金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。
 

 

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互相銜接，不可間斷。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。

 

整體熱處理

 

整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。

 

退火：

 

是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。

 

正火：

 

是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善低碳材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為終熱處理。

 

淬火：

 

是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。

 

回火：

 

為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻。

 

“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝 。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。

 

把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。

 

表面熱處理

 

只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。

 

化學(xué)熱處理

 

通過改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分。化學(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時(shí)間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝如淬火及回火。化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。

 

熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。它可以控制工件的各種性能 ，如耐磨、耐腐蝕、磁性能等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)行各種冷、熱加工。例如白口鑄鐵經(jīng)過長時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。

 

退火和回火的區(qū)別

 

退火與回火的區(qū)別在于：（簡單地說，退火就是不要硬度，回火還保留一定硬度）。

 

回火：

 

高溫回火所得組織為回火索氏體。回火一般不單獨(dú)使用，在零件淬火處理后進(jìn)行回火，主要目的是消除淬火應(yīng)力，得到要求的組織，回火根據(jù)回火溫度的不同分為低溫、中溫和高溫回火。分別得到回火馬氏體、屈氏體和索氏體。其中淬火后進(jìn)行高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類。回火后硬度一般為HB200－330。

 

退火：

 

退火過程中發(fā)生得是珠光體轉(zhuǎn)變，退火的主要目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，為后續(xù)加工和終熱處理做準(zhǔn)備。去應(yīng)力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火工藝。鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力，如不及時(shí)消除，將使工件在加工和使用過程中發(fā)生變形，影響工件精度。采用去應(yīng)力退火消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力十分重要。去應(yīng)力退火的加熱溫度低于相變溫度，因此，在整個(gè)熱處理過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中自然消除的。為了使工件內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底，在加熱時(shí)應(yīng)控制加熱溫度。一般是低溫進(jìn)爐，然后以100℃/h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度。焊接件得加熱溫度應(yīng)略高于600℃。保溫時(shí)間視情況而定，通常為2～4h。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時(shí)間取上限，冷卻速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能出爐空冷。時(shí)效處理可分為自然時(shí)效和人工時(shí)效兩種自然時(shí)效是將鑄件置于露天場地半年以上，便其緩緩地發(fā)生，從而使殘余應(yīng)力消除或減少，人工時(shí)效是將鑄件加熱到550～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它比自然時(shí)效節(jié)省時(shí)間，殘余應(yīng)力去除較為徹底。

 

什么叫回火？

 

回火是將淬火后的金屬成材或零件加熱到某一溫度，保溫一定時(shí)間后，以一定方式冷卻的熱處理工藝，回火是淬火后緊接著進(jìn)行的一種操作，通常也是工件進(jìn)行熱處理的后一道工序，因而把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為終熱處理。淬火與回火的主要目的是：

 

1）減少內(nèi)應(yīng)力和降低脆性，淬火件存在著很大的應(yīng)力和脆性，如沒有及時(shí)回火往往會(huì)產(chǎn)生變形甚至開裂。

 

2）調(diào)整工件的機(jī)械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求，可以通過回火來調(diào)整，硬度，強(qiáng)度，塑性和韌性。

 

3）穩(wěn)定工件尺寸。通過回火可使金相組織趨于穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。

 

4）改善某些合金鋼的切削性能。

 

在生產(chǎn)中，常根據(jù)對(duì)工件性能的要求。按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火，中溫回火，和高溫回火。淬火和隨后的高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)，即在具有高度強(qiáng)度的同時(shí)，又有好的塑性韌性。主要用于處理隨較大載荷的機(jī)器結(jié)構(gòu)零件，如機(jī)床主軸，汽車后橋半軸，強(qiáng)力齒輪等。

 

什么叫淬火？

 

淬火是把金屬成材或零件加熱到相變溫度以上，保溫后，以大于臨界冷卻速度的急劇冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。淬火是為了得到馬氏體組織，再經(jīng)回火后，使工件獲得良好的使用性能，以充分發(fā)揮材料的潛力。其主要目的是：

 

1）提高金屬成材或零件的機(jī)械性能。例如：提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，提高軸類零件的綜合機(jī)械性能等。

 

2）改善某些特殊鋼的材料性能或化學(xué)性能。如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。

 

淬火冷卻時(shí)，除需合理選用淬火介質(zhì)外，還要有正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火，雙液淬火，分級(jí)淬火、等溫淬火，局部淬火等。

 

“四把火”的區(qū)別與聯(lián)系

 

正火有以下目的和用途。

 

① 對(duì)亞共析鋼，正火用以消除鑄、鍛、焊件的過熱粗晶組織和魏氏組織，軋材中的帶狀組織；細(xì)化晶粒；并可作為淬火前的預(yù)先熱處理。

 

② 對(duì)過共析鋼，正火可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細(xì)化，不但改善機(jī)械性能，而且有利于以后的球化退火。

 

③ 對(duì)低碳深沖薄鋼板，正火可以消除晶界的游離滲碳體，以改善其深沖性能。

 

④ 對(duì)低碳鋼和低碳低合金鋼，采用正火，可得到較多的細(xì)片狀珠光體組織，使硬度增高到HB140-190，避免切削時(shí)的“粘刀”現(xiàn)象，改善切削加工性。對(duì)中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場合下，用正火更為經(jīng)濟(jì)和方便。

 

⑤ 對(duì)普通中碳結(jié)構(gòu)鋼，在力學(xué)性能要求不高的場合下，可用正火代替淬火加高溫回火，不僅操作簡便，而且使鋼材的組織和尺寸穩(wěn)定。

 

⑥ 高溫正火(Ac3以上150～200℃)由于高溫下擴(kuò)散速度較高,可以減少鑄件和鍛件的成分偏析。高溫正火后的粗大晶粒可通過隨后第二次較低溫度的正火予以細(xì)化。

 

⑦ 對(duì)某些用于汽輪機(jī)和鍋爐的低、中碳合金鋼，常采用正火以獲得貝氏體組織，再經(jīng)高溫回火，用于400～550℃時(shí)具有良好的抗蠕變能力。

 

⑧ 除鋼件和鋼材以外，正火還廣泛用于球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強(qiáng)度。

 

由于正火的特點(diǎn)是空氣冷卻，因而環(huán)境氣溫、堆放方式、氣流及工件尺寸對(duì)正火后的組織和性能均有影響。正火組織還可作為合金鋼的一種分類方法。通常根據(jù)直徑為25毫米的試樣加熱到900℃后,空冷得到的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。

 

退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火熱處理分為完全退火，不完全退火和去應(yīng)力退火。退火材料的力學(xué)性能可以用拉伸試驗(yàn)來檢測，也可以用硬度試驗(yàn)來檢測。許多鋼材都是以退火熱處理狀態(tài)供貨的，鋼材硬度檢測可以采用洛氏硬度計(jì)，測試HRB硬度，對(duì)于較薄的鋼板、鋼帶以及薄壁鋼管，可以采用表面洛氏硬度計(jì)，檢測HRT硬度。

 

退火的目的在于：

 

① 改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。

 

② 軟化工件以便進(jìn)行切削加工。

 

③ 細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能。

 

④ 為終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。

 

常用的退火工藝有：

 

① 完全退火。用以細(xì)化中、低碳鋼經(jīng)鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，在冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變，即可使鋼的組織變細(xì)。

 

② 球化退火。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃，保溫后緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙睿瑥亩档土擞捕取?/div>