金属零件热处理的 5 大关键考量

为何在切断零件规格中纳入金属热处理？

我们在别处讨论过热膨胀可能是决定金属零件尺寸精度的因素。

即：若热膨胀导致的微小公差差异影响零件性能，则应避免在环境温度可能变化的任何环节指定过严公差。这指从切断、检测到装配和最终使用的全流程任何环节的温度变化。

但若您刻意热处理金属作为制造常规环节？那在制定小切断金属零件规格（如我们在 Metal Cutting Corporation 生产的）时需牢记什么？

热处理金属有诸多重要原因。基本上，金属热处理工艺涉及受控热量施加，改变材料物理——有时化学——性能。

Metal Cutting 不提供热处理服务，但我们关注其潜在改变尺寸的效应。但在探讨对金属零件尺寸的非预期后果前，先讨论热处理和退火的益处。

视方法而定，热处理金属可变硬或变软、更脆或更韧、更强或更弱。基于目标结果，方法可能涉及：

施热和移除热的方式影响最终产品的屈服强度和硬度。

例如，不锈钢常热处理以增加硬度；缺点是可能变脆。

反之，不锈钢可热处理增加延展性，减少开裂、提高可加工性。但该过程可能降低硬度。

因此，获得兼具高抗拉强度和相对低脆性等目标特性的金属——如兼具高强低脆的不锈钢——可能需不同温度、不同时长的多次处理。

常与热处理互换使用，退火是软化金属的特定方法，目标增加延展性、降低脆性。

退火也可增加金属均匀性，及在进一步加工前恢复延展性。例如 316 不锈钢加工中可能获得不良磁性；但退火可恢复至（或极接近）原始非磁性状态。

退火在条件严控的专用炉中进行。金属加热至高温——通常略高于再结晶温度。

材料在高温保持数小时至数天，然后冷却（钢铁等铁基金属极慢冷却）。

热处理金属时，工艺发生的气氛也很重要，因影响材料表面和强度。

例如，正常气氛热处理钨会产生氧化导致表面多孔。但在受控环境——真空或密封氮、氩、氢气氛——可无氧化热处理。

低碳钢可在富碳环境退火渗碳，形成高碳表层，具良好疲劳和耐磨性。此技术用于提高碳钢线簧和锻件硬度耐用性。

但若“渗碳”非期望特性，退火应在低碳或无碳环境进行。

有时，找到合金成分和金属热处理方法的正确“配方”对达成目标终端性能至关重要。典型例证是镍钛合金的形状记忆特性——即NiTi或镍钛诺。

这种“弹簧般”材料早年流行于制造可弯曲并神奇恢复原形的眼镜框。今 NiTi 广泛用于医疗器械管材应用：导管导丝、支架、微创手术针。

（可在白皮书《21 世纪医疗器械管材：谁需要它？》了解更多 NiTi 和其他管材材料。）

NiTi 形状记忆特性依赖热处理。它使 NiTi 在一温度下变形，加热至所谓转变温度以上时恢复原始未变形形状。

但 NiTi 极难制造，因钛高活性及成分微小变化均影响转变温度。

例如，钛原子与氧或碳结合，NiTi 晶体结构失钛，导致转变温度降低。镍不足且时效过长，转变温度升高。

无论用何种热处理方法，在切断金属零件规格中明确标识工艺至关重要。金属热处理如何改变精密机加工零件某些尺寸而不影响其他参数，令人惊讶。

例如，若有直线度规格，必须考虑热处理及随之而来的金属膨胀是否影响切断零件尺寸，最终影响性能——若是，需相应调整公差。

此外，必须确保热处理金属零件妥善包装，避免运输中扭曲或损坏先前切割的零件。

例如，Metal Cutting 总想知我们切割的零件是否会送第三方热处理或退火。退火使零件更柔韧，包装不当会导致退火零件重新包装发运给您（或退回我们二次加工）时翘曲。

棒材等零件若膨胀且热处理后包装不当会弯曲。其他零件若包装不再牢固固定热处理金属零件，会相互摩擦划伤表面光洁度。

底线是：热处理金属的方法和效应必须在制定小零件规格时被考虑并与制造合作伙伴共享。这有助于优化可制造性，获得想要结果。

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