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加工中心常用金属的热处理、特点、应用

日期：2010年01月18　来源：沈阳第一机床厂　关键字：加工中心
    (1)热处理的意义  热处理是将固态金属或合金通过加热、保温及冷却以获得所需要的组织结构与性能的操作工艺。一般机械零件的制造过程为：加工中心铸造或锻造一正火或退火一切削加工一淬火一回火一精加工等。摇臂钻床其中的退火、正火、淬火和回火等都是热处理的不同方法或工艺。零件经热处理后，使得其性能得到改善和提高，合金元素的作用得以充分发挥。机床中80％以上的零件要进行热处理；刀具、量具、模具、轴承等则100％需要进行热处理。
    (2)钢的热处理分类
    ①退火。退火是指将钢件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。退火又称焖火。
退火的目的：降低钢的硬度，以利于切削加工；细化晶粒，改善组织，改善钢的性能或为以后的热处理做准备；消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。
    ②正火。正火是将钢件加热到A，s或A。。以上30～50~C，经过保温后，从炉中取出置于空气中冷却的热处理工艺。
正火与退火两者的目的基本相同，摇臂钻床但正火的冷却速度比退火稍快，加工中心故正火钢的组织比较细，它的强度、硬度比退火钢要高。正火也叫正常化处理。
    退火与正火在某种程度上有相似之处，设计选用时可以从以下三方面考虑。
    a．从切削加工性能考虑。硬度在160～230HBS范围内的钢材，其切削加工性能最好。硬度过高难以加工，且刀具容易磨损；硬度过低，切削时容易“粘刀”，使刀具发热而磨损，且工件表面加工质量不高。因此，低碳钢正火优于退火；而高碳钢正火后硬度过高，宜采用退火。
    b．从使用性能上考虑。如果零件的力学性能要求不高时，可采用正火作为最终热处理。当零件形状复杂时，正火的冷却速度较快，易产生裂纹，则采用退火。
    c．从经济性考虑。正火比退火的周期短、成本低、操作方便，故在可能的条件下应优先采用正火处理。
    ③淬火。淬火是将钢件加热到Ac3或Ad线以上30～50~C，保温一段时间，然后在水或油中快速冷却下来，以得到高硬度组织的热处理工艺。
    淬火的主要目的是把奥氏体化的工件淬成马氏体，然加工中心后与不同回火温度相配合，获得所需的力学性能。淬火钢中马氏体的含量越高，硬度便越大，越耐磨。同时，摇臂钻床马氏体的晶格畸变也引起内应力的增加，脆性增大。
    ④回火。工件淬火后，其性能硬而脆，并存在着由于冷却过快而造成的内应力，往往会引起工件变形或开裂。经回火后，能减小脆性，降低内应力，使淬火组织趋于稳定，使工件获得适当的硬度和满意的综合力学。
    所谓回火，是指将淬火钢件重新加热至Ad以下的某一温度，保温一段时间，然后置于空气中或水中冷却的热处理工艺。根据回火加热温度的不同，又分为低温、中温和高温回火。淬火钢经回火后的硬度，随回火温度的升高而降低。
    a．低温回火(<250~C)。摇臂钻床低温回火得到的组织是回火马氏体，具有高的硬度(58～
64HRC)和高的耐磨性及一定的韧性。加工中心低温回火主要用于刀具、量具及要求高硬度耐磨的零件。
    b．中温回火(350～500~C)。中温回火得到的组织是回火索氏体，具有高的弹性极限、屈服点和适当的韧性，硬度在40～50HRC。中温回火主要用于弹性零件及热锻零件。
    c．高温回火(~500~C)。淬火+高温回火称为调质处理。高温回火得到的组织是回火索氏体，具有良好的综合力学性能(足够的强度与高韧性相结合)，硬度达25～40HRC，广泛用于受力构件，如螺栓、连杆、齿轮、曲轴等零件。
    (3)钢的表面热处理  在机械设备中，许多零件是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。摇臂钻床这类零件需具有高硬度和高耐磨性，而心部又需要足够的韧性。为满足这些零件的性能要求，加工中心需进行表面热处理。常用的表面热处理方法有表面淬火及化学处理两种。
    ①表面淬火：仅对工件表层进行淬火的工艺称为表面淬火。
    ②钢的化学处理：常用的有渗碳和渗氮。
    a．钢的渗碳：渗碳的目的是提高钢件表层的含碳量。渗碳后工件经淬火及低温回火，表面获得高硬度，而其内部又具有高的韧性。表层硬度可高达58～64HRC。
    b．钢的渗氮：渗氮的目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。渗氮后一般深度为0．1～0．6mm。
    渗氮与渗碳相比，有如下特点：渗氮温度低，加工中心工件变形很小。摇臂钻床钢件渗氮后不用淬火，就可以获得比渗碳高得多的硬度(最高可达1000HV，相当于69～72HRC)。渗氮零件具有很好的耐蚀性。渗氮的缺点是生产周期长，成本较高，渗氮层薄而脆，故不宜承受集中、冲击载荷。

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