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常用熱處理工藝

發布時間：2025-03-19

第一部分：基礎知識介紹

鋼的熱處理分普通熱處理（退火、正火、淬火和回火）、表面熱處理（表面淬火：火焰淬火、感應淬火；化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等）。熱處理工藝一般分為加熱、保溫和冷卻三個步驟。

退火是將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。退火工藝降低零件硬度，提高塑性和韌性，消除內應力。

正火是將鋼加熱到組織轉變為奧氏體的臨界溫度以上保溫，使其完全轉化為奧氏體，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火工藝能細化晶粒，均勻組織，消除內應力。

淬火是將鋼加熱到組織轉變為奧氏體的臨界溫度以上，保溫一定時間，以大于臨界冷卻速度快速冷卻的熱處理工藝。淬火工藝是提高零件硬度和強度，增加耐磨性。

回火是指將淬火后的鋼，在織轉變為奧氏體的臨界溫度以下加熱，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。回火分低溫回火、中溫回火和高溫回火，回火溫度分別為150～250℃、250～500℃、500～600℃。回火工藝能降低鋼的內應力，隨著回火溫度的提高，強度和硬度下降，塑性和韌性提高。

表面淬火是指通過火焰加熱和感應加熱鋼表面而進行的熱處理工藝，一般用于中碳鋼，原理見下簡圖：

化學熱處理是指將鋼放入一定溫度的活性介質中保溫，使一種或多種元素滲入鋼的表面，以改變其表層化學成分、組織和性能的熱處理工藝。最常見的是滲碳和滲氮。

化學熱處理和表面淬火是表面熱處理最主要的兩種工藝，都是為了表面硬度高，提高耐磨性和疲勞強度；芯部硬度低，有較好的塑性和韌性。

第二部分：工具鋼零件常用的熱處理工藝

電動工具上鋼零件一般不標硬度時，表示零件不需做熱處理，一般只有原材料的調質硬度，而熱處理最常見的工藝是整體淬火回火、滲碳淬火回火工藝和高頻感應淬火回火工藝。

整體淬火回火熱處理工藝，一般用于中碳鋼或高碳鋼。整體淬火回火零件表面一般存在拉應力，與變形產生的拉應力疊加，易發生斷裂。以下為常用材料的常見整體淬火回火工藝，由于熱處理工藝制約因素很多，下表僅供對比參考。

還有一些控制變形或者提升金相組織等級的整體淬火工藝，如真空整體淬火、鹽浴淬火等，在一些特定的場合也有很好的應用。滲碳淬火回火熱處理工藝，一般用于低碳鋼，常用材料有20Cr、20CrMo、20CrMnTi、20CrNiMo等。滲碳淬火回火零件表面一般存在壓應力，與變形產生的拉應力抵消，減緩斷裂，因此，一般滲碳淬火回火零件抗疲勞性優于整體淬火回火零件。滲碳淬火回火工藝一般是活性介質在一定溫度下進行化學分解，析出活性碳原子。例如在氣體滲碳中，煤油充當活性介質，在高溫熱分解時產生甲烷，分解出活性碳原子。碳原子的濃度決定了爐內的碳勢。保溫時間由滲碳層深決定。如下圖為典型滲碳淬火回火的工藝路線。滲氮也是一樣的原理，氨氣充當活性介質，在高溫熱分解出活性氮原子。滲氮的作用可以提高表層硬度，增加耐磨性，提高抗疲勞性；微觀上是細化晶粒，釋放應力。有些時候滲碳和滲氮是同時進行的，即碳氮共滲。

滲碳淬火零件需要的檢驗項有表面硬度、芯部硬度、硬化層層深（通常以HV550為臨界點）以及金相（金相依據不同需求，制定不同標準。包含表層碳化物、馬氏體及殘余奧氏體情況；芯部馬氏體、鐵素體情況）。在實踐中，大家關注硬度更多一些，常會忽視金相組織對強度的影響。

高頻感應淬火回火是感應淬火回火的一種，是通過感應線圈加熱+循環水冷卻的熱處理工藝。感應淬火回火分高頻感應淬火回火、中頻感應淬火回火、工頻感應淬火回火，對應頻率和淬硬層深分別為：高頻（200～300KHz，層深0.5～2.5mm）、中頻（0.5～10KHz，層深2～10mm）、工頻（50Hz；層深10～20mm）。它工藝簡單，效率高，表面硬度高，但通常變形量大，用于普通精度零部件的熱處理。下圖為熱處理設備原理圖。
綜上，在電動工具零件中，熱處理除了上述幾種之外，還有一些應用不那么廣泛的熱處理工藝，如固溶處理、時效處理、激光熱處理等。那么在實際應用中，需要結合性能需求，來選擇合適的材料和熱處理工藝，換句話說，材料選好了，熱處理工藝也就基本定了。熱處理是一個很復雜的工藝過程，不同廠家設備和工藝水平相差甚遠，選擇一個好的熱處理廠，就是事半功倍。