第 12 章处理
热处理与表面硬化
这些工艺改变的是已成形金属零件的性能，而不是它的形状。受控的加热和冷却、渗入表面的原子，或数以百万计的微小冲击，使零件更硬、更韧，或在反复载荷下更耐用。它们通常位于工艺路线的末尾，在零件成形或加工之后。
核心思想
金属的强度取决于其内部原子的排列方式，而这种排列可以在不改变外形的情况下改变。想想一条面包：同样的面团，烘焙方式不同，就会变得松软或酥脆。热处理改变整个零件；表面硬化只改变零点几毫米到几毫米深的一层表皮；喷丸强化挤压表面，使疲劳裂纹难以扩展。有三种性能反复出现：硬度（抗划伤和磨损的能力）、韧性（抗冲击开裂的能力）和疲劳寿命（零件能承受多少次载荷循环）。
并排对比
| 工艺 | 一句话概括 | 最适合 | 批量 | 精度 |
|---|---|---|---|---|
| 12.1热处理（淬火、回火、退火） | 对整个零件加热、淬火并回火（或缓慢冷却） | 让钢变硬变韧，或变软以便加工 | 从单件到连续生产线 | 形状保持；有轻微变形，之后常需磨削 |
| 12.2表面渗碳淬硬与渗氮 | 碳或氮扩散进入表面 | 齿轮和轴：坚硬的表皮包着坚韧的心部 | 炉内一批数百到数千件 | 渗氮：百分之几毫米内；渗碳：有轻微变形 |
| 12.3喷丸强化 | 表面被微小的钢丸敲打，使其处于受压状态 | 承受反复载荷的弹簧、齿轮、涡轮零件 | 从单件到数百万个弹簧 | 形状基本不变 |
如何在这一类中选择
- 整个零件必须通体硬或通体强： 热处理（淬火加回火）。
- 零件必须先软，以便加工或弯曲： 退火，需要时之后再淬硬。
- 表面必须耐磨，而心部要抗冲击： 表面硬化。
- 变形必须最小： 用渗氮而不是渗碳。
- 零件因疲劳失效（多次循环后出现裂纹）： 增加喷丸强化，常在淬硬之后进行。
关键词
- 硬度
- 抗划伤、抗压痕和抗磨损的能力。
- 韧性
- 吸收冲击而不开裂的能力。
- 淬火
- 在水、油或聚合物中快速冷却，锁定硬度。
- 回火
- 淬火之后的温和再加热，牺牲一点硬度换取韧性。
- 退火
- 加热后极缓慢冷却，使金属保持柔软。
- 硬化层
- 表面硬化零件坚硬的外层表皮。
- 残余压应力
- 留在表面内部的挤压力，使裂纹保持闭合。
- 疲劳
- 在许多次反复载荷（即使很小）下缓慢产生裂纹。