机械加工为什么要进行热处理？,热处理工艺有哪些。

金属工件要拥有这些知足我们不同需求的性能，除了通过选择得当的合金外，其他险些都靠不同的金属热处理方法。

说到金属热处理，就绕不开铁，它是我们地球上最多的金属，也是运用最广的金属。
纯铁是指含碳量低于0.02%铁金属，是一种柔韧而延展性较好的银白色金属，有着良好的导磁性，紧张用于制发电机和电动机的铁芯。
钢是铁碳合金的总称，碳质量百分比在0.02％和2.11％之间，我们平时用到的铁金属工件，险些都是钢。
含碳量高于2.11%的叫生铁，它脆而硬，加工性能差，便是称的称砣多数是生铁制成。

未经热处理的铁、钢和生铁的强度、刚度和表面硬度、防腐等性能，都很难知足我们现实生活中不同的须要。
于是，人们绞尽脑汁，一直探索，除合理选用材料和各种成形工艺外，就有了热处理。
以是，热处理是为了使金属工件具有所须要的力学性能、物理性能和化学性能，是提高金属工件性能的有效手段。

那什么是热处理呢？

金属热处理是将金属或合金工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定韶光后，又以不同速率，在不同的介质中冷却，从而改变金属材料表面或内部的显微组织构造来掌握其性能的一种工艺。

金属热处理是机器制造中的主要工艺之一，与其他加工工艺比较，热处理一样平常不改变工件的形状和整体的化学身分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学身分，授予或改进工件的利用性能。
其特点是改进工件的内在质量。
以是，它是机器制造中的分外工艺过程，是机器零件和工模具制造过程中的主要工序之一。
它可以担保和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐堕落等。
还可以改进毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。

例如白口铸铁经由永劫光退火处理可以得到可锻铸铁，提高塑性；齿轮采取精确的热处理工艺，利用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；其余，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则险些全部须要经由热处理方可利用。

金属显微金相组织繁芜，而且在不同的条件下金相会不同。
金相不同，性能就会不同。
而且金相组织可以通过热处理进行改变和掌握。
钢铁是机器工业中运用最广的材料，钢铁的热处理也是金属热处理的紧张内容。
其余，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以得到不同的利用性能。
下图是钢铁紧张的几种金相组织（将钢材取样，经由打磨、抛光，末了用特定的堕落剂堕落显示后，在金相显微镜下不雅观察到的组织）。

三、 机器热处理分类

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类，如下图。

根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为多少不同的热处理工艺。
同一种金属采取不同的热处理工艺，可得到不同的金相组织，从而具有不同的性能。
钢铁是工业上运用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为繁芜，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速率冷却，以改变其围不雅观金相机构从而改变整体力学性能的金属热处理工艺。
钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火（Annealing）

退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采取不同的保温韶光，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或靠近平衡状态，或者是使前道工序产生的内部应力得以开释，得到良好的工艺性能和利用性能，或者为进一步淬火作组织准备。
以45号钢为例，退火后的金相为奥氏体，退火后变得太软，一样平常45钢都不做退火处理。

专业阐明：将亚共析钢工件加热至AC3（加热时铁素体转变成奥氏体的终了温度）以上20-40度，保温一段韶光后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。

正火（Normalization）

正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改进材料的切削性能，也有时用于对一些哀求不高的零件作为终极热处理。
以45号正火后金相为奥氏体+珠光体。

专业阐明：将钢材或钢件加热到临界点AC3（对付亚共析钢）或Accm（加热时二次渗碳体溶入奥氏体的终了温度，对付过共析钢）以上30℃—50℃，保温适当韶光后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理工艺为正火. 正火后天生亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+Fe3CⅡ正火与完备退火的紧张差别在于冷却速率快些，目的是让钢组织正常化，亦称常化处理。

淬火（Quenching）

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐溶液、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。
后钢件变硬，但同时变脆。
以45号钢为例，很少单单淬火，由于它难得到想要的硬度。

专业阐明：将钢奥氏体化后的钢件以适当的冷却速率冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织构造转变的热处理工艺。

回火（Tempering）

回火是为了降落钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行较永劫光的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。

专业阐明：将经由淬火的工件加热到临界点AC1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）以下的适当温度保持一定韶光，随后用符合哀求的方法冷却，以得到所须要的组织和性能的热处理工艺。

下面是45号钢，几种热处理的结果剖析。

温度升到临界点后，随着加热温度和冷却办法的不同，又演化出不同的热处理工艺。
不同的冷却速率会析出不同的金相 。

V1 会析出铁素体和珠光体；

V2会析出铁素体和索氏体；

V3会析出铁素体和屈氏体。

当冷却速率达到V4时，析出很少的网状铁素体和屈氏体，奥氏体则紧张转变为马氏体和屈氏体。

当冷却速率超过V5时，则全部转化为马氏体。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，它们常常会相互结合，个中的淬火与回火关系密切，常常合营利用。

调质（Quenching-Tempering）

为了得到一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺。
以45号钢为例，淬火后得到马氏体，接着回火得到索氏体。
这样，就能使材料得到较高的强度, 又有优秀的韧性、塑性、切削性能。

时效处理（Aging Treatment）

把某些合金也称固溶体（在固态条件下,一种组分内溶解了其他组分而形成的单一、均匀的晶态固体金属，平时用的不锈钢便是范例的固溶体）淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较永劫光，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。
例如，为肃清精密量具或模具、零件在长期利用中尺寸、形状发生变革，就须要进行时效处理。

形变热处理（Ausforming）

把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件得到很好的强度、韧性合营的方法， 也相称于热铸造。
最常见的例子，便是老式铁匠铺打铁。

真空热处理（Vacuum Heat-Treatment）

在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能。
零件经真空热处理后，畸变小，质量高，且工艺本身操作灵巧，无公害。
因此真空热处理不仅是某些分外合金热处理的必要手段，而且在一样平常工程用钢的热处理中也得到运用，特殊是工具、模具和精密耦件等，经真空热处理后利用寿命较一样平常热处理有较大的提高。

表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。
为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，利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。
表面热处理的紧张方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
例如，一些轴类、齿轮和承受变向负荷的零件，表面具有较高的抗磨损能力，而内部又须要很好的韧性和强度。
就可以可通过表面热处理，使工件整体的性能哀求。

化学热处理是通过改变工件表层化学身分、组织和性能的金属热处理工艺。
化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学身分。
化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质（气体、液体、固体）中加热，保温较永劫光，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。
渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。
化学热处理的紧张方法有渗碳、渗氮、渗金属。

表面改性技能（surface modified technique）则是采取化学热处理和物理方法的方法结合。
改变材料或工件表面的化学身分或组织构造以提高机器零件或材料性能的一类热处理技能。
它包括化学热处理（渗氮、渗碳、渗金属等）；表面涂层（低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等薄膜镀层、物理气相沉积、化学气相沉积等）和非金属涂层技能等。
这些用以强化零件或材料表面的技能，授予零件耐高温、防堕落、耐磨损、抗疲倦、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。
使原来在高速、高温、高压、重载、堕落介质环境下事情的零件，提高可靠性和延长利用寿命。
最常见得莫过于家里的不粘锅。

除了分外行业，分外用场的金属产品（像齿轮、铸造件、不粘锅等），多数机器设计和制造都不须要进行额外的热处理，由于钢厂已经替代设计方进行过热处理了，让机器用金属原材料处于热处理过的状态。
机器设计方只需选用就行。

说了这么多金属热处理知识，我们来看看天下金属冶炼和热处理的发展进程。
人类不断的探索，从利用石器，到创造金属，提炼金属，再到金属热处理，走过了漫长的进程。

发展到现在，各个热处理步骤热退火、正火、回火、淬火、渗碳、渗氮等都有了各自的、前辈的热处理设备。
像退火炉、正火炉、回火炉、淬火炉、渗碳炉、渗碳炉、真空炉、硝盐炉、时效炉、铝合金热处理炉等。
它们不但能精准地升、降温，而且测控技能有长足发展，紧张表现在温度测控、气氛测控和工艺程序掌握等，不断采取新技能。
前辈的高质量的元器件和仪表陆续开拓出来，又大量运用于热处理设备中。

全自动感应淬火机床

打算机和网络技能的运用和掌握，险些扩展到所有前辈热处理设备领域。
借在感应加热和燃烧掌握领域多年的探索和积累的丰富履历，西门子工控早已成为金属热处理领域的标杆。
时序脉冲燃烧掌握、时序脉冲燃烧掌握、膨胀式火焰和可遮断的点火等掌握办法，为燃烧设备制造商供应了可靠的技能和解决方案。
而且燃烧设备和感应加热正是热处理所需的热源。
其余，西门子还为热处理工艺供应高品质的元器件，机器、电子以及各种传感器的广泛组合运用到热处理领域。

热处理掌握系统大致构成

例如西门子840D数控系统是整套感应淬火设备的掌握中央, 掌握机床的运行和工件的加热淬火过程。
这套系统紧张由下列部件组成：

Siemens 840D 掌握系统部件

这套系统具有以下功能和特点：

1、增加了零件淬火质量担保功能。
其一它是在CNC 840D掌握系统中配置能量监视器。
利用能即是功率与韶光积分的基本事理通过显示器的某一画面, 显示能数值是否在预先设定的能里偏差带范围内从而剖断零件的加热能量是否在设定例模内。
其二，根据构造繁芜零件加热淬火不同部位、不同功率须要，程序中可设定不同功率，大大拓宽了零件的加热淬火运用空间。

2、通过彩色屏幕的不同画面理解设备运行，如全晶体管电源、电机、淬火液程度和液位、冷却系统压力和温度，运行中工件加热状态如功率大小、能量是否超出偏差带等状态或故障信息。
运行中一旦发生故障, 数控系统以最快的相应速率采纳方法。
第一反应是立即阻挡程序的连续实行淬火工艺过程将被停滞，并将故障影象在故障程序中, 避免零件或机床涌现破坏，与此同时显示报警内容。
只有在操作者或技能职员打消故障后, 设备方可连续事情。

3、配有完全的工件淬火程序的输入、修正等编辑功能，所有工件程序可以存储在数控系统中也可以通过数控系统通讯口传输到打算机中，便于工艺职员离机进行工件淬火程序的编辑和处理。
当机床关机后，末了加工的工件参数和程序自动存储，以便下次操作调用。

不同金属热处理设备，掌握系统功能也会存在诸多不同。
但掌握系统的总体构造大致相称。

金属热处理发展的未来会若何？无法计算。
随着3D 打印的技能的涌现和进步，也可能会直接打印出不同和特定金相组织的，知足不同性能哀求的金属物件。
乃至轻易地制造出同一工件上，不同部位具有不同金相组织和不同性能地金属物件。
这也是当下3D 打印的技能瓶颈和3D 打印的发展方向。

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