热处理方案选定和工艺位置安排

在零件的生产加工过程中，热处理被穿插在各个冷热加工工序之间，起着承上启下的作用。热处理方案的正确选择以及工艺位置的合理安排，是制造合格零件的重要保证。

3.7.1 常用热处理方案的选择

每一种热处理方法都有它的特点，而每一种材料也有其适宜的热处理方法。另外，实际工作中不同零件的结构形状、尺寸大小、性能要求均不一样，对热处理方案的选择都有较大的影响。

1.确定预备热处理

常用预备热处理方法有三大类：退火、正火、调质。钢材通过预备热处理可以使晶粒细化，成分组织均匀，内应力得到消除，为最终热处理做好组织准备。因此，预备热处理是减小应力、防止变形和开裂的有效措施。

一般地，零件预备热处理大都采用正火。但对成分偏析较严重、毛坯生产后内应力较大以及正火后硬度偏高的零件，应采用退火工艺；对毛坯中成分偏析严重的零件，应采用均匀化退火；共析钢及过共析钢多采用球化退火；亚共析钢则应采用等温退火；消除内应力较彻底的零件，应采用去应力退火；对零件综合力学性能要求较高时，预备热处理则应采用调质处理。

2.采用合理的最终热处理

最终热处理的方法很多，主要包括淬火、回火、表面热处理等。工件通过最终热处理，获得最终所需的组织及性能，满足工件使用要求。因此它是热处理中保证质量的最后一道关口。

（1）淬火：根据工件的材料类型、形状尺寸、淬透性大小及硬度等要求选择合适的淬火方法。如对于形状简单的碳素钢件，可采用单液水中淬火；而对于合金钢制件，多采用单液油中淬火；为了有效减小淬火内应力，防止工件变形开裂，则可采用冷油双液、分级、等温淬火方法；对于某些只需局部硬化的工件，可针对相应部位进行局部淬火。

（2）回火：淬火后的工件应及时回火，而且回火应充分。对于要求高硬度、高耐磨工件应采用低温回火；对于要求高韧性、较高强度的工件，则应进行中温回火；而对于要求具备较高综合力学性能的工件，则应进行高温回火。

（3）表面热处理：有时工作条件要求零件表层与心部具有不同的性能，这时可根据化学成分和具体使用性能的不同，选择相应的表面热处理方法。如对于表层具有高硬度、耐磨性及疲劳极限，而心部具有足够塑性及韧性的中碳钢或中碳合金钢工件，可采用表面淬火法；对于低碳钢或低碳合金钢工件，可采用渗碳法；而对于承载力不大但精度要求高的合金钢，多采用渗氮方法。另外，为了提高零件表面硬度、耐磨性，降低材料的腐蚀，可在零件表面涂覆其他超硬、耐蚀材料。

（4）其他热处理：对于精密零件和量具等，为稳定尺寸，提高耐磨性，可采用长时间的低温时效处理。

3.7.2 热处理工序位置安排

在零件的制造流程中，合理安排热处理工序的位置对提高机械加工的质量和效率，以及保证零件的使用性能具有重要的意义。按照目的和位置的不同，热处理工艺分为预备热处理和最终热处理两大类，其工序位置安排的基本原则如下。

1.预备热处理的工序位置(www.xing528.com)

预备热处理包括退火、正火和调质等，一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，半精加工之前。当工件的性能要求不高时，经退火、正火或调质后的工件不再进行其他热处理，此时它们属于最终热处理。

（1）退火、正火的工序位置：消除工件中的残留应力、晶粒粗大和成分偏析等缺陷，为最终热处理做好组织准备；同时还可以调整零件硬度，改善工件的切削加工性。

退火和正火工件的工艺路线为：毛坯生产→退火（或正火）→切削加工等。

（2）调质的工序位置：调质的目的是提高工件的综合力学性能，并为表面热处理做好组织准备。它一般安排在粗加工之后，半精加工或精加工之前。

调质件的工艺路线为：下料→锻造→正火（或退火）→粗加工→调质→半精加工（或精加工）等。

2.最终热处理的工序位置

最终热处理包括整体淬火、回火（低温、中温、高温）、表面淬火、渗碳和渗氮等。由于经过最终热处理的工件硬度较高，难以切削加工（磨削除外），所以最终热处理一般安排在半精加工之后，精加工之前。例如，整体淬火、回火的工序位置安排为：下料→锻造→正火（退火）→粗加工、半精加工→整体淬火、回火（低温、中温）→精加工（磨削）。

3.7.3 减速器轴的加工和热处理工艺

如小型减速器的传动轴工作时既承受弯矩，又承受扭矩，需要具备较高的强度和较好的韧性，可用45钢和40Cr钢，最终热处理后硬度为220～250 HB，如图3-27所示。

图3-27　减速器传动轴

减速器传动轴（45钢）的加工工艺为：下料→锻造→预备热处理（正火）→粗加工→最终热处理（调质）→半精加工或精加工→最终检验。其中，正火处理是为了细化晶粒，调整硬度，为后期加工做准备。调质处理的目的是使零件获得良好的综合机械性能。

案例释疑

从考古发掘的含碳块炼铁器物来看，中国古代有意识地渗碳大约始于春秋时期，大约在公元前7世纪至公元前6世纪。这期间出现了固体渗碳制钢术，固体渗碳是采用将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺技术，它是最古老的热处理技术之一。锻剑工匠精心选好原材料，通过加热和锻打得到所需的钢材，然后将钢材锤打成基本的剑形，紧接着以一定的角度捶打钢材，以制作出剑身的剑尖，然后进行渗碳，并经淬火、回火，方能得到一柄锋利异常的宝剑。

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