熱處理與機(jī)械加工知識(shí)

1、熱處理與機(jī)械加工知識(shí)對(duì)于機(jī)械切削加工，一般機(jī)加工硬度最好在HRC30左右;但由于性能要求，需要較高硬度+ 后切削，硬度可以在HRC3540.除了特殊銑齒等情況.硬度在HRC50左右也能切削;當(dāng)然， 現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)刀具還不行，大部分需要進(jìn)口美國(guó)的德國(guó)的等.經(jīng)滲碳淬火熱處理后一般孔內(nèi)徑變形成橢圓，孔徑變小，中10留磨量為2-4絲O10 -020 為5-8絲020 -030為10-12絲030 -040為20絲040為30絲以上，我們的零件壁厚在 10mm左右,另外控制敏感零件的熱處理變形量，預(yù)熱工序也是十分必要的終鍛溫度過(guò)低會(huì)造成材料鍛裂，如不經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)慕M織再結(jié)晶退火或其他熱處理，在最終熱處 理后會(huì)發(fā)現(xiàn)

2、零件開裂，這是經(jīng)熱處理后所有應(yīng)力釋放的結(jié)果，很容易被別人誤認(rèn)為是熱處理 工藝不當(dāng)造成的;另外有些含特殊合金（如Cr）的零件鍛造后如果堆放在一起，冷卻速度不夠， 會(huì)在晶界出處析出網(wǎng)狀碳，經(jīng)熱處理后開裂，也必須引起熱處理工作者的注意!例如 GCr15，CrWMn等零件，我就遇到過(guò).對(duì)于低碳合金滲碳鋼，最佳切削硬度為160180HB，實(shí)際生產(chǎn)中我們控制在140210HB， 硬度超過(guò)180HB刀具損耗大，低于160HB，尤其是硬度低至140HB左右又采用拉齒、插 齒加工的話，粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重，零件粗糙度很差。對(duì)于齒輪的加工.我接觸到的多是:調(diào)質(zhì)來(lái)決定心部機(jī)械性能，然后做表面淬火的情況.因此， 很多時(shí)候面臨

3、著基體硬度高，即調(diào)質(zhì)硬度高,然后進(jìn)行機(jī)加.銑齒或插齒.因此硬度都高.高到 HRC35以上，要采用很好的刀具.成本也增加不少.當(dāng)然這樣做（調(diào)質(zhì)硬度高）的好處是，表面 淬火后變形小，可以忽略，省去磨削工序.齒輪氮化前是否必須調(diào)質(zhì)處理，我們一般是這樣處理：碳鋼不調(diào)質(zhì)采用正火處理，合金鋼 則必須調(diào)質(zhì)，且規(guī)定調(diào)質(zhì)時(shí)的回火溫度應(yīng)比氮化溫度高30C左右。齒輪加工時(shí)，對(duì)切削加工件，正火硬度180-200HB，擠壓加工件，正火硬度160-170HB， 公差分配，機(jī)械加工公差占零件成品公差的1/3，熱處理占2/3齒輪軸，圖紙規(guī)定齒部滲碳淬火，無(wú)齒一端端部均布6個(gè)螺紋孔，位置度要求0.06，且要 求防淬硬。在制定加

4、工路線時(shí)，主管工藝人員將相關(guān)人員召集在一起討論，有兩種工藝流 程1）涂料防滲、滲碳淬火后硬車碳層，存在防滲不佳機(jī)加工困難的問(wèn)題；2）滲碳空冷、 車碳層、加工螺孔、加熱淬火，存在齒部和螺孔達(dá)不到圖紙精度的風(fēng)險(xiǎn)；經(jīng)過(guò)大家充分討 論分析，并根據(jù)工廠的實(shí)際情況將加工流程確定為：鍛坯-等溫正火-機(jī)加工（預(yù)留碳層）-涂料防滲、滲碳淬火-防滲部位軟化退火-車碳層-加工螺孔。這一流程并不一定是合理 的，但經(jīng)過(guò)有關(guān)人員分析討論，卻是目前公司最容易實(shí)現(xiàn)的加工流程我公司是做緊固件生產(chǎn)的.緊固件生產(chǎn)所需要的線材一般都要經(jīng)過(guò)球化退火處理.而球化效 果與材料退火前的拉拔比例有很大關(guān)系,為了找出最佳的拉拔比例，我們金相試驗(yàn)

5、員與車間 工人經(jīng)過(guò)近四個(gè)月的摸索試驗(yàn)，終于找到最佳方案角鐵熱軋生產(chǎn)出來(lái)以后，先經(jīng)過(guò)淬火，然后再回火。出現(xiàn)的問(wèn)題是：淬火后的工件變形比 較厲害，經(jīng)常碰感應(yīng)圈。后期的回火后，無(wú)法保障工件是直線型的。解決：再保障連續(xù)生 產(chǎn)，硬度達(dá)標(biāo)的情況下，稍增大感應(yīng)圈的間隙，機(jī)械工藝上增加多道輥，以保障工件生產(chǎn) 出來(lái)后盡量為直線型。產(chǎn)品淬火后，進(jìn)行機(jī)加工，由于他們只追求計(jì)件工資，往往進(jìn)刀量過(guò)大，造成表面硬度嚴(yán) 重退火，最終由于產(chǎn)品表面硬度低而退貨，這種情況分析了多次，然而大多數(shù)人還是認(rèn)為 是熱處理問(wèn)題一、做好原材料的檢驗(yàn)工作，原材料檢驗(yàn)不好熱處理做的再好也可能會(huì)背黑鍋。二、根據(jù) 要加工工件的工藝性能，制定合理的熱

6、處理工藝，熱處理工藝評(píng)定也要做好，當(dāng)然工藝監(jiān) 督也很重要。三、熱處理工序要為下一道工序做好基礎(chǔ)，例如：工件變形帶來(lái)的機(jī)械加工 難度（彎曲、變形等）加工余量、力學(xué)性能指標(biāo)、組織缺陷等。四、熱處理一定要做好自 檢和例檢，出現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)找到原因。有的老板已經(jīng)把產(chǎn)品加工好了，再拿來(lái)找我們熱處理廠給他調(diào)質(zhì)處理，真是暈，全部報(bào)廢。 有的產(chǎn)品要氮化不變形，之前沒(méi)經(jīng)過(guò)消應(yīng)退火，已精磨好了，做了也白做，肯定變形。這 些老板都是錢買學(xué)問(wèn)！機(jī)械加工與熱處理的公差分配應(yīng)按成品要求分成1： 2，如成品要求為0.15,則機(jī)械加工的 公差控制在0.05以內(nèi),熱處理控制在0.1以內(nèi).加熱看平衡圖,冷卻看C曲線長(zhǎng)軸件42Cr

7、Mo材料成型過(guò)程：調(diào)質(zhì)+機(jī)加工熱處理過(guò)程中由于爐體變形和鋼件本身內(nèi)部應(yīng)力等問(wèn)題，以及吊裝過(guò)程中變形和淬火過(guò)程 中的大變形，工件進(jìn)入機(jī)械加工工藝前，工件變形非常大，這里采取水壓機(jī)矯直，一般在 回火后300-400度出爐上矯直機(jī)進(jìn)行熱矯。之后進(jìn)行機(jī)械加工，有效控制了余量和機(jī)加工 材料損耗。這里注意到，如果熱處理吊裝，工藝及后續(xù)矯直工藝如果不能做到保證工件 直度，機(jī)械加工將很難將工件加工出來(lái)，甚至造成報(bào)廢對(duì)于調(diào)質(zhì)后板類的加工，往往切削過(guò)程中由于施工者走刀大，造成應(yīng)力變形。對(duì)此我們加 工過(guò)程中加入低溫退火工序。效果比較好對(duì)于低碳合金滲碳鋼，最佳切削硬度為160180HB，實(shí)際生產(chǎn)中我們控制在18021

8、0HB， 硬度180HB刀具切削性能好，低于160HB，尤其是硬度低至140HB左右粘刀現(xiàn)象嚴(yán)重， 零件粗糙度很差。對(duì)于淬火件，必須留過(guò)渡R,以防淬火裂紋。還必須考慮材料性能-是漲 是縮。彈簧用鋼，碳素彈簧鋼和1Cr18Ni9彈簧鋼；齒輪用鋼，20CrMnTi、40Cr及38CrMoAl用 鋼等等我是軸承行業(yè)的，就我們的行業(yè)先簡(jiǎn)單的談一下，首先，在鍛造方面，退火組織一定要在 合格范圍之內(nèi)，否則在熱處理過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生裂紋等問(wèn)題，我們遇見(jiàn)過(guò)！其次在粗車加工 方面，進(jìn)刀量盡量的要小，如果進(jìn)刀量大了，產(chǎn)生的切削應(yīng)力很大，這對(duì)淬火變形的影響 比較大。再者，我們熱處理，要把工藝的問(wèn)題弄明白，這樣要熟悉自己

9、的熱處理爐，然后 工人要配合的去工作，保質(zhì)保量。最后，磨削部分，因?yàn)槟ハ鲿?huì)產(chǎn)生磨削應(yīng)力，對(duì)精密產(chǎn) 品影響較大，所以在來(lái)一次穩(wěn)定化回火。大型鑄鋼件熱處理之后，材料內(nèi)部產(chǎn)生多方向的開裂.后來(lái)經(jīng)鑄件廠，機(jī)加工廠，熱處理 廠和業(yè)主各方共同開會(huì)討論，得出的結(jié)論是：由于先粗加工再正火，中間孔位的部分加工 時(shí)留了一圈凸緣，熱處理時(shí)應(yīng)力集中造成開裂.現(xiàn)在的改進(jìn)措施是：粗加工拉毛刀，表面 光出即可，熱處理之后再做半精加工和精加工.我也是搞軸承熱處理，從我工作角度來(lái)看我認(rèn)為，機(jī)加工就是潛在的“魔鬼”，舉例如下： 外徑120左右套圈外圈，車加工有時(shí)候?yàn)榱颂岣弋a(chǎn)量，吃刀量賊大，有的車出來(lái)后滾到出 顏色都變了。有的車成

10、品橢圓度超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，直接往地上砸，砸到合格范圍為止，再者 車加工有時(shí)候留量很不均勻，同一批產(chǎn)品大的相差0。60mm。亂彈琴！熱處理后出現(xiàn)的 現(xiàn)象就是變形大膨脹量很不均勻（反映出來(lái)了）我接觸到得客戶用馬氏體不銹鋼做刀的熱處理：客戶做刀一般都是用冷軋退火后的材料做 加工，基本加工完后進(jìn)行淬火處理提高硬度，其硬度范圍由200HV左右升高到 900-1000HV以上，然后為了提高材料的耐磨性和消除材料的殘余應(yīng)力，通過(guò)低溫回火 來(lái)做成成品。1.材料本身是否存在缺陷（我們廠里進(jìn)口的材料，金相分析發(fā)現(xiàn)存在帶狀偏析及夾雜物超 標(biāo)，而且心部硬度超低，可老外的答復(fù)是可以用，符合你們國(guó)家的國(guó)標(biāo)要求。暈）2.前道

11、熱處理準(zhǔn)備對(duì)后續(xù)熱處理的影響（我是搞表面淬火的，經(jīng)常是前道工序組織準(zhǔn)備有些許小 問(wèn)題，到了最后這道工序反映出來(lái)了，自己給自己找事。倒）機(jī)加工師傅送來(lái)一批材質(zhì)M2的變徑?jīng)_頭要求熱處理，硬度要求不低于64HRC。我說(shuō)： 你這批沖頭不好用，硬度要求不高我可以滿足，但你使用時(shí)會(huì)出問(wèn)題。變徑處加工要有過(guò) 渡要求光潔度。機(jī)加工師傅說(shuō)：原來(lái)用Cr12做，不耐用所以選擇M2材質(zhì)的，這種材質(zhì) 最高可以達(dá)到66HRC，64已經(jīng)降低要求了，機(jī)加工原來(lái)都是這么做的。就這樣干吧沒(méi)問(wèn) 題。熱處理后沒(méi)幾天機(jī)加工師傅就來(lái)了出現(xiàn)問(wèn)題1、使用時(shí)沖頭會(huì)一塊一塊的掉。（硬度高脆性大，沖擊時(shí)頭部會(huì)碎掉，沖頭硬度一般控 制在62HRC）

12、要根據(jù)使用方式，確定性能要求，不要一味挖掘材料最高性能。2、沖頭會(huì)從變徑處斷。（有熱處理要求的工件變徑或尖角部位必須平穩(wěn)過(guò)渡）熱處理的后序處理，如果使用到酸，有些產(chǎn)品要注意氫脆。我在熱處理彈簧片時(shí)，廠家反 映脆斷，熱處理檢測(cè)硬度、彈性、組織沒(méi)問(wèn)題，問(wèn)題出在酸洗產(chǎn)生氫脆。專業(yè)車有彈簧夾頭裝夾，車出來(lái)的一般就是留量大小的問(wèn)題。如果軸承量太小，沒(méi)有合適 的夾具，用三爪卡盤、四爪卡盤裝夾，為了趕工時(shí)車削時(shí)進(jìn)刀量大，卡盤就必須夾得很緊。 車完量尺寸很好，三角、橢圓、四方都不錯(cuò)，淬火以后弟兄們就哭吧，三角、四方、橢圓， 我們就吃過(guò)這個(gè)虧，淬火前橢圓0.10mm，淬火后三角3mm，虧了師傅教了一首絕招，一

13、次上三個(gè)、四個(gè)回火頂子，才把活交代下去對(duì)于機(jī)械切削加工，一般機(jī)加工硬度最好在HRC30左右;但由于性能要求，需要較高硬度+后 切削，硬度可以在HRC3540.比如高頻淬火裂紋的問(wèn)題，容易淬裂是由于機(jī)加淬火部位加工光度不夠，應(yīng)力集造成的。 熱處理硬度太高了，機(jī)加工不動(dòng)的問(wèn)題。棒料調(diào)質(zhì)尺寸太長(zhǎng)太大容易變形問(wèn)題。熱處理硬 度不均勻問(wèn)題。機(jī)加進(jìn)刀量大，容易變形。機(jī)加混料問(wèn)題，造成熱處理事故。索氏體是形成于650-600攝氏度之間的細(xì)片層狀珠光體，回火索氏體是馬氏體經(jīng)高溫回火 后得到的，由已再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細(xì)粒狀滲碳體所組成。F失去原M形態(tài)， 成為多邊形顆粒狀，同時(shí)滲碳體聚集長(zhǎng)大。托氏體是極細(xì)

14、片層的珠光體，回火托氏體是馬 氏體中溫回火得到的，由尚未發(fā)生再結(jié)晶的針狀鐵素體和彌散分布的極細(xì)小的片狀或粒狀 滲碳體所組成。形態(tài)仍為淬火M的片狀或板條狀。馬氏體為碳在a-Fe中過(guò)飽和的固溶 體，形態(tài)為片狀或板條狀，回火馬氏體由過(guò)飽和的a相與其共格的E-Fe2.4C組成，形態(tài) 保留原M形狀索氏體，托氏體，珠光體，這三種組織是相似的，都是片狀的鐵素體和滲碳體組成的，區(qū) 別就是三者的片間距不同珠光體索氏體托氏體1.合金鋼手冊(cè)（上）（北京：冶金工業(yè)出版社，1984.）對(duì)“調(diào)質(zhì)”定義如下：利用淬火 和中溫（或高溫）回火以得到所需要的強(qiáng)度和韌性的熱處理工藝，同時(shí)它指出：適于進(jìn)行 調(diào)質(zhì)處理的鋼叫調(diào)質(zhì)鋼；它對(duì)

15、索氏體定義為：奧氏體在約600C分解成的細(xì)珠光體，也 有人把它叫索氏體或一次索氏體。為避免混淆起見(jiàn)，應(yīng)廢棄這種稱謂，稱其為細(xì)珠光體； 索氏體，以前叫二次索氏體或回火索氏體，現(xiàn)用做專指在高溫較長(zhǎng)時(shí)間回火時(shí)，碳化物 已聚集在鐵素體內(nèi)均勻分布的、在大約1000倍顯微鏡下可清晰看到的較大顆粒的顯微組 織。熱處理指南（上）（北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.）:所謂調(diào)質(zhì)，就是使鋼的組 織變成索氏體的熱處理工藝；而索氏體是一種高溫回火組織，在約600C的溫度回火所形 成的組織叫索氏體。這種組織的特點(diǎn)是：在充分發(fā)達(dá)的等軸鐵素體中彌散分布著細(xì)小的球 狀滲碳體，索氏體組織具有適中的強(qiáng)度和優(yōu)異的沖擊韌性，最適用于機(jī)

16、器結(jié)構(gòu)用鋼。由此可見(jiàn)，這兩個(gè)文獻(xiàn)雖然對(duì)，調(diào)質(zhì)”和“索氏體”的定義不完全相同，但可以說(shuō)是大同小 異。所以我個(gè)人認(rèn)為：細(xì)珠光體和索氏體的最大區(qū)別有兩個(gè)方面：二者的形態(tài)不同，細(xì)珠 光體有兩種形態(tài)，一種是片層狀，一種是顆粒狀；而索氏體是一種球狀或顆粒狀組織； 二者的形成條件不同，值得強(qiáng)調(diào)的是：這里所說(shuō)的形成條件不同不是指它的形成溫度不同， 而是指：珠光體（當(dāng)然也包括細(xì)珠光體）是在（奧氏體）冷卻過(guò)程形成的，而索氏體則是 在淬火后的加熱過(guò)程形成的！一言蔽之，珠光體是在冷卻過(guò)程形成的組織，其形態(tài)有片層狀和顆粒狀兩種；索氏體是 在加熱過(guò)程形成的組織，其形態(tài)是顆粒狀！另外，熱處理須知（上）（北京：機(jī)械工業(yè)出版社

17、，1988.）也將珠光體定義為奧 氏體的緩冷組織，它的粗細(xì)與緩冷的具體速度（如風(fēng)冷、空冷、爐冷）有關(guān)，風(fēng)冷時(shí)最為 細(xì)密；而索氏體是一種高溫回火組織。噴丸是借助于高壓氣體把鋼丸或鐵丸噴出撞擊零件表面，拋丸是借助于高速旋轉(zhuǎn)的葉輪把 小鋼丸或者小鐵丸拋擲出去高速撞擊零件表面。噴丸處理,一般有以下幾種作用:1.清潔表面（除氧化皮.毛刺.污物等）2.使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，提 高抗疲勞性能.噴丸（砂）：壓縮空氣將鋼丸（砂）吹到工件上；拋丸：高速的葉輪將砂丸打到工件上。噴（拋）丸用的是0.22.5mm的鋼丸，噴砂用的是砂粒，如石英砂。噴丸用于清除厚度不小于2mm的或不要求保持準(zhǔn)確尺寸及輪廓的大中型金屬制品以及鑄

18、 鍛件上的氧化皮、鐵銹、型砂及舊漆膜。噴（拋）丸除清理作用外，還有一定的強(qiáng)化作用。但是：1.對(duì)薄板易變形2.不能徹底清除油污 如果說(shuō)到清理效果，最好的是噴砂。工藝上齒輪滲碳淬火后一般進(jìn)行清理噴丸，圖紙上有特殊要求，還要進(jìn)行齒根強(qiáng)化噴丸焊后熱處理的范圍很廣，主要目的是為了消除應(yīng)力。一般鋼種選擇最后一次回火-25C的 溫度進(jìn)行消除應(yīng)力處理。建議針對(duì)鋼種選擇焊后熱處理工藝，尤其是不銹鋼。38. 一般常規(guī)的焊接件去除應(yīng)力的回火在500-600度之間，保溫后出爐空冷對(duì)于易發(fā)生晶間腐蝕的鋼種，應(yīng)采用更低溫度進(jìn)行退火，避開敏感溫度區(qū)高頻淬火可以獲得比普通淬火更高的硬度.這與高頻淬火后表層處于壓應(yīng)力狀態(tài)有關(guān).

19、而 當(dāng)鋼的原始組織為P+F的混合組織時(shí)，高頻的硬度反而降低。這與高頻的短時(shí)快速加熱 而導(dǎo)致C化物來(lái)不及充分溶解及各各元素不能夠擴(kuò)散均勻有關(guān).對(duì)于感應(yīng)加熱，由于加熱時(shí)間短，基體組織越均勻，產(chǎn)生完全奧氏體的可能性越大，冷卻 時(shí)產(chǎn)生完全馬氏體的幾率也大，直接影響表面硬度和感應(yīng)淬火深度。調(diào)質(zhì)產(chǎn)品感應(yīng)淬火效果最好，可以得到良好的表面硬度、淬硬層深度和金相組織。正火產(chǎn)品次之，正火產(chǎn)品感應(yīng)加熱時(shí)間相對(duì)調(diào)質(zhì)產(chǎn)品要長(zhǎng)，也可以得到良好表面硬度和 金相組織。鍛后直接感應(yīng)淬火的最差，加熱不足金相組織中出現(xiàn)大量的網(wǎng)狀屈氏體組織，加熱時(shí)間 長(zhǎng)得到感應(yīng)過(guò)熱組織。1.因?yàn)檎{(diào)質(zhì)可獲得均勻的索氏體組織，從而使其在感應(yīng)淬火這種快速

20、加熱奧化條件下，能 夠獲得均勻而比較高的表面硬度。當(dāng)然，這個(gè)結(jié)論是建立在比較理想的調(diào)質(zhì)（獲得均勻索 氏體組織）前提下；退火和正火所得到的組織是先共析鐵素體+珠光體（F+P）（具有亞共析成分的中碳 及中碳低合金鋼），從而使其在感應(yīng)淬火這種快速加熱奧化條件下，奧化不充分、不均勻 導(dǎo)致最終感應(yīng)淬火后硬度稍低且顯得不夠均勻；正火或退火因氧化皮厚而且一定程度的脫碳，也會(huì)影響感應(yīng)淬火后的表面硬度；由于感應(yīng)加熱的奧化特點(diǎn)，要想獲得高而均勻的表面硬度，必須有良好的調(diào)質(zhì)組織 （均勻單一的索氏體組織，而無(wú)未溶鐵素體和先共析鐵素體）；預(yù)處理硬度低與最終感應(yīng)淬火硬度低的因果關(guān)系：（1）原始組織表面脫碳會(huì)導(dǎo)致調(diào)質(zhì)硬度低（與未脫碳相比），從而導(dǎo)致感應(yīng)淬火后的 硬度也低；（2）因?yàn)殇摰暮剂吭谙孪奚踔辽缘陀谙孪?，同樣?huì)導(dǎo)致調(diào)質(zhì)硬度低，不言而喻，此 種情況下，感應(yīng)淬火后的硬度同樣低于正常情況；（3）如果因?yàn)檎{(diào)質(zhì)回火溫度過(guò)高造成調(diào)質(zhì)硬度低，則不影響感應(yīng)淬火硬度；（4）調(diào)質(zhì)奧化不充分（欠熱）或冷卻不足形成的調(diào)質(zhì)硬度低，則會(huì)導(dǎo)致感應(yīng)淬火硬度 低：調(diào)質(zhì)態(tài)的硬化層分布較正火態(tài)明顯，且正火態(tài)感應(yīng)淬火后過(guò)渡區(qū)較調(diào)質(zhì)大，腐蝕痕