热处理的现状方向

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摘 要：科学技术的发展,对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求,而且产品的更新换代也在加快,作为支柱产业之一的材料热处理工业淬火、回火等精整加工,新理论、新技术、新工艺、新的材料性能及其开发应用层出不穷.通过大学三年的学习和近一年的实习工作已对理论知识熟练应用,实习阶段中核机械为我提供了很好的学习条件,本文总结了关于我国热处理的现状及发展方向的一些分析,并结合本单位的实际情况编写了此篇论文,意在供同行参考借鉴.

关 键 词：热处理新工艺精准加工环保

1热处理的现状及发展方向

热处理是机械工业的一项重要基础技术,通常像轴、轴承、齿轮、连杆等重要的机械零件和工模具都是要经过热处理的,而且,只要选材合适,热处理得当,就能使机械零件和工模具的使用寿命成倍、甚至十几倍的提高,实现“搞好热处理,零件一顶几”的目标,收到事半功倍的效果.热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力,提高产品的内在质量,节约材料,减少能耗,延长产品的使用寿命,提高经济效益都具有十分重要的意义.

建国以来,我国的热处理技术有了很大的发展,现有热处理生产厂点一万余家,职工15万人,专业科技人员约1000余人,热处理加热设备11万台,年生产能力660万吨钢件,年产值约50亿元,全员劳动生产率约3万元/人年.目前我国在热处理的基础理论研究和某些热处理新工艺、新技术研究方面,与工业发达国家的差距不大,但在热处理生产工艺水平和热处理设备方面却存在着较大的差距,还没有完全扭转热处理生产工艺和热处理设备落后、工件氧化脱碳严重、产品质量差、生产效率低、能耗大、成本高、污染严重的局面.为促进我国热处理技术的发展,我们应全面了解热处理技术的现状和水平,掌握其发展趋势,大力发展先进的热处理新技术、新工艺、新材料、新设备,用高新技术改造传统的热处理技术,实现“优质、高效、节能、降耗、无污染、低成本、专业化生产”,力争到2020年时达到工业发达国家八十年代中期的水平.

2采用新的加热源和新的加热方式

2.1新的加热源

在新的加热源中,以高能率热源最为引人注目.高能率热源主要有激光束、电子束、等离子体电弧等.高能率热处理就是利用高能率热源定向地对工件表面施加非常高的能量密度（103～108w/cm2）,从而获得很快的加热速度（甚至能达到1011℃/s）,这样在极短的时间内（1～10-7S）,将工件欲处理区的表层加热到相变温度以上或熔融状态,使之发生物理和化学变化,然后依靠工件自身冷却实现表面硬化或凝固,达到表面改性的目的.高能率热处理在减小工件变形、获得特殊组织性能和表面状态方面具有很大的优越性,可以提高工件表面的耐磨性、耐蚀性,延长其使用寿命.高能率热处理近年来发展很快,是金属材料表面改性技术最活跃的领域之一,其中激光热处理和离子注入表面改性技术在国外已进入生产阶段.我国一汽、二汽、西安内燃机配件厂等单位,都已建立了汽车发动机缸套的激光表面淬火生产线,但由于高能率热处理的设备费用昂贵等原因,目前我国尚未大量应用,但其发展前景广阔,今后将会成为很有前途的热处理工艺.

2.2新的加热方式

在热处理时实现少无氧化加热,是减少金属氧化损耗、保证工件表面质量的必备条件,而采用真空和可控气氛则是实现少无氧化加热的主要途径.

在表面加热方面,感应加热具有加热速度快、工件表面氧化脱碳少、变形小、节能、公害小、生产率高、易实现机械化和自动化等优点,是一种经济节能的表面加热手段,主要用于工件的表面加热淬火.高能率加热具有加热速度快、表面质量好、变形小、能耗低、无污染等优点,也是一种极为有效的表面加热方式.在整体加热方面,有真空加热、高压加热、流态床加热等方式.流态床加热虽然能量密度不高,但加热快且均匀、工件变形小、表面光洁、处理后不需清洗、工艺转换容易、能提高产品质量、节能、公害小、成本低、并可以与化学热处理相结合,是一种很好的加热方式,特别适宜于多品种、小批量和周期性生产,可用来取代传统的盐浴热处理,其发展前景令人瞩目.

3采用新的淬火介质和改进淬火方法

3.1改进原有的淬火介质,采用新型淬火介质

淬火介质是实施淬火工艺过程的重要保证,对热处理后工件的质量影响很大.正确选择和合理使用淬火介质,可以减小工件变形,防止开裂,保证达到所要求的组织和性能.

在热处理生产中,常用的淬火介质有水、油、盐类等,它们各有优缺点.例如,水是应用最广泛、最经济和冷却能力很强的淬火介质,但它在低温区冷却速度极快,易使工件变形和开裂；当水温超过40℃以上时,其冷却速度急剧降低,又易使工件淬不透.又如用油淬火,虽然对减小工件变形和开裂很有利,但对淬透性较差或尺寸较大的工件淬不硬,且油易老化,对周围环境的污染大,有发生火灾的危险.为此,要对原有淬火介质的性能进行改进,并积极开发应用冷却速度介于水和油之间、并可根据需要调整冷却速度,同时又经济、安全、无污染的新型淬火介质.

无机物水溶液淬火剂和有机聚合物淬火剂是新型淬火介质的发展重点,特别是有机聚合物淬火剂的研究和应用尤为引人注目,其优点是无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠、且冷却性能好、冷却速度可调、适用范围广、工件淬硬均匀、可明显减少淬火变形和开裂倾向.从提高工件质量、改善劳动条件、避免火灾和节能的角度考虑,有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势,是淬火介质的主要发展方向,尤其是对于水淬开裂、变形大,油淬不硬的工件,采用有机聚合物淬火剂更是成功的选择.目前,世界上应用最多的是聚烷撑乙二醇（PAG类）淬火剂,它具有逆溶性,冷却速度在盐水和冷油之间,适用的淬火钢种范围广,使用寿命长.还有聚丙烯酸盐（ACR类）淬火剂、聚氧化吡咯烷酮（PVP类）淬火剂和聚乙基恶唑啉（PEO类）淬火剂等,也获得一定程度的应用.

多年来,我国在淬火介质的研究和应用方面,做了大量的工作,取得了一定的成绩,基本上满足了热处理生产的需要,但与国外的先进水平相比差距很大,并落后于热处理其它技术领域的发展,是热处理行业中的一个薄弱环节,今后应当给予重视和加强.

3.2改进老的淬火方法,采用新的淬火方法

为了使工件实现理想的冷却,获得最佳的淬火效果,除根据工件所用的材料、技术要求、服役条件等,来合理选用淬火介质外,还需不断改进现有的淬火方法,并采用新的淬火方法.如采用高压气冷淬火法、强烈淬火法、流态床冷却淬火法、水空气混合剂冷却法、沸腾水淬火法、热油淬火法、深冷处理法等,均能改善淬火介质的冷却性能,使工件冷却均匀,获得很好的淬硬效果,有效地减少工件的变形和开裂.