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机械男——浅谈金属热处理原理

热处理 jixienan 8个月前 (11-29) 318次浏览 2个评论

热处理

如果您曾经接触过金属,那您一定听说过“热处理”这个词。做机械行业的人,一定也离不开热处理!弹簧需要热处理,刀片和工具需要热处理,螺丝、齿轮等大多数金属零件都会经历这个重要的过程。

那么热处理实际上是处理什么?为什么需要热处理?

今天我们就来说说这个容易被忽视的“热处理”工艺!如果我们的文章可以给您带来一点点帮助,希望您给我们一些支持和鼓励吧,让我们为您带来更多机械方面的知识,也请您帮忙记得收藏转发!

一、热处理概念

热处理是控制材料的加热“温度”和冷却“速率”的过程。改变材料的性能主要用于铁、铝、铜、镁、钛等金属合金。这些材料的“特性”如柔软性、韧性、耐腐蚀性、耐磨性和导电性等。一切都可以通过热处理来调整,相信大家或多或少都见过锻造刀片的过程,将铁放入炉中,加热至鲜红色,经过一番锤击和整形,然后放入液体中并发出嘶嘶声将其冷却。然后拿出来,加热一下,然后再次发出“嘶嘶”声。这不仅仅是随机的加热和冷却过程。这些动作就是热处理的工序。不同的零件具有不同的功能要求,会经历不同的热处理工艺。齿轮和导轨等机械零件经过热处理可以增加强度和耐用性,而弹簧和汽车悬架等零件则用它来增加韧性和弹性原材料也可以通过热处理软化,以便更容易加工。

金属经过热处理后,肉眼可能看不出有什么变化,但其内部却发生了巨大的变化。然而,为什么光是温度的变化就能改变金属的性能呢?金属原子的键合比较特殊,我们可以利用热能来驱动它们的排列变化,在不破坏其物质状态的情况下改变它。

二、热处理原理

首先,我们需要从根本上了解金属。自然界中的大多数固体都是排列整齐、规则排列的晶体,当然金属也是如此。就像玻璃的原子是随机排列的,这意味着非晶态但这只是理想状态,现实世界中不存在如此纯净的晶体,如果你放大熔融金属凝固的过程,你可以看到随着温度下降,金属原子会开始聚集并开始结晶形成晶体,它会同时发生在不同的位置,每个晶体都有自己的方向,同时温度不断下降,直至完全凝固,最终形成不规则且不连续的结构。此时每个晶体称为“晶粒”,每个晶粒之间的边缘称为“晶界”,这些晶界使原子不易错位。因此这种多晶结构比纯晶体坚固得多晶粒尺寸越大。原子之间更容易相互转换,因此形成较软的金属,如果晶粒较小,则晶界变得更多原子不太可能移动,则将形成较硬的金属。

但是,晶粒尺寸可以控制通过加热到金属原子可以重新排列的温度后的冷却速度保温一段时间,然后慢慢冷却,晶粒可以慢慢长大到更大的尺寸。这使得金属更软并消除加工后的残余应力。这就是所谓的“退火”。如果冷却速度非常快,结晶会发生在更多位置,晶粒也没有太多时间生长,那么你会得到更小、更紧密的晶粒,金属变得更硬,用不同的介质来控制冷却,就可以达到不同的硬度这也叫“淬火”。前面我们提到在锻造过程中将铁烧成鲜红色成型后放入液体中,到“嘶嘶”的急速冷却就是“淬火”,淬火后,金属变硬变脆,随后必须立即开始“回火”,重新加热到一定程度,保温一段时间后慢慢冷却,消除部分晶界,增大部分晶粒尺寸,恢复韧性和柔韧性。硬化金属通常是热处理过程的最后一步,它稳定金属的性能,以避免变形或裂纹。退火、淬火、回火是热处理的基本三把火,简单来说,如果想让工件变软,以便于加工或消除应力,就要经过退火。如果工件在加工后需要硬化或其他性能,则进行淬火。淬火后通常需要回火来调整韧性和增加稳定性。



三、热处理工艺

热处理工艺有多种,如正火、高温回火、低温回火、深冷等,主要区别在于控制和设定上加热温度和冷却速度,但原理是一样的。其实根据用途也可以对工件的全部或部分进行热处理。例如导轨的接触面或齿轮的齿面,因为热处理的关键就是“控制”在批量生产中,必须精确控制每道工序的温度,加热温度和冷却速度也必须严格控制,才能保证所有零件具有相同的性能,这就是为什么专业热处理厂采用自动热处理工艺的原因。

四、热处理设备

一台先进的热处理炉,如同一台将零件送入大烤箱的机器,过程完成后还会自动冷却。而且这个熔炉里面有很多传感器,智能控温能力,炉体本身还具有极好的保温效果,站在炉口时完全感觉不到热量,确保每道工序的每个工件都得到彻底的加热和冷却。它还可以防止热量损失并节省能源和碳。同时整个过程的温度数据也被记录下来,就像食品有生产历史一样,热处理也有热处理历史,可供购买的客户查阅。

毕竟,没有经过适当热处理的金属零件或产品基本上是“外表光鲜,里面肮脏”。这只是表面现象,如同正在谈恋爱的人,其实浪漫的过程就像热处理一样!比如,当感情很火热的时候突然分手,我相信你长大后会成为一个更坚强的人,对吧?

好了,我们下次会详细讨论热处理的不同方法!下次见!

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