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總結這幾天的內容，熱處理的四火很受大家歡迎，有必要把這些內容放在一篇文章上，方便大家比較、收集、轉發。
金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一。與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織或工件表面的化學成分來賦予或提高工件的使用性能。其特點是提高工件的內部質量，肉眼看不到。正如有人所說，機械加工是外科，熱處理是內科，代表著一個國家制造業的核心競爭力。
圖片來自奧地利aichelin
工藝過程熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個工藝，有時只有加熱和冷卻兩個工藝。這些過程相互連接，不間斷。
（加熱）
金屬加熱時，工件暴露在空氣中，經常氧化脫碳（即鋼件表面碳含量降低），對熱處理后零件的表面性能有非常不利的影響。因此，金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛、熔融鹽和真空中加熱，或涂層或包裝方法。
加熱溫度是熱處理過程中的重要工藝參數之一。選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度因金屬材料和熱處理的目的而異，但通常加熱到相變溫度以上以獲得高溫組織。此外，轉換需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到所需的加熱溫度時，必須保持一定的時間，使內外溫度一致，使顯微組織完全轉換，稱為保溫時間。
（保溫）
采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。
（冷卻）
冷卻也是熱處理過程中不可缺少的一步，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。
工藝分類金屬熱處理工藝一般可分為三類：整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理。根據不同的加熱介質、加熱溫度和冷卻方法，每個類別可分為幾種不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可以獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼是工業上應用最廣泛的金屬，鋼顯微組織也是最復雜的，因此鋼熱處理工藝種類繁多。
整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，獲得需要的金相組織，以改變其整體力學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，即熱處理的“四把火”。
淬火
淬火工藝鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac三、或Ac1(過分析鋼)以上溫度，保溫一段時間，使其全部或部分奧氏體化，然后快速冷卻到比臨界冷卻速度大Ms以下（或Ms馬氏體(或貝氏體)轉換的熱處理工藝在附近等溫。
工藝：加熱、保溫、冷卻。
淬火的本質：馬氏體或貝氏體轉化為過冷奧氏體，得到馬氏體或貝氏體組織。
淬火的目的：（1）大大提高鋼的剛度、硬度、耐磨性、疲勞強度和韌性，滿足各種機械部件和工具的不同使用要求；（2）通過淬火滿足某些特殊鋼的鐵磁性和耐腐蝕性。
應用范圍：淬火工藝應用最廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切割加工機床、氣動工具、鉆井機械、農業機械、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等部件。
淬火:圖片來自中信重工:
淬火介質淬火冷卻工件中使用的介質稱為淬火冷卻介質（或淬火介質）。理想的淬火介質的條件是使工件淬火成馬氏體，而且不會引起太大的淬火應力。
常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。
● 水
水是一種冷卻能力強的淬火介質。
優點： 來源廣，價格低，成分穩定，不易變質。
缺點： 冷卻能力不穩定，容易使工件變形或開裂。C曲線的鼻子區(500~600℃左右)，水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成軟點；在馬氏體轉變溫度區(300~1000℃），水處于沸騰階段，冷卻過快，容易使馬氏體轉化過快，產生較大的內應力，導致工件變形甚至開裂。當水溫升高時，水中含有更多的氣體或與不溶性雜質（如油、肥皂、泥漿等）混合，會顯著降低其冷卻能力。
應用： 適用于碳鋼工件的淬火冷卻，截面尺寸小，形狀簡單。
● 鹽水和堿水
在水中加入適量的鹽和堿，使高溫工件浸泡在冷卻介質中，在蒸汽膜階段沉淀鹽和堿晶體，立即爆裂，破壞蒸汽膜，破壞工件表面的氧化皮，提高高溫區介質的冷卻能力，缺點是介質腐蝕性大。
應用:一般鹽水濃度為10%，苛性鈉水溶液濃度為10%~15%。可用作碳鋼和低合金結構鋼工件的淬火介質，使用溫度不得超過60%℃，淬火后應及時清洗防銹處理。
● 油
礦物油(礦物油)通常用于冷卻介質。如機油、變壓器油、柴油等。機油一般為10號、20號、30號。油越大，粘度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用溫度相應提高。
淬火方式● 單液淬火
它是一種淬火操作方法，將奧氏體化學物質浸泡在某種淬火介質中，直到室溫冷卻。單液淬火介質包括水、鹽水、堿水、油和專用淬火劑。
優點：操作簡單，有利于實現機械化和自動化。
缺點：淬火質量受介質冷卻特性的限制。
應用:單液淬火僅適用于碳素鋼形狀簡單的工件。
● 雙液淬火
奧氏體化學工件首先浸入冷卻能力強的介質中，在鋼件達到淬火介質溫度之間取出，立即浸入另一種冷卻能力弱的介質中冷卻，如先水后油、先水后空氣等。雙液淬火減少了變形和開裂的趨勢，操作難以掌握，在應用中有一定的局限性。
● 馬氏體分級淬火
奧氏體化學品首先浸泡在溫度略高或略低于鋼的馬氏體點的液體介質（鹽浴或堿浴）中，保持適當的時間，在鋼的內外層達到介質溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱為分級淬火。
優點：分級淬火可有效降低相變應力和熱應力，減少淬火變形和開裂趨勢，因為分級溫度保持在工件內外溫度一致后是空冷的。
應用：適用于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也適用于截面尺寸小、形狀復雜的碳鋼工件。
● 貝氏體等溫淬火
將鋼件奧氏體化，使其快速冷卻到貝氏體轉換溫度范圍(260~400℃）保持等溫，將奧氏體轉化為貝氏體淬火工藝，有時也稱為等溫淬火，一般保溫時間為30~60min。
● 復合淬火
快速冷卻工件Ms以下是10%~20%馬氏體，然后在下貝氏體溫度區等溫。這種冷卻方法可以獲得大截面工件M B組織。預淬形成的馬氏體可以促進貝氏體的轉化，并在等溫時回火馬氏體。合金工具鋼工件采用復合淬火，可避免第一種回火脆性，減少殘余奧氏體量，即變形開裂趨勢。
回火
回火工藝回火是將淬火工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度，并在空氣、水、油等介質中冷卻一段時間。
回火的目的：（1）消除淬火過程中產生的殘余應力，防止變形和開裂；（2）調整硬度、強度、塑性和韌性，滿足使用性能要求；（3）穩定組織和尺寸，確保精度；（4）和提高加工性能。
回火分類●低溫回火
指工件在150~250℃回火。
目的：保持淬火工件的高硬度和耐磨性，降低淬火殘余應力和脆性。
回火后得到回火馬氏體，是指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。
(針狀馬氏體)
適用范圍：刀具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火零件等。
●中溫回火
指工件在350～500℃之間進行的回火。
目的：獲得較高的彈性和屈服點，并具有適當的韌性。回火后獲得回火屈氏體是指分布在極小球狀碳化物（或滲碳體）中的復合組織。
（屈氏體）
適用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。
●高溫回火
指工件在500℃上述回火。
目的：綜合力學性能具有良好的強度、塑性和韌性。
回火后獲得回火索氏體，是指分布在細小球狀碳化物（包括滲碳體）中的馬氏體回火形成的鐵素體基體的復合組織。
（索氏體）
應用范圍：廣泛應用于連桿、螺栓、齒輪、軸等各種重要應力結構件。
正火
正火工藝正火是將鋼加熱到30-50以上的臨界溫度(完全奧氏體化的溫度)℃，保溫適當時間后，從爐內取出空氣中或噴水、噴霧或吹風冷卻的金屬熱處理工藝。
目的:(1)均勻分布晶粒細化和碳化物；(2)去除材料的內應力；(3)增加材料的硬度。
材料：亞共晶馬口鐵
狀態：正火
組織:石墨棕色、馬氏體淺黃色、珠光體綠色和深黃色、滲碳體素棕色
材料：A-299
狀態：正火
組織:棕色 鐵素體黃、藍、白 珠光體棕色
材料：13MnNiMoNb
狀態：正火
組織:淺棕色珠光體灰棕色，鐵素體紅，黃，藍
材料：45鋼
狀態：正火
組織：淺藍色鐵素體和珠光體有多種顏色
優點：（1）正火冷卻速度略快于退火冷卻速度，珠光片層間距小，正火組織比退火組織細，硬度和強度高；（2）正火爐外冷卻不占用設備，生產率高。
應用：僅適用于碳鋼和低、中合金鋼，不適用于高合金鋼。由于高合金鋼的奧氏體非常穩定，馬氏體組織也會在空氣中冷卻。
具體用途（1）對于低碳鋼和低合金鋼，正火可以提高其硬度，以改善切削性；
(2)對于中碳鋼，正火可以代替調質，為高頻淬火做好組織準備，降低鋼件的變形和加工成本；
(3)對于高碳鋼，正火可以消除網狀滲碳體組織，便于球化退火；
(4)對于大型鋼鍛件或截面變化較大的鋼鑄件，可用正火代替淬火，以減少變形開裂傾向，或為淬火做好組織準備；
(5)鋼淬火修件可通過正火消除過熱影響，重新淬火；
(6)用于鑄鐵，增加基體的珠光體積，提高鑄件的強度和耐磨性。
退火
退火工藝將金屬或合金加熱到適當的溫度，保溫一段時間，然后慢慢冷卻（通常隨爐冷卻），熱處理工藝稱為退火。
退火的本質是將鋼加熱到奧氏體，然后轉化為珠光體。退火后的組織是接近平衡的組織。
退火目的：
(1)降低鋼的硬度，提高塑性，便于機械加工和冷變形加工；
(2)均勻鋼的化學成分和組織，細化晶粒，提高鋼的性能或為淬火做準備；
(3)消除內應力和加工硬化，防止變形和開裂。
退火方法1、完全退火
工藝：將鋼加熱到Ac3以上20~30℃，保溫一段時間后，緩慢冷卻（爐）以獲得接近平衡組織的熱處理工藝（完全奧氏體化）。在實際生產中，退火冷卻至500℃左右出爐空冷。
目的：細化晶粒、均勻組織、消除內應力、降低硬度和改善鋼的切削加工性。 亞共析鋼完全退火后的組織是F P。
應用：亞共析鋼主要用于完全退火（wc=0.3~0.6%)一般為中碳鋼及低碳合金鋼鑄件、鍛件及熱軋型材，有時用于焊接件。
2.不完全退火
工藝：將鋼加熱到Ac1~Ac三、或Ac1~Accm(過分析鋼)保溫后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的熱處理工藝。
應用：主要用于過分析鋼獲取球形珠光體組織，消除內應力，降低硬度，提高切削加工能力。
3、等溫退火
工藝:將鋼加熱到高于Ac3(或Ac1)溫度，保溫適當時間后，迅速冷卻到珠光體區域的某一溫度，保持等溫，使奧氏體轉化為珠光體，然后冷卻到室溫熱處理工藝。
目的：與完全退火相同，轉變較易控制。
應用：適用于較穩定的鋼：高碳鋼（wc>0.6％）、合金工具鋼、高合金鋼(合金元素的總量>10％)。等溫退火還有利于獲得均勻的組織和性能。但不適用于大截面鋼件和大批量爐料，因為等溫退火不易使工件內部或批量工件都達到等溫溫度。
4、球化退火
工藝：使鋼中碳化物球狀化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。加熱至Ac1以上20~30℃溫度，保溫時間不宜太長，一般以2~4h為宜，冷卻方式通常采用爐冷，或在Ar1以下20℃左右進行較長時間等溫。
目的：降低硬度、均勻組織、改善切削加工性為淬火作組織準備。
應用：主要用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。球化退火得到球狀珠光體，在球狀珠光體中，滲碳體呈球狀的細小顆粒，彌散分布在鐵素體基體上。球狀珠光體與片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易粗大，冷卻時變形和開裂傾向小。
5、擴散退火（均勻化退火）
工藝：將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現象的熱處理工藝。
目的：消除鑄錠在凝固過程中產生的枝晶偏析及區域偏析，使成分和組織均勻化。
應用： 應用于一些優質合金鋼及偏析較嚴重的合金鋼鑄件及鋼錠。擴散退火的加熱溫度很高，通常為Ac3或Accm以上100~200℃，具體溫度視偏析程度及鋼種而定，保溫時間一般為10~15小時。擴散退火后需完全退火及正火處理，以細化組織。
6、去應力退火
工藝：將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度（一般為500~650℃），保溫，然后隨爐冷卻。
去應力退火溫度低于A1，因此去應力退火不引起組織變化。
目的：消除殘余內應力。
應用：主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產生變形或裂紋。
來源：焊潮網、直觀學機械
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