金屬熱處理
將固態金屬或合金進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結構的工藝
一般來說工業用件都是對零件的強度和各項性能有要求的。尤其是在航空航天和軍工領域,對零件的性能有著非常嚴格的要求。所以金屬打印過后的熱處理就是一個必不可少的步驟。
但是在熱處理之前還有一些必不可少的準備工作。零件在打印完成時,零件上會覆蓋大量的粉末。在取出零件放入熱處理爐之前,盡量將零件上附著的粉末清理干凈。首先是節省材料成本,其次如果零件存在內部流道結構,且流道部分過于狹窄,不清理粉末可能會造成流道堵塞。
熱處理就是將固態金屬或合金采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結構的工藝。所以熱處理的過程就是按加熱→保溫→冷卻這三階段進行。不管是哪種熱處理,都是分這三個階段,不同的是加熱溫度、保溫時間和冷卻速度不同。
熱處理工藝的特點是不改變金屬零件的外形尺寸,只改變材料內部的組織與零件的性能。
常用的熱處理有退火,正火、淬火和回火,以下將以鋼為例詳細闡述:
鋼的熱處理目的是消除材料的組織結構上的某些缺陷,更重要的是改善和提高鋼的性能,充分發揮鋼的性能潛力,這對提高產品質量和延長使用壽命有重要的意義。
一、退火
退火就是將金屬或合金的工件加熱到適當溫度(高于或低于臨界溫度,臨界溫度即使材料發生組織轉變的溫度),保持一定的時間,然后緩慢冷卻(即隨爐冷卻或者埋入導熱性較差的介質中)的熱處理工藝。退火工藝的特點是保溫時間長,冷卻緩慢,可獲得平衡狀態的組織。
鋼退火的主要目的是為了細化組織,提高性能,降低硬度,以便于切削加工;消除內應力;提高韌性,穩定尺寸。使鋼的組織與成分均勻化;也可為以后的熱處理工藝作組織準備,根據退火的目的不同,退火有完全退火、球化退火、消除應力退火等幾種。
退火常在零件制造過程中對鑄件、鍛件、焊件接進行,以便于以后的切削加工或為淬火作組織準備。
二、正火
將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當時間后,在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的主要目的是細化組織,改善鋼的性能,獲得接近平衡狀態的組織。
正火與退火工藝相比,其主要區別是正火的冷卻速度稍快,所以正火熱處理的生產周期短。故退火與正火同樣能達到零件性能要求時,盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理。一般合金鋼坯料常采用退火,若用正火,由于冷卻速度較快,使其正火后硬度較高,不利于切削加工。
三、淬火
將鋼件加熱到臨界點以上某一溫度(45號鋼淬火溫度為840-860℃,碳素工具鋼的淬火溫度為760~780℃),保持一定的時間,然后以適當速度冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。
淬火與退火、正火處理在工藝上的主要區別是冷卻速度快,目的是為了獲得馬氏體組織。也就是說要獲得馬氏體組織,鋼的冷卻速度必須大于鋼的臨界速度。所謂臨界速度就是獲得馬氏體組織的最小冷卻速度。鋼的種類不同,臨界冷卻速度不同,一般碳鋼的臨界冷卻速度要比合金鋼大。所以碳鋼加熱后要在水中冷卻,而合金鋼在油中冷卻。冷卻速度小于臨界冷卻速度得不到馬氏體組織,但冷卻速度過快,會使鋼中內應力增大,引起鋼件的變形,甚至開裂。
四、回火
鋼件淬硬后,再加熱到臨界溫度以下的某一溫度,保溫一定時間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。
淬火后的鋼件一般不能直接使用,必須進行回火后才能使用。因為淬火鋼的硬度高、脆性大,直接使用常發生脆斷。通過回火可以消除或減少內應力、降低脆性,提高韌性;另一方面可以調整淬火鋼的力學性能,達到鋼的使用性能。根據回火溫度的不同,回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。
(1)低溫回火
淬火鋼件在250℃以下的回火稱為低溫回火。低溫回火主要是消除內應力,降低鋼的脆性。
(2)中溫回火
淬火鋼件在250℃~500℃之間的回火稱為中溫回火,可獲得良好的彈性。
(3)高溫回火
淬火鋼件在高于500℃的回火稱為高溫回火。淬火鋼件經高溫淬火后,具有良好綜合力學性能。淬火+高溫回火稱為調質處理。
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