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热处理

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同,每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺,可获得不同的组织,从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属,而且钢铁显微组织也最为复杂,因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热,然后以适当的速度冷却,以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。

加热

加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多,最早是采用木炭和煤作为热源,进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制,且无环境污染。利用这些热源可以直接加热,也可以通过熔融的盐或金属,以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时,工件暴露在空气中,常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低),这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热,也可用涂料或包装方法进行保护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一,选择和控制加热温度,是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异,但一般都是加热到相变温度以上,以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间,因此当金属工件表面达到要求的加热温度时,还须在此温度保持一定时间,使内外温度一致,使显微组织转变完全,这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时,加热速度极快,一般就没有保温时间或保温时间很短,而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却

也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤,冷却方法因工艺不同而不同,主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢,正火的冷却速度较快,淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求,例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

热处理技术

热处理技术是金属材料在加工过程中为改善其机械性能所采取的处理技术。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能,除合理选用材料和各种成形工艺外,热处理工艺往往是必不可少的。一个不当的表面处理,将使产品在制程中使前面所作的加工处理全成为泡影,无形间降低了产品的生产力及质量并且提高制造的成本,相对地也降低产业的竞争力,有鉴以此我们介绍几种现代热处理技术供大家参考应用。

1、真空热处理技术  方法:真空热处理将为金属工件置于已抽真空的容器中,然后依所需之目的进行各种反复加热、冷却操作的一种技术。用途或优点:工件表面为光辉面、工件变形小、工件不会被氧化及脱碳或渗碳、无腐蚀和公害问题、质量稳定等,适合于工具或模具之热处理,为未来热处理技术的主流。

2、零下处理技术  方法:零下处理是将金属工件置于零度低温的环境中,迫使金属工件改变材料性能的一种热处理法,传统的零下处理通常是在钢铁材料作淬火处理后施行,以有效降低残留奥斯田铁含量,可以使钢铁材料尺寸稳定性及提高耐磨耗特性,尤其是高碳含量的工具钢材,效果最好。用途或优点:零下处理的应用将应用到超硬合金及铜合金等非铁类金属,以改善工件内部应用残留的问题,以提升工件的寿命为原来的两倍以上。

3、离子氮化技术  方法:先将金属工件置于真空容器中,再通入氮气,将容器本身当作阳极、工件当作阴极,然后通以高压直流电,强迫将氮气解离成正电的氮离子,并以极高的速度冲向阴极金属工件,使得金属工件表面得以瞬间氮化的一种表面热处理技术。用途或优点:有效提高金属材料之耐磨耗、耐疲劳、耐腐蚀等性质,另外它也具有工件变形量小、无公害及省能源的特点。广泛应用于各种钢铁工件及非铁金属工件之氮化处理。

4、低压渗氮技术  方法:低压渗氮技术系在大约300mba的作用压力下,打入NH3,N2O及N2等进行的气体渗氮,亦可再加CH4进行气体渗氮及碳化。处理温度约在400~600℃左右。低压渗氮及渗氮碳化可使工件表面得到较高硬度的渗氮层,增加工件表面压缩应力,提高其耐磨耗性及耐疲劳性;渗氮速度快,渗氮层组织可选择为纯扩散层或为致密白层,可渗氮深孔狭缝,工件表面洁净,量产性佳,省人工、省气体能源,作业环境优良,应用日益广泛。用途或优点:因为低压渗氮对于复杂形状、深孔的工件都可得均匀的硬化层,所以对于压铸模具、锻造模具、铝挤型模以及滚轮、牙板、喷嘴、引擎汽缸等耐磨耗、耐疲劳工件十分适用。

5、盐浴碳氮共渗技术  方法:盐浴碳氮共渗技术是将工件置于软氮化盐浴中进行处理,在工件表面形成一层耐磨耗之扩散氮化层后,再将工件迅速移置于氧化盐中进行氧化处理,让工件外表面再形成一层耐磨蚀之氧化层。用途或优点:使用盐浴操作简单而容易,工件变形量小,并且能够有效提高工件之耐磨耗、耐疲劳、耐腐蚀等机械性质,可应用于刀具及各种机械零组件。

6、物理蒸镀技术  方法:物理蒸镀法技术是在高真空中基材表面被覆一层陶瓷薄膜,这层薄膜硬度比碳化钨合金还硬,具有高抗蚀性、耐磨性、附着力及低磨擦系数等优点。目前有阴极电孤电浆及非平衡磁控溅射两种物理蒸镀系统,已开发应用的有TiN、TiCN、CrN、CrCN、TiAIN及非晶形碳膜等。用途或优点:物理蒸镀温度大概在100~500℃,比高速钢、模具钢回火温度低,因此工件不会发生软化及变形,可应用于超硬合金、高速钢、模具钢、不锈钢、钛合金及铝合金等产品上。当刀具蒸镀陶瓷膜可降低刃口熔着现象,减缓刀口磨损率,提高刀具使用寿命2~7倍;模具经由蒸镀处理可增加离模性、耐磨耗性、降低黏着磨损及烧着现象,能有效提高模具寿命数倍,不但降低生产成本,而且可以增加产品的竞争力。

7、电浆化学蒸镀技术  方法:应用电浆CVD蒸镀TiN、TiCN、TiC等硬质膜,具有CVD之高附着性及PVD之低温处理特性等优点,可降低处理温度(约500℃),有效防止工件变形,镀膜均匀附着性高,对于复杂形状之刀具及模具,被覆之效果最佳。用途或优点:可将蒸镀硬质膜于金属工件表面,如成形工具、刀具及模具等及需要提高材料之耐磨耗性/耐粘着性等工件,可以增加工件的寿命,提升加工速度,增加产量,节省成本

8、TD碳化物被覆技术  方法:TD处理(Toyota Diffusion Process)是在熔融硼砂浴中添加合金元素,使浸渍之钢料表面生成碳化物之被覆处理法。其主要特色为被覆层的硬度极高,耐磨耗性优良,具PVD或CVD处理者之同级硬度,但设备简单、操作方便。用途或优点:TD处理所得之碳化钒(VC)硬度达HV2200以上且与母材结合力强,不易剥离,因此可应用于压铸模、切削剪断工具、模具、刀具或其它需耐磨之机械零件上,如板金冲模、冷锻模、热锻模、管件成型工具、塑料模、滚子、机械零件等。

水溶性油淬火液可用于锻钢、铸钢、铸铁以及冲压件等的淬火。适用于开口式淬火槽、连续炉、淬火槽外设的多用炉及感应淬火炉等。

1、锻钢:小至一公斤大至几吨的低淬透性锻钢或高淬硬性合金锻钢均可采用海益水性淬火剂淬火,所用浓度随合金成份而异,介于10%至30%不等。

2、铸钢:如同锻钢一样,单重悬殊,淬透性各异的铸钢和合金铸钢亦均可采用海益水性淬火剂淬火,所用浓度随合金成份及铸件形体而异,介于10%至30%不等。

3、铸铁:球墨铸铁及可锻铸铁通常使用20%-30%浓度的海益水性淬火剂淬火。

4、感应淬火:对齿轮、心轴、凸轮轴、轴承轴颈等经常采用火焰或感应淬火,海益水性淬火剂是淬火油的最理想的代用品,可完全消除油烟和火灾隐患。

以上只是水溶性油淬火液的适用范围,现场可根据所处理工件的钢种、形状复杂程度、尺寸大小、工件热处理要求及车间的冷却设备情况综合考虑,最后选定浓度最好通过试验确定。