機械加工為什麼要進行熱處理？

這是一個很好的問題，這對於很多剛入行的新人都是一個比較困惑的問題，也是很多具有相當入行經驗的人沒有深度思考過的問題，今天在這裡統一科普一下。

機械加工的熱處理要求其實是設計環節的一個技術要求，如果你是一個機械結構設計工程師，你是需要具備這方面的認知能力的，如果你沒有這樣的意識，那你還不是一個合格的設計工程師，至少不是一個很全面的設計工程師。

零件的熱處理設計要求的認知基本上是建立在對材料使用和加工的變化的認知上，所以這是一個很體系化的知識結構，它並不是孤立的存在的。

首先我們需要了解所謂的零件機械加工過程中的熱處理到底包括了多少種方式？鑑於各種方式在機械加工過程中出現的頻率和重要性，我們選擇以下幾種來進行分析，即重點式的分析。

在機械加工過程中，我們使用最多的是四種熱處理方式：退火、正火、淬火和回火，下面做一一的分析。

01 退火處理

退火處理的定義：將金屬零件加熱到一定的高溫，保持一段時間，然後讓其自然冷卻的一種金屬熱處理工藝。

其主要作用：

A、降低零件的硬度、改善切削加工效能；

B、消除零件殘餘應力，穩定尺寸、減少變形與裂紋機率；

C、細化晶粒，調整組織，消除材料組織缺陷；

D、 均勻材料組織和成分，改善材料效能或為後續熱處理工藝做組織準備。

02 正火處理

正火處理的定義：將金屬零件加熱到一定的高溫，保持一段時間，然後讓其在空氣中利用噴水、噴霧、吹風等方式進行冷卻，其與退火處理不同的是，其冷卻速度要快一些，所以得到的材料組織要更細，機械效能也有所提高。

其主要作用：

A、去除材料的內應力；

B、降低材料的硬度、提高塑性；

03 淬火處理

淬火處理的定義：將金屬零件加熱到臨界溫度Ac3或者Ac1以上溫度，保持一段時間，使之全部或者部分奧氏體化，然後以大於臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下進行馬氏體轉變的熱處理工藝。

其主要作用：

A、大幅度提高零件的剛性、硬度、耐磨性和疲勞強度等；

B、滿足某些特殊鋼材的鐵磁性、耐蝕性等物理、化學效能。

04 回火處理

回火處理的定義：是指將經過淬火硬化或正常化處理後的鋼材再浸置於一低於臨界溫度一段時間後，以一定的速度冷卻下來，以增加材料的韌性的一種熱處理方式。

其主要作用：

A、消除工件淬火時產生的殘留應力，防止變形和開裂；

B、調整工件的硬度、強度、塑性和韌性、達到更好的效能要求；

C、穩定組織與尺寸、保證精度；

D、 改善和提高加工效能。

注意，乾貨來了：

A、退火和正火通常可以相互代替使用，尤其是在處理後獲得的零件硬度不高的話（一般以不影響加工效能為準），我們要優先選擇正火處理，因為它的加工週期更短，成本也就相應的更低。

B、回火一般需要配合淬火或正火來使用，回火是替淬火和正火來“擦屁股”的，因為淬火與正火處理後，零件的硬度都會偏高，因此會存在很大殘餘應力，尤其是淬火處理，零件存在很大的脆硬性，通常一定要回火來“糾偏”才能更好的滿足我們的使用要求。

C、淬火這個詞在工廠通常念“zan huo”，特別是老一輩從業者都是這個念法，年輕人已經開始在改變，但是一時難以消除。

作為一個機械設計工程師

，我們設計的零件需要用到熱處理的時候，無非是以下幾種要求：

A、消除材料的鑄造應力，其目的是為了得到更加穩定的加工尺寸和精度；

B、提高零件的切削效能，其目的是在零件加工的過程中加工效率更高，加工質量更好，加工成本更低；

C、提高零件的剛性、硬度和耐磨效能，這個就不需要解釋了吧。

我們對大部分零件的熱處理要求都是圍繞以上三個大的方面在設計，所以你只需要將以上的四種熱處理方式對應你的要求來使用就行了。

我們來舉個例子，我們設計一個立式加工中心的床身，我們選擇的材料是HT300灰口鑄鐵。其加工的工藝流程大致如下圖：

A、拿到鑄造毛坯後，我們首先需要做的就是退火。

退火的目的就是消除鑄造殘餘內應力，提高零件的切削加工效能，當然也有一些廠家這裡不做退火，為了節約成本，他們往往以延長鑄造冷卻的時間來到底去除部分內應力的目的，這也算是一種投機取巧的方式，但是按正規的方法，鑄造後的零件毛坯是一定要做一次退火處理的。

C、接著是進入零件的粗加工工序，零件的粗加工工序因為對零件的尺寸沒有太嚴格的要求，所以工廠都是採用大刀量切削，在大刀量切削的過程中，利用銑刀對零件的衝擊來形成一定程度的振動處理，這也是一個釋放應力的過程，但是這也是一個再次產生應力的過程，所以我們會接著對零件進行二次退火處理。

D、 二次退火處理，這次處理其目的和第一次是一樣一樣的，都是為了穩定材料組織，改善切削加工效能，去除零件內應力，因為我們需要保證零件加工後的尺寸和形位公差是穩定的，而不是隨著時間變化而不斷變化的（其實在現實的過程中，加工後的零件的尺寸精度和形位公差確實是變化的，這也是我們國家的高精度機床老是做不好的原因之一，甚至是最重要的原因之一，穩定性太差），其實在上個世紀七八十年代時候那些機床的基礎件的材料穩定性要相對做得好一些，因為除了正規的二次退火處理，他們還進行自然時效處理，把鑄件丟在露天的場地放置半年以上的時間，因為那個時候的產能有效，又是國家分配製銷售，所以可以最大限度的保證材料的穩定性，現在就顯得“世風日下”很多了，鑄造出來就馬上加工，有點小廠連一次退火都不做，反正產品出廠的時候是合格的，發到使用者手中後，經過長度的運輸顛簸，產品的主要零件的尺寸精度和形位公差已經發生了變化，特別是使用一段時間後，更是讓人看不懂，這就是我們一直在裝置製造業被動的原因所在，好的產品品質，一定是基於成本的上升來的。

E、 零件半精加工，因為零件的半精加工已經是屬於切削量較小的加工工序，所以在加工過程中通常不會產生過大的加工應力，但是如果零件的尺寸精度較高，形位公差較嚴格，我們還是強烈建議將零件放置一段時間後再對零件進行精加工，這樣零件可以在一種自然的狀態下釋放部分應力，以保證最後精加工出來的產品是穩定的。很多人都沒有考慮過這個工藝過程，把零件加工的工藝安排得一環扣一環，看起來效率很高，其實質量並沒有很好的保證。

F、 零件精加工工序，經過放置一段時間後，零件的材料已經變得相對穩定，在精加工階段就顯得尤為考驗一個操作者的水平了，很多時候精加工精度並不單純的來自加工機床的精度，其有可能是來自你裝夾方式，特別是對於一些強度和剛性不是很好的零件，裝夾的時候尤為要注意，不要用死力去壓緊工件，一旦工件產生了形變，你加工好工件後，一鬆開夾緊，工件就會馬上彈回原有狀態，這個時候的加工精度就會改變，所以在精加工工序，裝夾的力道顯得尤為重要，這也是很多老師傅的不傳之謎。

以上是一個零件在機械加工過程中牽涉到的熱處理工藝的應用分享，其實類似的還有很多，例如淬火工藝，碳氮共滲工藝等等。這都需要我們在實際的工作經歷種去總結和積累，這也是一個合格的機械設計工程師的能力憑證。

現在因為裝置的數控效能越來越好，自動化程度越來越高，很多人覺得傳統的機械知識已經在沒落了，其實沒有，這些東西是一個基礎，如果沒有這個基礎，你會發現你還是無法很好的利用這些先進的技術，這是一個逐漸深化的過程，技術的道路上需要一步一步的去踐行，步子邁得太大容易扯著蛋。