預備熱處理

預備熱處理是指為隨後的機加或最終熱處理提供一個良好的機加性能或良好的組織形態而進行的熱處理．常見的預備熱處理有退火、正火、調質和時效等。這類熱處理的目的是改善加工性能，消除內應力和為最終熱處理做好組織準備。退火、正火、調質工序多數在粗加工前後，時效處理一般安排在粗加工、半精加工以後，精加工之前。

目的是改善切削性能，消除毛坯內應力，細化晶粒，均勻組織；為以後熱處理作準備。例如：含碳量大於0.7%的碳鋼和合金鋼，為降低硬度便於切削加工採用退火處理；含碳量低於0.3%的低碳鋼和低合金鋼，為避免硬度過低切削時粘刀，而採用正火適當提高硬度。

一般用於鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯製造之後，粗加工之前進行。

目的是使材料獲得較好的強度、塑性和韌性等方面的綜合機械性能，並為以後熱處理作準備。

用於各種中碳結構鋼和中碳合金鋼。調質一般安排在粗加工之後，半精加工之前。調質是最常用的熱處理工藝。大部分的零件都是通過調質處理來提高材料的綜合機械性能，即提高拉伸強度、屈服強度、斷面收縮率、延伸率、衝擊功。調質處理能大大提高材料的拉伸和屈服強度，提高屈強比和衝擊功，使材料具有強度和塑韌性的良好配合。由於屈服強度、疲勞強度、衝擊強度的提高，在零件設計時就可以採用更小的材料截面，從而減少機械設備的整體重量，節省零件佔用空問和能量消耗。因此在某些場合為了減少機械空間和機械重量在設計過程中要有意識地利用調質工藝。需要強調的是，一般來講調質鋼應該為中碳鋼（C=0．3%～0．6%）；碳鋼中像30、35、40、45、50等鋼種則既可以調質處理又可以正回火使用；而對高碳鋼和低碳鋼則不宜採用調質工藝。

調質過程是淬火加高溫回火。首先需要將零件加熱到材料的Acl點以上30～50℃（800．950℃），保溫一定時間，然後在油中或水中冷卻。冷卻后立即入爐進行回火（500～650℃），以降低淬火應力、調整組織成份，進而達到機械性能要求。而回火溫度的制定是根據硬度或性能高低而定的，硬度和強度越高，回火溫度越低。調質工序后的任何高於回火溫度的加熱，都將降低已達到的強度。

選擇調質處理時應特別注意以下幾點：

（1）圖紙中應明確要求應明確寫明“調質”。若只寫“熱處理„HB”外協廠家可能採用其他熱處理工藝，比如正回火達到所要求的硬度。而正回火所達到的同樣硬度的材料其屈服強度和衝擊功會非常低。實際工作中曾發生過地腳螺栓使用時發生早期斷裂的事故就是由此導致的。

（2）調質的硬度和硬度範圍要按材料標準選擇調質的硬度和硬度範圍。這一方面有利於工廠配爐生產，另一方面過窄的硬度範圍要求在實際生產中根本無法滿足。

（3）硬度要與所要求的強度相匹配。布氏硬度HB與拉伸強度是有對應關係的。粗略計算HB=O.3σb（N/mm2或MPa）。在中國國家標準和國外標準中都有對照表。設計師在工作中必須注意的另外一點是，圖紙中要求的強度與硬度一定要相互匹配，否則工藝將無法同時滿足。

（4）採用布氏硬度驗收，日本企業有時也採用維氏或其他硬度驗收調質硬度，雖然各種硬度可以相互換算，但檢測調質硬度時用布氏硬度是最準確和方便的方法。

（5）對調質硬度的限制

如前所述，調質後任何高於調質回火溫度的加熱都將降低已有強度，情況嚴重時會導致零件變形甚至產生裂紋。所以對氮化件調質硬度最好不應超過300HB，而表面淬火件和焊接件調質硬度應控制在330HB以下。由於表面淬火和焊接時工件表面急劇加熱，將會產生過大的熱應力，而超過材料Acl點的加熱會使金屬組織急劇變化而產生附加的組織應力。在以上兩種應力疊加作用下，高硬度件不易緩和和釋放應力，容易產生基體組織裂紋，最終將導致零件報廢。

用於各種精密零件消除切削加工應力，保持尺寸的穩定性。一般安排在半精車以後，或粗磨、半精磨以後，精磨以前。

人們都知道，零件毛坯的預處理無非是四把“火”及其組合。目前國內在該方面的現狀是：對於滲碳淬火強化類零件，第一種是零件毛坯鍛造後進行埋砂冷卻，不再進行預備熱處理，或者是採用鍛造餘熱進行正火處理。這樣的結果是毛坯中往往獲得不完全正火組織，粗晶、混晶現象嚴重，硬度偏高而且不均勻。第二種是採用常規正火（或退火），加熱設備多採用台車爐。毛坯一般在台車上堆放，進爐后，加熱到Ac3+30～50。C溫度后保溫，然後將台車移出，毛坯也不分散開，直接堆置在台車上，在空氣中冷卻，或者是在台車側面架置風扇進行風冷。這樣處理的毛坯由於冷卻不均勻，各部位獲得的組織也不同，硬度極不均勻，有時單件齒坯硬度不均勻性就在40HB以上。這不僅給後續加工造成難度，而且零件後續進行滲碳淬火處理時變形很大，無規律性。第三種是採用常規正火（或退火），採用箱式爐或者是台車爐加熱，與第二種不同的是，在冷卻時將齒輪毛坯散開進行冷卻。這樣的方式較合理，經處理后毛坯的質量較前兩者好，但仍然會出現不合格組織，硬度也不能進行控制，離散度大。在汽車行業，已推薦採用等溫正火工藝對齒坯進行預處理，等溫正火使得齒輪毛坯的組織和硬度均勻性大大提高，對減小滲碳淬火齒輪的熱處理變形有明顯效果。但對於有效厚度較大的零件，由於高溫區冷卻能力往往達不到工藝要求，導致處理效果不佳，並且設備投資較大，所以未獲得廣泛應用。採用調質方式對零件毛坯進行預處理是一種比較好的方式，但由於成本相對較高，且一般多採用單介質淬火，影響了調質的效果，所以採用的較少。

對於氮化類零件毛坯，已有普遍認識：採用調質處理是推薦方式，少量還採用正火方式。但仍然存在上述的單介質淬火的缺陷。在工藝裝備方面，台車式加熱爐、開式淬火槽加人工轉移操作是主導方式。這種處理方式能耗損失大，零件質量離散度大，勞動強度高，勞動環境差（高溫輻射），環境污染重。這種現狀是迫切要解決的問題，可以按以下思路改進：

（1）加熱爐採用新結構，提高熱效率，減少能耗。

（2）採用少無氧化加熱，減少材料消耗。

（3）盡量不用爐用耐熱鋼工裝，減少投入並減少由此產生的無效加熱能源。

（4）採用機械轉移方式代替人工，解決轉移時間不一致及人工一次轉移量小的問題。

（5）正火（或退火）出爐后採用可控方式冷卻，提高毛坯的熱處理質量，減少車間的熱輻射。

（6）採用多種淬火介質組合，提高淬火適應性。並盡量少採用淬火油以減少環境污染。