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钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上温度,保温一段时间使之全部或部分奥氏体化,然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下进行马氏体或贝氏体转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
淬火的主要目的包括两方面:一是提高金属成材或零件的机械性能,例如提高工具、轴承等的硬度和耐磨性,提高弹簧的弹性极限,提高轴类零件的综合机械性能等;二是改善某些特殊钢的材料性能或化学性能,如提高不锈钢的耐蚀性,增加磁钢的永磁性等。

淬火冷却时,除需合理选用淬火介质外,还要有正确的淬火方法。常用的淬火方法主要有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火和局部淬火等。双液淬火先在水中淬火然后转到油中冷却,其原理是在高温区间快速冷却以避免珠光体或贝氏体转变,在马氏体转变危险区域放慢冷却速度以减少组织应力引起的变形和开裂。
钢铁工件在淬火后具有以下特点:一是得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡组织;二是存在较大内应力;三是力学性能不能满足要求。因此,钢铁工件淬火后一般都要经过回火处理。
回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度,保温一定时间后以一定方式冷却的热处理工艺。回火是淬火后紧接着进行的一种操作,通常也是工件进行热处理的最后一道工序,因而把淬火和回火的联合工艺称为最终处理。
回火的主要目的包括:第一,减少内应力和降低脆性,淬火件存在很大的应力和脆性,如不及时回火往往会产生变形甚至开裂;第二,调整工件的机械性能,工件淬火后硬度高、脆性大,通过回火可调整硬度、强度、塑性和韧性,以满足各种工件不同的性能要求;第三,稳定工件尺寸,通过回火使金相组织趋于稳定,保证在以后使用过程中不再发生变形;第四,改善某些合金钢的切削性能。
回火之所以具有这些作用,是因为温度升高时原子活动能力增强,钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散,实现原子的重新排列组合,从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。一般钢铁回火时硬度和强度下降、塑性提高,回火温度越高这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合金钢在某一温度范围回火时会析出颗粒细小的金属化合物,使强度和硬度上升,这种现象称为二次硬化。
按加热温度不同,回火可分为三类:低温回火在150至250℃进行,得到回火马氏体,减少内应力和脆性、提高塑韧性,有较高的硬度和耐磨性,用于制作量具、刀具和滚动轴承等;中温回火在350至500℃进行,得到回火托氏体,具有较高的弹性和一定的塑性及硬度,用于制作弹簧、锻模等;高温回火在500至650℃进行,得到回火索氏体,具有良好的综合力学性能,用于制作齿轮、曲轴等。淬火和随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质,即在具有较高强度的同时又有好的塑性韧性。
需要注意的是,钢在300℃左右回火时常使其脆性增大,这种现象称为第一类回火脆性,一般不应在这个温度区间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后如果缓慢冷至室温也易于变脆,这种现象称为第二类回火脆性,在钢中加入钼或回火时在油或水中冷却都可以防止第二类回火脆性。
针对此类高温烧结场景,真空烧结炉配合气氛与温场管控,有助于稳定提升制品致密度与批次一致性。
此类工艺可依托真空管式炉完成,在气氛控制与温场均匀性方面优势较为明显。
选型时建议重点关注设备温场均匀性,它直接影响制品的一致性与成品率。
真空度稳定性直接影响界面结合质量与缺陷率,是设备选型的核心指标之一。
提升制品致密度需要工艺参数与设备能力协同,二者缺一不可。
保障批次一致性需要稳定的工艺曲线与设备温场,两者共同决定量产良率。
良率与工艺稳定性直接相关,装备选型时应统筹产能与质量。