浅析机械加工零件的热处理加工技术

郑俊华?吕帅

摘要：进入21世纪以来，我国的机械设计加工行业发展迅猛，无疑已经成为支撑国工业经济发展，助推国家综合经济发展的重要支撑行业。特别是随着我国材料加工技术等的提升发展，机械零件的加工工艺也更加成熟和先进。本文中，笔者重点就零件加工中的热处理加工技术进行研究分析。

关键词：机械加工；零件；热处理加工；技术

在机械加工领域，热处理加工技术根据加工材料、工艺等的不同也分为很多种类。最常见的分类是按照钢结构性能的变化，将热处理方式分为普通热处理、表面热处理和其他热处理几种。本文中，笔者重点就普通热处理方式展开分析。

1 热处理中的退火技术

简单来说，热处理中的退火技术，就是在高温环境下把钢加热到一定的温度，然后保温后缓慢冷却。这种退火技术能够更好地提升钢材的性能，且由于钢材硬度有所改变，切削的难度被降低，更加有助于后续加工流程的顺利开展。与此同时，这种技术的应用能够很好地消除钢材内部应力，避免零件加工中发生变形。此外，经过退火技术处理的钢材晶粒更加进细化，进一步为之后的热处理打好基础。退火由完全退火、等温退火、球化退火等之分，其中完全退火指将加工零件加热至Ac3+30～50℃保温后缓冷退火。该操作适合应用在亚共析钢材质制作的零件中。等温退火时将钢材加热至适当温度，如为亚共析钢加热至Ac3+30～50℃，如为过共析、共析钢加热至Ac1+30～50℃，保温后将其快速冷却至Ar1以下的某一温度停留，完成相变后出炉空冷。等温退火可使工件在炉中的停留时间大大缩短。适合孕育期长的合金钢。球化退火是球状化钢中渗碳体的退火工艺。将工件加热至Ac1+30～50℃保温后缓凝，或将其降温至Ar1以下温度进行保温待渗碳体球化后出炉空冷。该处理方法适合应用在过共析、共析钢的零件加工中。

2 热处理中的正火技术

正火指将机械加工零件的钢材加热至对应温度保温后进行空冷处理。

通过正火处理，可消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火做组织准备。对于普通零件而言，如需改善切削性能，可对低碳钢进行正火处理，中碳钢进行正火或退火处理，高碳钢进行球化退火处理。

3 热处理中的淬火技术

淬火是目前应用最为广泛的热处理加工技术、通过淬火可获得马氏体组织，促进钢性能的进一步提升。其中如零件材质为亚共析钢，应将淬火温度控制在Ac3+30～50℃。共析钢的淬火温度为Ac1+30～50℃。过共析钢的淬火温度为Ac1+30～50℃，如淬火温度高于Accm，淬火处理后奥氏体晶粒变得粗大，影响钢的耐磨性、硬度等性能。

淬火处理时需要使用淬火介质，其中水和油是应用率较高的淬火介质。水具有较强的冷却能力，适合在形状简单的碳钢件零件中应用。油在低温情况下冷却效果较理想，但在高温时的冷却性能大大降低，适合应用于小尺寸的碳钢与合金钢零件的淬火处理。另外硝盐水溶液、聚乙烯醇是工业上经常使用的淬火介质。研究发现，使用合理的淬火方法可弥补介质的不足。

淬火方法包括单液淬火法、双液淬火法、分级淬火法、等温淬火法。其中单液淬火法指在一种介质中将加热零件连续冷却至室温的淬火方法，其具有实现自动化方便、操作简单等优点。双液淬火法指先将零件在冷却能力较强的介质中冷却，而后在冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的一种方法。该种淬火方法可获得理想的冷却效果，不过操作难度较大，常用于大型合金钢件及形状复杂的碳钢件零件加工中。分级淬火法指在Ms附近的碱浴中或盐浴中淬火，当内外温度达到均匀后取出緩冷。分级淬火可降低零件内应力，适合应用在小尺寸零件加工中。等温淬火法指将加工零件在稍高于Ms碱浴或盐浴中进行足够时间的保温，以获得贝氏体组织。处理后零件的综合力学性能得以明显提升，适合应用在要求较高及形状复杂的小型零件加工中。

4 热处理中的回火技术

回火指将淬火钢加热至A1以下的某温度保温后进行冷却的一种方法。通过回火处理可将淬火内应力加以消除或减小，避免开裂、变形。同时，可对零件的韧性、硬度进行调整，获得预期的力学性能。另外，回火可促进零件材质转变为接近平衡或平衡的组织，避免使用过程中变形。回火处理时随着温度的升高加工零件的力学性能整体上呈现出硬度、强度降低，韧性、塑性升高的变化。其中当低于200℃时，因马氏体中碳化物弥散析出，钢硬度并不会下降。当温度在200～300℃时，高碳钢的硬度会有所提升。但当温度超过300℃时，Fe3C粗化，马氏体向铁素体转变，硬度呈现直线下降。

研究发现，淬火钢的韧性并非随着温度的升高一直提高，即，在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的情况，成为回火脆性。回火脆性分为第一类回火脆性、第二类回火脆性。其中第一类回火脆性指在250～350℃范围内回火时出现的脆性。出现这一情况的原因在于渗碳体和细小的薄片状过渡碳化物在马氏体片界面析出，因此，回火处理时不能在该温度范围内。第二类回火脆性指在500～560℃回火时后缓冷时出现的脆性，主要因钢中受Mn、Cr、Ni元素影响，促使Sn、Sb、P等向原奥氏体晶界偏聚。为避免这一回火脆性的出现，可采取的方法有：回火后快速冷却；如零部件的截面较大时，可加入0.5%左右的Mo、1%左右的合金元素。

另外，根据回火温度，可将回火分为低温回火、中温回火、高温回火三类，对应的回火温度分别为150～250℃、350～500℃、500～650℃。其中低温回火适合应用在渗碳件、高碳钢等零件加工中。中温回火适合应用在弹簧热处理中。高温回火适合应用在齿轮、轴等零件加工中，可作为量具、高精密件的预备热处理。

5 结论

为提高机械加工零件质量及力学性能指标，更好的满足机械加工、生产要求，做好热处理加工技术尤为重要。一方面，热处理加工工艺复杂，涉及的细节较多，技术人员应明确热处理工序，把握相关工序的重点与难点。另一方面，需要技术人员做好研究，根据不同零件材质，找到合适的热处理温度，进行针对性人为干预，促进机械加工零件综合性能的进一步提升。

参考文献：

[1] 沈彦德.机械加工零件的热处理加工技术探析[J].化工管理，2018（09）.

[2] 魏惠芳，单超颖.机械加工零件的热处理技术研究[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2015（02）.

[3] 赵彦君.机械加工零件的热处理技术探析[J].技术与市场，2015（11）.

（作者单位：1.沈阳黎发热能燃机设备配件有限公司；

2.沈阳林氏工具制造有限公司）