常用热处理方法及作用

1.退火

退火是将钢加热、保温后，随炉冷却（缓冷）得到接近于平衡组织的一种热处理工艺。退火的目的是降低钢的硬度、改善切削加工性、细化晶粒以及改善组织，以调整钢的力学性能，为以后的加工和处理做好组织和性能准备。由于钢的成分和退火的目的不同，退火分为：

（1）完全退火将钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上30～50℃时，保温一段时间，然后随炉冷却到500℃以下出炉空冷的方法。其主要用于亚共析钢铸锻件的热处理。

（2）球化退火将钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上20～30℃时，保温足够时间，随炉缓冷或用等温冷却方式冷却，将渗碳体球化的退火方式。其主要用于共析钢和过共析钢。

（3）去应力退火将钢加热到500～650℃保温后，随炉缓冷至200～300℃，出炉空冷的退火方法。主要用于消除铸件、焊件及切削加工件的应力。

小提示：

退火一般作为预备热处理，为以后加工或处理做准备。

2.正火

正火是将钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上30～50℃，保温后，从炉中取出在空气中冷却的热处理方法。

正火和退火的明显区别是正火冷却速度较快。因此正火组织中的珠光体量较多，且层间距较小，使其强度、硬度、塑性及韧性比退火高。正火工艺较退火生产周期短，因此生产率高。所以大多数低碳钢不做退火处理，而采用正火处理。对于力学性能要求不高的中碳钢零件常采用正火作为最终热处理。高碳钢经正火处理后可消除网状渗碳体，为球化退火做准备。

3.淬火

淬火是将钢加热到组织转变为奥氏体的临界温度以上某一温度范围，保温一定时间，以大于临界冷却速度的速度，在水、盐水或油中冷却，获得马氏体或贝氏体的热处理工艺。淬火是钢最经济、最有效的强化手段之一。

淬火的目的一般是获得马氏体，以提高钢的力学性能。例如各种工具、模具及滚动轴承的淬火，可提高硬度和耐磨性；有些零件的淬火，是使强度和韧性得到良好的配合，以适应不同工作条件的需要。但要注意，对于碳的质量分数很低的钢，由于淬火后强度硬度提高不大，进行一般的淬火没有意义。例如碳的质量分数小于0.1%的钢淬火后硬度小于30HRC。

淬火中对于尺寸稍大的工件，很可能其外部的冷速已大于临界冷却速度而内部冷速小于临界冷速，因此，淬火后其内部并没有全部转变为马氏体。钢在淬火时获得淬硬层深度的能力称为淬透性。淬透性越好，淬硬层越深。淬透性对钢的力学性能影响很大，所以机械设计选材时，应考虑材料的淬透性。如果要求零件淬透，比如连杆和板簧，就应选用淬透性好的材料。如果不希望工件淬火，比如需焊接的工件，就应选用不易淬火的材料。

4.回火

回火是把淬火后的钢重新加热到组织转变为奥氏体的临界温度以下的某一温度，保温一定时间，再以适当的冷却速度冷却到室温的热处理工艺。

由于淬火时冷却速度比较快，工件内部产生很大的内应力，且淬火后的组织不稳定，故淬火后必须回火。回火的目的就是为了稳定淬火后的组织，消除内应力，调整硬度、强度，提高塑性，使工件获得较好的综合力学性能。回火通常是热处理的最后工序。

淬火钢回火的性能，与回火时加热温度有关，硬度和强度随回火温度的升高而降低。实际生产中，根据钢件的性能要求，按其温度范围可以分为以下三类。(www.xing528.com)

（1）低温回火（150～250℃）其目的是获得高硬度、高的耐磨性和一定韧性，回火后的硬度一般为55～64HRC。

（2）中温回火（350～550℃）回火后的性能为具有较高的弹性，具有一定的韧性和硬度。主要应用于各种弹簧和某些模具。回火后硬度一般为35～50HRC。

（3）高温回火（500～650℃）回火后的性能为具有强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。通常将淬火与高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛用于汽车、拖拉机及机床的重要结构零件，如各种轴、齿轮及连杆等。回火后的硬度一般为200～350HBS。

5.表面淬火

某些在冲击载荷、交变载荷及摩擦条件下工作的零件，如曲轴、凸轮轴及齿轮等，其表面承受较高的应力，因此要求工件表面具有高强度、硬度、耐磨性及疲劳强度，而心部要具有足够的塑性和韧性。为了达到上述的性能要求，生产中广泛应用表面淬火。

表面淬火是将钢的表层快速加热至淬火温度后，快速冷却的一种局部淬火工艺。表面淬火的快速加热方法很多，常用的为火焰加热和感应加热。由于感应加热速度快，生产效率高，产品质量好，易于实现机械化和自动化，所以感应加热表面淬火应用广泛，但设备较贵，多用于大批量生产的形状较简单的零件。对于表面淬火的钢，碳的质量分数多在0.4%～0.5%，原因是碳的质量分数低导致表面硬度不够，碳的质量分数高则心部韧性不好。为了使心部韧性好，表面淬火前零件一般须进行正火或调质处理，表面淬火后要进行低温回火。

6.表面化学热处理

前面介绍的几种热处理，都是只改变材料的组织而不改变材料的化学成分。

表面化学热处理则是一种同时改变金属零件表层化学成分和组织，以获得所需表层性能的表面热处理工艺。该法一般是渗入某些金属元素或非金属元素，通常是将零件置于一定的活性介质中加热保温，使一种或几种元素渗入工件。表面渗层的性能，取决于渗入元素与基体金属所形成合金或化合物的性质及渗层的组织结构。化学热处理的种类很多，一般以渗入的元素来命名。常见的化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铝和渗铬等。其中，渗碳、渗氮应用最多。一般渗碳后还需进行适当的热处理。钢的最常用的化学热处理方法及其作用见表1-19。

表1-19 钢的表面化学热处理方法与作用

无论哪种化学热处理，渗入的各种金属元素的基本过程都是：

（1）分解由化学介质分解出能够渗入工件表面的活性原子。

（2）吸收活性原子由钢的表面进入铁的晶格中形成固溶体，甚至可能形成化合物。

（3）扩散渗入的活性原子由表面内部扩散，形成一定厚度的扩散层。

小提示：

零件进行渗碳热处理时，一般选用低碳钢。进行渗氮处理一般选用专门的合金钢。