钢铁铸造行业必學(xué)的热处理(lǐ)知识，收藏吧！
日期：2019-05-28 / 人气：
金属热处理(lǐ)是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理(lǐ)一般不改变工件的形状和整體(tǐ)的化學(xué)成分(fēn)，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化學(xué)成分(fēn)，赋予或改善工件的使用(yòng)性能(néng)。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能(néng)看到的。
热处理(lǐ)工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有(yǒu)时只有(yǒu)加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可(kě)间断。金属热处理(lǐ)工艺大體(tǐ)可(kě)分(fēn)為(wèi)整體(tǐ)热处理(lǐ)、表面热处理(lǐ)、局部热处理(lǐ)和化學(xué)热处理(lǐ)等。
整體(tǐ)热处理(lǐ)
整體(tǐ)热处理(lǐ)是对工件整體(tǐ)加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整體(tǐ)力學(xué)性能(néng)的金属热处理(lǐ)工艺。钢铁整體(tǐ)热处理(lǐ)大致有(yǒu)退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。退火、正火、淬火、回火是整體(tǐ)热处理(lǐ)中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用(yòng)，缺一不可(kě)。
退火：
是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用(yòng)不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能(néng)和使用(yòng)性能(néng)，或者為(wèi)进一步淬火作组织准备。
正火：
是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用(yòng)于改善低碳材料的切削性能(néng)，也有(yǒu)时用(yòng)于对一些要求不高的零件作為(wèi)终热处理(lǐ)。
淬火：
是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有(yǒu)机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。
回火：
為(wèi)了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行長(cháng)时间的保温，再进行冷却。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又(yòu)演变出不同的热处理(lǐ)工艺 。為(wèi)了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称為(wèi)调质。某些合金淬火形成过饱和固溶體(tǐ)后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较長(cháng)时间，以提高合金的硬度、强度或電(diàn)性磁性等。这样的热处理(lǐ)工艺称為(wèi)时效处理(lǐ)。
把压力加工形变与热处理(lǐ)有(yǒu)效而紧密地结合起来进行，使工件获得很(hěn)好的强度、韧性配合的方法称為(wèi)形变热处理(lǐ)；在负压气氛或真空中进行的热处理(lǐ)称為(wèi)真空热处理(lǐ)，它不仅能(néng)使工件不氧化，不脱碳，保持处理(lǐ)后工件表面光洁，提高工件的性能(néng)，还可(kě)以通入渗剂进行化學(xué)热处理(lǐ)。
表面热处理(lǐ)
只加热工件表层，以改变其表层力學(xué)性能(néng)的金属热处理(lǐ)工艺。為(wèi)了只加热工件表层而不使过多(duō)的热量传入工件内部，使用(yòng)的热源须具有(yǒu)高的能(néng)量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能(néng)，使工件表层或局部能(néng)短时或瞬时达到高温。表面热处理(lǐ)的主要方法有(yǒu)火焰淬火和感应加热热处理(lǐ)，常用(yòng)的热源有(yǒu)氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应電(diàn)流、激光和電(diàn)子束等。
化學(xué)热处理(lǐ)
通过改变工件表层化學(xué)成分(fēn)、组织和性能(néng)的金属热处理(lǐ)工艺。化學(xué)热处理(lǐ)与表面热处理(lǐ)不同之处是后者改变了工件表层的化學(xué)成分(fēn)。化學(xué)热处理(lǐ)是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气體(tǐ)、液體(tǐ)、固體(tǐ))中加热，保温较長(cháng)时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有(yǒu)时还要进行其它热处理(lǐ)工艺如淬火及回火。化學(xué)热处理(lǐ)的主要方法有(yǒu)渗碳、渗氮、渗金属。
热处理(lǐ)是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。它可(kě)以控制工件的各种性能(néng) ，如耐磨、耐腐蚀、磁性能(néng)等。还可(kě)以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。例如白口铸铁经过長(cháng)时间退火处理(lǐ)可(kě)以获得可(kě)锻铸铁，提高塑性；齿轮采用(yòng)正确的热处理(lǐ)工艺，使用(yòng)寿命可(kě)以比不经热处理(lǐ)的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有(yǒu)某些价昂的合金钢性能(néng)，可(kě)以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理(lǐ)方可(kě)使用(yòng)。
退火和回火的區(qū)别
退火与回火的區(qū)别在于：（简单地说，退火就是不要硬度，回火还保留一定硬度）。
回火：
高温回火所得组织為(wèi)回火索氏體(tǐ)。回火一般不单独使用(yòng)，在零件淬火处理(lǐ)后进行回火，主要目的是消除淬火应力，得到要求的组织，回火根据回火温度的不同分(fēn)為(wèi)低温、中温和高温回火。分(fēn)别得到回火马氏體(tǐ)、屈氏體(tǐ)和索氏體(tǐ)。其中淬火后进行高温回火相结合的热处理(lǐ)称為(wèi)调质处理(lǐ)，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能(néng)。因此，广泛用(yòng)于汽車(chē)，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般為(wèi)HB200－330。
退火：
退火过程中发生得是珠光體(tǐ)转变，退火的主要目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，為(wèi)后续加工和终热处理(lǐ)做准备。去应力退火是為(wèi)了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺。锻造、铸造、焊接以及切削加工后的工件内部存在内应力，如不及时消除，将使工件在加工和使用(yòng)过程中发生变形，影响工件精度。采用(yòng)去应力退火消除加工过程中产生的内应力十分(fēn)重要。去应力退火的加热温度低于相变温度，因此，在整个热处理(lǐ)过程中不发生组织转变。内应力主要是通过工件在保温和缓冷过程中自然消除的。為(wèi)了使工件内应力消除得更彻底，在加热时应控制加热温度。一般是低温进炉，然后以100℃/h左右得加热速度加热到规定温度。焊接件得加热温度应略高于600℃。保温时间视情况而定，通常為(wèi)2～4h。铸件去应力退火的保温时间取上限，冷却速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能(néng)出炉空冷。时效处理(lǐ)可(kě)分(fēn)為(wèi)自然时效和人工时效两种自然时效是将铸件置于露天场地半年以上，便其缓缓地发生，从而使残余应力消除或减少，人工时效是将铸件加热到550～650℃进行去应力退火，它比自然时效节省时间，残余应力去除较為(wèi)彻底。
什么叫回火？
回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一定方式冷却的热处理(lǐ)工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件进行热处理(lǐ)的后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称為(wèi)终热处理(lǐ)。淬火与回火的主要目的是：
1）减少内应力和降低脆性，淬火件存在着很(hěn)大的应力和脆性，如没有(yǒu)及时回火往往会产生变形甚至开裂。
2）调整工件的机械性能(néng)，工件淬火后，硬度高，脆性大，為(wèi)了满足各种工件不同的性能(néng)要求，可(kě)以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。
3）稳定工件尺寸。通过回火可(kě)使金相组织趋于稳定，以保证在以后的使用(yòng)过程中不再发生变形。
4）改善某些合金钢的切削性能(néng)。
在生产中，常根据对工件性能(néng)的要求。按加热温度的不同，把回火分(fēn)為(wèi)低温回火，中温回火，和高温回火。淬火和随后的高温回火相结合的热处理(lǐ)工艺称為(wèi)调质，即在具有(yǒu)高度强度的同时，又(yòu)有(yǒu)好的塑性韧性。主要用(yòng)于处理(lǐ)随较大载荷的机器结构零件，如机床主轴，汽車(chē)后桥半轴，强力齿轮等。
什么叫淬火？
淬火是把金属成材或零件加热到相变温度以上，保温后，以大于临界冷却速度的急剧冷却，以获得马氏體(tǐ)组织的热处理(lǐ)工艺。淬火是為(wèi)了得到马氏體(tǐ)组织，再经回火后，使工件获得良好的使用(yòng)性能(néng)，以充分(fēn)发挥材料的潜力。其主要目的是：
1）提高金属成材或零件的机械性能(néng)。例如：提高工具、轴承等的硬度和耐磨性，提高弹簧的弹性极限，提高轴类零件的综合机械性能(néng)等。
2）改善某些特殊钢的材料性能(néng)或化學(xué)性能(néng)。如提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性等。
淬火冷却时，除需合理(lǐ)选用(yòng)淬火介质外，还要有(yǒu)正确的淬火方法，常用(yòng)的淬火方法，主要有(yǒu)单液淬火，双液淬火，分(fēn)级淬火、等温淬火，局部淬火等。
“四把火”的區(qū)别与联系
正火有(yǒu)以下目的和用(yòng)途。
① 对亚共析钢，正火用(yòng)以消除铸、锻、焊件的过热粗晶组织和魏氏组织，轧材中的带状组织；细化晶粒；并可(kě)作為(wèi)淬火前的预先热处理(lǐ)。
② 对过共析钢，正火可(kě)以消除网状二次渗碳體(tǐ)，并使珠光體(tǐ)细化，不但改善机械性能(néng)，而且有(yǒu)利于以后的球化退火。
③ 对低碳深冲薄钢板，正火可(kě)以消除晶界的游离渗碳體(tǐ)，以改善其深冲性能(néng)。
④ 对低碳钢和低碳低合金钢，采用(yòng)正火，可(kě)得到较多(duō)的细片状珠光體(tǐ)组织，使硬度增高到HB140-190，避免切削时的“粘刀(dāo)”现象，改善切削加工性。对中碳钢，在既可(kě)用(yòng)正火又(yòu)可(kě)用(yòng)退火的场合下，用(yòng)正火更為(wèi)经济和方便。
⑤ 对普通中碳结构钢，在力學(xué)性能(néng)要求不高的场合下，可(kě)用(yòng)正火代替淬火加高温回火，不仅操作简便，而且使钢材的组织和尺寸稳定。
⑥ 高温正火(Ac3以上150～200℃)由于高温下扩散速度较高,可(kě)以减少铸件和锻件的成分(fēn)偏析。高温正火后的粗大晶粒可(kě)通过随后第二次较低温度的正火予以细化。
⑦ 对某些用(yòng)于汽轮机和锅炉的低、中碳合金钢，常采用(yòng)正火以获得贝氏體(tǐ)组织，再经高温回火，用(yòng)于400～550℃时具有(yǒu)良好的抗蠕变能(néng)力。
⑧ 除钢件和钢材以外，正火还广泛用(yòng)于球墨铸铁热处理(lǐ)，使其获得珠光體(tǐ)基體(tǐ)，提高球墨铸铁的强度。
由于正火的特点是空气冷却，因而环境气温、堆放方式、气流及工件尺寸对正火后的组织和性能(néng)均有(yǒu)影响。正火组织还可(kě)作為(wèi)合金钢的一种分(fēn)类方法。通常根据直径為(wèi)25毫米的试样加热到900℃后,空冷得到的组织，将合金钢分(fēn)為(wèi)珠光體(tǐ)钢、贝氏體(tǐ)钢、马氏體(tǐ)钢和奥氏體(tǐ)钢。
退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却的一种金属热处理(lǐ)工艺。退火热处理(lǐ)分(fēn)為(wèi)完全退火，不完全退火和去应力退火。退火材料的力學(xué)性能(néng)可(kě)以用(yòng)拉伸试验来检测，也可(kě)以用(yòng)硬度试验来检测。许多(duō)钢材都是以退火热处理(lǐ)状态供货的，钢材硬度检测可(kě)以采用(yòng)洛氏硬度计，测试HRB硬度，对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管，可(kě)以采用(yòng)表面洛氏硬度计，检测HRT硬度。
退火的目的在于：
① 改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。
② 软化工件以便进行切削加工。
③ 细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能(néng)。
④ 為(wèi)终热处理(lǐ)（淬火、回火）作好组织准备。
常用(yòng)的退火工艺有(yǒu)：
① 完全退火。用(yòng)以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力學(xué)性能(néng)不佳的粗大过热组织。将工件加热到铁素體(tǐ)全部转变為(wèi)奥氏體(tǐ)的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏體(tǐ)再次发生转变，即可(kě)使钢的组织变细。
② 球化退火。用(yòng)以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏體(tǐ)的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光體(tǐ)中的片层状渗碳體(tǐ)变為(wèi)球状，从而降低了硬度。
③ 等温退火。用(yòng)以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。一般先以较快速度冷却到奥氏體(tǐ)不稳定的温度，保温适当时间，奥氏體(tǐ)转变為(wèi)托氏體(tǐ)或索氏體(tǐ)，硬度即可(kě)降 低。
④ 再结晶退火。用(yòng)以消除金属線(xiàn)材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般為(wèi)钢开始形成奥氏體(tǐ)的温度以下50～150℃ ，只有(yǒu)这样才能(néng)消除加工硬化效应使金属软化。
⑤ 石墨化退火。用(yòng)以使含有(yǒu)大量渗碳體(tǐ)的铸铁变成塑性良好的可(kě)锻铸铁。工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间后适当冷却，使渗碳體(tǐ)分(fēn)解形成团絮状石墨。
⑥ 扩散退火。用(yòng)以使合金铸件化學(xué)成分(fēn)均匀化，提高其使用(yòng)性能(néng)。方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可(kě)能(néng)高的温度，并長(cháng)时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分(fēn)布后缓冷。
⑦ 去应力退火。用(yòng)以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。对于钢铁制品加热后开始形成奥氏體(tǐ)的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可(kě)消除内应力。
淬火，金属和玻璃的一种热处理(lǐ)工艺。把合金制品或玻璃加热到一定温度，随即在水、油或空气中急速冷却，一般用(yòng)以提高合金的硬度和强度。通称“蘸火”。将经过淬火的工件重新(xīn)加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理(lǐ)。钢铁工件在淬火后具有(yǒu)以下特点：
① 得到了马氏體(tǐ)、贝氏體(tǐ)、残余奥氏體(tǐ)等不平衡（即不稳定）组织。
② 存在较大内应力。
③ 力學(xué)性能(néng)不能(néng)满足要求。因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。
回火的作用(yòng)在于：
① 提高组织稳定性，使工件在使用(yòng)过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能(néng)保持稳定。
② 消除内应力，以便改善工件的使用(yòng)性能(néng)并稳定工件几何尺寸。
③ 调整钢铁的力學(xué)性能(néng)以满足使用(yòng)要求。
回火之所以具有(yǒu)这些作用(yòng)，是因為(wèi)温度升高时，原子活动能(néng)力增强，钢铁中的铁、碳和其他(tā)合金元素的原子可(kě)以较快地进行扩散，实现原子的重新(xīn)排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变為(wèi)稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有(yǒu)关。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性提高。回火温度越高，这些力學(xué)性能(néng)的变化越大。有(yǒu)些合金元素含量较高的合金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小(xiǎo)的金属化合物(wù)，使强度和硬度上升。这种现象称為(wèi)二次硬化。
回火要求：用(yòng)途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用(yòng)中的要求。
① 刀(dāo)具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件通常在250℃以下进行低温回火。低温回火后硬度变化不大，内应力减小(xiǎo)，韧性稍有(yǒu)提高。
② 弹簧在350～500℃下中温回火，可(kě)获得较高的弹性和必要的韧性。
③ 中碳结构钢制作的零件通常在500～600℃进行高温回火，以获得适宜的强度与韧性的良好配合。
淬火加高温回火的热处理(lǐ)工艺总称為(wèi)调质。
钢在300℃左右回火时，常使其脆性增大，这种现象称為(wèi)第一类回火脆性。一般不应在这个温度區(qū)间回火。某些中碳合金结构钢在高温回火后，如果缓慢冷至室温，也易于变脆。这种现象称為(wèi)第二类回火脆性。在钢中加入钼，或回火时在油或水中冷却，都可(kě)以防止第二类回火脆性。将第二类回火脆性的钢重新(xīn)加热至原来的回火温度，便可(kě)以消除这种脆性。
一.钢的退火
概念：将钢加热、保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的工艺过程。
1、完全退火
工艺：加热Ac3以上30-50℃→保温→随炉冷到500度以下→空冷室温。
目的：细化晶粒，均匀组织 ，提高塑韧性，消除内应力，便于机械加工。
2、等温退火
工艺：加热Ac3以上→保温→快冷至珠光體(tǐ)转变温度→等温停留→转变為(wèi)P→出炉空冷；
目的：同上。但时间短，易控制，脱氧、脱碳小(xiǎo)。（适用(yòng)于过冷A比较稳定的合金钢及大型碳钢件）。
3、球化退火
概念：是使钢中的渗碳體(tǐ)球化的工艺过程。
对象：共析钢和过共析钢
工艺：
（1）等温球化退火加热Ac1以上20-30度→保温→迅速冷却到Ar1以下20度→等温→随炉冷至600度左右→出炉空冷。
（2）普通球化退火加热Ac1以上20-30度→保温→极缓慢冷却至600度左右→出炉空冷。（周期長(cháng)，效率低，不适用(yòng)）。
目的：降低硬度、提高塑韧性，便于切削加工。
机理(lǐ)：使片状或网状渗碳體(tǐ)变成颗粒状（球状）
说明：退火加热时，组织没有(yǒu)完全A化，所以又(yòu)称不完全退火。
4、去应力退火
工艺：加热到Ac1以下某一温度（500-650度）→保温→缓冷至室温。
目的：消除铸件、锻件、焊接件等的残余内应力，稳定工件尺寸。
二.钢的回火
工艺：将淬火后的钢重新(xīn)加热到A1以下某一温度保温，然后冷却（一般空冷)至室温。
目的：消除淬火产生的内应力，稳定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能(néng)。
力學(xué)性能(néng)：随着回火温度的升高，硬度、强度下降，塑性韧性升高。
1、低温回火：150-250℃ ，M回，减少内应力和脆性，提高塑韧性，有(yǒu)较高的硬度和耐磨性。用(yòng)于制作量具、刀(dāo)具和滚动轴承等。
2、中温回火：350-500℃ ，T回，具有(yǒu)较高的弹性，有(yǒu)一定的塑性和硬度。用(yòng)于制作弹簧、锻模等。
3、高温回火：500-650℃ ，S回，具有(yǒu)良好的综合力學(xué)性能(néng)。用(yòng)于制作齿轮、曲轴等。
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