热处理工艺——淬火、回火、正火、退火

为使金属工件具有所需要的工作性能，热处理工艺往往是必不可少的。

热处理
工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，因工艺的不同而分为淬火、回火、
正火、退火等
01什么叫淬火？
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快
冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷
却过程的热处理工艺称为淬火。

淬火的目的：
1）提高金属成材或零件的机械性能。

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等。

2）改善某些特殊钢的材料性能或化学性能。

如提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性等。

淬火冷却时，除需合理选用淬火介质外，还要有正确的淬火方法，常用的淬火
方法，主要有单液淬火，双液淬火，分级淬火、等温淬火，局部淬火等。

钢铁工件在淬火后具有以下特点：
① 得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。

② 存在较大内应力。

③ 力学性能不能满足要求。

因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火
02什么叫回火？
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
进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终处理。

淬火与回火的主要目的是：
1）减少内应力和降低脆性，淬火件存在着很大的应力和脆性，如没有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，工件淬火后，硬度高，脆性大，为了满足各种工件不同的性能要求，可以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。

3）稳定工件尺寸。

通过回火可使金相组织趋于稳定，以保证在以后的使用过程中不再发生变形。

4）改善某些合金钢的切削性能。

回火的作用在于：
① 提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。

② 消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。

③ 调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。

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，这些力学性能的变化越大。

有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的金属化合物，使强度和硬度上升。

这种现象称为二次硬化。

回火要求：用途不同的工件应在不同温度下回火，以满足使用中的要求。

① 刀具、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，韧性稍有提高。

② 弹簧在350～500℃下中温回火，可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。

钢在300℃左右回火时，常使其脆性增大，这种现象称为第一类回火脆性。

一
般不应在这个温度区间回火。

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。

这种现象称为第二类回火脆性。

在钢中加入钼，或回火
时在油或水中冷却，都可以防止第二类回火脆性。

将第二类回火脆性的钢重新
加热至原来的回火温度，便可以消除这种脆性。

在生产中，常根据对工件性能的要求。

按加热温度的不同，把回火分为低温回火，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工艺称为
调质，即在具有高度强度的同时，又有好的塑性韧性。

1）低温回火：150-250℃ ，M回，减少内应力和脆性，提高塑韧性，有较高的
硬度和耐磨性。

用于制作量具、刀具和滚动轴承等。

2）中温回火：350-500℃ ，T回，具有较高的弹性，有一定的塑性和硬度。

用
于制作弹簧、锻模等。

3）高温回火：500-650℃ ，S回，具有良好的综合力学性能。

用于制作齿轮、
曲轴等。

03什么是正火?
正火是一种改善钢材韧性的热处理。

将钢构件加热到Ac3温度以上30〜50℃后，保温一段时间出炉空冷。

主要特点是冷却速度快于退火而低于淬火，正火时可
在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化，不但可得到满意的强度，而且可以明
显提高韧性(AKV值），降低构件的开裂倾向。

一些低合金热轧钢板、低合金钢
锻件与铸造件经正火处理后，材料的综合力学性能可以大大改善，而且也改善
了切削性能。

正火有以下目的和用途：
①对亚共析钢，正火用以消除铸、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；并可作为淬火前的预先热处理。

②对过共析钢，正火可以消除网状二次渗碳体，并使珠光体细化，不但改善
机械性能，而且有利于以后的球化退火。

③对低碳深冲薄钢板，正火可以消除晶界的游离渗碳体，以改善其深冲性能。

④对低碳钢和低碳低合金钢，采用正火，可得到较多的细片状珠光体组织，
使硬度增高到HB140-190，避免切削时的“粘刀”现象，改善切削加工性。

对
中碳钢，在既可用正火又可用退火的场合下，用正火更为经济和方便。

⑤对普通中碳结构钢，在力学性能要求不高的场合下，可用正火代替淬火加
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,可以减少铸件和锻件的成分偏析。

高温正火后的粗大晶粒可通过随后第二次较低温度的正火予
以细化。

⑦对某些用于汽轮机和锅炉的低、中碳合金钢，常采用正火以获得贝氏体组织，再经高温回火，用于400～550℃时具有良好的抗蠕变能力。

⑧除钢件和钢材以外，正火还广泛用于球墨铸铁热处理，使其获得珠光体基体，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
火后的组织和性能均有影响。

正火组织还可作为合金钢的一种分类方法。

通常
根据直径为25毫米的试样加热到900℃后,空冷得到的组织，将合金钢分为珠
光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。

04什么是退火？
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
种金属热处理工艺。

退火热处理分为完全退火，不完全退火和去应力退火。

退
火材料的力学性能可以用拉伸试验来检测，也可以用硬度试验来检测。

许多钢
材都是以退火热处理状态供货的，钢材硬度检测可以采用洛氏硬度计，测试
HRB硬度，对于较薄的钢板、钢带以及薄壁钢管，可以采用表面洛氏硬度计，
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。

④ 为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。

常用的退火工艺有：
① 完全退火。

用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。

将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可
使钢的组织变细。

② 球化退火。

用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体的温度以上20～40℃，保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中
的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。

③ 等温退火。

用以降低某些镍、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体最不稳定的温度，保温适当时间，奥
氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。

④ 再结晶退火。

用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。

加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～
150℃ ，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。

⑤ 石墨化退火。

用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。

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，使渗碳体分解形
成团絮状石墨。

⑥ 扩散退火。

用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。

方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中
各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。

⑦ 去应力退火。

用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体的温度以下100～200℃，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。