摘要：随着社会的进步，制造业生产技术得到了很大的提高，较高限度地发挥工艺的结合，对工艺技术人员的技能需更加的全面。通过热处理可以改变金属材料的机械性能，正确处理好热处理工艺与机加工工艺之间的关系，既可以保证零件的要求，又可以使产品发挥最理想的机械性能。
关键词：热处理；机加工；工艺；成本
前言：
零件热处理的目的，是通过热处理以获得理想的机械性能，要达到这个目的，设计人员在选择材料和确定热处理的技术要求时，应与热处理工艺人员密切配合，才能得到理想的结果。同样，机加工工艺和热处理之间相互切磋，合理安排工艺流程，共同摸索处理的变形规律等，也将对保证零件的加工质量起着重要作用。
一、材料的选择
设计产品时，材料的淬透性与淬硬性是设计者需要考虑的问题，使零件获得良好的机械性能，材料的淬透性和淬硬性。在实际生产中，零件大小不一，性能会发生变化，材料手册和工艺手册上机械性能通常是在某热处理工艺下的性能，只可参考。
1.1材料的淬透性
选择材料时，必须根据零件的服役条件考虑材料的淬透性。通常人们把淬火能够得到淬透层深度的能力称为“淬透性”。所谓淬透层深度是指由钢的表面量到马氏体占成50%（工具钢为90%或95%），其余的为珠光体的组织处的深度。淬透层的深度也可用硬度法测量出来。这里举几个案例：
（1）用尺寸不合格的厚筒类改制薄筒类零件
据查图纸，该厚筒的材质和热处理硬度要求均与薄筒的要求一致，外径也符合薄筒尺寸要求，只是内孔余量较多，锥孔小端单边余量有20多毫米，由于没有考虑材料的淬透性，直接按薄筒的试高压尺寸精车。结果，在试高压时内孔受压胀大，压力油从试高压工装的密封圈处喷射出来。后经重新热处理，试验才合格。凡改制的产品，需考虑零件的淬透性，以决定是否要再经粗加工后重新热处理，以保证热处理的淬透性，以免除此类事故。
（2）高强钢棒淬透性
一种高强螺纹钢棒，材料为42CrMo，螺纹底径Φ75，图纸要求热处理硬度为HRC32～37。试制时，检验表面硬度已达到35HRC。但在超张拉时，发现强度达不到要求。经切片检验，钢棒心部硬度才是25～26HRC，因此导致强度达不到要求。后来采取措施，调整热处理工艺参数，保证心部也同样达到硬度要求，才能保证产品的整体强度设计要求。
（3）冷却介质对淬透性的影响
在钢的成份和尺寸都相同的情况下，如果在不同冷却介质中淬火，由于它们冷却能力不同。因此，淬透层深度也不同。实际淬透性受钢的化学成份波动、淬火介质、加热温度等多方面因素的影响。所谓淬透是指：中碳钢心部达到50%马氏体（M）组织；工具钢心部达到90%或95%马氏体组织。
1.2材料的淬硬性
材料淬硬性的大小是指材料淬火后达到的最大硬度值，主要决定于材料的含碳量，材料含碳量越高，淬火时固溶在奥氏体中的含碳量越高，淬硬性也就越大。受合金元素的影响较小。淬透性的大小是受到材料的化学成份、工件的截面尺寸等各种因素的影响，所以，材料的淬硬性和淬透性是具有不同含义的两个概念。
1.3在设计中如何考虑钢的淬透性
（1）根据工件条件确定对钢的淬透性要求。例如，对于承受拉力和压力下工作的重要工件，如拉杆、螺栓、锻模、锤杆等，常常要求全部淬透。一种高强螺纹钢棒，螺纹底径是Φ75，采用分级加热保证淬透。对于高速钢车刀、钻头、铣刀等切削工具经常在复磨后继续使用，从表面到心部都要求硬而耐磨，这就要求全部淬透；对于承受弯曲、扭转应力的零件（如轴类），由于应力主要集中于外层，心部不需要高的强度，只要求淬透层为半径的1/2～1/3就够了。
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（2）在进行强度设计计算查手册时，要注意手册中各种钢的性能数据是用多大尺寸试样测出来的。因为尺寸越大、淬透层越薄，性能越差。在设计中当直径增大后，表面硬度达不到要求时，要考虑更换材料。
（3）由于碳钢的淬透性很低，有时设计尺寸较大的工件时，正火处理比调质相对较为经济。45钢在淬火中的开裂倾向比35钢大得多，我们常用的碳钢标准件（螺钉、螺帽等）就都是采用35钢制作，热处理至33～38HRC，其中就有这个原因。
二、机加工工艺与热处理工艺的关系
零件加工的整个工艺流程（包括热处理）往往由机加工工艺师确定，如果机加工工艺与热处理工艺之间能密切配合，对提高产品质量将有很大好处。
2.1重视预先热处理
为了保证零件的切削性能、加工精度和减少变形，提高零件的内在质量，预先热处理是极重要的一环。各种材料的最佳切削性能都能对应有一定的硬度范围和金相组织。亚共析钢经正火得到片状珠光体组织，过共析钢退火后得到粒状珠光体组织。此时，它们的切削性能最好。经固溶处理和时效强化后的铝合金，比铸态或压力加工状态的切削性能好。所以铝合金通常都是先经强化处理（固溶处理+时效，时效），再切削加工。晶粒细小、均匀的组织，不仅改善了切削性能，提高了机械加工精度，而且为最终处理（淬火+回火），保证获得良好的组织和性能做好准备。对于高合金钢中的过共析钢及莱氏体钢，预先热处理退火十分重要。我们遇到大型模具、轧辊等零件淬火后开裂，分析原因，除了最终热处理的问题外，预先热处理及锻造工艺欠妥也是主要因素。机加工工艺师对零件整个加工工艺过程中内在质量的情况，要做到心中有数，这对提高零件质量有一定好处。
2.2热处理工序在机加工工艺中的合理安排
（1）对于有效厚度小于30mm的调质件，由于零件截面小，能获得足够的硬化深度，故可采用毛坯调质。这样可省略调质前的正火或回火等工序。不仅能缩短工艺流程，节约能源，而且材料的切削性能亦好。如一个中碳钢锻件，有效厚度为20mm左右，原来是锻后先高温回火，再粗加工一个毛坯面，然后进行调质处理（要求HB220-250）。现采用毛坯调质处理，省略了高温回火。
（2）对于有效厚度超过30mm的调质件，调质工序安排在中间最理想。由于坯件先进行粗加工，毛坯的氧化、脱碳层被切除，工件表面光洁，保证淬火后有足够高而均匀的硬度，不易产生软点、软块，综合机械性能比毛坯调质的高。尤其对于淬透性较差的钢，这个安排可保留较厚的硬化层。另外，对于最终必须要有尖角及过渡骤变处的零件，可采用先粗加工成圆角、留余量后进行中间调质，最后再精加工成形。中间调质的零件，单面所留加工余量视零件的大小和形状而定，一般留1.5~2mm即可。一般零件热处理后不需校准，细长件和扁平件变形较大，可用压力机校准或回火时采用定型夹具校准。
（3）对于必须最终热处理或仅留磨削余量的高硬度
零件，可通过摸索，掌握热处理变形规律，用改变热处理前的公差方法（收紧或移位），来保证热处理后零件精度达到图纸要求。由于零件内部的应力分布比较复杂，零件的几何形状也各不相同，热处理后应力重新分布，特别是在淬火时产生较大的组织应力和热应力，因此变形规律是很复杂的。但对于成批生产的零件，冷热加工工艺都确定后，变形规律还是可以掌握的。例如齿圈表面感应加热淬硬后，内孔往往缩小，铸铁在加热过程中有伸长现象，对于轴类零件，我们得出结论，每次加热伸长约千分之一。另外，在机加工工序中穿插1~2道消除应力的回火，对减少最终热处理的变形，效果也很显著，对于细长的淬硬件和氮化件等，可以广泛采用。
结语：
综上所述热处理根据不同的材料的淬透性和淬硬性，设计和加工时选择合适的材料和合适的热处理方式，达到所需要的机械性能，既能达到最理想的机械性能又能达到降本增效的目的。
参考文献：
[1]杨永辉.热处理与机加工关系浅析[J].才智，2011（20）：78.
[2]彦鸿发；热处理趣谈[J]；洪都科技；2015.
[3]刘学智；；高转度机床导轨的热处理[J]；机械工人.热加工；2016.
论文作者:尹学康
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/30
标签：零件论文; 材料论文; 工艺论文; 硬度论文; 机械性能论文; 机加工论文; 性能论文; 《基层建设》2019年第10期论文;