零件設(shè)計(jì)在確定了材料后，還要正確提出熱處理技術(shù)要求，并在圖樣上正確地標(biāo)注出來。熱處理技術(shù)要求，是指熱處理質(zhì)量的檢驗(yàn)指標(biāo)，除硬度和其它力學(xué)性能指標(biāo)外，還有對組織、變形量以及局部熱處理要求，對表面硬化零件有硬化層深度和滲層組織及脆性要求等等。
熱處理技術(shù)要求的正確提出和正確標(biāo)注，是一個(gè)合格熱處理工作者的基本素質(zhì)，也是在設(shè)計(jì)會(huì)審環(huán)節(jié)發(fā)表專業(yè)意見的基本依據(jù)。
1 熱處理技術(shù)要求的確定
1.1 硬度和其它力學(xué)性能的要求
由于硬度試驗(yàn)簡便快捷，又不破壞零件，而且硬度與強(qiáng)度等其它力學(xué)性能有一定對應(yīng)關(guān)系。可以間接反映其他力學(xué)性能，因此，硬度成為熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)最重要的指標(biāo)，不少零件還是唯一的技術(shù)要求。
對于重要受力件，除有硬度要求外，還有強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度或斷裂韌度等要求。在較高溫度下工作的重要受力件，還有持久強(qiáng)度和蠕變極限等要求。在有腐蝕介質(zhì)條件下工作的重要受力件，還有應(yīng)力腐蝕、臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子等要求。
在確定硬度以及力學(xué)性能指標(biāo)時(shí)，要注意強(qiáng)度與韌性的合理配合，避免忽視韌性或過分追求韌性指標(biāo)的偏向；注意組合件強(qiáng)度或硬度的合理匹配，提高零部件使用壽命。例如，軸承滾珠一般要比套圈硬度高2-3HRC，汽車后橋主動(dòng)齒輪的表面硬度一般要比被動(dòng)齒輪高2-5HRC；處理好表面硬化零件(如滲碳淬火、滲氮、表面淬火等)的硬化層深度與表面、心部硬度的關(guān)系，使心部與表面達(dá)到最優(yōu)匹配，適合零件的工作條件；由于材料強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和系統(tǒng)強(qiáng)度三者不完全一致，所以設(shè)計(jì)中要處理好這三者的關(guān)系，對于某些重要零件，應(yīng)根據(jù)模擬試驗(yàn)確定所需要的力學(xué)性能指標(biāo)。
1.2 表面硬化層深度選擇
需要表面硬化的零件，硬化層深度多少合適？這個(gè)指標(biāo)的選擇要考慮零件的工作條件、對性能的要求、失效形式和表面硬化工藝的特點(diǎn)。首先要知道不同表面硬化工藝都有什么樣工藝的效果？設(shè)備造價(jià)、變形開裂傾向、實(shí)用范圍等有設(shè)么不同？下面分述幾以供參考：
?【滲碳淬火】
表層狀態(tài)是：層深0.2-2.0mm，表層硬化、壓應(yīng)力高，硬化層組織為馬氏體+碳化物+殘奧，層深均勻；
性能特點(diǎn)是：硬度650~850HV（56~64HRC），耐磨性高，接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度高，抗咬合性好；
變形開裂傾向性是：變形較大，不易開裂；
設(shè)備造價(jià)：中等；
適用范例：低碳鋼、低碳合金鋼等齒輪、軸、活塞銷。
?【碳氮共滲淬火】
表層狀態(tài)是：層深0.1-1.0mm，表層硬化、壓應(yīng)力高，硬化層組織為含氮馬氏體+碳氮化合物+殘奧，層深均勻；
性能特點(diǎn)是：硬度700~850HV（58~64HRC），耐磨性高，接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度高，抗咬合性好；
變形開裂傾向性是：變形較小，不易開裂；
設(shè)備造價(jià)：中等；
適用范例：低、中碳鋼、低、中碳合金鋼等齒輪、軸、鏈條。
?【滲氮】
表層狀態(tài)是：層深0.1-0.6mm，表層硬化、壓應(yīng)力高，硬化層組織為合金氮化物+含氮固溶體，層深均勻；
性能特點(diǎn)是：硬度800~1200HV，耐磨性很高，接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度高，抗咬合性最好；
變形開裂傾向性是：變形甚小，不易開裂；
設(shè)備造價(jià)：中等；
適用范例：中碳合金滲氮鋼、熱作模具鋼、不銹鋼、鑄鐵等齒輪、模具、軸、鏜桿等等。
?【氮碳共滲】
表層狀態(tài)是：化合物層深5~20μm、擴(kuò)散層深0.3-0.5mm，表層硬化、壓應(yīng)力高，硬化層組織為氮碳化合物+含氮固溶體，層深均勻；
性能特點(diǎn)是：硬度400~800HV，耐磨性較高，接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度較高，抗咬合性最好；
變形開裂傾向性是：變形甚小，不易開裂；
設(shè)備造價(jià)：中等；
適用范例：碳鋼、合金鋼、高速鋼、鑄鐵、滲氮鋼、不銹鋼、齒輪、工模具、液壓件等等。
?【感應(yīng)淬火】
表層狀態(tài)是：高頻層深0.5-2mm、中頻層深3-6mm、工頻層深5-20mm，表層硬化、壓應(yīng)力高，硬化層組織為馬氏體，層深均勻；
性能特點(diǎn)是：硬度600~850HV，耐磨性高，接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度較高，抗咬合性較好；
變形開裂傾向性是：變形甚小，不易開裂；
設(shè)備造價(jià)：高；
適用范例：中碳鋼、中碳合金鋼、低淬透性鋼、鑄鐵、工具鋼齒輪、軸等。
?【滲硼】
表層狀態(tài)是：層深0.1-0.3mm，表層硬化、壓應(yīng)力高，硬化層組織為硼化物，層深均勻；
性能特點(diǎn)是：硬度1200~1800HV，耐磨性極高，接觸、彎曲疲勞強(qiáng)度較高，抗咬合性最好；
變形開裂傾向性是：變形大，表層脆；
設(shè)備造價(jià)：低；
適用范例：中高碳鋼、中高碳合金鋼、模具等。
對于以磨損為主的零件，要根據(jù)零件的設(shè)計(jì)壽命和磨損速度確定硬化層深度，一般不宜過深，特別是工模具的硬化層過深會(huì)引起崩刃和斷裂。
對于以疲勞破壞為主的零件，根據(jù)表面硬化方法、心部強(qiáng)度、在和形式以及零件形狀尺寸確定硬化層深度，以得到最佳硬化率。硬化率的概念如下：
硬化率=硬化層深度/零件斷面厚度
例如，滲碳或碳氮共滲齒輪，最佳硬化率為0.1~0.15。滲碳淬火和滲氮的最佳硬化率如表1所示。
▼表1 滲碳淬火和滲氮的最佳硬化率
各種表面硬化工藝（表面淬火、滲碳淬火、滲氮等）都有一定的合理硬化層深度和合理偏差，應(yīng)該根據(jù)零件的工作條件適當(dāng)選擇深度，根據(jù)所選的硬化方法合理選擇偏差。表2~4 推薦了表面淬火、滲碳、滲氮有效硬化層深度及上偏差合理數(shù)值可供參考。
▼表2 表面淬火有效硬化層深度分級及相應(yīng)上偏
▼表3 推薦的滲碳或碳氮共滲有效硬化層深度分級及相應(yīng)上偏差
▼表4 推薦的滲氮有效層深度分級及相應(yīng)上偏
1.3 金相組織控制
由于零件的某些使用性能不能完全通過簡單的硬度等力學(xué)性能表征出來，所以對熱處理質(zhì)量又提出了一些金相組織檢驗(yàn)的要求，并且基本都有相應(yīng)的國標(biāo)、行標(biāo)來詳細(xì)規(guī)范。例如：
中碳鋼與中碳合金結(jié)構(gòu)鋼馬氏體等級（JB/T 9211），
低、中碳鋼球化體評級（JB/T 5074），
滲碳、滲氮金相組織檢驗(yàn)（GB /T 25744），
滲氮金相組織檢驗(yàn)（GB/T 11354），
鋼件感應(yīng)淬火金相檢驗(yàn)（JB/T9204），
鋼鐵零件滲金屬層金相檢驗(yàn)（JB/T5069），
球墨鑄鐵熱處理工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)（JB/T 6051）。等等。
這些都要在相應(yīng)的熱處理技術(shù)要求中明確注明標(biāo)準(zhǔn)號、合格級別要求。
1.4 熱處理變形量要求
由于熱處理是一個(gè)加熱、冷卻過程，并伴隨有相變發(fā)生，所以熱處理必然會(huì)產(chǎn)生變形；但熱處理變形量必須得到控制，這樣才能滿足零件生產(chǎn)和使用要求，所以熱處理變形量是熱處理質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。
當(dāng)熱處理是零件加工過程的最后一道工序時(shí)，熱處理變形的允許值就是圖樣上規(guī)定的零件尺寸公差，為了控制零件的最終尺寸，必須根據(jù)熱處理變形規(guī)律確定熱處理前的零件尺寸。當(dāng)熱處理是零件工藝流程中的中間工序時(shí)，熱處理前零件的預(yù)留加工余量應(yīng)為機(jī)加工余量和熱處理變形量之和。
2 熱處理技術(shù)要求的標(biāo)注
熱處理零件在其圖樣上標(biāo)注熱處理技術(shù)要求是機(jī)械制圖的重要內(nèi)容，正確、清楚、完整、合理地標(biāo)注熱處理技術(shù)要求，對熱處理質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。
在零件圖樣上標(biāo)注的熱處理技術(shù)要求，是指成品零件熱處理最終狀態(tài)所應(yīng)具有的性能要求和應(yīng)達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)。以正火、退火、回火、調(diào)質(zhì)等作為最終熱處理狀態(tài)的零件，硬度要求通常以布氏硬度或洛氏硬度表示，特定場合，用其他適應(yīng)的硬度種類表示。對于其他力學(xué)性能要求，應(yīng)注明其技術(shù)指標(biāo)和取樣方法和取樣位置。對于大型鍛件、鑄件的不同部位、不同方向的不同性能要求也應(yīng)在圖樣上注明。對于以試樣表征零件熱處理結(jié)果的，還要對試樣尺寸做嚴(yán)格規(guī)定，力求隨爐試樣的處理過程與工件一致。
熱處理技術(shù)要求的指標(biāo)一般以范圍表示，可以標(biāo)出上下限值，如60-65HRC，也可以以下偏差為零再加上上偏差表示，如60
HRC。特殊情況下也可以只標(biāo)注下限值或上限值，此時(shí)應(yīng)寫明“不小于”或“不大于”或用符號“≥”“≤”表示。例如：不大于229HBW或≤229HBW。在同一產(chǎn)品或部件的所有零件圖樣上，必須采用統(tǒng)一表達(dá)形式。
對局部熱處理的零件，在技術(shù)要求的文字說明中要寫明“局部熱處理”。在需要熱處理的部位用粗點(diǎn)劃線框出，如果是軸對稱零件，在不致引起誤會(huì)的情況下，可以用一根粗點(diǎn)劃線畫在熱處理部分外側(cè)表示。參見圖1、圖2。
▲圖1 局部熱處理在圖樣上標(biāo)注案例
a） 范圍標(biāo)注法 b）偏差標(biāo)注法
如果零件形狀復(fù)雜或者容易與其它工藝標(biāo)注混淆，標(biāo)注熱處理技術(shù)要求有困難，文字說明也很難說清楚時(shí)，需要加附圖專門對熱處理要求進(jìn)行標(biāo)注。
對于表面淬火零件，除要標(biāo)注表面和心部硬度之外，還要標(biāo)注有效硬化層深度。例如圖2 所示零件，這是一個(gè)局部感應(yīng)加熱零件，離軸左端15±5mm處開始，在長30mm一段內(nèi)感應(yīng)長加熱淬火并回火，表面620~780HV30，有效硬化層深度DS=0.8-1.6mm。（注：DS表示感應(yīng)淬火有效硬化層）
▲圖2 表面淬火零件熱處理技術(shù)要求標(biāo)實(shí)例
對于滲碳、氮碳共滲和滲氮、氮碳共滲零件，也要標(biāo)注表面和心部硬度、有效硬化層深度，還要標(biāo)注出不允許滲上及不允許硬化的部位。如圖3、圖4 所示。圖3 表示一個(gè)局部滲碳零件，要求滲碳并淬火回火部位用粗點(diǎn)劃線框出，其表面硬度57-63HRC，有效硬化層深度DC =1.2-1.9mm（注：DC表示滲碳淬火有效硬化層）；虛線框出部分表示可滲碳淬硬也可不滲碳淬火。而未標(biāo)出部分表示不允許滲碳，也不允許淬硬硬。
圖4 表示一個(gè)整體滲氮零件，表面硬度850-950HV10有效硬化層深度DN =0.3-0.4mm，滲層脆性等級不大于3級。（注：DN表示氮化硬化層）
▲圖3 滲碳淬火零件熱處理技術(shù)要求標(biāo)注實(shí)例
▲圖4 滲氮零件技術(shù)要求標(biāo)注實(shí)例
3 熱處理技術(shù)要求的審查
零件圖樣上標(biāo)注的熱處理技術(shù)要求，是設(shè)計(jì)者對該零件提出的熱處理質(zhì)量要求，也是編制熱處理工藝和進(jìn)行熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)的主要依據(jù)。所以，在零件圖樣上標(biāo)注的熱處理技術(shù)要求，應(yīng)全面、準(zhǔn)確地反映出設(shè)計(jì)者對零件的熱處理方面設(shè)計(jì)意圖。同時(shí)也必須為熱處理工作者所接受，能在熱處理生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。為此，對零件熱處理方面的技術(shù)要求應(yīng)該經(jīng)過熱處理工藝人員審查會(huì)簽。
熱處理技術(shù)要求審查項(xiàng)目和內(nèi)容主要包括：熱處理技術(shù)要求指標(biāo)、零件熱處理工藝性、熱處理工藝的合理性、經(jīng)濟(jì)性、熱處理零件的成組加工性，以及熱處理工序安排的合理性。詳述如下：
3.1 熱處理技術(shù)要求指標(biāo)：
1）熱處理技術(shù)要求指標(biāo)應(yīng)合理，具有熱處理可行性。
2）熱處理技術(shù)要求指標(biāo)應(yīng)正確。考慮到零件服役條件和結(jié)構(gòu)要素，同一零件不同部位的技術(shù)要求可以不同，如帶螺紋零件的螺紋部分不應(yīng)淬硬或淬硬后再做局部回火降低硬度，以減小應(yīng)力集中和缺口敏感性；同一零件可以采用不同熱處理工藝，技術(shù)要求指標(biāo)可能相同也可能有所差異。
3）熱處理技術(shù)要求指標(biāo)要完整。根據(jù)零件的重要性和質(zhì)量要求，各種不同零件的技術(shù)要求不同。特別對于重要件有多項(xiàng)技術(shù)要求的，應(yīng)逐一注明。
4）熱處理技術(shù)要求指標(biāo)與使用性能、代用性能要一致。特別注意硬度與其他性能的關(guān)系，并選擇合適的硬度表示法。
5）熱處理技術(shù)要求指標(biāo)標(biāo)注應(yīng)明確，不要給工藝或現(xiàn)場操作帶來誤會(huì)。
3.2 零件的熱處理工藝性：
1）技術(shù)要求和熱處理工藝應(yīng)與企業(yè)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)（包括委外）條件相適應(yīng)。
2）熱處理工藝應(yīng)與工藝路線中相關(guān)工序相適配。
3）零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)是否考慮了熱處理工藝性，是否避免了熱處理工藝性中的有害結(jié)構(gòu)。
4）尤其需要協(xié)助設(shè)計(jì)人員解決零件結(jié)構(gòu)形狀帶來的工藝性問題。
3.3 熱處理工藝的合理性、先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性：
按照零件技術(shù)要求，根據(jù)本企業(yè)現(xiàn)狀設(shè)計(jì)合理的熱處理工藝，在保證性能和質(zhì)量的前提下，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、生產(chǎn)安全是熱處理工藝人員的職責(zé)。而設(shè)計(jì)人員一般不適宜規(guī)定熱處理工藝方法。
3.4 熱處理零件的成組加工性：
把形狀、尺寸及技術(shù)要求相近的零件歸并成組，統(tǒng)一要求，使單件小批量生產(chǎn)變成批量生產(chǎn)。這樣就會(huì)提高生產(chǎn)效率、降低成本。這當(dāng)中不同零件，相同或相近材料，熱處理技術(shù)要求又相近時(shí)，要提出統(tǒng)一歸并意見，在圖樣中也要做相應(yīng)的統(tǒng)一性修改。
3.5 熱處理工序安排的合理性：
1）對于調(diào)質(zhì)零件，要求硬度較低時(shí)(170-230HBW)，可先調(diào)質(zhì)后機(jī)械加工；而要求硬度較高時(shí)(>285HBW)，可先粗加工后調(diào)質(zhì)。大批量生產(chǎn)時(shí)，可用
鍛造余熱調(diào)質(zhì)代替單獨(dú)調(diào)質(zhì)。
但是，即使是硬度要求較低的調(diào)質(zhì)零件，也需要兼顧材料的淬透性和加工余量。否則，低淬透性得到的淺薄調(diào)質(zhì)層，被后續(xù)大余量加工去除，使調(diào)質(zhì)形同虛設(shè)。例如：45鋼零件，當(dāng)尺寸大于20mm時(shí)，其有效的淬火深度也不會(huì)超過3mm，當(dāng)余量≥3mm時(shí)，基本上淬火回火所得到的調(diào)質(zhì)層都被加工去除了，從而得不到調(diào)質(zhì)處理應(yīng)有的性能。
2）一般情況下可在毛坯生產(chǎn)后直接進(jìn)行預(yù)備熱處理，可避免零件不必要的周轉(zhuǎn)，還可利用余熱，降低成本，提高生產(chǎn)率。
3）形狀復(fù)雜、精度要求較高的零件，化學(xué)熱處理零件，感應(yīng)加熱淬火零件等，都應(yīng)進(jìn)行預(yù)備熱處理。這有利于減少熱處理變形，還可為后續(xù)熱處理作好組織準(zhǔn)備。
4）大批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件毛坯，在成型前應(yīng)進(jìn)行球化退火，這樣會(huì)降低成本，提高質(zhì)量。
5）大型鑄件為穩(wěn)定尺寸、保證精度，應(yīng)進(jìn)行一次或多次時(shí)效處理。
6）精度要求高的零件，在機(jī)械加工工序完成后，應(yīng)安排去應(yīng)力退火或時(shí)效處理，以及時(shí)消除加工應(yīng)力。
7）重要焊接件在焊后應(yīng)安排去應(yīng)力退火，消除應(yīng)力和除氣，改善組織。
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