體、奧氏體、索氏體、貝氏體、馬氏體、魏氏體。各類熱處理轉(zhuǎn)變曲線的讀圖和使用方法，尤其是冷卻轉(zhuǎn)變曲線CCT圖。

③ 化學(xué)熱處理的基本知識(shí)：化學(xué)熱處理過程中的化學(xué)反應(yīng)、工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響、常用氣氛的組成。

④ 合金結(jié)構(gòu)鋼、工具模具鋼、軸承鋼、不銹鋼、鑄鐵、有色金屬等各類鋼種的基本知識(shí)；熱處理缺陷的產(chǎn)生原因和預(yù)防方法。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的整個(gè)工藝過程中產(chǎn)品質(zhì)量的因素能做出事前判斷。返修品的處理措施。

⑤ 常用輔助材料的基本知識(shí)：各類鹽、淬火油、反氧化脫碳涂料、石棉等工藝材料知識(shí)的掌握。

1.對(duì)于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具，要選用滲碳鋼來制造，并把滲碳、淬火和低溫回火作為終熱處理。

2.對(duì)滲碳層的要求，一般滲碳層的厚度為0.8～1.5mm，當(dāng)壓制含硬質(zhì)填料的塑料時(shí)模具滲碳層厚度要求為1.3～1.5mm，壓制軟性塑料時(shí)滲碳層厚度為0.8～1.2mm。氮化工件工藝路線：鍛造－退火－粗加工－調(diào)質(zhì)－精加工－除應(yīng)力－粗磨－氮化－精磨或研磨。滲碳層的含碳量為0.7%～1.0%為佳。若采用碳、氮共滲，則耐磨性、耐腐蝕性、防粘性就更好。

3.滲碳溫度一般在900～920℃，復(fù)雜型腔的小型模具可取840～860℃中溫碳氮共滲。所以熱處理的過程就是按加熱→保溫→冷卻這三階段進(jìn)行，這三個(gè)階段可用冷卻曲線來表示。滲碳保溫時(shí)間為5～10h，具體應(yīng)根據(jù)對(duì)滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級(jí)滲碳工藝為宜，即高溫階段（900～920℃）以快速將碳滲入零件表層為主；中溫階段（820～840℃）以增加滲碳層厚度為主，這樣在滲碳層內(nèi)建立均勻合理的碳濃度梯度分布，便于直接淬火。

4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同，滲碳后可分別采用：重新加熱淬火；分級(jí)滲碳后直接淬火（如合金滲碳鋼）；中溫碳氮共滲后直接淬火（如用工業(yè)純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具）；滲碳后空冷淬火（如高合金滲碳鋼制造的大、中型模具）。

熱處理裂紋的分類：

金屬表面熱處理工藝淬火裂紋——縱裂（組織應(yīng)力型）、弧裂（局部拉應(yīng)力型）、大型工件淬火裂紋（縱斷、橫斷）、邊廓表面裂紋（局部拉應(yīng)力型）、脫裂、第二類應(yīng)力裂紋。

縱裂的形成條件

淬透是縱裂形成的必要條件。小工件淬透后的應(yīng)力狀態(tài)屬于組織應(yīng)力型殘余應(yīng)力，一般情況下組織應(yīng)力的切向應(yīng)力顯著大于軸向應(yīng)力。因此形成組織應(yīng)力型殘余應(yīng)力是縱裂的應(yīng)力條件。