（2025年版）金属热处理加工实践指南

（2025年版）金属热处理加工实践指南目的金属热处理加工是一种通过对金属材料进行加热、保温和冷却等操作，以改变其组织结构和性能的工艺方法。本实践指南旨在为初学者提供全面、详细且可直接照做的金属热处理加工操作指导，帮助他们掌握金属热处理的基本技能和方法，确保在实际操作中能够一次成功，生产出符合质量要求的金属制品。前置条件知识储备了解金属材料的基本分类和常见金属的性能特点，例如碳钢、合金钢、铝合金等。熟悉金属材料的力学性能指标，如强度、硬度、韧性等。掌握金属热处理的基本概念和原理，包括加热、保温、冷却过程对金属组织结构和性能的影响。了解常见的热处理工艺类型，如退火、正火、淬火、回火等。设备与工具准备加热设备：根据处理金属的种类和工艺要求，选择合适的加热设备，如箱式电阻炉、盐浴炉、感应加热设备等。确保加热设备的温度控制精度符合工艺要求，一般温度控制误差应在±5℃以内。冷却设备：准备不同类型的冷却介质和冷却装置，如淬火油槽、水槽、风冷装置等。冷却介质的性能应符合工艺要求，例如淬火油的闪点、粘度等指标应在规定范围内。检测设备：配备必要的检测设备，如硬度计、金相显微镜、探伤仪等，用于检测热处理后金属的硬度、组织结构和内部缺陷等。确保检测设备的精度和可靠性，定期进行校准和维护。辅助工具：准备好各种辅助工具，如钳子、夹具、量具等。辅助工具应具有良好的耐热性和耐腐蚀性，能够满足操作要求。材料准备金属材料：选择质量合格的金属材料，确保其化学成分和力学性能符合设计要求。对金属材料进行外观检查，表面应无裂纹、砂眼、气孔等缺陷。防护材料：准备好防护材料，如防护手套、护目镜、防护服等，以确保操作人员的安全。详细步骤退火处理工艺目的：降低金属材料的硬度，改善其切削加工性能；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。操作步骤1.装炉：将待处理的金属材料放入加热炉中，注意材料之间应保持一定的间隙，以保证加热均匀。对于形状复杂或尺寸较大的工件，应采用合适的夹具进行固定，防止在加热过程中发生变形。2.升温：按照工艺要求设定加热速度和目标温度。一般来说，对于碳钢，加热速度可控制在100200℃/h；对于合金钢，加热速度应适当降低。升温过程中应密切关注炉温的变化，确保温度均匀上升。3.保温：当炉温达到目标温度后，保持一定的时间，使金属材料内部的组织充分均匀化。保温时间的长短取决于工件的尺寸、材质和加热设备的类型等因素。一般来说，每25mm的有效厚度保温时间约为12h。4.冷却：退火冷却方式通常采用随炉冷却，即关闭加热电源后，让工件在炉内自然冷却。冷却速度应根据材料的种类和工艺要求进行控制，一般为2050℃/h。对于一些特殊材料，可能需要采用分段冷却的方式。正火处理工艺目的：提高低碳钢的硬度和强度，改善其切削加工性能；细化晶粒，消除组织缺陷，为后续的热处理工艺做好组织准备。操作步骤1.装炉：与退火处理的装炉方法相同，确保工件在炉内分布均匀。2.升温：正火的加热速度一般比退火快，可根据材料的种类和工件的尺寸选择合适的加热速度。对于碳钢，加热速度可控制在200300℃/h。3.保温：保温时间的确定原则与退火相似，但一般比退火时间略短。每25mm的有效厚度保温时间约为0.51.5h。4.冷却：正火冷却方式通常采用空冷，即将工件从加热炉中取出后，放在空气中自然冷却。冷却过程中应避免工件受到气流的强烈冲击，以免造成冷却不均匀。淬火处理工艺目的：提高金属材料的硬度和耐磨性，满足某些零件的使用要求。操作步骤1.装炉：装炉时应注意工件的放置方向和间距，避免工件在加热过程中相互接触或碰撞。对于一些形状复杂或有尖角的工件，应采取适当的防护措施，如包扎石棉绳等，以防止淬火时产生裂纹。2.升温：淬火加热速度应根据材料的种类、工件的尺寸和形状等因素进行选择。对于碳钢，加热速度可控制在200300℃/h；对于合金钢，加热速度应适当降低。在升温过程中，可采用分段加热的方式，以减少热应力。3.保温：保温时间的确定要综合考虑工件的尺寸、材质和加热设备的特性等因素。一般来说，每25mm的有效厚度保温时间约为0.51h。4.冷却：淬火冷却速度是关键，应根据材料的种类和工件的尺寸选择合适的冷却介质和冷却方式。常见的冷却介质有淬火油、水、盐水等。淬火冷却过程中，应严格控制冷却时间，避免工件出现淬火裂纹或硬度不足等问题。回火处理工艺目的：消除淬火内应力，降低材料的脆性，提高韧性和塑性；稳定工件的尺寸和组织，保证工件在使用过程中的性能稳定。操作步骤1.装炉：将淬火后的工件放入回火炉中，注意工件之间应保持一定的间隙，以保证加热均匀。2.升温：回火加热速度一般较慢，可控制在100200℃/h。升温过程中应密切关注炉温的变化，确保温度均匀上升。3.保温：保温时间应根据工件的尺寸、材质和回火温度等因素进行确定。一般来说，每25mm的有效厚度保温时间约为12h。4.冷却：回火冷却方式可根据材料的种类和工艺要求选择，常见的冷却方式有空冷、油冷和水冷等。对于一些合金钢，回火后应采用较快的冷却速度，以防止回火脆性的产生。常见问题与排错提示硬度不足可能原因加热温度过低或保温时间不足，导致奥氏体化不充分。冷却速度过慢，在冷却过程中发生了珠光体转变。材料的化学成分不符合要求，含碳量或合金元素含量过低。排错方法检查加热设备的温度控制系统，确保加热温度和保温时间符合工艺要求。检查冷却介质的性能和冷却方式，确保冷却速度足够快。对材料进行化学成分分析，若化学成分不符合要求，应更换材料。淬火裂纹可能原因加热速度过快，热应力过大。冷却速度过快，组织应力过大。工件存在原始缺陷，如裂纹、砂眼等。排错方法调整加热速度，采用分段加热的方式，减少热应力。选择合适的冷却介质和冷却方式，控制冷却速度，避免组织应力过大。对工件进行探伤检查，若存在原始缺陷，应进行修复或报废处理。变形过大可能原因装炉方式不当，工件在加热过程中发生变形。冷却不均匀，导致工件各部位的收缩不一致。热处理工艺参数不合理，如加热温度过高、保温时间过长等。排错方法改进装炉方式，采用合适的夹具对工件进行固定，确保工件在加热过程中保持正确的形状。优化冷却方式，保证冷却均匀。例如，可采用搅拌冷却介质或调整工件在冷却介质中的放置方式等方法。调整热处理工艺参数，根据工件的实际情况选择合适的加热温度和保温时间。金相组织不合格可能原因热处理工艺参数不准确，导致组织转变不完全或出现异常组织。冷却速度不稳定，影响了组织的形成。材料的原始组织不均匀，对后续的热处理效果产生影响。排错方法重新核对热处理工艺参数，确保加热温度、保温时间和冷却速度等符合工艺要求。检查冷却设备的运行情况，保证冷却速度稳定。对材料进行预处理，如采用锻造、轧制等方法改善材料的原始组织。安全注意事项操作人员必须严格遵守操作规程，穿戴好防护用品，如防护手套、护目镜、防护服等。加热设备和冷却设备应定期进行检查和维护，确保其安全运行。在操作过程中，如发现设备有异常情况，应立即停止操作，并及时进行维修。冷却介质具有一定的危险性，如淬火油易燃，水和盐水具有腐蚀性等。在使用冷却介质时，应注意防止泄漏和飞溅，避免发生火灾和化学灼伤等事故。热处理车间应保持通风良好，以防止有害气体和粉尘对操作人员的健康造成危害。在搬运和装卸金属材料和工件时，应使用合适的工具和设备，避免发生碰撞和砸伤等事故。质量控制与检验在热处理过程中，应严格按照工艺要求进行操作，对每一个环节进行质量控制。记录好加热温度、保温时间、冷却速度等工艺参数，以便对热处理质量进行追溯和分析。热处理后，应对工件进行全面的检验。包括硬度测试、金相组织分析、探伤检查等。硬度测试应按照相关标准进行，测试点的分布应具有代表性。金相组织分析可通过金相显微镜观察，判断组织是否符合工艺要求。探伤检查可采用超声波探伤、磁粉探伤等方法，检测工件内部是否存在缺陷。对于检验不合格的工件，应进行原因分析，并采取相应的处理措施。如重新进行热处理、修复或报废等。环境保护热处理过程中会产生一定的废气、废水和废渣等污染物，应采取有效的环保措施进行处理。加热炉产生的废气应经过净化处理后排放，符合国家环保标准。冷却介质的使用和更换应合理安排，避免浪费和环境污染。对报废的冷却介质应进行妥善处理，防止其对土壤和水源造成污染。废渣主要来自于加热炉的炉渣和金属氧化皮等，应进行分类收集和处理。可将炉渣用于建