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CNC数控加工有哪几种热处理方式

2023/9/12 10:42:25      点击:       文章来源:深圳一鑫精密CNC加工厂

CNC数控加工的各式工艺中,热处理算是大众耳熟能详的一种加工方式,那你知道热处理有哪几种方式吗?

在知道热处理的几种方式之前,小编先向您介绍热处理的总定义是什么? 热处理是指材料在固态的情况下,通过加热➡保温➡冷却等手段,以期获得预期的组织或性能的一种金属热加工工艺。

热处理方式根据加热、冷却方式、组织、性能变化等的不同,可以分为普通热处理、表面热处理以及化学热处理。


  • 普通热处理方式包含:退火、正火、淬火和回火等
  • 表面热处理方式包含:感应淬火、火焰淬火、点接触淬火等
  • 化学热处理方式包含:渗碳、渗氮、碳氮共渗等


这几种热处理方式有哪些区别呢?

一、各自定义不同

表面热处理和普通热处理都是通过加热&冷却来改变材料的组织和性质的方法。但是表面热处理是仅对材料表面进行处理,不改变材料的内部结构和化学成分。普通热处理则是对整个材料进行处理,包含表面和内部,是一种能够改变材料内部组织和化学成分的方法。

二、使用范围不一样

表面热处理针对仅需要改变材料表面性质但不需要改变其内部性质,比如表面硬化、表面增韧等; 普通热处理则需要改变整个材料内部的性质。比如硬度、认读、耐磨性等材料内部性质。

三、优缺点不同

表面热处理可以针对特定部位进行处理,不会影响材料的基本组织和性质,也不会导致材料的变形和脆化,其处理效果会收到材料结构、厚度的限制。普通热处理则能够改变材料整体性质、处理效果较为稳定,但是较容易发生变形和脆化。

本篇上半部分讲述的是几种主流的热处理方式大致分类,接下来小编将为您介绍这些大类目下属分支的各个具体处理方式。

一、表面淬火

表面淬火是使钢铁工件的表面得到淬火的一种表面热处理工艺。目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。常用于轴类、齿轮类等零件。

对于钢铁材料而言,表面淬火是指用特殊的加热方式将钢表面快速加热到Ac3亚共析钢(注:是亚共析钢的奥氏体化的临界温度,只有超过该温度才能够完全形成奥氏体)或Ac1过共析钢(是共析钢的奥氏体化的临界温度,只有超过该温度才能够完全形成奥氏体。这个温度是727度,对于不同的钢具有不同的数值)以上。随后快速冷却,使钢铁表层发生马氏体相变,生成硬化层。

根据加热方法不同,表面淬火可分为感应加热(高频、中频、工频)表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子苏表面淬火。工业上应用最多的为感应加热和火焰加热表面淬火

其中:工频表面热处理。是指工业频率的交流电,其特点是频率低,不需要变频设备,所以整个设备相对简单。适用于大功率熔炼设备,大型零件表面感应加热淬火,大中型零件或毛坯感应穿线加热;

中频表面热处理。一般指500-10000赫兹的变频设备,通过变频设备将50赫兹的工频交流电转换为上述频率范尉。由于可控硅变频装置的出现,低于500或高于1万的中频设备已投入使用。主要用于中等容量以下的金属熔炼,锻造毛坯的感应逢热,机械零件表面淬火或透热淬火。

高频表面热处理。一般指100-500千赫范围,不久前10千赫至100千赫之上仍属空白频带,超音频设备研制成功,已填充该频带,主要是为解决中模数齿轮、曲轮等滑轮廓淬火的需要而研究成功。高频带主要用于少量试验研究熔炼和少量精密铸件生产,1-2毫米淬硬层浅表面艇化淬火。

二、化学热处理

化学热处理是主要利用化学反应,偶尔会兼用物理方法,改变钢件表层化学成分及组织结构的金属热处理工艺,以便得到比均质材料更好的技术经济效益。

经过化学热处理后的钢件,实质上可以认定为是一种特殊复合材料,主要目的是提高零件耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性与抗高温氧化性。

由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表面层,特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件,表面层的性能尤为重要

化学热处理主要有渗碳、渗氮、渗硼、渗硫、渗铝、渗铬、渗硅、碳氮共渗、氧氮化、硫氰共渗和碳、氮、硫、氧、硼五元共渗,及碳(氮)化钛覆盖。

三、接触电阻加热淬火

接触电阻加热淬火的原理是将借助与工件接触的电极(高导电材料的滚轮)通电后,因低压电流通过电极与工件间的接触电阻,使工件表面快速加热接触电阻而并借助其自身热传导实现快速冷却而淬火的一种工艺。这一方法的有点事设备简单,操作方便,易于自动化,工件畸变极小 ,不需要回火,能显著提高工件的耐磨性和抗擦伤能力,但淬硬层较薄 (0.15-0.35)显微组织和硬度均匀性较差。这种方法多用于铸铁做的机床导轨的表面淬火,应用范围不广


四、电子束热处理

电子束技术已经有20多年历史,广泛应用于金属焊接和切割等加工工业中。电子束热处理是利用高能量密度的电子束加热,进行表面淬火的新技术。电子束是由电子枪呢热阴极(灯丝)发出的电子,通过高压环形阳极加速,并聚焦成束使电子束流打击金属表面,达到加热的效果。被处理零件的加热深度,是加热加速电压和金属密度的函数,当功率为150kw时,在铁中的理论加热深度为0.076mm,而在铝中的则为0.178mm,电子束热处理加热速度快,奥氏体化的时间紧零点二秒甚至更短,因而工件表面晶粒很细,硬度比一般热处理高,并具有良好的力学性能。


五、电解加热淬火

电解加热淬火通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺。表面淬火是表面热处理的主要内容,其目的是获得高硬度的表面层和有力的内应力分布,以提高工件的耐磨性能和抗疲劳性能。电解液加热表面淬火是向电解液通入较高电压(150-300v)的直流电,因电离作用而发生导电现象,于负极放出氢,正极放出氧

氢气围绕负极周围形成气膜,电阻较大,电流通过时产生大量的热使负极加热。淬火时,将没入电解液的工件接负极,液槽接正极。工件的没入部分当接通电源时便被加热(5-10s 可达到淬火温度)。断电后在电解液中冷却,也可却出放入另设的淬火槽中冷却。适用于金星表面淬火用的电解液很多,其中以w(碳酸钠)5%-18%水溶液使用最广,使用温度不得超过60℃,否则请期末不稳定,影响加热效果。

六、激光热处理

缩写LHT。也称激光淬火或激光相变硬化,是以高能量激光束快速扫描工件,使被照射的金属或合金表面温度以极快速度升高到相变点以上,激光束离开被照射部位时,由于热传导作用,处于冷态的基体使其迅速冷却而进行自冷淬火,得到较细小的硬化层组织,硬度一般高于常规淬火硬度。处理过程中工件变形极小,适用于其他淬火技术不能完成或难以实现的某些工件或工件局部部位的表面强化。激光热处理自动化程度较高,硬化层深度和硬化面积可控性好。该技术主要用于强化汽车零部件或工模具的表面,提高其表面硬度、耐磨性、耐蚀性以及强度和高温性能等,如汽车发动机缸孔、曲轴、冲压模具、铸造型板等的激光热处理。激光热处理工艺流程为:预处理(表面清理及预置吸光涂层)激光淬火(确定硬化模型及淬火工艺参数)- 质量检测(宏观及微观检测)。


七、真空热处理

盐浴淬火受环境的限制,已呈夕阳之势。真空热处理是真空技术与热处理技术相结合的新型热处理技术,真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境,包括低真空、中真空、高真空和超高真空,真空热处理实际也属于气氛控制热处理。

真空热处理技术应用和发展得到进一步的完善和推广,它具有无氧化、无脱碳、淬火后工件表面清洁光亮、耐磨性高、无污染、自动化程度高等特点。工业生产中广泛采用了真空退火、真空除气、真空油淬、真空水淬、真空气淬、真空回火及真空渗碳等热处理技术,成为热处理车间最普及的最主要的技术之一。

八、感应热处理和离子氮化热处理技术

感应热处理以高效、节能、清洁、灵活性等又是广泛应用于汽车工业,工程机械 石油化工等行业,近40%的汽车零部件可采用感应热处理,如曲轴、齿轮、万向节、半轴等。 采用感应加热,许多产品加工可建成全自动或半自动生产线,提高产品质量的稳定性,减轻劳动强度,美化工作环境。国内发展最快的就是感应加热电源,老式的电子震荡管已完成了其历史使命,取而代之的是全晶体管。

采用微机控制晶体管调节电源,调节稳定方便,精度高,对电网谐波的干扰大大减少。国内发展最快的是感应加热电源。老式的电子振荡管已完成了其历史使命,取而代之的是全晶体管。采用微机控制晶体管调节电源,调节稳定方便,精度高,对电网谐波的干扰大大减少。

九、采用新的表面强化技术和推广氮基气氛的热处理

原有的工具表面处理方法仅限于蒸汽处理、氧氮化等陈旧方法,一般只能提高供给寿命30-50%。自80年代以来,我国先后独立开发和从国外引进了QPQ盐浴符合处理技术和PVD氧化钛物理涂层技术。前者可以稳定提高寿命2-3倍,设备简单,成本低廉,特别适合于普通刀具。氮基气氛用于保护热处理和化学热处理,可以实现无氧化脱碳热处理,并可以避免热处理氮脆,氮基气氛的化学热处理,可以减少内氧化等缺陷,提高化学热处理质量。

当然,除了以上几种热处理方式之外还有可控气氛热处理、淬火介质与冷却技术、零下处理技术、低压渗氮技术、物理蒸镀技术等现代热处理技术,随着科技水平的发展,老的热处理方式因效率低、污染环境等原因必然会被升级后的新热处理技术所替代,现代热处理未来使用前景广阔。

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