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金属资料热处置中的“四把火”

热处理是一种常见的金属材料加工工艺,目的是在不破坏金属材料形状的前提之下,通过改变材料表面化学成分或内部显微结构,从而提升材料某些方面的性能。顾名思义,热处理是以温度控制为手段的,工艺流程一般包括加热、保温和冷却三个环节。早在公元前六世纪,钢铁冶炼技术被人类发明并得到普遍推广。那时候,人们就已经开始使用简单的热处理工艺,以增加钢铁材料的硬度。随着相关科学理论的不断完善,近年来,这种金属材料加工工艺得到了更大的发展。其中最常用的手段被称为“四把火”。热处理工艺中的“四把火”,这是四种不同处理方法的总称,依次分别是退火、正火、淬火和回火。因为都带一个“火”字,所以合称“四把火”。这“四把火”都与金属材料加热后的冷却处理有关,但因为冷却的方法和媒介不同而有所区别。退火当金属加热到适宜温度以后,先保温达到足够的时间,保温时间的长短是根据材料性质和工件的形状、尺寸来决定的,然后再进行缓慢冷却,这种方法称为退火。经过退火处理的金属材料,硬度降低,切削加工性得到改善,残余应力被消除,在加工过程中不容易发生变形或出现裂纹。正火正火,又称常化,其过程与退火类似,只是冷却时需将工件放置在空气中,或对其进行喷水、喷雾、吹风等手段辅助冷却。对金属材料进行正火处理,也可以起到去除内应力和改善切削工艺的效果,只是得到的材料硬度更大、组织更细。退火和正火通常都作为改善材料性能的预备热处理,但对一些要求不太高的材料,正火也可以作为最终热处理而使用。淬火将工件加热保温,使之全部或部分奥氏体1化以后,借助水、油或其它无机盐、有机水溶液作为介质,对金属进行快速冷却处理的工艺称为淬火。淬火可以大大提高工件硬度,尤其是表面淬火技术,因工件氧化和脱碳量较少,常被应用在机床主轴和齿轮的加工制造当中。但经过淬火后的金属材料通常脆性也会增加,需要及时进行下一步回火工序。回火回火是将淬火后的工件重新加热到低于下临界温度范围以内的某一合适温度,然后放置在高于室温而低于650℃的环境内长时间保温,最后进行冷却。这一工序可以有效降低钢件脆性,提高其延性和韧性。回火与淬火经常配合使用,淬火后的工件如果进行高温回火工艺,整个过程统称为调质处理;如果在略高于室温的环境下进行回火,则把整个过程统称为时效处理。复杂热处理除简单的“四把火”外,热处理工艺还经常与其他工艺结合使用,形成更复杂的热处理工艺,以达到更好的加工效果。如在对材料进行热处理的流程中,加入了压力加工形变这道工序,这样的结合可以很好地增强工件强度和韧性,这种方法称为形变热处理。如把热处理过程置于负压气氛或真空环境中进行,将有效避免工件发生氧化、脱碳等现象,处理出来的工件表面光洁,性能也有所提升,这种处理方法称为真空热处理。如在加热过程中,使用不同介质给工件表层掺入碳、氮、硼等元素,以改变工件表面的化学成分,这种方式称为化学热处理。

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