关键词:金属;材料;热处理
热处理是机械制造工业中的重要基础技术,是保证金属材料内在质量,提高产品使用性能和可靠性的关键工序通过适当地热处理,能最大限度地发挥材料潜力,保证产品所要求的力学性能、工艺性能。
一、热处理工艺
热处理的种类很多,根据其目的、加热和冷却方法的不同,可以分为:普通热处理、表面热处理及其他热处理方法。普通热处理有退火、正火、淬火、回火;表面热处理有表面淬火(感应加热、火焰加热等)、化学热处理(渗碳、渗氮等),其他热处理有真空热处理、变形热处理和激光热处理等。热处理方法虽然很多,但都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的,有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接,不可间断。
1.1加热
加热是热处理的重要工序之一。金属加热时,工件暴露在空气中,常常发生氧化、脱碳,这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热,也可用涂料或包装方法进行保护加热。
1.2保温
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一,选择和控制加热温度,是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异,但一般都是加热到相变温度以上,以获得高温组织。另外转变需要一定的时间,因此当金属工件表面达到要求的加热温度时,还须在此温度保持一定时间,使内外温度一致,使显微组织转变完全,这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时,加热速度极快,一般就没有保温时间,而化学热处理的保温时间往往较长。
1.3冷却
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤,冷却方法因工艺不同而不同,主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢,正火的冷却速度较快,淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求,例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
二、采用节能的热处理工艺
热处理是通过对金属材料的加热、保温、冷却过程进行合理控制而提高材料性能的一种技术方法。其中加热和保温阶段是主要的耗能过程,近些年来,热处理工作者打破传统的思维方式,在缩短加热、保温时间,利用余热等方面进行工艺优化,取得了很好的节能效果。
2.1缩短热处理加热时间、降低加热温度
(1)零保温淬火
“零保温”淬火,是将工件加热到淬火温度后不进行保温,而立即进行冷却处理的热处理工艺。与常规热处理工艺相比,零保温工艺省去了奥氏体组织均匀化所需要的保温过程,降低能耗20%~30%,提高了劳动生产率。
(2)不均匀奥氏体加热淬火
通常淬火加热时,需要将钢加热到奥氏体状态充分保温,使碳化物溶解、奥氏体达到均匀化,这往往需要较长时间,但奥氏体未达到均匀化即施行淬火并不影响其淬火、回火后的性能,在某情况下甚至性能更好。
2.2缩短化学热处理过程
(1)薄层渗入技术
传统观点认为,渗层性能与其厚度成正比,实际上,过深的渗层不但降低制件的韧性且不利于性能的提高,还浪费能源,增加成本,同时由于加热时间的增长而使污染上升,因此确定合理的渗层深度,对提高产品质量和节能减排有重要的意义。如在自行车钢球生产中,采用薄层渗碳后,不但使生产效率提高42%,节电30%,也使甲醇和煤油的消耗下降52%,寿命提高2倍,取得节能环保双重效果。
(2)低压真空渗碳
渗碳温度对渗碳速度起着决定性的作用,适当提高渗碳温度,可以显著缩短工艺时间。低压真空渗碳由于有可能提高渗碳温度和可靠的控制技术,在解决深层渗碳问题方面,显示出极大的优越性。将低压真空渗碳技术应用于大尺寸工件的深层及超深层渗碳,工艺时间缩短达50%,对能源的节约和生产率的提高具有重大的意义。
(3)稀土催渗技术
与其它催渗技术最重要的差别在于稀土原子具有特殊的电子结构,决定了它具有很高的化学活性,可以与碳、氮原子共同渗入到被渗基体内。稀土原子在化学热处理中能起到活化催渗作用,显著提高渗速,渗碳速度可提高20%~30%,渗氮速度提高达40%~50%,有显著的节能效果。同时,稀土元素被渗入钢件表层,有效地改善了渗层组织和性能。
多种多样的金属已经成为人类社会生产当中不可或缺的材料,成为社会不断进步发展的重要物质基础。各种金属材料在人类的发展进程中提供了非常重大的贡献,但如今,传统的材料已经不能满足社会发展的对材料的高要求。金属材料的性能与热处理工艺体现出了越来越高的重要性,其在机械零件制造中占有十分重要的地位。我们应继续研发新的热处理工艺,使现有的金属材料发挥出更优越的性能。