热处理的4种方法

钢铁热处理的四种基本工艺

什么是退火

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火是将金属或合金加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

退火的目的：

退火所能达到的目的主在是：消除锻件及焊接结构的应力，消除冷加工后的加工应力，避免零件在加热和使用过程中产生变形及开裂；消除铸件和锻件的不均匀组织和粗大晶粒，消除合金钢硬而脆的特性，改善其切削加工的性能，胀管时的管头，胀接前也要进行退火。

(1) 降低硬度，改善切削加工性；

(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；

(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。

正火与退火的区别，处理温度

正火的冷却速度比退火快，得到的组织较细，工件的强度和硬度比退火高。对于高碳钢的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能变差，故宜采用退火工艺。从经济方面考虑，正火比退火的生产周期短，设备利用率高，生产效率高，节约能源、降低成本以及操作简便，所以在满足工作性能及加工要求的条件下，应尽量以正火代替退火。

退火和正火可在电阻炉或煤、油、煤气炉中进行，最常用的是电阻炉。电阻炉是利用电流通过电阻丝产生的热量来加热工件，同时用热电偶等电热仪表控制温度，操作简单、温度准确。在加热过程中，由于工件与外界介质在高温下发生化学反应，当加热温度和加热速度控制不当或装炉不合适时，会造成工件氧化、脱碳、过热、过烧及变形等缺陷。因此要严格控制加热温度和加热速度等。图2-2为退火和正火的加热温度范围。

什么样叫金属冷加工硬化现象？

在工程中，有时需用对钢件进行冷加工，如锻打、压延、弯曲、冲压等。当冷加工产生塑性变形时，不但其外形发生了变化，其内部的晶粒形状也会发生变化，晶粒沿受力方向被拉长。冷加工塑性变形较大时，还会产生较大内应力。这种现象称为冷加工硬化。

利用冷加工硬化对钢材使用强度的提高是有限的，而冷加工硬化引起的塑性降低及残存的内应力则是有害的。故一般在冷加工以后，还在进行回火处理予以消除。

冷加工后变形的晶是不稳定的，加热后晶粒有恢复原状的趋势，这就是再结晶，出现再结晶时的温

度称再晶温度。再结晶会使钢材强度和韧性降低，球化、石墨化进程加速。工程上对冷、热加工划分，不是以加工时是否加热来区别，而是以加工时的温度是否高于再结晶温度来划分。高于再结晶温度属热加工，低于再结晶温度即为冷加工。在低于再结晶温度下加工，冷加工硬化的一些缺陷就会出现。主蒸汽管道和再热蒸汽管道和工作温度均在再结晶温度的下限，冷加工硬化造成的危害作用时间长，因此，制订合金钢的弯制、锻打等热加工工艺时，对加工温度的下限作了严格规定，即热加工低于某一温度时应立即停止加工。否则，就等于进行冷加工，会出现冷加工硬化所造成的缺陷。

冷加工硬化现象有害处，但有时利用这一原理还可得到一定益处。如转轴弯曲后的直

轴方法中，有一种捻打法，就是在弯轴的凹面进行冷加工，使轴的这部分金属表面延伸、硬化，并在内应力作用下达到直轴的目的。

什么是正火

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

正火是将钢加热到临界点以上的一定温度，保温一定时间、取出炉外，在空气中冷却，将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Acm（共析、过共析钢）以上30~50°C，保温一定时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺方法。

正火的目的：（1）对于力学性能要求不高的碳钢、低合金钢结构件，可作最终热处理。（2）对于低碳钢可用来调整硬度，避免切削加工中的“粘刀”现象，改善切削加工性。（3）对于共析、过共析钢，正火可消除网状二次渗碳体，为球化退火作准备。

碳钢的可淬性较小，正火是最终热处理。对于合金钢，由于淬硬倾向强，正火后还需补以回火处理。

正火的冷却速度比退火快，得到的组织较细，工件的强度和硬度比退火高。对于高碳钢的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能变差，故宜采用退火工艺。从经济方面考虑，正火比退火的生产周期短，设备利用率高，生产效率高，节约能源、降低成本以及操作简便，所以在满足工作性能及加工要求的条件下，应尽量以正火代替退火。

正火与退火的区别，处理温度

正火的冷却速度比退火快，得到的组织较细，工件的强度和硬度比退火高。对于高碳钢的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能变差，故宜采用退火工艺。从经济方面考虑，正火比退火的生产周期短，设备利用率高，生产效率高，节约能源、降低成本以及操作简便，所以在满足工作性能及加工要求的条件下，应尽量以正火代替退火。

退火和正火可在电阻炉或煤、油、煤气炉中进行，最常用的是电阻炉。电阻炉是利用电流通过电阻丝产生的热量来加热工件，同时用热电偶等电热仪表控制温度，操作简单、温度准确。在加热过程中，由于工件与外界介质在高温下发生化学反应，当加热温度和加热速度控制不当或装炉不合适时，会造成工件氧化、脱碳、过热、过烧及变形等缺陷。因此要严格控制加热温度和加热速度等。图2-2为退火和正火的加热温度范围。

什么是淬火

淬火是将工件加热到Ac1或Ac3以上某一温度，保温一定时间使其奥氏体化，然后以一定的冷却速度冷却，从而获得马氏体（或贝氏体）的热处理工艺方法。（马氏体：C在a-Fe中的过饱和固容体）

淬火的目的是提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。钢的淬火是热处理工艺中最重要、也是用途最广泛的工序，如工具、量具、模具、轴承、弹簧和汽车、拖拉机、柴油机、切削加工机床、气动工具、钻探机械、农机具、石油机械、化工机械、纺织机械、飞机等零件都在使用淬火工艺。

1. 淬火加热温度

淬火加热温度根据钢的成分、组织和不同的性能要求来确定。亚共析钢是AC3+（30～50℃）；共析钢和过共析钢是AC1+（30～50℃）。

亚共析钢淬火加热温度若选用低于AC3的温度，则此时钢尚未完全奥氏体化，存在有部分未转变的铁素体，淬火后铁素体仍保留在淬火组织中。铁素体的硬度较低，从而使淬火后的硬度达不到要求，同时也会影响其他力学性能。若将亚共析钢加热到远高于AC3温度淬火，则奥氏体晶粒会显著粗大，从而破坏淬火后的材料性能。所以亚共析钢淬火加热温度选用AC3+（30～50℃），这样既保证充分奥氏体化，又保持奥氏体晶粒的细小。

过共析钢的淬火加热温度一般推荐为AC1+（30～50℃）。在实际生产中还根据情况适当提高20℃左右。在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒的奥氏体和部分细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后除极

少数残余奥氏体外，其组织为片状马氏体基体上均匀分布的细小的碳化物质点。这样的组织硬度高、耐磨性好，并且脆性相对较少。

过共析钢的淬火加热温度不能低于AC1，因为此时钢材尚未奥氏体化。若加热到略高于AC1温度时，珠光体完全转变成奥氏体，并有少量的渗碳体溶入奥氏体。此时奥氏体晶粒细小，且其碳的质量分数已稍高于共析成分。如果继续升高温度，则二次渗碳体不断溶入奥氏体，致使奥氏体晶粒不断长大，其碳浓度不断升高，会导致淬火变形倾向增大、淬火组织显微裂纹增多及脆性增大。同时由于奥氏体含碳量过高，使淬火后残余奥氏体数量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此过共析钢的淬火加热温度高于AC1过多是不合适的。

在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。如合金钢零件，通常取上限，对于形状复杂零件取下限。

强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于AC3

的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为AC3－（5～10℃）。

采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或使全部板条马氏体提高强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火，5CrMnMo钢在890℃淬火，20CrMnMo钢在920℃淬火，效果较好。

高碳钢低温、快速、短时加热淬火，适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体的碳含量，提高钢的韧性。

2. 保温时