什么是热处理工艺?

随着3C产品越来越轻、越来越薄、越来越短、越来越小的趋势，相关部件也越来越精确、越来越小型化。比如手机上的碳钢螺丝、中小电机轴、风扇上的小齿轮等，都是常见的微型部件。冲压完成后，零件将进入热处理阶段。这是制造机械零件和工具的一个重要过程。可提高耐磨和耐腐蚀性能，并可提高结构强度。

什么是热处理技术?

热处理是指利用热量改变材料表面或内部的化学成分和结构的一种金属热加工程序。热处理工艺一般包括三个程序:加热、保温和冷却。

热处理工艺的特点是什么?

与其他加工技术相比，热处理一般不改变工件的形状和整体化学成分，而是改变工件内部的微观组织或改变工件表面的化学成分。热处理可以提高工件的性能和内在质量。

除了正确选择材料和成型工艺来生产一个项目外，选择适当的热处理将使金属工件具有所需的机械、物理和化学性能。钢是机械工业中应用最广泛的材料。其显微组织复杂，物理性能可通过热处理控制。热处理也可用于铝、铜、镁、钛和其他合金。

热加工的程序是什么?

热处理一般包括三个过程;加热，保温和冷却，尽管有时它只涉及加热和冷却。这些过程是相互关联的，并且不间断地执行。

金属热处理有许多不同的加热方法。最早的使用木炭和煤作为热源，最近使用液体和气体燃料。电的使用使加热容易控制，对环境污染小。金属加热时，如果工件暴露在空气中，就会发生氧化脱碳。为了防止这些对零件表面性能的不利影响，通常应在受控或保护气氛中对金属进行加热，例如在熔盐和真空中。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一。加热温度的选择和控制将决定热处理的质量。加热温度的选择会随着被加工的金属材料和热处理的目的而变化。一般加热到金属相变温度以上，获得高温状态。在此温度下保持一定时间，使内外温度一致，微观结构变化完整。这段时间称为持有时间。当采用高能量密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却是热处理过程中不可缺少的一步。为了保持适当的冷却速度，将使用各种冷却方法。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度较快。

热处理的分类有哪些?

金属热处理工艺大致可分为三大类:整体热处理、表面热处理、化学热处理。根据不同的加热介质、加热温度和冷却方法，可以对单一类型的金属进行不同的内部结构和性能处理。

• 整体热处理:
  这种热处理工艺将工件整体加热，然后以适当的速率冷却，以获得所需的金相组织，从而改变其整体力学性能。钢的整体热处理一般有四个基本过程:退火、正火、淬火、回火。将压力变形与热处理有效、紧密地结合起来，使工件获得良好的强度和韧性的方法称为变形热处理;在负压气氛或真空中的热处理称为真空热处理，它不仅可以防止工件氧化或脱碳，而且可以保证处理后工件表面保持光滑。
• 表面热处理:
  这种金属热处理工艺仅对工件表面进行加热，从而改变工件表面的机械性能。为了只加热工件的表层而不让太多的热量传递到工件内部，所使用的热源必须具有较高的能量密度，即单位面积上给予工件更大的热能，以便在短时间内达到工件的表层或局部能量。表面热处理的主要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火焰、感应电流、激光、电子束等。
• 化学热处理:
  这种金属热处理工艺改变了工件表面的化学成分、结构和性能。化学热处理是在含有碳、盐或其他合金元素的介质(气体、液体或固体)中加热工件，并将温度保持足够长的时间，使工件的表层渗透碳、氮、硼和铬等元素。元素渗入后，有时还要进行其他热处理工艺，如淬火和回火。化学热处理的主要方法有渗碳、氮化和金属化。

不同类型的热处理工艺:

1. 退火:
   退火是将工件加热到合适的温度，根据工件的材质和尺寸采取不同的保温时间，然后慢慢冷却。其目的是使金属的内部结构达到接近平衡的状态。常见的退火工艺有再结晶退火、去应力退火、球化退火和完全退火。退火的目的主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，便于切削或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，为后续热处理准备结构。
2. 正火:
   通过将工件加热到合适的温度，然后在空气中冷却，工件被归一化。正火处理的效果与退火处理相似，但得到的结构更精细。常用于改善低碳钢的力学性能，提高可加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后续热处理准备组织。
3. 淬火:
   将工件加热到钢的下临界点温度以上，在此温度保持一定时间，然后在淬火介质如水、油或其他无机盐和有机水溶液中迅速冷却。淬火后，钢变硬，但同时变脆。常见的淬火工艺有单中淬火、双中淬火、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、表面淬火、局部淬火等。淬火的目的是提高工件的硬度、强度和耐磨性，为后续热处理准备结构。
4. 回火:
   为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件长期保持在高于室温但低于650℃的适当温度下，然后冷却。这个过程叫做回火。常见的回火工艺有低温回火、中温回火、高温回火和多次回火。

先进热处理技术方法:

• 可控气氛热处理:
  控制气氛热处理主要用于防止氧化和脱碳，实现渗碳和氮化的精确控制。在20世纪80年代末，它开始应用于工业生产，并发展了非常广泛的应用。不仅能满足渗碳、碳氮共渗要求，还可用于光亮淬火、光亮退火等各种热处理工艺。工程的整个过程相对简单，适合大规模生产，比如在汽车行业。通过优化工艺参数，可以精确控制碳浓度的分布，得到理想的浓度、分布和层结构。
• 真空热处理:
  真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的一种新型热处理技术。进行真空热处理的真空环境是指低于一个大气压的环境。它可以包括低真空、中真空、高真空或超高真空。真空热处理技术的应用和发展得到了高度的发展和促进。具有不氧化、不脱碳、淬火后工件表面干净光亮、耐磨性高、无污染、自动化程度高的特点。真空退火、真空脱气、真空油淬、真空水淬、真空空淬、真空回火、真空渗碳等热处理技术广泛应用于工业生产中。真空热处理将成为热处理车间最受欢迎的技术之一。
• 感应热处理和离子氮化热处理技术:
  感应热处理具有高效、节能、清洁、灵活等优点，广泛应用于汽车工业、工程机械、石油化工等行业。近40%的汽车零部件可以采用感应热处理，如曲轴、齿轮、万向节、半轴等。利用感应加热，很多产品可以加工成全自动或半自动的生产线，可以提高产品质量的稳定性，减轻劳动强度，美化工作环境。如今，随着科技的发展，微机控制的晶体管被用来调节电源。这样既保证了稳定、方便、高精度，又大大降低了对电网谐波的干扰。近年来开发的固态高频加热器件具有明显的优势。它们不再使用昂贵、脆弱、耗能的电子管，以及与之配套的阳极升压变压器、阳极水套和灯丝稳压器。用MOSFET电力电子设备替换电子管可以节省三分之一的电力和一半的水。
  离子氮化技术保证了处理后零件表面干净、耐腐蚀、变形小、耐磨性高。与气体氮化相比，具有周期短、效率高、污染少等优点。近年来，离子氮化技术发展迅速，特别是随着离子氮化炉脉冲电源的出现，将放电物理参数(电压、电流、气压)和温度控制参数(脉宽)分离。增加了工艺的可调性，易于实现工艺参数的选择和精确控制。
• 淬火介质及冷却工艺:
  近年来，用于热处理的淬火介质有了迅速的发展。淬火油的性能得到了提高，有机聚合物淬火介质的研究和应用得到了前所未有的发展。理想的淬火介质应具备以下特点:
  • 质量类型:高温阶段快速冷却，低温阶段缓慢冷却。即消除裂纹，减少淬火变形。
  • 环保型:无有毒、有害烟雾，或气体挥发，不易燃烧，工件淬火后易清洗，对设备无腐蚀，对烧伤皮肤无刺激。
  • 稳定型:淬火后工件性能均匀稳定，介质本身性能在一定时间内稳定。
  • 经济型:质优价廉，能耗低。
• 采用新型表面强化技术，推广氮基气氛热处理:
  随着技术的发展和演变，QPQ盐浴复合处理技术已被用于提高刀具寿命和降低成本。PVD氧化钛物理涂层技术可使刀具寿命提高3 ~ 5倍，适用于干燥各种精密、贵重齿轮刀具。
  采用氮基气氛进行保护热处理和化学热处理，实现无氧化脱碳。在氮基气氛中进行化学热处理可以减少内部氧化等缺陷，提高化学热处理质量。