四川建筑职业技术学院 摘要：热处理是机械工程中常用的一种金属热加工工艺，其本质是对材料表面和内部组织结构的改变，进而引起其性能改变。本文在继承和改善传统热加工工艺的基础上，进行存优去劣，进行必要的措施改进，同时引入现代的热加工新工艺，以40Cr钢的热处理工艺分析为例，浅谈一下热加工的传统工艺、存在的缺陷不足及措施跟进，同时介绍一下现代的新工艺，抛砖引玉，希望得到各位专家和老师的指正。
关键词：热处理40Cr钢传统工艺措辞跟进现代新工艺
热处理在机械制造中占据着非常重要的地位，它一般不改变工具的形状，也很少改变其化学成分，而是改变工具内部的细微组织，或工具表面的化学成分，从而改善其基本的使用性能以及工艺性能。
为了使金属工具获得所需要的物理性能和力学性能等，除了选用和使用材料与成型工艺之外，选用恰当的热处理工艺不可或缺，而钢铁是机械工业中所使用的最广泛的材料，是热处理的重要对象和主要内容，可通过热处理给予适当控制，达到需求的目的。
40Cr钢是一种中碳调制刚，价格适中，加工也比较容易，通过热处理，可以达到一定的耐磨性、韧性和塑性，该刚在550-570摄氏度之间时，具有最佳的综合的力学性能，适合高频淬火等表面硬化处理，且在生活中应用广泛，深受欢迎，本文将以此为例，进行论述。
??一、热处理传统工艺分析
钢铁材料在很早就被人们发现，其性能因温度和加压等因素而改变，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到发展，与此同时，人们还研究了热处理过程中，防止金属氧化和脱碳的方法等。40Cr钢中的Cr能增加刚的淬透性，提高其硬度和回火的稳定性，经调制和淬火后，分别能承受中等和高等负荷的工作强度和速度，应用广泛。
1.40Cr钢热处理传统工艺概述
热处理工艺大体可分为整体、表面和化学热处理三种，根据40Cr钢的加热介质、温度和冷却法的不同，可采用不同的热处理工艺，获得不同的性能，获得需要的金相组织，以获得需要的力学性能。
在整体的热处理工艺中，大致有“退火、正火、淬火和回火”等基本工艺，例如40Cr钢的退火工艺，将其加热到适当温度，进行缓慢冷却，获得其良好的使用性能，或者为淬火做准备。另外40Cr钢的正火处理，将工件加热至合适的温度后进行冷却，其效果与退火相似，只是获得的内部金属结构组织更为精细，能够改善40Cr钢的切削性能，或作为其最终的热处理。
在40Cr钢的淬火处理中，将其加热保温后，在水、油或其他有积水溶液和无机盐等溶液当中进行快速冷却，使之变硬，同时也变脆。为了降低40Cr钢的的脆性，进行适当的回火，这“四把火”通过不同的热处理工艺，使40Cr钢材料的工件或的一定的强度和韧性，进行调制后，这种传统的热处理工艺成为时效处理。
此外40Cr钢的热处理工艺当中，可以将热处理与压力加工形变相结合，使其获得很好的强度和韧性，即形变热处理，或在真空中进行的真空热处理等，是40Cr钢的工件不氧化，不脱碳，保持光洁性，提高性能。
在常用的表面热处理工艺中，通过加热40Cr钢的表层，使其暂时达到高温，运用火焰淬火和感应加热热处理方法等进行加工。在现代，我们常常渗透运用化学热处理的工艺方法，改变工件表层的化学成分，组织和性能的金属热处理工艺，使其渗入各种需要的化学元素，或再次进行适当的热处理，如淬火及回火等。
在40Cr钢的热处理当中，需要符合其规范的标准，根据标准GB/T3077-1999，40Cr钢的淬火加热温度、回火加热温度、抗拉强度、屈服点、断后伸长率、断面收缩率等各种要求有标准的规范，而在上述传统的热处理工艺当中，因为存在各种缺陷，而造成40Cr钢热处理当中的各种问题等，造成加工的失败和不足，影响目的的达成。
2.40Cr钢热处理传统工艺不足及措施跟进
在40Cr钢的热处理工艺当中，有可能获得的金属材料硬度过高，塑性过低，含有残余应力，容易开裂等，在上述传统的热加工处理中，进行必要的手段补充，进行工件的优化处理，在40Cr钢的正火中，将钢件加热到其上临界点温度，以30～50℃保持适当时间后，在静止的空气当中进行适当的冷却，提高其性能，细化颗粒，消除组织缺陷，改善切削加工性能。另外，通过补充盐浴淬火，马氏体分级淬火等方法，提高工件硬度、强度和耐磨性，通过调碳和渗碳等方法，是工件表面具有高硬度和耐磨性，而中间保持良好的韧性和塑性。
此外，针对40Cr钢的热处理工艺要求，我们针对不同的问题，进行有效的针对性措施。完全退火的加热温度保持在825-845℃，保温约2h，炉冷?250HBS细化颗粒，改善组织，消除残余应力，正火需加热850-880℃，出炉空冷少于250HBS，目的同上，去应力退化加热约为680-710℃之间等，这些需要在实际操作当中进行有效控制。
另外在40Cr钢工件的调制的淬火中，在实际中我们需要进行适当控制，在40Cr钢工件的淬火后应采用油冷，40Cr钢工件的淬透性好，在油中冷却能淬硬，而且变形较小，倾裂程度小，如果用油比较紧张，要求并不太高的工件，可以在水中淬火，严格掌握入水、出水的温度。如果调质后，硬度仍然偏高，第二次的回火温度要增加20-50摄氏度，40Cr钢工件高温回火后，在油中和水中冷却，目的是避免第二类回火脆性的影响，回火冷却后，进行应力消除处理。
此外，除了调质工件质量和操作工水平外，还要考虑到设备、材料和调质前加工等多种因素。例如，当工件从加热炉转到冷却的时间较缓慢时，工件如水的温度已低于Ar3临界点，会产生部分分解，工件得不到完全淬火组织，达不到硬度要求，所以小零件的冷却液要有速度，大工件的预冷要掌握好时间。
工件的装炉量要合理，以1-2层最好，否则工件相互重叠会导致加热不均匀，从而导致硬度不均匀。工件入水的排列也要保持一定的距离，过密的排列会使工件近处蒸汽膜破裂受阻，造成工件表面硬度偏低。此外，烤炉淬火，不能一下淬完，应该根据炉温的下降的程度，在中间进行适度的闭炉，重新升温，使前后工件淬火后硬度一致。
对于冷却液的温度，10%盐水的温度不能高于60℃，其中不能含有油污、泥浆等杂质，避免硬度不足和不匀的现象。未经加工毛坯调质，硬度会不均匀，要得到良好的调质质量，毛坯应进行粗车，棒料要进行锻打。过程要严把质量关，淬火后，硬度如果降低了1-3个单位，可以适当调整回火的速度，来达到硬度的要求，但是如果淬火后工件硬度过低，必须重新淬火，决不能只施以低温回火，达到合格的要求。
一般情况下要求淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度为HRC52-60，火焰淬火能达到HRC48-55。
3.热处理变形的预防
40Cr钢工件变形的原因有多种，分析其原因，掌握其变形规律，采取相关的有效措施，我们完全可以控制变形。在选用40Cr钢时，首先要选择质量好的工件及材料，如果其碳化物偏析严重，应该首先进行合理锻造，并进行调质热处理，对于较大和不容易锻造的模具钢工件，可以进行固溶双细化热处理。
其次，40Cr钢模具结构设计要合理，厚薄不能相差太大，形状要对称，对于变形大的工件，要提前预留加工余量，对于大型、精密和复杂的工件采用组合结构。工件首先要进行预热处理，以消除机械加工过程中产生的残余应力。
对加热温度进行合理的选择和控制，例如可以采取缓慢加热、预热和其他的均衡加热的方法来减少工件热处理时的变形。在保证其硬度的前提下，尽量采用预冷和分级冷却淬火工艺进行。
对于精密复杂的工件，可以采用真空加热淬火和淬火后的深冷处理，或者进行预先的热处理，时效的热处理和调质氮化热处理来控制精度。此外，如果存在砂眼、气孔和磨损的缺陷时，可以使用冷焊机等热影响比较小的修复设备以避免修补过程中变形的产生。
此外，在40Cr钢的热处理操作中，采用绑孔、堵孔、机械固定等方法，正确选择冷却的方向和冷却介质的运动反响等，同时兼之以合理的回火热处理工艺，也能够减少工件的变形。
??二、热处理子工艺学概述
在40Cr钢的热处理操作中，退火热处理，硫化热处理，硬化热处理和消除应力热处理等方式，在工件的成型过程中有着重要的作用，表面淬火回火热处理通常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要技术参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。
可通过维氏硬度计测试热处理工件表面硬度，可选用0.5～100kg的试验力，测试薄至0.05mm厚的表面硬化层，另外，有效硬化层深度也可选用维氏硬度计，其次，表面洛氏硬度计也是十分适于测试表面淬火工件硬度的，操作简单方便、迅速、可直接读取，或者当表面热处理硬化层较厚时，采用洛氏硬度计，也可可采用HRA标尺等。
如果零件局部硬度要求高，可用感应加热方式进行淬火热处理，零件的硬度检测要在指定区域内进行。可采用洛氏硬度计，或者利用化学热处理使工件表面渗入化学元素，改变工件表面的化学成分和性能。经淬火和低温回火，使工件表面具有高硬度、耐磨性，芯部具有高的强韧性。
在热处理过程中要对温度进行精确的的检测和记录，温度控制与否对产品的影响很大，在整个过程中温度的变化趋势也显得十分的重要，导致在热处理的过程中必须对温度的变化进行记录，方便数据分析，对以后的热处理改进起到作用。
??三、热处理现代新工艺
热处理的工艺技术不断发展更新，对加热和冷却技术进行改革，发展至今，出现了真空热处理，可控气氛热处理和形变热处理等，以及创造新的表面热处理工艺等。
针对新工艺发展的方向，概括之，主要在“提高工件强度和韧性，增强抗疲劳和耐磨能力，进一步减轻加热中的氧化和脱碳，减少变形，进一步节约能源，减低成本，提高效益，减少污染”等方面努力。
1.可控气氛热处理
就是在炉气成分可以控制的炉内进行的热处理，防止工件表面化学反应的可控气氛称保护气氛。具有避免钢件氧化和脱碳，节约钢材，提高质量等优势，保证尺寸精度。例如，某些形状复杂且要求高弹性的工件，可用低碳钢冲压成形，穿透渗碳，代替高碳钢。它包括吸热式气氛、放热式气氛、放热-吸热式气氛、滴注式气氛等。
2.真空热处理
真空热处理减少变形，减少和防止氧化，可以净化表面，表面的氧化物发生分解，工件可得到光亮的表面，真空热处理的去气作用，改善钢的韧性，提高工件使用寿命。减少或省去清洗和磨削加工工序，改善劳动条件，实现自动控制。真空退火、真空淬火和真空渗碳方面。
3.形变热处理
形变强化和热处理强化都是金属最基本的强化方法。是将塑性变形和热处理有机结合，提高材料机械性能的复合热处理。
形变热处理可分为三种基本类型：在相变前进行形变；在相变中进行形变；在相变后进行形变。不管哪一种方法，都能获得形变强化与相变强化的综合效果。常见的有高温形变热处理、中温形变热处理等方法。
4.表面气相沉积
气相沉积主要分化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种，化学气相沉积是使挥发性化合物气体发生分解或化学反应，在工件上沉积成膜。得到不同的金属、非金属或化合物镀层。物理气相沉积包括真空蒸发、溅射、离子镀三种方法。
气相沉积镀层的特点是附着力强，均匀，快速，它能制备各种耐磨膜，以及其它功能性薄膜。在机械制造、航天、原子能、电器等方
面应用广发。
综上所示，热处理工艺正在不断向着“优质、高速、高效、便捷”的方向迈进，我们应该与时俱进，锐意创新，融合传统和现代工艺的新方法，创制出更加符合于实际的新技术。
参考文献：
［1］中国机械工程学会热处理专业分会《热处理手册》机械工业出版社2005
［2］《金属热处理》编辑部《金属热处理》2000-01
［3］大连工学院《金属学及热处理》2010-07
［4］中国机械工程学会热处理学会《热处理手册典型零件热处理》机械工业出版社 2008-01
［5］全国热处理标准化技术委员会《金属热处理标准应用手册》机械工业出版社2005
（责任编辑：王平勇）