机械加工常见热处理工艺
热加工工艺及设备
热加工工艺及设备1.引言1.1 概述热加工工艺是一种通过加热材料，使其发生物理或化学变化，以达到特定的加工目的的工艺过程。
与冷加工相比，热加工更适用于高温、高压的加工需求，常见于金属加工、塑料加工、玻璃加工等领域。
热加工工艺因其广泛的应用领域，可以根据不同的目的和材料特性进行多种分类。
常见的热加工工艺包括热处理、热轧、热锻、热喷涂等。
这些热加工工艺通过控制温度、时间和加工方式，改变材料的结构和性能，达到提高材料硬度、延展性、韧性等目的。
而在热加工过程中，热加工设备则起到关键的作用。
热加工设备根据不同的加工需求和工艺流程，可以分为多种分类。
常见的热加工设备包括热处理设备、热轧设备、热压设备等。
这些设备通过提供适当的温度和压力条件，实现对材料的加工和形变，从而满足不同行业的加工需求。
综上所述，热加工工艺及设备在许多行业起到了重要的作用。
本文将深入探讨热加工工艺的定义、分类，以及各类热加工设备的概述和分类，旨在为读者全面了解和认识热加工领域提供参考。
文章结构部分的内容可以参考以下写法：1.2 文章结构本文主要介绍热加工工艺及其相关设备。
文章结构包括引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先对热加工工艺进行了概述，简要介绍了热加工的定义和分类。
随后,给出了文章的结构。
正文部分主要分为热加工工艺和热加工设备两个小节。
热加工工艺小节详细介绍了热加工工艺的定义以及其分类。
通过对各类热加工工艺的解析，读者可以对不同的热加工工艺有更清晰的认识。
热加工设备小节则概述了热加工设备的基本情况，并对其进行了分类。
这一部分将使读者对热加工设备有一个初步的了解。
结论部分对本文进行总结。
首先总结了热加工工艺的特点和应用领域，再总结了热加工设备的特点和适用范围。
这一部分旨在回顾全文所介绍的内容，并提供进一步思考和研究的方向。
通过以上的文章结构，读者可以全面而系统地了解热加工工艺及其设备。
每个部分的详细内容将为读者提供相关知识，并使读者对热加工工艺及其设备具备更深入的理解。
退火、正火、淬火、回火工艺
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
常用热处理分类
常用热处理的分类1表面淬火表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。
表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。
表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性，常用于机床主轴，齿轮，发动机的曲轴等。
表面淬火采用的快速加热方法有多种，如电感应，火焰，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应加热法。
2表面淬火和回火将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。
或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。
一般用以减低或消除淬火钢件中的内应力，或降低其硬度和强度，以提咼其延性或韧性。
3物理气相沉积物理气相沉积(Physical Vapor Deposition , PVD)技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源一一固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。
物理气相沉积的主要方法有，真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等。
发展到目前，物理气相沉积技术不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等。
4化学气相沉积化学气相沉积(Chemical vapor deposition，简称CVD)是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。
它本质上属于原子范畴的气态传质过程。
与之相对的是物理气相沉积(PVD )。
整体热处理1退火退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。
目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
热处理工艺介绍
置循环风扇，保证气体向钢件表面的对流。
渗碳的基本过程
3. 活性碳原子向钢件表面迁移
4. 钢件表面吸收碳 首先要求钢件表面洁净，另外要控制渗碳剂的分解和钢件表面对碳的吸
• 正火是将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的 热处理工艺。
• 正火（退火）的目的： 1 、降低硬度，便于切削加工。 2 、提高钢的塑性和韧性，以便于冷变形加工。 3 、消除锻件的组织缺陷。 4 、细化晶粒，改善组织，为最终热处理做准备。 5 、消除应力，防止畸变和开裂。
正火工艺简介
• 正火工艺的特点 • 加热温度一般在 AC3 以上 • 保温时间足够长
碳势 Cp=(W2-W1)/ W2 X100%+Co
W2: 钢箔渗碳后的重量 碳量
W1: 钢箔渗碳前的重量
Co: 钢箔的原始含
渗碳剂介绍
1 、井式气体渗碳炉所用介质是煤油，煤油是分子中含有 11~17 个碳原 子的多种烃类的混合物。 850℃ 以下裂解不充分，低分子烃较多，易 产生碳黑和结焦。由于成分不固定，不能作为自动控制的介质使用。
钢材简介
通常所指的钢铁材料是钢和铸铁的总称，指所有的铁碳合金。 • 碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于 0.0218% 而小于 2.11% 的铁碳合金。 • 合金钢是在碳钢的基础上，添加某些合金元素，用以保证一定的生产和
加工工艺以及所要求的组织与性能的铁基合金。 • 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 • 碳素钢（简称碳钢）是含碳量大于 0.0218% 而小于 2.11% 的铁碳合金。
根据毛坯的大小和炉子的加热能力来制订保温时间 • 冷却速度一般较慢
热处理工艺规范
热处理工艺规范一、淬火、回火工艺规范1．淬火、回火准备工作：1）检查设备，仪表是否正常；2）正确选择夹具；3）检查零件表面是否有碰伤、裂纹、锈斑等缺陷；4）确认零件要求的淬火部位硬度、变形等的技术要求，核对零件的形状、材料的加工状态是否与图样及工艺文件相符合；5）表面不允许氧化、脱碳的零件，当在空气炉加热时，应采取防氧化脱碳剂装箱保护或采用真空炉加热；6）易开裂的部位如尖角靠边的孔，应采取预防措施，如塞石棉、耐火泥等。
2．常见材料淬火、回火工艺规范1）加热温度表1 常用材料的常规淬火、回火规范注：Cr12Mo1V1 即 D2（美国）、1.2379（德国）、SLD（日立）、SKD11（日本）、K110（奥地利）；9CrWMn 即 O1（美国）、1.2510（德国）、K460（奥地利）；4Cr5MoSiV1 即 H13（美国）、1.2344（德国）、8407/8402（一胜百）、W302（奥地利）；7Cr7Mo3V2Si 即 LD1；HS-1是高级火焰淬火，多用模具钢；除45号钢或特别说明均采用回火两次的工艺。
2）淬火保温时间t =8～10 min+kαDk——装炉系数（1～1.5）；α——保温系数（见表2）；D——零件有效厚度。
表2 淬火保温系数3）回火保温时间①工件有效厚度d<=50mm，保温2小时；②工件有效厚度d>50mm，按照保温时间t=d/25（小时）计算；③每次回火后空冷至室温，再进行下次回火。
4）去应力（入炉时效）①高合金钢550~650℃，热透后，保温时间>3小时；3．淬火和回火设备1）淬火设备——真空淬火炉、中温箱式炉、高温箱式炉。
2）回火设备——真空回火炉、中温箱式炉。
3）冷却设备——水槽、油槽、风箱。
4．操作方法1）零件应均匀摆放于炉内有效加热区，在箱式炉中一般为单层排列加热，工件间适当间隙。
小件可适当堆放，但要酌情增加保温时间。
2）细长零件加热要考虑装炉方法，以减少工件变形，如垂直吊挂，侧立放平支稳等。
机械加工常见热处理工艺
渗碳渗碳热处理渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。
相似的还有低温渗氮处理。
这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
概述渗碳（carburizing/carburization）是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。
也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。
渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。
工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。
渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。
最早是用固体渗碳介质渗碳。
液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。
美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。
30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。
60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。
至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。
分类按含碳介质的不同﹐渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和碳氮共渗（氰化）。
气体渗碳是将工件装入密闭的渗碳炉内，通入气体渗剂（甲烷、乙烷等）或液体渗剂（煤油或苯、酒精、丙酮等），在高温下分解出活性碳原子，渗入工件表面，以获得高碳表面层的一种渗碳操作工艺。
固体渗碳是将工件和固体渗碳剂（木炭加促进剂组成）一起装在密闭的渗碳箱中，将箱放入加热炉中加热到渗碳温度，并保温一定时间，使活性碳原子渗人工件表面的一种最早的渗碳方法。
液体渗碳是利用液体介质进行渗碳，常用的液体渗碳介质有：碳化硅，―603‖渗碳剂等。
加工热处理工艺
加工热处理工艺
加工热处理工艺是指通过加热、冷却和其他处理方法，改变材料的组织结构和性能的一种工艺。
常见的加工热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。
1. 退火：将材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以消除材料内部的应力和改善材料的塑性、韧性和机械性能。
2. 正火：将材料加热到一定温度，然后迅速冷却，以增强材料的硬度和强度。
3. 淬火：将材料加热到一定温度，然后迅速冷却，以使材料的组织结构发生相变，从而获得较高的硬度和强度。
4. 回火：将淬火后的材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减轻淬火过程中产生的内部应力，并提高材料的韧性和耐腐蚀性。
还有其他一些特殊的加工热处理工艺，如时效处理、固溶处理、表面硬化等，用于满足不同材料的需求和工艺要求。
机械加工零件的热处理加工技术
机械加工零件的热处理加工技术摘要：随着我国市场经济的不断发展，我国工业实力也不断地提升。
工业的发展离不开机械设备的运作，机械是由各种零部件组成的，因此，零件的质量直接的决定了设备的性能和寿命长短。
为了使机械设备能够更好地投入使用，要加大对零件质量的把控力度，在零件制造的过程中结合新型的热加工处理技术手段，更好地进行温度控制，使零件制作符合设备需求，减少以往人力加工过程中存在的不足，提升零件制造加工的效率与质量，带动工业产业的精细化发展。
关键词：机械加工零件；热处理；加工技术近些年来，工业制造行业在我国得到了快速发展，并对机械加工零件的质量和精度提出了较高要求。
在机械零件加工过程中，借助热处理技术，既能够对加工零件的温度给予科学、合理控制，而且还能够确保零件加工的整体质量。
目前，在活柱、缸体、销轴等机械零件加工阶段，热处理加工技术得到了广泛应用，并取得了比较理想的应用效果。
1热处理加工技术概述在机械零件加工过程中，热处理加工技术具有多个种类，此时以加热、冷却等方式来使钢组织性能出现一定范围的改变，并在此基础上将热处理技术分为三大类，分别是普通热处理技术、表面热处理技术和他热处理技术，不同技术具有不同的应用范围，而普通热处理技术在机械零件加工中得到广泛应用，下面对其给予全面阐述：1.1热处理中的退火技术在进行机械零件加工时，退火技术主要是指借助相关操作来加热钢到设定温度后保温，并给予缓慢冷却处理。
将其应用到机械加工零件中，不仅可以有效提高钢材性能，而且还可以改变钢材硬度，进而降低切削加工难度。
同时，退火技术的应用还可以使钢材内部应力得到消除，进而避免零件加工过程中出现变形现象。
通常情况下，镁合金退火方法常见的有高温完全退火、均匀化退火和去应力退火。
大量的研究表明，在对AZ系镁合金进行均匀化退火处理时，分布在镁合金晶界粗大的低熔点共晶化合物Mg17Al12相将会在基体中逐渐溶解，并有效提高了工件的强度和塑性。
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适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。
3、一次加热淬火，低温回火
淬火温度820-85பைடு நூலகம்℃或780-810℃。组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用820-850℃淬火，心部为低碳M，表面要求硬度高者，采用780-810℃淬火可以细化晶粒。
概述
渗碳（carburizing/carburization）是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。
也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。
渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于0.25%)。渗碳后﹐钢件表面的化学成分可接近高碳钢。工件渗碳后还要经过淬火﹐以得到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度﹐并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机﹑汽车和拖拉机等的机械零件﹐如齿轮﹑轴﹑凸轮轴等。
适用范围：各种齿轮和轴类
工艺新发展
渗碳工艺是一个十分古老的工艺，在中国，最早可上溯到2000年以前。起先是用固体渗碳介质渗碳。在20世纪出现液体和气体渗碳并得到广泛应用。后来又出现了真空渗碳和离子渗碳。到现在，渗碳工艺仍然具有非常重要的实用价值，原因就在于它的合理的设计思想，即让钢材表层接受各类负荷（磨损、疲劳、机械负载及化学腐蚀）最多的地方，通过渗入碳等元素达到高的表面硬度﹑高的耐磨性和疲劳强度及耐蚀性﹐而不必通过昂贵的合金化或其它复杂工艺手段对整个材料进行处理。这不仅能用低廉的碳钢或合金钢来代替某些较昂贵的
气体渗碳是将工件装入密闭的渗碳炉内，通入气体渗剂（甲烷、乙烷等）或液体渗剂（煤油或苯、酒精、丙酮等），在高温下分解出活性碳原子，渗入工件表面，以获得高碳表面层的一种渗碳操作工艺。
固体渗碳是将工件和固体渗碳剂（木炭加促进剂组成）一起装在密闭的渗碳箱中，将箱放入加热炉中加热到渗碳温度，并保温一定时间，使活性碳原子渗人工件表面的一种最早的渗碳方法。
渗碳
渗碳热处理
渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中，加热到900--950摄氏度的单相奥氏体区，保温足够时间后，使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层，从而获得表层高碳，心部仍保持原有成分。相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。
液体渗碳是利用液体介质进行渗碳，常用的液体渗碳介质有：碳化硅，“603”渗碳剂等。
碳氮共渗（氰化）又分为气体碳氮共渗 、液体碳氮共渗、固体碳氮共渗。
原理
渗碳与其他化学热处理一样﹐也包含3个基本过程。
①分解
渗碳介质的分解产生活性碳原子。
②吸附
活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中﹐使奥氏体中含碳量增加。
适用范围：主要用于Cr—Ni合金渗碳工件
5、二次淬火低温回火
组织及性能特点：第一次淬火（或正火），可以消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织（850-870℃），第二次淬火主要改善渗层组织，对心部性能要求不高时可在材料的Ac1—Ac3之间淬火，对心部性能要求高时要在Ac3以上淬火。
适用范围：主要用于对力学性能要求很高的重要渗碳件，特别是对粗晶粒钢。但在渗碳后需经过两次高温加热，使工件变形和氧化脱碳增加，热处理过程较复杂。
6、二次淬火冷处理低温回火
组织及性能特点：高于Ac1或Ac3（心部）的温度淬火，高合金表层残余A较多，经冷处理（-70℃/-80℃）促使A转变从而提高表面硬度和耐磨性。
适用范围：主要用于渗碳后不进行机械加工的高合金钢工件。
7、渗碳后感应加热淬火低温回火
组织及性能特点：可以细化渗层及靠近渗层处的组织。淬火变形小，不允许硬化的部位不需预先防渗。
③扩散
表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差﹐表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度﹐同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。
渗碳零件的材料一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於0.25%)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物﹐心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织﹐但应避免出现铁素体。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米﹐深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63﹐心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后﹐工件表面产生压缩内应力﹐对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度﹑冲击韧性和耐磨性﹐借以延长零件的使用寿命。
适用范围：适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。
4、渗碳高温回火，一次加热淬火，低温回火
淬火温度840-860℃。组织及性能特点：高温回火使M和残余A分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后残余A减少。
渗碳工艺在中国可以上溯到2000年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在20世纪出现并得到广泛应用的。美国在20年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30年代﹐连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60年代高温(960～1100℃)气体渗碳得到发展。至70年代﹐出现了真空渗碳和离子渗碳。
分类
按含碳介质的不同﹐渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳﹑液体渗碳﹑和碳氮共渗（氰化）。
渗碳工艺流程
1、直接淬火低温回火
组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低
适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。
2、预冷直接淬火、低温回火
淬火温度800-850℃。组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥
高合金钢，而且能够保持心部有低碳钢淬火后的强韧性﹐使工件能承受冲击载荷。因此，完全符合节能、降耗，可持续发展的方向。
近年来，出现了高浓度渗碳工艺，与传统工艺在完全奥氏体区（温度在900~950℃，渗碳后表面碳质量分数为0.85%~1.05%）进行渗碳不同，它是在Ac1～Accm之间的不均匀奥氏体状态下进行，其渗层表面碳浓度可高达2%～4%。其结果可获得细小颗粒碳化物均匀、弥散分布的渗层。其渗碳温度降至800℃～860℃温度范围，可实现一般钢材渗碳后直接淬火；由于高浓度渗碳层含有很高数量（20%～50%）的弥散分布的碳化物，故显示出比普通渗碳更优异的耐磨性、耐蚀性，更高的接触与弯曲疲劳强度，较高的冲击韧度、较低的脆性及较好的回火稳定性。该工艺还具有适用性广、对设备无特殊要求等优点，具有较高的经济效益和实用价值，近年来在国内外获得竞相研究与开发。