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,以此来改善工件的使用性能的一种工艺方法。其特点是改变了钢材的金相组织,改善工件的内在质量。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型工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。钢材热处理的“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同,又演变出不同的热处理工艺。

(1)时效处理
时效处理是指合金工件经固溶处理、冷塑性变形或铸造、锻造后,在较高的温度下放置或室温保持其性能、形状、尺寸随时间而变化的热处理工艺。时效处理分两种
①天然时效处理:把钢件或铸件长期(一至三年)放置在室温或自然条件下,露天放在空气中任其风吹雨打日头晒,而发生的时效现象,称为自然时效处理,也称为天然时效
②人工时效:为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生的变化,常在低温回火后(低温回火温度为150~250℃)精加工前,把工件重新加热到100~150℃C保持5~20h,这种为稳定精密制件质量的处理,称为人工时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理,以消除残余应力,稳定钢材组织和尺寸,尤为重要。

(2)淬火

淬火是把含碳量在0.25%以上的中碳钢钢材加热,使其达到此钢材的淬火温度(达到临界温度Ac3以上),保温一定时间,然后放入冷却剂水、油或其他无机盐、有机水等淬冷介质中快速冷却,使淬火后的零件得到均匀一致的马氏体组织,使零件达到一定的硬度及耐磨性,也改变了钢的某些物理及化学性质。由于淬火后的零件存在着较大的内应力,因此,淬火后的零件必须要及时经过适当的回火处理,以免产生变形、开裂;使淬火后的零件获得定的强度、弹性和韧性等综合力学性能。

 热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程,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。
淬火方法有浸液表面淬火、火焰表面淬火、高频淬火、渗碳淬火等。
模具零件淬火应注意事项如下。
①零件淬火前,必须进行粗加工,钻好工艺孔、内模镶件的螺纹孔、冷却水孔、顶杆孔等。
②零件避免尖角设计,防止变形开裂
③零件淬火后的验收:检测硬度,有无软点,有无变形,有无脱碳等缺陷存在。
(3)正火
正火是把钢件加热到临界温度以上,保温一定时间,均温后,在空气中冷却(大型零件需流动空气冷却)。钢材经过正火处理消除零件内部过大的残余应力、细化晶粒,均匀组织,提高力学性能;改善不合理的网状渗碳体组织,为随后的热处理做好准备;也可以将正火作为最终热处理,获得一定的力学性能。
(4)退火
退火是把零件加热到临界变相温度Ac3(亚共析钢)以上30~50℃,或Ac1(共析或过共析钢)以下,保温一定时间,然后随炉缓慢地冷却,其目的是降低硬度,改善加工性能。增加塑性和韧性,消除内应力,改善内部组织,从而有利于切削加工和冷变形加工。而退火工序方法有很多种,有球化退火、等温退火、完全退火、低温退火、去应力退火等。模具零件退火采用的是去应力退火。
(5)回火
回火是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度,保温到组织转变后,冷却到室温的热 处理工艺[即将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃(200~300℃、300~400℃)的某一适当温度,保温一定时间,然后拿出在空气中缓慢地冷却]。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。

回火的目的如下。
①减少或消除淬火产生的内应力,防止变形和开裂,以取得预期的力学性能。
②稳定组织,保证工件在使用时不发生形状和尺寸变化。
③调整力学性能,适应不同零件的需要。
(6)调质
把淬火后的钢材通过高温回火[淬火+高温回火(加热温度通常为560~600℃)=调质,调质是淬火加高温回火的双重热处理]的热处理方法称为调质处理,其目的是达到所需要的硬度值(一般是28~32HRC,有的达到38~42HRC),使工件具有良好的综合力学性能
(7)氮化
将氮(N)渗入钢材表面的过程称为氮化或渗氮。渗入钢件表面的氮元素形成氮化层以提高模具零件的硬度、耐磨性和疲劳强度、红硬性、抗咬合性及抗腐蚀性。
渗氮有下列几种。
①气体氮化(渗氦)。钢材须含Cr、Ti、A、V、Mo等合金元素,处理温度为495570℃,回火温度为520~590,表面硬度为900~1000HV,有效硬化层深度为0.3mm,时间为48h,变形量无。
②液体氮化。处理温度为560~580℃,时间为2~3h,一般零件的氮化层深度为0.01~0.02mm,渗氮深度主要取决于渗氮时间、温度。氮化层不可过厚,建议不超过0.3mm,表面硬度为900~1000HV
③软氮化。任何钢铁材料皆可做软氮化处理,可分为液体、气体软渗氮。液体软渗氮是无毒处理法,处理温度为570~580℃,处理时间为1~3h,淬火方法为盐浴,表面化合层硬度为900~1000V,深度为0.01~0.03mm。
(8)渗碳

渗碳是把含碳量在0.04%~0.25%的低碳钢钢材(中碳钢含碳量在0.25%~0.6%、高碳钢含碳量在0.6%~1.35%)零件,在碳介质(气体、固体)中加热、保温,温度通常为560~600℃。渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程,使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层,然后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,使工件能承受沖击载荷。渗碳工艺广泛用于制造飞机、汽车和拖拉机等的机械零件,如齿轮、轴、凸轮
轴等,也适用于制造注塑模具的零件。

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