零件热处理技术要求的提出及标注.docx

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零件热处理技术要求的提出及标注

零件热处理技术要求的正确提出及正确标注

零件设计在确定了材料后，还要正确提出热处理技术要求，并在图样上正确地标注出来。

热处理技术要求，是指热处理质量的检验指标，除硬度和其它力学性能指标外，还有对组织、变形量以及局部热处理要求，对表面硬化零件有硬化层深度和渗层组织及脆性要求等等。

热处理技术要求的正确提出和正确标注，是一个合格热处理工作者的基本素质，也是在设计会审环节发表专业意见的基本依据。

1热处理技术要求的确定

1.1硬度和其它力学性能的要求

由于硬度试验简便快捷，又不破坏零件，而且硬度与强度等其它力学性能有一定对应关系，可以间接反映其他力学性能，因此，硬度成为热处理质量检验最重要的指标，不少零件还是唯一的技术要求。

对于重要受力件，除有硬度要求外，还有强度极限、屈服强度或断裂韧度等要求。

在较高温度下工作的重要受力件，还有持久强度和蠕变极限等要求。

在有腐蚀介质条件下工作的重要受力件，还有应力腐蚀、临界应力强度因子等要求。

在确定硬度以及力学性能指标时，要注意强度与韧性的合理配合，避免忽视韧性或过分追求韧性指标的偏向；注意组合件强度或硬度的合理匹配，提高零部件使用寿命。

例如，轴承滚珠一般要比套圈硬度高2-3HRC，汽车后桥主动齿轮的表面硬度一般要比被动齿轮高2-5HRC；处理好表面硬化零件（如渗碳淬火、渗氮、表面淬火等）的硬化层深度与表面、心部硬度的关系，使心部与表面达到最优匹配，适合零件的工作条件；由于材料强度、结构强度和系统强度三者不完全一致，所以设计中要处理好这三者的关系，对于某些重要零件，应根据模拟试验确定所需要的力学性能指标。

1.2表面硬化层深度选择

需要表面硬化的零件，硬化层深度多少合适？

这个指标的选择要考虑零件的工作条件、对性能的要求、失效形式和表面硬化工艺的特点。

首先要知道不同表面硬化工艺都有什么样工艺的效果？

设备造价、变形开裂倾向、实用范围等有设么不同？

下面分述以供参考：

1.2.1【渗碳淬火】

表层状态是：

层深0.2-2.0mm，表层硬化、压应力高，硬化层组织为马氏体+碳化物+残奥，层深均匀；

性能特点是：

硬度650~850HV（56~64HRC），耐磨性高，接触、弯曲疲劳强度高，抗咬合性好；

变形开裂倾向性是：

变形较大，不易开裂；

设备造价：

中等；

适用范例：

低碳钢、低碳合金钢等齿轮、轴、活塞销。

1.2.2▶【碳氮共渗淬火】

表层状态是：

层深0.1-1.0mm，表层硬化、压应力高，硬化层组织为含氮马氏体+碳氮化合物+残奥，层深均匀；

性能特点是：

硬度700~850HV（58~64HRC），耐磨性高，接触、弯曲疲劳强度高，抗咬合性好；

变形开裂倾向性是：

变形较小，不易开裂；

设备造价：

中等；

适用范例：

低、中碳钢、低、中碳合金钢等齿轮、轴、链条。

1.2.3【渗氮】

表层状态是：

层深0.1-0.6mm，表层硬化、压应力高，硬化层组织为合金氮化物+含氮固溶体，层深均匀；

性能特点是：

硬度800~1200HV，耐磨性很高，接触、弯曲疲劳强度高，抗咬合性最好；

变形开裂倾向性是：

变形甚小，不易开裂；

设备造价：

中等；

适用范例：

中碳合金渗氮钢、热作模具钢、不锈钢、铸铁等齿轮、模具、轴、镗杆等等。

1.2.4【氮碳共渗】

表层状态是：

化合物层深5~20μm、扩散层深0.3-0.5mm，表层硬化、压应力高，硬化层组织为氮碳化合物+含氮固溶体，层深均匀；

性能特点是：

硬度400~800HV，耐磨性较高，接触、弯曲疲劳强度较高，抗咬合性最好；

变形开裂倾向性是：

变形甚小，不易开裂；

设备造价：

中等；

适用范例：

碳钢、合金钢、高速钢、铸铁、渗氮钢、不锈钢、齿轮、工模具、液压件等等。

1.2.5【感应淬火】

表层状态是：

高频层深0.5-2mm、中频层深3-6mm、工频层深5-20mm，表层硬化、压应力高，硬化层组织为马氏体，层深均匀；

性能特点是：

硬度600~850HV，耐磨性高，接触、弯曲疲劳强度较高，抗咬合性较好；

变形开裂倾向性是：

变形甚小，不易开裂；

设备造价：

高；

适用范例：

中碳钢、中碳合金钢、低淬透性钢、铸铁、工具钢齿轮、轴等。

1.2.6【渗硼】

表层状态是：

层深0.1-0.3mm，表层硬化、压应力高，硬化层组织为硼化物，层深均匀；

性能特点是：

硬度1200~1800HV，耐磨性极高，接触、弯曲疲劳强度较高，抗咬合性最好；

变形开裂倾向性是：

变形大，表层脆；

设备造价：

低；

适用范例：

中高碳钢、中高碳合金钢、模具等。

对于以磨损为主的零件，要根据零件的设计寿命和磨损速度确定硬化层深度，一般不宜过深，特别是工模具的硬化层过深会引起崩刃和断裂。

对于以疲劳破坏为主的零件，根据表面硬化方法、心部强度、和形式以及零件形状尺寸确定硬化层深度，以得到最佳硬化率。

硬化率的概念如下：

硬化率=硬化层深度/零件断面厚度

例如，渗碳或碳氮共渗齿轮，最佳硬化率为0.1~0.15。

渗碳淬火和渗氮的最佳硬化率如表1所示。

▼表1渗碳淬火和渗氮的最佳硬化率

各种表面硬化工艺（表面淬火、渗碳淬火、渗氮等）都有一定的合理硬化层深度和合理偏差，应该根据零件的工作条件适当选择深度，根据所选的硬化方法合理选择偏差。

表2~4推荐了表面淬火、渗碳、渗氮有效硬化层深度及上偏差合理数值可供参考。

▼表2表面淬火有效硬化层深度分级及相应上偏

▼表3推荐的渗碳或碳氮共渗有效硬化层深度分级

1.3金相组织控制

由于零件的某些使用性能不能完全通过简单的硬度等力学性能表征出来，所以对热处理质量又提出了一些金相组织检验的要求，并且基本都有相应的国标、行标来详细规范。

例如：

中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级（JB/T9211），

低、中碳钢球化体评级（JB/T5074），

渗碳、渗氮金相组织检验（GB/T25744），

渗氮金相组织检验（GB/T11354），

钢件感应淬火金相检验（JB/T9204），

钢铁零件渗金属层金相检验（JB/T5069），

球墨铸铁热处理工艺及质量检验（JB/T6051）……等等。

这些都要在相应的热处理技术要求中明确注明标准号、合格级别要求。

1.4热处理变形量要求

由于热处理是一个加热、冷却过程，并伴随有相变发生，所以热处理必然会产生变形；但热处理变形量必须得到控制，这样才能满足零件生产和使用要求，所以热处理变形量是热处理质量的重要指标之一。

当热处理是零件加工过程的最后一道工序时，热处理变形的允许值就是图样上规定的零件尺寸公差。

为了控制零件的最终尺寸，必须根据热处理变形规律确定热处理前的零件尺寸。

当热处理是零件工艺流程中的中间工序时，热处理前零件的预留加工余量应为机加工余量和热处理变形量之和。

2热处理技术要求的标注

热处理零件在其图样上标注热处理技术要求是机械制图的重要内容，正确、清楚、完整、合理地标注热处理技术要求，对热处理质量和产品质量影响很大。

在零件图样上标注的热处理技术要求，是指成品零件热处理最终状态所应具有的性能要求和应达到的技术指标。

以正火、退火、回火、调质等作为最终热处理状态的零件，硬度要求通常以布氏硬度或洛氏硬度表示，特定场合，用其他适应的硬度种类表示。

对于其他力学性能要求，应注明其技术指标和取样方法和取样位置。

对于大型锻件、铸件的不同部位、不同方向的不同性能要求也应在图样上注明。

对于以试样表征零件热处理结果的，还要对试样尺寸做严格规定，力求随炉试样的处理过程与工件一致。

热处理技术要求的指标一般以范围表示，可以标出上下限值，如60-65HRC，也可以以下偏差为零再加上上偏差表示，如60HRC。

特殊情况下也可以只标注下限值或上限值，此时应写明“不小于”或“不大于”或用符号“≥”“≤”表示。

例如：

不大于229HBW或≤229HBW。

在同一产品或部件的所有零件图样上，必须采用统一表达形式。

对局部热处理的零件，在技术要求的文字说明中要写明“局部热处理”。

在需要热处理的部位用粗点划线框出，如果是轴对称零件，在不致引起误会的情况下，可以用一根粗点划线画在热处理部分外侧表示。

参见图1、图2。

▲图1局部热处理在图样上标注案例

a）范围标注法b）偏差标注法

如果零件形状复杂或者容易与其它工艺标注混淆，标注热处理技术要求有困难，文字说明也很难说清楚时，需要加附图专门对热处理要求进行标注。

对于表面淬火零件，除要标注表面和心部硬度之外，还要标注有效硬化层深度。

例如图2所示零件，这是一个局部感应加热零件，离轴左端15±5mm处开始，在长30

mm一段内感应加热淬火并回火，表面620~780HV30，有效硬化层深度DS=0.8~1.6mm。

（注：

DS表示感应淬火有效硬化层）

▲图2表面淬火零件热处理技术要求标实例

对于渗碳、氮碳共渗和渗氮、氮碳共渗零件，也要标注表面和心部硬度、有效硬化层深度，还要标注出不允许渗上及不允许硬化的部位。

如图3、图4所示。

图3表示一个局部渗碳零件，要求渗碳并淬火回火部位用粗点划线框出，其表面硬度57-63HRC，有效硬化层深度DC=1.2-1.9mm（注：

DC表示渗碳淬火有效硬化层）；虚线框出部分表示可渗碳淬硬也可不渗碳淬火。

而未标出部分表示不允许渗碳，也不允许淬硬硬。

图4表示一个整体渗氮零件，表面硬度850-950HV10有效硬化层深度DN=0.3-0.4mm，渗层脆性等级不大于3级。

（注：

DN表示氮化硬化层）

▲图3渗碳淬火零件热处理技术要求标注实例

3热处理技术要求的审查

零件图样上标注的热处理技术要求，是设计者对该零件提出的热处理质量要求，也是编制热处理工艺和进行热处理质量检验的主要依据。

所以，在零件图样上标注的热处理技术要求，应全面、准确地反映出设计者对零件的热处理方面设计意图。

同时也必须为热处理工作者所接受，能在热处理生产中实现。

为此，对零件热处理方面的技术要求应该经过热处理工艺人员审查会签。

热处理技术要求审查项目和内容主要包括：

热处理技术要求指标、零件热处理工艺性、热处理工艺的合理性、经济性、热处理零件的成组加工性，以及热处理工序安排的合理性。

详述如下：

3.1热处理技术要求指标：

1）热处理技术要求指标应合理，具有热处理可行性。

2）热处理技术要求指标应正确。

考虑到零件服役条件和结构要素，同一零件不同部位的技术要求可以不同，如带螺纹零件的螺纹部分不应淬硬或淬硬后再做局部回火降低硬度，以减小应力集中和缺口敏感性；同一零件可以采用不同热处理工艺，技术要求指标可能相同也可能有所差异。

3）热处理技术要求指标要完整。

根据零件的重要性和质量要求，各种不同零件的技术要求不同。

特别对于重要件有多项技术要求的，应逐一注明。

4）热处理技术要求指标与使用性能、代用性能要一致。

特别注意硬度与其他性能的关系，并选择合适的硬度表示法。

5）热处理技术要求指标标注应明确，不要给工艺或现场操作带来误会。

3.2零件的热处理工艺性：

1）技术要求和热处理工艺应与企业现实生产（包括委外）条件相适应。

2）热处理工艺应与工艺路线中相关工序相适配。

3）零件结构设计时是否考虑了热处理工艺性，是否避免了热处理工艺性中的有害结构。

4）尤其需要协助设计人员解决零件结构形状带来的工艺性问题。

3.3热处理工艺的合理性、先进性、经济性：

按照零件技术要求，根据本企业现状设计合理的热处理工艺，在保证性能和质量的前提下，做到技术先进、经济合理、生产安全是热处理工艺人员的职责。

而设计人员一般不适宜规定热处理工艺方法。

3.4热处理零件的成组加工性：

把形状、尺寸及技术要求相近的零件归并成组，统一要求，使单件小批量生产变成批量生产，这样就会提高生产效率、降低成本。

这当中不同零件，相同或相近材料，热处理技术要求又相近时，要提出统一归并意见，在图样中也要做相应的统一性修改。

3.5热处理工序安排的合理性：

1）对于调质零件，要求硬度较低时（170-230HBW），可先调质后机械加工；而要求硬度较高时（>285HBW），可先粗加工后调质。

大批量生产时，可用锻造余热调质代替单独调质。

但是，即使是硬度要求较低的调质零件，也需要兼顾材料的淬透性和加工余量。

否则，低淬透性得到的浅薄调质层，被后续大余量加工去除，使调质形同虚设。

例如：

45钢零件，当尺寸大于20mm时，其有效的淬火深度也不会超过3mm，当余量≥3mm时，基本上淬火回火所得到的调质层都被加工去除了，从而得不到调质处理应有的性能。

2）一般情况下可在毛坯生产后直接进行预备热处理，可避免零件不必要的周转，还可利用余热，降低成本，提高生产率。

3）形状复杂、精度要求较高的零件，化学热处理零件，感应加热淬火零件等，都应进行预备热处理。

这有利于减少热处理变形，还可为后续热处理作好组织准备。

4）大批量生产的标准件毛坯，在成型前应进行球化退火，这样会降低成本，提高质量。

5）大型铸件为稳定尺寸、保证精度，应进行一次或多次时效处理。

6）精度要求高的零件，在机械加工工序完成后，应安排去应力退火或时效处理，以及时消除加工应力。

7）重要焊接件在焊后应安排去应力退火，消除应力和除气，改善组织。