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(jī)加或最終熱處理提供一個(gè)良好的機(jī)加性能或良好的組織形態(tài)而進(jìn)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(shí)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(zhǔn)備。退火、正火、調(diào)質(zhì)工序多數(shù)在粗加工前后，時(shí)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(xì)化晶粒，均勻組織；為以后熱處理作準(zhǔn)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(shí)粘刀，而采用正火適當(dāng)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(jìn)行。

目的是使材料獲得較好的強(qiáng)度、塑性和韌性等方面的綜合機(jī)械性能，并為以后熱處理作準(zhǔn)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(jī)械性能，即提高拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)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(qiáng)度，提高屈強(qiáng)比和沖擊功，使材料具有強(qiáng)度和塑韌性的良好配合。由于屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度的提高，在零件設(shè)計(jì)時(shí)就可以采用更小的材料截面，從而減少機(jī)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(jī)械空間和機(jī)械重量在設(shè)計(jì)過程中要有意識地利用調(diào)質(zhì)工藝。需要強(qiáng)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(diǎn)以上30～50℃（800．950℃），保溫一定時(shí)間，然后在油中或水中冷卻。冷卻后立即入爐進(jìn)行回火（500～650℃），以降低淬火應(yīng)力、調(diào)整組織成份，進(jìn)而達(dá)到機(jī)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(qiáng)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(dá)到的強(qiáng)度。

選擇調(diào)質(zhì)處理時(shí)應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

（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(dá)到所要求的硬度。而正回火所達(dá)到的同樣硬度的材料其屈服強(qiáng)度和沖擊功會非常低。實(shí)際工作中曾發(fā)生過地腳螺栓使用時(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際生產(chǎn)中根本無法滿足。

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

（4）采用布氏硬度驗(yàn)收，日本企業(yè)有時(shí)也采用維氏或其他硬度驗(yàn)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(shí)用布氏硬度是最準(zhǔn)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(qiáng)度，情況嚴(yán)重時(shí)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(shí)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(diǎn)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(bào)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(qiáng)化類零件，第一種是零件毛坯鍛造后進(jìn)行埋砂冷卻，不再進(jìn)行預(yù)備熱處理，或者是采用鍛造余熱進(jìn)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(yán)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(jìn)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(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)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(shí)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(jìn)行滲碳淬火處理時(shí)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(shí)將齒輪毛坯散開進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)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(rèn)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(dòng)強(qiáng)度高，勞動(dòng)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(jìn)：

（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(jī)械轉(zhuǎn)移方式代替人工，解決轉(zhuǎn)移時(shí)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]。