熱處理工藝的發(fā)展無疑促進(jìn)了技術(shù)進(jìn)步，由于采用了熱處理工藝，一些機(jī)械加工和冶金工藝可以利用尖端技術(shù)生產(chǎn)出更精確、更高質(zhì)量的零件。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)，如今許多行業(yè)都在使用各種熱處理方法，這些熱處理工藝有助于改變金屬的物理特性，甚至化學(xué)特性，從而達(dá)到不同的使用目的。

本文我們將為您介紹有關(guān)金屬的熱處理工藝、其優(yōu)點(diǎn)以及典型熱處理金屬-鋼材的熱處理類型。

什么是熱處理？

在很大程度上，熱處理是金屬制造過程中相當(dāng)重要的組成部分之一，它包括一系列改變金屬特性的熱處理和金屬加工技術(shù)。

準(zhǔn)確地說，熱處理是通過加熱和冷卻來改變金屬的物理、機(jī)械性能，有時(shí)還包括化學(xué)性能。這些特性包括延展性、硬度、耐溫性、可成形性、可加工性、強(qiáng)度等。

熱處理方法因金屬材料的類型和所需的特定性能而異。對于制造商來說，選擇滿足其特定需求的合適熱處理方法非常重要。

哪些金屬可用于熱處理？

值得注意的是，制造商必須檢查每種金屬材料，選擇正確的熱處理方法，以獲得所需的性能，這是因?yàn)椴⒎撬薪饘俨牧隙歼m合所有熱處理類型。

你會(huì)發(fā)現(xiàn)黑色金屬占熱處理材料的大多數(shù)，因此，不同鋼種約占熱處理金屬的80%，不過銅、鋁、鎳、黃銅、鎂和鈦等金屬合金也可以進(jìn)行熱處理。以下是一些可進(jìn)行熱處理的金屬以及適合的熱處理類型。

1. 鑄鐵、碳鋼、馬氏體不銹鋼和工具鋼

熱處理方法 – 淬火、退火、正火、去應(yīng)力、表面硬化、滲氮和回火。

2. 銅及銅合金

熱處理方法 – 退火和淬火。

3. 鋁

熱處理方法 – 退火、固溶熱處理、沉淀硬化。

金屬熱處理的階段

一般來說，金屬有五種基本的熱處理方法。這些工藝是淬火、表面硬化、正火、退火和回火，你會(huì)發(fā)現(xiàn)每種工藝都會(huì)帶來不同的特性。

無論哪種熱處理方法，主要分為三個(gè)階段，分別是加熱、浸泡和冷卻。：

1. 加熱階段

這是金屬熱處理過程的第一步。許多合金在加熱到最高1200°C 的特定溫度時(shí)會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，這取決于金屬的等級。此外，合金在室溫下的結(jié)構(gòu)要么是機(jī)械混合物，要么是固溶體，要么是兩種形式的組合。

因此，如果在這一階段格外小心，將會(huì)有所幫助。這是因?yàn)榧訜徇^程中的一個(gè)錯(cuò)誤動(dòng)作都可能導(dǎo)致金屬破裂或變形。因此，您的首要目標(biāo)是確保金屬在加熱階段受熱均勻。那么，如何確定合適的加熱速度？這里有幾個(gè)因素可以參考：

• 金屬的尺寸和橫截面
• 金屬的狀況
• 金屬材料的導(dǎo)熱性

2. 浸泡階段

該階段使加熱后的金屬部件保持在金屬結(jié)構(gòu)發(fā)生預(yù)期變化的溫度下。此外，金屬必須保持在該溫度下，直到整個(gè)部件被均勻加熱。

浸泡期也稱為保溫時(shí)間，是指金屬在適當(dāng)溫度下保持的時(shí)間。您可以通過化學(xué)分析、金屬的質(zhì)量和厚度來確定保溫時(shí)間。一般來說，金屬的質(zhì)量越大，浸泡的時(shí)間就越長。然而，浸泡時(shí)間因金屬材料而異，但通常需要 2 小時(shí)。

3. 冷卻階段

浸泡金屬后，下一步就是冷卻。冷卻階段的主要目的是將金屬的溫度降至室溫。但是，冷卻階段決定了經(jīng)過處理的金屬的最終特性。

同樣，在這一階段，金屬可能會(huì)從一種成分變?yōu)榱硪环N成分，或保持不變，或恢復(fù)到原來的形態(tài)。請注意，這取決于金屬類型、冷卻速度和冷卻介質(zhì)。因此，冷卻階段對于使金屬符合特定結(jié)構(gòu)和性能仍至關(guān)重要。

影響金屬熱處理過程的因素

影響金屬熱處理過程的因素多種多樣, 以下是一些主要因素。

1. 時(shí)間和溫度的影響

時(shí)間和溫度是影響金屬熱處理的重要因素。更重要的是，它們在金屬熱處理的加熱、浸泡和冷卻階段發(fā)揮作用。

此外，時(shí)間和溫度對熱處理過程中機(jī)械性能和微觀結(jié)構(gòu)的變化起著至關(guān)重要的作用。例如，以每分鐘1000°C的速度提高鋼的冷卻速度（淬火）會(huì)產(chǎn)生一種新的微觀結(jié)構(gòu)-馬氏體。

2. 變形量

在大多數(shù)情況下，不同的熱處理工藝會(huì)導(dǎo)致不同的零件變形和尺寸變化。除此之外，變形量還與以下因素有關(guān)：

• 熱處理前金屬材料的結(jié)構(gòu)
• 熱處理方法，在爐中的位置
• 應(yīng)力分布

因此，變形量會(huì)影響金屬的熱處理過程。

3. 成分的影響

合金元素也會(huì)影響金屬的熱處理。這是因?yàn)樗鼈兺鶗?huì)延遲原子在鐵晶格中的擴(kuò)散，從而延遲同素異形轉(zhuǎn)變。

此外，錳、鉬、鎳和硼等合金元素還能提高硬度。同樣，這些元素還能在較高溫度下進(jìn)行回火，以產(chǎn)生更好的延展性。

典型金屬 – 鋼的熱處理類型

鋼在工業(yè)加工過程中會(huì)經(jīng)歷四種基本的熱處理類型。

1. 淬火

這種熱處理方式通過增加晶格結(jié)構(gòu)的電阻來提高鋼的硬度和強(qiáng)度。淬火包括將金屬加熱到所需的800 – 900°C之間的溫度，然后迅速冷卻。鋼種通常通過將熱金屬投入油、水或鹽水等淬火介質(zhì)中進(jìn)行冷卻。

但對于合金元素含量較高的鋼種，所需的加熱溫度在 980 至 1110°C 之間。大多數(shù)鋼材都需要快速冷卻，因?yàn)槔鋮s階段會(huì)影響硬度水平。

2. 回火

我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)，鋼材在淬火后比必要的硬度更高，對于制造工藝來說太脆，這是由于鋼材在熱處理過程中快速冷卻時(shí)形成了嚴(yán)重的內(nèi)應(yīng)力。因此，回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，降低淬火后鋼材的脆性。

這種熱處理方法是將鋼加熱到所需溫度（125-700°C），然后讓金屬在靜止空氣中冷卻。因此，鋼材熱處理中使用的回火溫度總是低于淬火溫度。此外，在回火過程中，冷卻速度通常不會(huì)對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。因此，回火溫度越高，鋼材越軟。即便如此，高速鋼仍然是一個(gè)例外，因?yàn)樗诨鼗鸷髸?huì)變得更硬而不是更軟。

3. 退火

退火最適合低碳鋼，因?yàn)榈吞间摰膹?qiáng)度和軟度都較低。這種熱處理方法可提供與淬火相反的金屬特性。因此，金屬退火有助于緩解內(nèi)應(yīng)力、增加柔韌性、軟化金屬并細(xì)化晶粒結(jié)構(gòu)。

此外，鋼材退火包括三個(gè)主要步驟，分別是：

• 將鋼材加熱到所需的溫度，根據(jù)鋼種的不同，溫度范圍在260-760°C之間；
• 在所需時(shí)間內(nèi)保持鋼材的溫度；
• 然后緩慢冷卻至室溫。

即使如此，退火溫度的冷卻速度也因金屬而異。因此，與淬火相比，退火涉及緩慢冷卻鋼材以產(chǎn)生柔軟度。

通過將熾熱的鋼件埋入灰燼、沙子或其他不易導(dǎo)熱的材料中，使金屬件緩慢冷卻，這一過程被稱為”填料”。同樣，從退火溫度開始冷卻時(shí)，關(guān)閉熔爐，讓熔爐和鋼件一起冷卻，這就是所謂的熔爐冷卻。

4. 正火

正火可以消除通過各種方法生產(chǎn)的黑色金屬的內(nèi)應(yīng)力，這些方法包括熱處理、機(jī)械加工、焊接、鍛造、鑄造或成型。盡管如此，正火鋼仍比退火鋼更硬更強(qiáng)。因此，正火通常用于受沖擊的鋼鐵部件。此外，這種熱處理方法還用于需要最大韌性和抗外力的零件。

鋼材正火包括以下步驟：

• 將鋼材加熱到 810 – 930°C 的特定溫度，具體取決于鋼材的等級；
• 浸泡金屬，使其均勻加熱；
• 然后在靜止空氣中冷卻。

請記住，鋼材熱處理中的正火溫度要高于淬火和退火工藝。

金屬熱處理的好處

金屬材料的熱處理有助于改變其特性，使其適用于各種金屬制造工藝。以下是金屬熱處理的一些好處：

• 可提高部件表面或內(nèi)部的硬度；
• 熱處理使金屬更具柔韌性和可加工性；
• 有助于提高金屬的耐磨性和脆性；
• 對金屬進(jìn)行熱處理可以改善金屬的電性和磁性，這可以提高它們與其他材料的兼容性。

結(jié)論

熱處理工藝已成為多種制造工藝的主要組成部分。在對金屬進(jìn)行熱處理之前，制造商必須確定一種合適的金屬。這就需要根據(jù)項(xiàng)目需求對各種特性進(jìn)行評估，在考慮了所有因素后，優(yōu)質(zhì)的金屬熱處理服務(wù)就變得至關(guān)重要。

在韋克，我們的團(tuán)隊(duì)可以為您提供金屬熱處理和金屬表面精加工以及一站式的零件加工服務(wù)。立即聯(lián)系我們并獲得免費(fèi)報(bào)價(jià)！

常見問題

哪些金屬適合熱處理？

一般來說，黑色金屬和有色金屬都適合熱處理。但是，不同鋼種占熱處理金屬的大多數(shù)。

退火和正火有什么區(qū)別？

首先，正火一般適用于鋼鐵等黑色金屬。此外，正火使用較高的溫度，并在金屬從爐中取出后進(jìn)行空氣冷卻。退火使用較低的溫度，并通過填料冷卻或爐子冷卻。

可以對不銹鋼進(jìn)行熱處理嗎？

奧氏體不銹鋼由于鎳含量高，很難進(jìn)行熱處理。
然而，馬氏體不銹鋼可以通過淬火和奧氏體化來硬化。奧氏體化溫度范圍為980 至1110°C。