李群海

摘 要：机械加工中的热处理是指通过加热，保温，冷却等方法，对机械材料进行处理，使其形态发生变化，从而改变其性能，使其能更好的应用于不同的机械加工中。金属热加工工艺 ，从进入铜铁时代已经开始被人类应用于机械加工中，随着科技的发展，对热加工工艺的要求越来越高，热加工的工艺也得到了不断的改进。本文主要探讨机械制造中常用的热处理办法，以及其在机械制造中的应用实践。

关键词：热处理;机械加工;应用实践

随着工业的不断发展，对机械制造产品的性能和设计要求也随之提高，热处理作为机械加工中必不可少的环节，可以使机械产品达到高精度的工艺要求，并且提高产品的综合性能，满足用户的要求。钢作为机械制造业中应用最为广泛的材料，热处理后能达到成品要求的最佳力学性能、物理性能、化学性能。本文将对钢常见的热处理方法以及应用实践进行探讨。

一、钢的一般热处理方法。

（一）退火

退火又称为焖火，是指将钢件加热到临界温度以上，保持温度一段时间，在炉中慢慢冷却，降低钢的硬度，改善加工性能，增强其塑造性和加工韧性。在制造业中需要根据不同零部件的不同工艺要求，对其进行退火处理，以便进行下一道工艺。常用的退火工艺包括退火炉退火、热管式退火、接触式电刷传输大电流退火和感应式退火。退火炉退火和热管式退火设备简单，但能耗大，且不好控制退火速度和周期。接触式电刷传输大电流退火和感应式退火设备相对复杂，优点是节能环保，能够对退火周期进行跟踪控制，且周期短，缺点是设备价格高。

（二）正火

正火是指把钢件加热到临界温度或者以上，保温一段时间后，直接在空气中冷却，由于冷却速度比较快，组织变细，钢的强度和韧性增加，容易切屑加工。正火不需要在炉中冷却，减少了在炉的时间，处理周期比正火短，可以节省成本。对于复杂的零部件，正火会造成部件变形，裂纹等问题，这对高性能有特别要求部件不适合使用正火方法处理[1]。

（三）淬火

淬火是把钢件加热到临界温度以上，保温一段时间后，放置在介质中，使其急速冷却，以提高硬度，强度以及耐磨性。由于淬火会使钢件变脆，所以淬火后需要回火处理。淬火冷却介质一般有水、盐、油、空气等。快速冷却使钢件内部产生内应力，内应力的作用下会造成钢件变形，开裂，因此需要选择合适的冷却方法。根据冷却方法不同分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火。单介质淬火最简单，因此应用比较广泛。由于制造业中各个零部件要求不同，甚至需要增加一些物理性能，淬火工艺也在不断改进发展。一些高能密度淬火办法优于其他热处理办法，被应用到精密零件如飞机、火箭的部件中。

（四）回火

淬火后的钢件，内应力大，再将其加热到临界温度以下，保温后，在空气或者其他介质中冷却。其作用主要是消除淬火产生的内应力，减弱脆性，增加韧性和强度。回火一般与淬火配合使用，才能达到钢件所需的性能。回火分为低温回火、中温回火、高温回火。不同的钢件适用不同的回火温度，需要根据回火脆性选择适合的回火温度。

（五）调质

淬火后的零部件，选择高温回火，可以消除内应力，提高力学性能，一般机械中的重要零部件如轴都需要调质处理。调质处理的钢件综合性能得到提到，在韧性、塑性、强度、切削性能表现良好。具有优秀综合性能的钢件被称作调质钢，一般用于制作需要长时间保持运作的部件。

（六）表面淬火

表面淬火作为淬火中的一种，具体为使用火焰或者高频电流对钢件表面短时间内加热到临界温度以上，并快速冷却。钢件表面通过热处理后，具备较高的硬度和耐磨性，而内部的韧性被保留，这类部件既耐磨又能抗冲击。表面淬火的区别主要在于加热的能源，其中包括电磁感应、火焰、电接触以及电解质加热。随着要求的提高，出现了电子束和激光加热[2]。小批量生产和零部件的维修一般采用火焰加热表面淬火，批量生产则更多选用电磁感应和电解质加热，而大部件局部适合采用简单的电接触加热。

（七）渗碳

把低碳、中碳钢件放在渗碳介质中加热到900-950°C，保持一段时间，让钢件表面渗碳后再淬火。通过渗碳处理后的低碳、中碳钢件表面变得高碳，表面硬度和抗疲劳强度增加，一般应用在需要拉伸性强的小零件，以及需要抗冲击强的零件。渗碳的工艺也十分广泛，主要根据渗碳介质不同进行区分，早期，工业使用固体渗碳介质，不易渗碳，便出现液体和气体渗碳介质，气体渗碳从转筒炉发展到连续式气体渗碳炉，到高温气体渗碳炉，到现在的真空渗碳以及离子渗碳。渗碳工艺能使钢件表面不需要通过复杂的化学处理，便能达到一定的耐磨性和抗疲劳强度。

（八）液化氮共渗和渗氮

增加钢件表面的氮，氮化层比碳化层薄，但是硬度非常高，适用于合金钢，渗氮处理改变了钢件表面的化学成分，提高了表面性能。一般处理方法是把钢件密封到流动氮气的容器里加热，使氮气吸附在钢件表面。另外还可以采用液体和离子渗氮。在钢件的表面加入碳和氮，渗透深度比渗碳浅，使其表面具有更高的强度、抗耐疲劳度、耐磨性，主要应用在硬度要求高，且耐磨的刀具、薄片零件。

（九）时效处理和冷却处理

机械钢件在经过不同的加热处理后，随着时间的变化，在室温和常温下其硬度、强度都会产生不同的变化。这种有计划的使材料在常温或者设置的温度内存放产生变化的变化叫做时效变化[3]。在正常的室温进行的变化称为自然时效，在人工控制的温度下进行的变化称为人工时效。其作用主要在于稳定钢件的性能。冷却处理是指淬火钢件快速冷却后置于室温下，使钢件的硬度和耐磨性更加稳定。

（十）法兰发黑

通过表面加热使钢件表面形成保护性的氧化铁层，主要为了提高钢件的耐腐蚀性，表面更美观，紧固件通常需要法兰发黑处理。

二、热处理方法在机械制造中的应用

热处理由于方式不同，其适用的范围也不一样，比如淬火处理使工件强度过高，后期加工不容易操作，需要进行回火处理。在实际的应用中，一种热处理方法并不能达到理想的效果，应该根据具体部件的性能需要，选择一种或者多种热处理方法结合。并且需要根据机械加工工艺的顺序安排合理的热处理方法。

结束语：

热处理方法从人类未进入工业文明已经被广泛应用，到21世纪仍然作为机械制造中的重要工艺，一些高科技的加热处理方法正在推动机械制造不断地前进，使得机械制造更为高效率，智能化。

参考文献：

[1]陈长春. 机械制造过程中热处理方法及应用[J]. 科学与财富， 2012（6）：405-405.

[2]佚名. 用于机械零件的表面化学热处理的方法及其所用設备：， CN102776470A[P]. 2012.

[3]王盟， 安长才. 中国工程机械行业热处理工艺发展概况[J]. 金属加工（热加工）， 2011（15）：8-11.