來源：機(jī)械前沿

熱處理的作用就是提高材料的機(jī)械性能、消除殘余應(yīng)力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預(yù)備熱處理和最終熱處理。

1. 預(yù)備熱處理

預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時(shí)效、調(diào)質(zhì)等。

（1）退火和正火

退火和正火用于經(jīng)過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時(shí)粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細(xì)化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準(zhǔn)備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進(jìn)行。

（2）時(shí)效處理

時(shí)效處理主要用于消除毛坯制造和機(jī)械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

為避免過多運(yùn)輸工作量，對(duì)于一般精度的零件，在精加工前安排一次時(shí)效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標(biāo)鏜床的箱體等），應(yīng)安排兩次或數(shù)次時(shí)效處理工序。簡單零件一般可不進(jìn)行時(shí)效處理。

除鑄件外，對(duì)于一些剛性較差的精密零件（如精密絲杠），為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時(shí)效處理。有些軸類零件加工，在校直工序后也要安排時(shí)效處理。

（3）調(diào)質(zhì)

調(diào)質(zhì)即是在淬火后進(jìn)行高溫回火處理，它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時(shí)減少變形作準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理。

由于調(diào)質(zhì)后零件的綜合力學(xué)性能較好，對(duì)某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理工序。

2. 最終熱處理

最終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強(qiáng)度等力學(xué)性能。

（1）淬火

淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因?yàn)樽冃巍⒀趸懊撎驾^小而應(yīng)用較廣，而且表面淬火還具有外部強(qiáng)度高、耐磨性好，而內(nèi)部保持良好的韌性、抗沖擊力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。為提高表面淬火零件的機(jī)械性能，常需進(jìn)行調(diào)質(zhì)或正火等熱處理作為預(yù)備熱處理。其一般工藝路線為：下料--鍛造--正火（退火）--粗加工--調(diào)質(zhì)--半精加工--表面淬火--精加工。

（2）滲碳淬火

滲碳淬火適用于低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經(jīng)淬火后使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強(qiáng)度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時(shí)對(duì)不滲碳部分要采取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由于滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。

其工藝路線一般為：下料-鍛造-正火-粗、半精加工-滲碳淬火-精加工。當(dāng)局部滲碳零件的不滲碳部分采用加大余量后，切除多余的滲碳層的工藝方案時(shí)，切除多余滲碳層的工序應(yīng)安排在滲碳后，淬火前進(jìn)行。

（3）滲氮處理

滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。由于滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應(yīng)盡量靠后安排，為減小滲氮時(shí)的變形，在切削后一般需進(jìn)行消除應(yīng)力的高溫回火。

正火、淬火、退火、回火的區(qū)別與聯(lián)系

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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。

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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 為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準(zhǔn)備。

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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?/p>

③ 等溫退火。用以降低某些鎳、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高硬度，以進(jìn)行切削加工。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體，硬度即可降 低。  

④ 再結(jié)晶退火。用以消除金屬線材、薄板在冷拔、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化。

⑤ 石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨。

⑥ 擴(kuò)散退火。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能。方法是在不發(fā)生熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時(shí)間保溫，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷。

⑦ 去應(yīng)力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力。

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② 存在較大內(nèi)應(yīng)力。

③ 力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過回火。

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② 消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。

③ 調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。

回火之所以具有這些作用，是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進(jìn)行擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應(yīng)力的消除還與溫度升高時(shí)金屬強(qiáng)度降低有關(guān)。一般鋼鐵回火時(shí)，硬度和強(qiáng)度下降，塑性提高。回火溫度越高，這些力學(xué)性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時(shí)，會(huì)析出一些顆粒細(xì)小的金屬化合物，使強(qiáng)度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱為二次硬化。

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② 彈簧在350～500℃下中溫回火，可獲得較高的彈性和必要的韌性。

③ 中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的零件通常在500～600℃進(jìn)行高溫回火，以獲得適宜的強(qiáng)度與韌性的良好配合。

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1、完全退火

工藝：加熱Ac3以上30-50℃→保溫→隨爐冷到500度以下→空冷室溫。

目的：細(xì)化晶粒，均勻組織 ，提高塑韌性，消除內(nèi)應(yīng)力，便于機(jī)械加工。

2、等溫退火

工藝：加熱Ac3以上→保溫→快冷至珠光體轉(zhuǎn)變溫度→等溫停留→轉(zhuǎn)變?yōu)镻→出爐空冷；

目的：同上。但時(shí)間短，易控制，脫氧、脫碳小。（適用于過冷A比較穩(wěn)定的合金鋼及大型碳鋼件）。  

3、球化退火

概念：是使鋼中的滲碳體球化的工藝過程。

對(duì)象：共析鋼和過共析鋼

工藝： 模具達(dá)人：mujudaren

（1）等溫球化退火加熱Ac1以上20-30度→保溫→迅速冷卻到Ar1以下20度→等溫→隨爐冷至600度左右→出爐空冷。

（2）普通球化退火加熱Ac1以上20-30度→保溫→極緩慢冷卻至600度左右→出爐空冷。（周期長，效率低，不適用）。  

目的：降低硬度、提高塑韌性，便于切削加工。

機(jī)理：使片狀或網(wǎng)狀滲碳體變成顆粒狀（球狀）

說明：退火加熱時(shí)，組織沒有完全A化，所以又稱不完全退火。

4、去應(yīng)力退火

工藝：加熱到Ac1以下某一溫度（500-650度）→保溫→緩冷至室溫。

目的：消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸。

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目的：消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，降低脆性，改善切削加工性能。

力學(xué)性能：隨著回火溫度的升高，硬度、強(qiáng)度下降，塑性韌性升高。

1、低溫回火：150-250℃ ，M回，減少內(nèi)應(yīng)力和脆性，提高塑韌性，有較高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刀具和滾動(dòng)軸承等。

2、中溫回火：350-500℃ ，T回，具有較高的彈性，有一定的塑性和硬度。用于制作彈簧、鍛模等。

3、高溫回火：500-650℃ ，S回，具有良好的綜合力學(xué)性能。用于制作齒輪、曲軸等。