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机械加工为什么要进行热处理?

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这是一个很好的问题,这对于很多刚入行的新人都是一个比较困惑的问题,也是很多具有相当入行经验的人没有深度思考过的问题。
机械加工的热处理要求其实是设计环节的一个技术要求,如果你是一个机械结构设计工程师,你是需要具备这方面的认知能力的,如果你没有这样的意识,那你还不是一个合格的设计工程师,至少不是一个很全面的设计工程师。
零件的热处理设计要求的认知基本上是建立在对材料使用和加工的变化的认知上,所以这是一个很体系化的知识结构,它并不是孤立的存在的。
首先我们需要了解所谓的零件机械加工过程中的热处理到底包括了多少种方式?鉴于各种方式在机械加工过程中出现的频率和重要性,我们选择以下几种来进行分析,即重点式的分析。
在机械加工过程中,我们使用最多的是四种热处理方式:退火、正火、淬火和回火,下面做一一的分析。
01 退火处理
退火处理的定义:将金属零件加热到一定的高温,保持一段时间,然后让其自然冷却的一种金属热处理工艺。
其主要作用:
A、降低零件的硬度、改善切削加工性能
B、消除零件残余应力,稳定尺寸、减少变形与裂纹概率;
C、细化晶粒,调整组织,消除材料组织缺陷;
D、 均匀材料组织和成分,改善材料性能或为后续热处理工艺做组织准备。
02 正火处理
正火处理的定义:将金属零件加热到一定的高温,保持一段时间,然后让其在空气中利用喷水、喷雾、吹风等方式进行冷却,其与退火处理不同的是,其冷却速度要快一些,所以得到的材料组织要更细,机械性能也有所提高。
其主要作用:
A、去除材料的内应力
B、降低材料的硬度、提高塑性;
03 淬火处理
淬火处理的定义:将金属零件加热到临界温度Ac3或者Ac1以上温度,保持一段时间,使之全部或者部分奥氏体化
然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下进行马氏体转变的热处理工艺。
其主要作用:
A、大幅度提高零件的刚性、硬度、耐磨性和疲劳强度等;
B、满足某些特殊钢材的铁磁性、耐蚀性等物理、化学性能。
04 回火处理
回火处理的定义:是指将经过淬火硬化或正常化处理后的钢材再浸置于一低于临界温度一段时间后,以一定的速度冷却下来,以增加材料的韧性的一种热处理方式。
其主要作用:
A、消除工件淬火时产生的残留应力,防止变形和开裂;
B、调整工件的硬度、强度、塑性和韧性、达到更好的性能要求;
C、稳定组织与尺寸、保证精度;
D、 改善和提高加工性能。
注意,干货来了:
A、退火和正火通常可以相互代替使用,尤其是在处理后获得的零件硬度不高的话(一般以不影响加工性能为准),我们要优先选择正火处理,因为它的加工周期更短,成本也就相应的更低。
B、回火一般需要配合淬火或正火来使用,回火是替淬火和正火来“擦屁股”的,因为淬火与正火处理后,零件的硬度都会偏高,因此会存在很大残余应力,尤其是淬火处理,零件存在很大的脆硬性,通常一定要回火来“纠偏”才能更好的满足我们的使用要求。
C、淬火这个词在工厂通常念“zan huo”,特别是老一辈从业者都是这个念法,年轻人已经开始在改变,但是一时难以消除。
作为一个机械设计工程师,我们设计的零件需要用到热处理的时候,无非是以下几种要求:
A、消除材料的铸造应力,其目的是为了得到更加稳定的加工尺寸和精度;
B、提高零件的切削性能,其目的是在零件加工的过程中加工效率更高,加工质量更好,加工成本更低;
C、提高零件的刚性、硬度和耐磨性能,这个就不需要解释了吧。
我们对大部分零件的热处理要求都是围绕以上三个大的方面在设计,所以你只需要将以上的四种热处理方式对应你的要求来使用就行了。