热处理金属时要考虑的 5 件事

为什么将金属热处理包括在切割零件规格中？

我们已经在其他地方讨论过热膨胀可能是决定金属部件尺寸精确度的一个因素。

也就是说，即使热膨胀引起的公差微小差异也会影响零件的性能，那么在可能存在环境温度变化风险时避免指定非常严格的公差是明智的。这意味着从零件切割和检查到组装和最终使用，过程中的任何地方都会发生变化。

但是，如果您有意对金属进行热处理，那又如何呢？ 作为您制造过程的正常部分？那么，在为小型切割金属零件（例如我们在 Metal Cutting Corporation 生产的零件）创建规格时，您需要记住什么？

为什么要对金属进行热处理？

为什么要对金属进行热处理？有很多重要的原因。但基本上，金属的热处理过程涉及控制加热以改变材料的物理性质——有时是化学性质。

虽然我们不将金属热处理作为金属切割服务的一部分，但我们注意到其潜在的尺寸改变效果 .但在我们探讨金属零件尺寸的意外后果之前，让我们先讨论一下热处理和退火的一些好处。

如何对金属进行热处理以产生不同的结果

根据所使用的方法，热处理后的金属会变得更硬或更软，或多或少易碎，或者更强或更弱。根据期望的最终结果，该方法可能涉及：

• 使用多种治疗方法
• 改变金属热处理的温度
• 改变加热的时间长度
• 控制材料冷却的快慢

对金属进行热处理时施加和去除热量的方式对最终产品的屈服强度和硬度都有影响。

为什么要对不锈钢等金属进行热处理？

例如，不锈钢通常经过热处理以增加其硬度；不利的一面是，它也可能变得更脆。

相反，可以对不锈钢进行热处理以增加其延展性，这有助于最大限度地减少开裂并提高可加工性。但是，该过程也可能会降低钢的硬度。

因此，要获得具有所需特性的金属——例如具有高抗拉强度但脆性相对较低的不锈钢——可能需要在不同温度和不同时间长度下进行多次处理。

退火与热处理金属：不一样

通常与术语热处理互换使用 , 退火 是一种用于软化金属的特殊方法，目的是提高金属的延展性和降低脆性。

退火也可用于增加金属的均匀性，以及在进一步处理之前恢复其延展性。例如，在加工 316 不锈钢时，它会吸收不良的磁性；然而，对不锈钢进行退火可以将其恢复到（或非常接近）其原始的非磁性状态。

退火是使用严格控制条件的专用熔炉进行的。金属被加热到高温——通常略高于再结晶温度。

将材料在高温下保持数小时到数天不等，然后冷却（对于钢和其他黑色金属，非常缓慢）。

在哪里 热处理金属是另一个因素

对金属进行热处理时，工艺发生的气氛也很重要，因为它对材料表面和强度有影响。

例如，如果您在正常气氛中对钨进行热处理，它会产生氧化，使表面光洁度变得多孔。但是，在受控环境（例如真空或密封的氮气、氩气或氢气气氛）中工作，可以在不氧化的情况下对金属进行热处理。

低碳钢可以在富碳环境中进行退火，使钢具有高碳表面层，具有良好的抗疲劳性和耐磨性。该技术用于提高碳钢丝弹簧和锻件等产品的硬度和耐用性。

但是，如果“渗碳”不是所需的特性，则应在低碳或无碳环境中进行退火。

合金成分如何影响金属热处理

有时，为合金的成分和金属热处理方法找到正确的“配方”对于实现所需的最终性能至关重要。 镍钛合金的形状记忆特性就是一个很好的例子 — 也称为 NiTi 或镍钛诺 .

这种“有弹性”的材料首先被广泛用于制造可以弯曲并看似神奇地恢复其原始形状的眼镜架。如今，NiTi 广泛用于医疗器械管材应用，例如导管导丝、支架和显微外科手术针。

（您可以在我们的白皮书21 世纪的医疗器械管材：谁需要它？ 中了解有关 NiTi 和其他管材材料的更多信息 )

NiTi 的形状记忆特性取决于热处理。正是它使 NiTi 在一个温度下发生变形，然后在加热到其所谓的转变温度以上时恢复其原始未变形的形状。

然而，众所周知，NiTi 的制造难度很大，因为钛具有高反应性，而且即使成分的微小变化也会影响转变温度。

例如，如果钛原子与氧或碳结合，NiTi 晶体结构会失去钛，导致转变温度降低。如果镍含量太少，材料老化时间过长，则转变温度会升高。

在前面指定热处理金属

无论使用何种方法对金属进行热处理，在切割金属零件的规格中确定工艺至关重要。值得注意的是，金属热处理可以改变精心加工零件的某些尺寸，而对其他参数没有影响。

例如，如果您有直线度规格，则必须考虑热处理和由此产生的金属膨胀是否会影响切割零件的尺寸，并最终影响它们的性能——如果是这样，您可以需要相应地调整您的公差。

热处理过的金属甚至可以冲击包装

此外，重要的是要确保正确包装热处理金属部件，以避免在运输过程中扭曲或损坏先前切割的部件。

例如，在金属切割，我们总是想知道我们切割的零件是否会被送到第三方进行热处理或退火。由于零件通过退火变得更加柔韧，因此包装不当可能会导致退火零件在重新包装并发送给您（或发回给我们进行额外处理）时发生翘曲。

如果杆件等零件膨胀并且在金属热处理后未正确包装，它们可能会弯曲。如果包装不再牢固地固定经过热处理的金属部件，其他部件可能会开始摩擦并在其表面光洁度上产生划痕。

又一个需要全面规范的原因

底线是，对于热处理金属，在为您的小零件要求创建规格时，必须考虑方法和效果并与您的制造合作伙伴共享。这将有助于优化可制造性并获得您想要的结果。

要详细了解如何最大限度地提高规格的准确性和有效性，请下载我们的免费指南，如何微调报价请求以发挥最大优势：小零件采购中的常见问题 .