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金属热处理

发布时间:2021-01-11 阅读:417次发布者:
摘要:热处理就是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构的工艺

    一般来说工业用件都是对零件的强度和各项性能有要求的。尤其是在航空航天和军工领域,对零件的性能有着非常严格的要求。所以金属打印过后的热处理就是一个必不可少的步骤。


    但是在热处理之前还有一些必不可少的准备工作。零件在打印完成时,零件上会覆盖大量的粉末。在取出零件放入热处理炉之前,尽量将零件上附着的粉末清理干净。首先是节省材料成本,其次如果零件存在内部流道结构,且流道部分过于狭窄,不清理粉末可能会造成流道堵塞。


    热处理就是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构的工艺。所以热处理的过程就是按加热→保温→冷却这三阶段进行。不管是哪种热处理,都是分这三个阶段,不同的是加热温度、保温时间和冷却速度不同。


    热处理工艺的特点是不改变金属零件的外形尺寸,只改变材料内部的组织与零件的性能。


    常用的热处理有退火,正火、淬火和回火,以下将以钢为例详细阐述:


    钢的热处理目的是消除材料的组织结构上的某些缺陷,更重要的是改善和提高钢的性能,充分发挥钢的性能潜力,这对提高产品质量和延长使用寿命有重要的意义。

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    一、退火


    退火就是将金属或合金的工件加热到适当温度(高于或低于临界温度,临界温度即使材料发生组织转变的温度),保持一定的时间,然后缓慢冷却(即随炉冷却或者埋入导热性较差的介质中)的热处理工艺。退火工艺的特点是保温时间长,冷却缓慢,可获得平衡状态的组织。


    钢退火的主要目的是为了细化组织,提高性能,降低硬度,以便于切削加工;消除内应力;提高韧性,稳定尺寸。使钢的组织与成分均匀化;也可为以后的热处理工艺作组织准备,根据退火的目的不同,退火有完全退火、球化退火、消除应力退火等几种。


    退火常在零件制造过程中对铸件、锻件、焊件接进行,以便于以后的切削加工或为淬火作组织准备。


    二、正火


    将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后,在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织,改善钢的性能,获得接近平衡状态的组织。


    正火与退火工艺相比,其主要区别是正火的冷却速度稍快,所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时,尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火,若用正火,由于冷却速度较快,使其正火后硬度较高,不利于切削加工。


    三、淬火


    将钢件加热到临界点以上某一温度(45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760~780℃),保持一定的时间,然后以适当速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。


    淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快,目的是为了获得马氏体组织。也就是说要获得马氏体组织,钢的冷却速度必须大于钢的临界速度。所谓临界速度就是获得马氏体组织的最小冷却速度。钢的种类不同,临界冷却速度不同,一般碳钢的临界冷却速度要比合金钢大。所以碳钢加热后要在水中冷却,而合金钢在油中冷却。冷却速度小于临界冷却速度得不到马氏体组织,但冷却速度过快,会使钢中内应力增大,引起钢件的变形,甚至开裂。

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    四、回火


    钢件淬硬后,再加热到临界温度以下的某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。


    淬火后的钢件一般不能直接使用,必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大,直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性,提高韧性;另一方面可以调整淬火钢的力学性能,达到钢的使用性能。根据回火温度的不同,回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。


    (1)低温回火


    淬火钢件在250℃以下的回火称为低温回火。低温回火主要是消除内应力,降低钢的脆性。


    (2)中温回火


    淬火钢件在250℃~500℃之间的回火称为中温回火,可获得良好的弹性。


    (3)高温回火


    淬火钢件在高于500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后,具有良好综合力学性能。淬火+高温回火称为调质处理。


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