摘要：本文从钢材表面处理的基本定义出发，阐述了热处理的基本内涵及作用，并从表面淬火热处理和钢的化学热处理两个维度详细介绍了钢表面的热处理方法，希望能为相关工作者开展钢材表面热处理工作提供理论依据。
关键词：机械制造；钢材；表面处理
机械制造技术中应用的钢材零件众多，不同的钢材需具备不同的硬度、耐磨性和韧性，为满足机械制造要求，除选材外，还应对钢材表面进行处理。钢材的表面处理方法较多，主要包括化学处理法和物理处理法，本文将探讨机械制造技术中钢材表面的热处理方法。
一、表面处理概述
表面处理时对金属表面或表层进行处理的方法，表面处理需依靠化学法或电化学法进行。表面处理工作完成之后，金属表面或表层会生成新的物质，这些物质能够对金属产生装饰作用，或是能够提升工件的硬度，亦或是提升工件的耐腐蚀性。目前，社会上常用的表面处理工艺较多，主要包括热处理、发蓝处理、发黑处理、喷丸处理等。
二、热处理的基本内涵及作用
热处理是一种工艺方法，在此工艺方法当中，需将固态的金属加热并保持到预定温度，而后再以一定的冷却速度冷却金属。在实际工作当中，热处理一般包括3项工艺参数，即加热温度、保时时间、冷却速度，变更工艺参数，便能得到不同的组织，继而让金属具备不同的性能。钢材的热处理工艺可分为2部分内容，其一为普通热处理，其二为表面热处理。在普通热处理中，主要包括退火工艺、正火工艺、淬火工艺以及回火工艺。在钢材的表面热处理当中，主要是表面淬火（包括火焰加热淬火和感应加热淬火）以及表面化学热处理（包括渗碳、渗氮以及碳氮共渗）。
一般情况下，热处理产生的作用可从4个方面阐述：首先，热处理能够改变工件的内部组织；其次，热处理能够变更工件性能，降低工件切削难度，促使工件的性能能够满足机械制造需求；再次，热处理能够变更工件的表层成分、表层组织方式以及表层性能；最后，热处理能够对材料铸造、锻造、焊接过程中的缺陷产生纠正作用。
三、钢的表面处理方法
在机械制造技术中，需运用到各种各样的零件，机器要求不同零件拥有不同的性能。比如说，机械制造过程中的曲轴和齿轮，它们长期需要在动载荷和摩擦的环境下运行，因此要求此类工件的表面拥有较佳的耐磨性以及较强的硬度，同时要求此类工件的内心有充足的韧性和强度。单纯选材的话不能满足机械制造需求，比如说，若是采用硬度较佳的高碳钢，但碳钢中心缺乏足够的韧性；若是采用中心韧性较佳的低碳钢，又不具备较佳的表面硬度，用于机械制造中的磨损严重，寿命周期短。为了解决这一问题，工业上往往对工件的表面进行热处理，促使工件表面的中心和表面都能满足机械制造需求。工件表面热处理能够变更零件表面层组织，某些时候还可以让工件表面的化学成分发生改变。从现状看，工件表面的热处理方法主要包括表面淬火热处理和表面化学热处理，下文将一一介绍。
1、表面淬火热处理
表面淬火是指变更工件表层组织的局部淬火方法，在表面淬火中，一般需将工件的表面层淬硬到一定深度，但淬硬深度不会变更工件心部组织性能。从现状看，表面淬火热处理主要包括两种，一种为火焰表面淬火，另一种为感应加热表面淬火。
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在火焰表面淬火中，需借助燃烧的火焰快速加热钢材零件，淬火火焰一般通过燃烧“氧——乙炔和氧——煤气混合气体”来获得。用火焰表面淬火对钢件进行处理，可促使钢件表面在短时间内到达淬火温度。当淬火温度保持至一定时间后，应即刻借助喷乳化液或水喷于工件之上，继而实现工件冷却。火焰表面淬火产生的淬硬速度快，基本不会对工件产生严重的变形影响，且淬火设备相对简单，实际操作难度小，但该淬火方法不能生成稳定的淬火效果，且出现过热的风险较高，因此，它在机械制造应用中存在一定的局限性。
感应加热表面淬火是一种比较常用的淬火方法，用其工作时，需在导体线圈中接通交流电（合理设置交流电频率），这样，线圈内外便会产生一个频率相同的交变磁场。用此种方法进行钢表面处理时，仅需在线圈内置入工件即可。工件置入后，可产生感应电流，此种感应电流能够与线圈电流具备相同的频率，但电流方向却完全相反，这样，工件内部便会自动形成电流回路（机械制造中称之为涡流）。涡流能够促使电能转化为热能，继而达到加热工件的效果。一般情况下，涡流可在工件表面集中，涡流集中的表面层随着频率的增高而变薄，这一现象在机械设计制造中称之为集肤效应。在这一原理的作用下，置入感应器的工件可引入感应电流，继而加热工件表层，促使工件表层在短时间内达到淬火温度，而后给予喷水处理，最终收获较佳的表层淬硬效果。
2、钢的化学热处理
化学热处理是变更钢材工件表面性能的另一种方法，用这一种方法进行钢的表面热处理时，需准备一定的化学介质，并需要将钢件置于化学介质当中，而后给予加热、保温处理，促使化学介质中的有用元素能够渗入到工件表层当中。化学介质中的有用元素渗入之后，可致使工件表面层的组织和成分发生变化，继而达到工件表层性能的热处理效果。从现状看，机械制造技术中钢的化学热处理工艺较多，包括渗碳工艺、渗氮工艺、渗铬工艺以及渗铝工艺，其中以渗碳工艺和渗氮工艺应用最为广泛，下面简要阐述一下这两种工艺。
渗碳工艺是将钢件在渗碳介质中加热、保温，促使碳原子深入到钢件表层的工艺，此工艺能够增加钢件表层的碳含量。钢件经渗碳处理后，再接受淬火及低温回火，便能达到内部高韧性、外部高硬度的热处理效果。一般情况下，此项工艺适用于齿轮、活塞销、凸轮轴的钢件表层加工中。
渗氮工艺是指在一定的温度条件下在钢件表层渗入活性氮原子的方法，此项工艺既能够提升钢件表面的硬度、耐疲劳强度，还能提升钢件表面的耐腐蚀性和耐磨性。钢件经渗氮处理之后，无需做淬火处理便能收获较佳的硬度。与此同时，渗氮工艺的工作温度相对较低（在500~600℃之间），用其处理钢件后钢件的中心部位基本不会发生组织变化，因此渗氮工艺一般不会引发大的变形。一般情况下，此项工艺适用于排气阀、精密丝杆、机床主轴的钢件表层加工中。
结语：
在机械制造技术中，做好钢的表面热处理工作，能够变更钢材的力学性能，弥补钢件铸、锻、焊工艺中产生的缺陷，延长钢件应用寿命。钢表面处理在机械制造工业中发挥着重要作用，本文探讨了钢表面的热处理方法，希望能帮助激发钢材潜力，促使其更好地为机械制造工程服务。
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论文作者:高亚军
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2017/8/24
标签：工件论文; 表面论文; 工艺论文; 表层论文; 机械制造论文; 钢材论文; 表面处理论文; 《基层建设》2016年14期论文;