零件設計在確定了材料后，還要正確提出熱處理技術要求，并在圖樣上正確地標注出來。熱處理技術要求，是指熱處理質(zhì)量的檢驗指標，除硬度和其它力學性能指標外，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。
熱處理技術要求的正確提出和正確標注，是一個合格熱處理工作者的基本素質(zhì)，也是在設計會審環(huán)節(jié)發(fā)表專業(yè)意見的基本依據(jù)。
1 熱處理技術要求的確定
1.1 硬度和其它力學性能的要求
由于硬度試驗簡便快捷，又不破壞零件，而且硬度與強度等其它力學性能有一定對應關系。可以間接反映其他力學性能，因此，硬度成為熱處理質(zhì)量檢驗最重要的指標，不少零件還是唯一的技術要求。
對于重要受力件，除有硬度要求外，還有強度極限、屈服強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，還有應力腐蝕、臨界應力強度因子等要求。
在確定硬度以及力學性能指標時，要注意強度與韌性的合理配合，避免忽視韌性或過分追求韌性指標的偏向；注意組合件強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，汽車后橋主動齒輪的表面硬度一般要比被動齒輪高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、心部硬度的關系，使心部與表面達到最優(yōu)匹配，適合零件的工作條件；由于材料強度、結構強度和系統(tǒng)強度三者不完全一致，所以設計中要處理好這三者的關系，對于某些重要零件，應根據(jù)模擬試驗確定所需要的力學性能指標。
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？這個指標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。首先要知道不同表面硬化工藝都有什么樣工藝的效果？設備造價、變形開裂傾向、實用范圍等有設么不同？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、壓應力高，硬化層組織為馬氏體+碳化物+殘奧，層深均勻；
性能特點是：硬度650~850HV（56~64HRC），耐磨性高，接觸、彎曲疲勞強度高，抗咬合性好；
變形開裂傾向性是：變形較大，不易開裂；
設備造價：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；
性能特點是：硬度700~850HV（58~64HRC），耐磨性高，接觸、彎曲疲勞強度高，抗咬合性好；
變形開裂傾向性是：變形較小，不易開裂；
設備造價：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；
性能特點是：硬度800~1200HV，耐磨性很高，接觸、彎曲疲勞強度高，抗咬合性最好；
變形開裂傾向性是：變形甚小，不易開裂；
設備造價：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、擴散層深0.3-0.5mm，表層硬化、壓應力高，硬化層組織為氮碳化合物+含氮固溶體，層深均勻；
性能特點是：硬度400~800HV，耐磨性較高，接觸、彎曲疲勞強度較高，抗咬合性最好；
變形開裂傾向性是：變形甚小，不易開裂；
設備造價：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、壓應力高，硬化層組織為馬氏體，層深均勻；
性能特點是：硬度600~850HV，耐磨性高，接觸、彎曲疲勞強度較高，抗咬合性較好；
變形開裂傾向性是：變形甚小，不易開裂；
設備造價：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、壓應力高，硬化層組織為硼化物，層深均勻；
性能特點是：硬度1200~1800HV，耐磨性極高，接觸、彎曲疲勞強度較高，抗咬合性最好；
變形開裂傾向性是：變形大，表層脆；
設備造價：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)零件的設計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，應該根據(jù)零件的工作條件適當選擇深度，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上偏差
▼表4 推薦的滲氮有效層深度分級及相應上偏
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的要求，并且基本都有相應的國標、行標來詳細規(guī)范。例如：
中碳鋼與中碳合金結構鋼馬氏體等級（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（GB /T 25744），
滲氮金相組織檢驗（GB/T 11354），
鋼件感應淬火金相檢驗（JB/T9204），
鋼鐵零件滲金屬層金相檢驗（JB/T5069），
球墨鑄鐵熱處理工藝及質(zhì)量檢驗（JB/T 6051）。等等。
這些都要在相應的熱處理技術要求中明確注明標準號、合格級別要求。
1.4 熱處理變形量要求
由于熱處理是一個加熱、冷卻過程，并伴隨有相變發(fā)生，所以熱處理必然會產(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)量的重要指標之一。
當熱處理是零件加工過程的最后一道工序時，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。當熱處理是零件工藝流程中的中間工序時，熱處理前零件的預留加工余量應為機加工余量和熱處理變形量之和。
2 熱處理技術要求的標注
熱處理零件在其圖樣上標注熱處理技術要求是機械制圖的重要內(nèi)容，正確、清楚、完整、合理地標注熱處理技術要求，對熱處理質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。
在零件圖樣上標注的熱處理技術要求，是指成品零件熱處理最終狀態(tài)所應具有的性能要求和應達到的技術指標。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，用其他適應的硬度種類表示。對于其他力學性能要求，應注明其技術指標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在圖樣上注明。對于以試樣表征零件熱處理結果的，還要對試樣尺寸做嚴格規(guī)定，力求隨爐試樣的處理過程與工件一致。
熱處理技術要求的指標一般以范圍表示，可以標出上下限值，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注下限值或上限值，此時應寫明“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)一表達形式。
對局部熱處理的零件，在技術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劃線框出，如果是軸對稱零件，在不致引起誤會的情況下，可以用一根粗點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注案例
a） 范圍標注法 b）偏差標注法
如果零件形狀復雜或者容易與其它工藝標注混淆，標注熱處理技術要求有困難，文字說明也很難說清楚時，需要加附圖專門對熱處理要求進行標注。
對于表面淬火零件，除要標注表面和心部硬度之外，還要標注有效硬化層深度。例如圖2 所示零件，這是一個局部感應加熱零件，離軸左端15±5mm處開始，在長30mm一段內(nèi)感應長加熱淬火并回火，表面620~780HV30，有效硬化層深度DS=0.8-1.6mm。（注：DS表示感應淬火有效硬化層）
▲圖2 表面淬火零件熱處理技術要求標實例
對于滲碳、氮碳共滲和滲氮、氮碳共滲零件，也要標注表面和心部硬度、有效硬化層深度，還要標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 表示一個局部滲碳零件，要求滲碳并淬火回火部位用粗點劃線框出，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。而未標出部分表示不允許滲碳，也不允許淬硬硬。
圖4 表示一個整體滲氮零件，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要求標注實例
▲圖4 滲氮零件技術要求標注實例
3 熱處理技術要求的審查
零件圖樣上標注的熱處理技術要求，是設計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行熱處理質(zhì)量檢驗的主要依據(jù)。所以，在零件圖樣上標注的熱處理技術要求，應全面、準確地反映出設計者對零件的熱處理方面設計意圖。同時也必須為熱處理工作者所接受，能在熱處理生產(chǎn)中實現(xiàn)。為此，對零件熱處理方面的技術要求應該經(jīng)過熱處理工藝人員審查會簽。
熱處理技術要求審查項目和內(nèi)容主要包括：熱處理技術要求指標、零件熱處理工藝性、熱處理工藝的合理性、經(jīng)濟性、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 熱處理技術要求指標：
1）熱處理技術要求指標應合理，具有熱處理可行性。
2）熱處理技術要求指標應正確。考慮到零件服役條件和結構要素，同一零件不同部位的技術要求可以不同，如帶螺紋零件的螺紋部分不應淬硬或淬硬后再做局部回火降低硬度，以減小應力集中和缺口敏感性；同一零件可以采用不同熱處理工藝，技術要求指標可能相同也可能有所差異。
3）熱處理技術要求指標要完整。根據(jù)零件的重要性和質(zhì)量要求，各種不同零件的技術要求不同。特別對于重要件有多項技術要求的，應逐一注明。
4）熱處理技術要求指標與使用性能、代用性能要一致。特別注意硬度與其他性能的關系，并選擇合適的硬度表示法。
5）熱處理技術要求指標標注應明確，不要給工藝或現(xiàn)場操作帶來誤會。
3.2 零件的熱處理工藝性：
1）技術要求和熱處理工藝應與企業(yè)現(xiàn)實生產(chǎn)（包括委外）條件相適應。
2）熱處理工藝應與工藝路線中相關工序相適配。
3）零件結構設計時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構。
4）尤其需要協(xié)助設計人員解決零件結構形狀帶來的工藝性問題。
3.3 熱處理工藝的合理性、先進性、經(jīng)濟性：
按照零件技術要求，根據(jù)本企業(yè)現(xiàn)狀設計合理的熱處理工藝，在保證性能和質(zhì)量的前提下，做到技術先進、經(jīng)濟合理、生產(chǎn)安全是熱處理工藝人員的職責。而設計人員一般不適宜規(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)。這樣就會提高生產(chǎn)效率、降低成本。這當中不同零件，相同或相近材料，熱處理技術要求又相近時，要提出統(tǒng)一歸并意見，在圖樣中也要做相應的統(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(170-230HBW)，可先調(diào)質(zhì)后機械加工；而要求硬度較高時(>285HBW)，可先粗加工后調(diào)質(zhì)。大批量生產(chǎn)時，可用
鍛造余熱調(diào)質(zhì)代替單獨調(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。例如：45鋼零件，當尺寸大于20mm時，其有效的淬火深度也不會超過3mm，當余量≥3mm時，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)處理應有的性能。
2）一般情況下可在毛坯生產(chǎn)后直接進行預備熱處理，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）形狀復雜、精度要求較高的零件，化學熱處理零件，感應加熱淬火零件等，都應進行預備熱處理。這有利于減少熱處理變形，還可為后續(xù)熱處理作好組織準備。
4）大批量生產(chǎn)的標準件毛坯，在成型前應進行球化退火，這樣會降低成本，提高質(zhì)量。
5）大型鑄件為穩(wěn)定尺寸、保證精度，應進行一次或多次時效處理。
6）精度要求高的零件，在機械加工工序完成后，應安排去應力退火或時效處理，以及時消除加工應力。
7）重要焊接件在焊后應安排去應力退火，消除應力和除氣，改善組織。
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