什么是热处理？1

热处理是对材料施加热量然后冷却以改善其性能、耐用性和特性的过程。

热处理可用于软化金属以提高成型性。它可以用来硬化零件，以提高它们的强度。热处理可以定义为所采用的每个过程，并通过加热或冷却来改变材料（例如金属）的物理特性。

热处理的每个过程都涉及金属的加热和冷却，但该过程存在三个主要差异，即加热温度、冷却速率和用于获得所需性能的淬火类型。

要对金属进行热处理，需要适当的设备，以便充分控制加热、冷却和淬火等因素。加热室气体的大小、类型和混合物必须正确控制温度。淬火介质还必须适合正确冷却金属。

热处理的三个主要阶段如下：

（1）、金属的缓慢加热，确保金属维持均匀的温度。

（2）、将金属在特定温度下浸泡或保持规定的时间。

（3）、金属在室温条件下冷却。

加热台

在加热阶段，第一个重要的目的是保证金属的均匀加热。通过缓慢加热获得均匀加热。如果金属受热不均匀，只有一部分金属可能比另一部分膨胀得更快。这会导致金属的一部分变形或破裂。

必须根据以下因素选择加热速率： 金属的导热性。具有高导热性的金属比具有低导热性的金属以更快的速度加热。

金属的状况。硬化或受压的工具和零件的加热速度应低于之前未硬化或受压的工具和零件。

金属的尺寸和横截面。较大的零件或具有横截面的零件甚至不需要以比小零件慢的速度加热，以使内部温度接近表面温度。否则，会有过度翘曲或开裂的风险。

1、浸泡阶段

此阶段用于将金属保持在适当的温度，直到所需的内部结构成形。浸泡时间是金属保持在适当温度的持续时间。为了确定正确的时间长度，需要化学分析和金属质量。对于不均匀的截面，可按最大截面确定均热时间。

一般来说，金属的温度不能一步从室温升到均热温度。相反，必须将金属缓慢加热到刚好低于结构发生变化的温度，然后保持该温度直到整个金属的温度变得一致。

在预热步骤之后，温度必须更快地加热到所需的最终温度。具有更复杂设计的部件可能需要多层预热以防止翘曲。

2、冷却阶段

在这个阶段，金属需要冷却到室温。根据金属的类型，有多种冷却金属的方法。金属可能需要冷却介质、液体、气体或其组合。冷却速度取决于金属本身和冷却介质。因此，在冷却过程中所做的选择是影响所需金属性能的重要因素。

淬火是指金属在空气、水、油、盐水或其他介质中快速冷却。大多数硬化的金属会随着淬火而迅速冷却，这就是将淬火与硬化联系起来的原因，但硬化并不总是由淬火或其他快速冷却引起的。例如，水淬用于铜的退火，其他金属的硬化是通过缓慢冷却来完成的。

并非每种金属都应该淬火，因为淬火会使某些金属开裂或变形。一般来说，水或盐水可以快速冷却金属，而另一方面，油混合物更适合缓慢冷却。一般准则是，水可以用来硬化碳钢，油可以用来硬化合金钢，水可以用来淬火有色金属。然而，与所有处理一样，所选的冷却速率和冷却介质必须适合金属。

热处理有多种用途，包括：

1）、提高材料的机械性能，包括硬度、抗拉强度、抗震性、延展性和耐腐蚀性。

2）、提高机械加工性，降低脆性。

3）、用于消除热加工或冷加工过程中金属产生的内应力。

4）、改变粒度或细化它。

5）、以增加磁性能和电性能。

6）、以增加耐腐蚀性和耐磨性。

7）、以提高材料表面的硬度。

8）、提高齿轮、活塞销、轴等中小型零件的疲劳极限。

9）、赋予硬化表面干净、明亮和令人愉悦的外观。

10）、通过表面硬化获得坚硬的核心。

11）、热处理可提高钢材的硬化性能，使其能够切割其他金属。

12）、促进结构的统一性。

1、渗碳处理工艺

该过程涉及向钢的表面和亚表面添加碳原子以提高其表面硬度。这是为了增强金属部件的表面，并通过使碳扩散到其中来提高其微观结构和机械性能。

大气中的碳含量、使用的材料类型、使用的温度以及暴露在该温度下的金属长度决定了碳能够扩散的深度。零件淬火后是硬化发生的时间。除了增加表面硬度外，渗碳还可以提高疲劳强度和耐磨性。

它最适合碳含量在 0.05% 到 0.3% 之间的低钢，并且可以在具有不同复杂性的零件上进行。对于需要在 1562 °F 至 1832 °F（850 °C 至 1000 °C）的预期应用中提高耐磨性、耐用性和疲劳强度的金属，渗碳处理是首选处理方法。

2、处理工艺氮化

与渗碳类似，渗氮是一种热化学表面硬化工艺，用于提高金属零件的硬度、疲劳寿命和耐磨性。通过渗氮，氮扩散到金属表面以达到硬化效果。渗氮工艺包括对铁质材料进行热处理，然后在严格控制的亚临界温度下将其暴露于活性氮中。

在暴露于活性氮气期间，应用温度范围在 752 °F 至 1094 °F（400 °C 至 590 °C）之间，低于最终回火温度，以确保金属的机械性能不受影响。当对含有氮化物形成元素的合金钢材料进行氮化时，氮化是最有效的。这使得能够容易地通过氮与金属形成合金氮化物沉淀物。

以下是与渗氮工艺兼容的钢材示例：4140、4130、4150、8640、4340、15-5、17-4、4xx 不锈钢和 nitralloy 135。除了其硬化效果外，渗氮可以赋予金属部件抗磨损、抗咬合和抗焊接性能。经过氮化处理的金属可以在高达 1000 华氏度的温度下保持硬度。这些特性使氮化物金属非常适合无数应用，包括轴承、模具、齿轮、轴、喷嘴、进给螺杆、孔板、花键、阀门、气缸套、活塞环。

3、调质处理工艺

硬化是在真空或吸热气氛中发生的金属加工过程。与渗氮和渗碳相反，这是一种全硬化工艺，可使零件从表面硬化到核心，而不会改变其表面的碳。该过程包括将金属加热到其奥氏体化温度以上，主要是在封闭的炉内进行。通过回火，金属被加热到 698 °F 至 1004 °F（370 °C 至 540 °C）的温度。为了获得出色的韧性，金属被加热到 1004 °F 至 1112 °F（540 °C 至 600 °C）之间的温度。

奥氏体化温度因材料而异，是使金属的晶体结构由铁素体转变为奥氏体的温度（钛、铝、高镍合金的结构不同，但利用了相同的高温原理然后淬火）。

转变为奥氏体后，金属在油中快速淬火，使晶体结构转变为马氏体。然后对金属部件进行回火以将其硬度降低到所需水平，从而降低其脆性。钢通常通过这种加热和淬火过程进行硬化。这些方法也可用于硬化缺乏碳的铝。这些硬化金属用于不同类型的应用，从建筑材料到汽车领域的组件。