預(yù)備熱處理（冶金術(shù)語之一）

簡介

預(yù)備熱處理是指為隨后的機加或最終熱處理提供一個良好的機加性能或良好的組織形態(tài)而進行的熱處理．常見的預(yù)備熱處理有退火、正火、調(diào)質(zhì)和時效等。這類熱處理的目的是改善加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理做好組織準備。退火、正火、調(diào)質(zhì)工序多數(shù)在粗加工前后，時效處理一般安排在粗加工、半精加工以后，精加工之前。

常見熱處理

目的是改善切削性能，消除毛坯內(nèi)應(yīng)力，細化晶粒，均勻組織；為以后熱處理作準備。例如：含碳量大于0.7%的碳鋼和合金鋼，為降低硬度便于切削加工采用退火處理；含碳量低于0.3%的低碳鋼和低合金鋼，為避免硬度過低切削時粘刀，而采用正火適當提高硬度。

一般用于鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前進行。

目的是使材料獲得較好的強度、塑性和韌性等方面的綜合機械性能，并為以后熱處理作準備。

用于各種中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金鋼。調(diào)質(zhì)一般安排在粗加工之后，半精加工之前。調(diào)質(zhì)是最常用的熱處理工藝。大部分的零件都是通過調(diào)質(zhì)處理來提高材料的綜合機械性能，即提高拉伸強度、屈服強度、斷面收縮率、延伸率、沖擊功。調(diào)質(zhì)處理能大大提高材料的拉伸和屈服強度，提高屈強比和沖擊功，使材料具有強度和塑韌性的良好配合。由于屈服強度、疲勞強度、沖擊強度的提高，在零件設(shè)計時就可以采用更小的材料截面，從而減少機械設(shè)備的整體重量，節(jié)省零件占用空問和能量消耗。因此在某些場合為了減少機械空間和機械重量在設(shè)計過程中要有意識地利用調(diào)質(zhì)工藝。需要強調(diào)的是，一般來講調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)該為中碳鋼（C=0．3%～0．6%）；碳鋼中像30、35、40、45、50等鋼種則既可以調(diào)質(zhì)處理又可以正回火使用；而對高碳鋼和低碳鋼則不宜采用調(diào)質(zhì)工藝。

調(diào)質(zhì)過程是淬火加高溫回火。首先需要將零件加熱到材料的Acl點以上30～50℃（800．950℃），保溫一定時間，然后在油中或水中冷卻。冷卻后立即入爐進行回火（500～650℃），以降低淬火應(yīng)力、調(diào)整組織成份，進而達到機械性能要求。而回火溫度的制定是根據(jù)硬度或性能高低而定的，硬度和強度越高，回火溫度越低。調(diào)質(zhì)工序后的任何高于回火溫度的加熱，都將降低已達到的強度。

選擇調(diào)質(zhì)處理時應(yīng)特別注意以下幾點：

（1）圖紙中應(yīng)明確要求應(yīng)明確寫明“調(diào)質(zhì)”。若只寫“熱處理?HB”外協(xié)廠家可能采用其他熱處理工藝，比如正回火達到所要求的硬度。而正回火所達到的同樣硬度的材料其屈服強度和沖擊功會非常低。實際工作中曾發(fā)生過地腳螺栓使用時發(fā)生早期斷裂的事故就是由此導(dǎo)致的。

（2）調(diào)質(zhì)的硬度和硬度范圍要按材料標準選擇調(diào)質(zhì)的硬度和硬度范圍。這一方面有利于工廠配爐生產(chǎn)，另一方面過窄的硬度范圍要求在實際生產(chǎn)中根本無法滿足。

（3）硬度要與所要求的強度相匹配。布氏硬度HB與拉伸強度是有對應(yīng)關(guān)系的。粗略計算HB=O.3σb（N/mm2或MPa）。在中國國家標準和國外標準中都有對照表。設(shè)計師在工作中必須注意的另外一點是，圖紙中要求的強度與硬度一定要相互匹配，否則工藝將無法同時滿足。

（4）采用布氏硬度驗收，日本企業(yè)有時也采用維氏或其他硬度驗收調(diào)質(zhì)硬度，雖然各種硬度可以相互換算，但檢測調(diào)質(zhì)硬度時用布氏硬度是最準確和方便的方法。

（5）對調(diào)質(zhì)硬度的限制

如前所述，調(diào)質(zhì)后任何高于調(diào)質(zhì)回火溫度的加熱都將降低已有強度，情況嚴重時會導(dǎo)致零件變形甚至產(chǎn)生裂紋。所以對氮化件調(diào)質(zhì)硬度最好不應(yīng)超過300HB，而表面淬火件和焊接件調(diào)質(zhì)硬度應(yīng)控制在330HB以下。由于表面淬火和焊接時工件表面急劇加熱，將會產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力，而超過材料Acl點的加熱會使金屬組織急劇變化而產(chǎn)生附加的組織應(yīng)力。在以上兩種應(yīng)力疊加作用下，高硬度件不易緩和和釋放應(yīng)力，容易產(chǎn)生基體組織裂紋，最終將導(dǎo)致零件報廢。

用于各種精密零件消除切削加工應(yīng)力，保持尺寸的穩(wěn)定性。一般安排在半精車以后，或粗磨、半精磨以后，精磨以前。

生產(chǎn)線

人們都知道，零件毛坯的預(yù)處理無非是四把“火”及其組合。目前國內(nèi)在該方面的現(xiàn)狀是：對于滲碳淬火強化類零件，第一種是零件毛坯鍛造后進行埋砂冷卻，不再進行預(yù)備熱處理，或者是采用鍛造余熱進行正火處理。這樣的結(jié)果是毛坯中往往獲得不完全正火組織，粗晶、混晶現(xiàn)象嚴重，硬度偏高而且不均勻。第二種是采用常規(guī)正火（或退火），加熱設(shè)備多采用臺車爐。毛坯一般在臺車上堆放，進爐后，加熱到Ac3+30～50。C溫度后保溫，然后將臺車移出，毛坯也不分散開，直接堆置在臺車上，在空氣中冷卻，或者是在臺車側(cè)面架置風扇進行風冷。這樣處理的毛坯由于冷卻不均勻，各部位獲得的組織也不同，硬度極不均勻，有時單件齒坯硬度不均勻性就在40HB以上。這不僅給后續(xù)加工造成難度，而且零件后續(xù)進行滲碳淬火處理時變形很大，無規(guī)律性。第三種是采用常規(guī)正火（或退火），采用箱式爐或者是臺車爐加熱，與第二種不同的是，在冷卻時將齒輪毛坯散開進行冷卻。這樣的方式較合理，經(jīng)處理后毛坯的質(zhì)量較前兩者好，但仍然會出現(xiàn)不合格組織，硬度也不能進行控制，離散度大。在汽車行業(yè)，已推薦采用等溫正火工藝對齒坯進行預(yù)處理，等溫正火使得齒輪毛坯的組織和硬度均勻性大大提高，對減小滲碳淬火齒輪的熱處理變形有明顯效果。但對于有效厚度較大的零件，由于高溫區(qū)冷卻能力往往達不到工藝要求，導(dǎo)致處理效果不佳，并且設(shè)備投資較大，所以未獲得廣泛應(yīng)用。采用調(diào)質(zhì)方式對零件毛坯進行預(yù)處理是一種比較好的方式，但由于成本相對較高，且一般多采用單介質(zhì)淬火，影響了調(diào)質(zhì)的效果，所以采用的較少。

對于氮化類零件毛坯，已有普遍認識：采用調(diào)質(zhì)處理是推薦方式，少量還采用正火方式。但仍然存在上述的單介質(zhì)淬火的缺陷。在工藝裝備方面，臺車式加熱爐、開式淬火槽加人工轉(zhuǎn)移操作是主導(dǎo)方式。這種處理方式能耗損失大，零件質(zhì)量離散度大，勞動強度高，勞動環(huán)境差（高溫輻射），環(huán)境污染重。這種現(xiàn)狀是迫切要解決的問題，可以按以下思路改進：

（1）加熱爐采用新結(jié)構(gòu)，提高熱效率，減少能耗。

（2）采用少無氧化加熱，減少材料消耗。

（3）盡量不用爐用耐熱鋼工裝，減少投入并減少由此產(chǎn)生的無效加熱能源。

（4）采用機械轉(zhuǎn)移方式代替人工，解決轉(zhuǎn)移時間不一致及人工一次轉(zhuǎn)移量小的問題。

（5）正火（或退火）出爐后采用可控方式冷卻，提高毛坯的熱處理質(zhì)量，減少車間的熱輻射。

（6）采用多種淬火介質(zhì)組合，提高淬火適應(yīng)性。并盡量少采用淬火油以減少環(huán)境污染^[1]。