第五节 热处理
热处理是将钢在固态下加热到一定温度，并在此温度保持一定时间，然后以选定的冷却速度冷却，改变钢的内部组织，从而改善钢的性能的一种工艺方法。
钢的热处理分为普通热处理和表面热处理两大类。普通热处理又分为退火、正火、回火和淬火；表面热处理又分为表面淬火和化学热处理。
一、退火
将钢件加热到适当温度（指零件在缓慢冷却和缓慢加热时，内部组织转变的温度）以上30K～50K，保温一定时间后随炉缓慢冷却的热处理工艺。
1．退火的主要目的和用途
（1）降低钢的硬度，提高塑性，改善切削加工性能和压力加工性能。
（2）细化晶粒，使组织成分均匀，改善力学性能和压力加工性能。
（3）削除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。
2．退火的种类分为以下三种
（1）去应力退火
去应力退火也叫低温退火，是将钢加热到500℃～650℃进行加热、保温、炉冷的热处理工艺。主要用于铸、锻、焊以及切削加工工件去除内应力（不发生组织变化）。
（2）完全退火
完全退火也叫重结晶退火，是将钢加热到Ac3以上30℃～50℃，保温、炉冷的热处理工艺。用于亚共析钢的铸、锻、焊接件等细化或均匀组织成分，充分消除内应力，以及降低硬度，改善切削性能之用。
（3）球化退火
球化退火是将钢加热到Ac1以上20℃～30℃，保温后以更慢速度冷却，以得到铁素体基体上均匀分布着球状渗碳体——球化组织的热处理工艺。过共析钢进行球化退火，可以改善切削性能，消除内应力，并为淬火作组织准备。
二、正火
将钢件加热到适当温度，保温一定时间后放在空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火与退火的目的基本相同，但正火冷却速度过快，所得组织更加细密，强度硬度较高。
1.正火的主要目的和用途
（1）改变钢件硬度，改善切削加工性能。
（2）可作为要求不高的普通结构件的最终热处理。
（3）可作为中碳钢及合金钢的淬火前的预先热处理，以减少淬火缺陷。
（4）改善和细化铸钢件的铸态组织。
2.正火与退火的主要区别
（1）亚共析钢无论是细化、均匀组织成份，还是为热处理做准备或消除内应力，尽可能采用正火，特别是要求不高的零件，可以作为最终热处理。但对于形状复杂的零件，正火冷却速度过快，易产生内应力，则可采用完全退火。
（2）为改善切削性能，低碳钢可采用正火处理，过共析钢采用球化退火，不在以上范围的中高碳钢可采用完全退火。
（3）过共析钢一般采用球化退火，在球化退火前，为消除网状的二次渗碳体，要进行正火处理。
三、淬火
淬火是将钢加热到适当温度保温后，快速冷却，以取得马氏体组织的热处理工艺。通过淬火，可以提高钢的硬度，强度和耐磨性。
所谓马氏体，是钢在取得奥氏体组织后，快速保温冷却得到的一种碳在α-Fe中的过饱和固溶体，其性能是硬度高、韧性小，而且含碳量越高，硬度越高，脆性越大，组织很不稳定，遇热即会分解。
1．淬火的主要目的
（1）提高工件的力学性能。工具钢可提高硬度；中碳钢可提高强度和韧性。
2.淬透性
淬透性是指钢件在一定条件下淬火时淬硬层所能透入的深度。
3.淬火冷却剂
（1）水及水溶液
适用于低碳钢和碳素工具钢的淬火。
（2）油
不适用于超过5～8毫米厚的碳素钢。广泛用于合金钢和碳素钢的小型零件的淬火冷却介质。
（3）盐浴液和碱浴液
熔化的硝酸钠和氢氧化钠等；常用于截面不大，形状复杂，变形要求严格的碳素工具钢和合金工具钢。(www.xing528.com)
四、回火
淬火后的钢件重新加热到727℃以下某一温度,保温一定时间,然后取出工件以一定的方式冷却下来的一种热处理方法称为回火。
1.回火的目的
（1）降低脆性，消除或减小内应力。
（2）获得工件所要求的力学性能
（3）稳定工件尺寸，使工件经回火处理后使用过程中不再发生尺寸和形状的改变
2.回火的种类及应用
（1）低温回火（423K～523K）
目的是降低脆性，消除或减小内应力。低温回火后的组织为回火马氏体。主要适用于中、高碳钢制成的各类工具钢、机械零件，此外，对渗碳及碳氮共渗淬火后的工作也要进行低温回火。硬度为58～64HRC。
（2）中温回火（625K～773K）
目的是为了使工件在足够的韧性下，同时获得高弹性和高屈服强度。中温回火后的组织为回火屈氏体。
主要用于含碳量在0.6%～0.9%的碳素弹簧钢及含碳量在0.45%～0.75%合金弹簧钢。热锻模具和某些要求高强度的轴、轴套、刀杆等也采用中温回火。一般硬度可达35～45HRC。
（3）高温回火（773K～823K）
高温回火主要是为了获得一定的强度、硬度，又有良好的冲击韧性的综合力学性能。淬火加高温回火又叫调质处理。高温回火后组织为回火索氏体。
调质处理广泛用于各种零件和一些受力较复杂、重要的零件，特别是在交变载荷作用下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
硬度可达25～35HRC，220～350HBS。
调质处理广泛用于各种零件和一些受力较复杂、重要的零件，特别是在交变载荷作用下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
硬度可达25～35HRC，220～350HBS。
五、钢的表面热处理
适用于表面硬度要求较高，而心部具有足够的塑性和韧性的零件。一般适用于中碳钢、中碳合金钢、碳素工具钢、低合金工具钢和球墨铸铁。
1．表面淬火
表面淬火即将工件表面快速加热到淬火温度、而不等热量传到中心就迅速冷却，以达到表硬内韧的热处理工艺。
（1）火焰加热表面淬火
利用氧——乙炔火焰（或其他可燃气体）将工件表面迅速加热到淬火温度后，立即喷水或用乳化液进行冷却的一种方法。适用于中碳钢以及中碳合金结构钢零件，适用于单件小批量生产或对大型零件的局部热处理。
（2）感应加热表面淬火
感应加热表面淬火是采用交变电磁场在零件表层产生涡流,将零件迅速加热到淬火温度,并迅速冷却的一种淬火热处理工艺。
这种淬火的优点是加热迅速,生产率高,淬硬的浓度易于控制且硬度均匀。其缺点是形状和尺寸不同的零件需不同的感应线圈,设备较贵,只适宜于大批量生产才能降低成本。
加热频率有三种：
（1）高频加热（200～300KHZ）淬硬层为0.5毫米～2毫米。
（2）中频加热（500～10000HZ）淬硬层为2毫米～8毫米。
（3）工频加热（50HZ），淬硬层10毫米～20毫米。
2.钢的化学热处理
化学热处理是将工件置于一定介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分和组织，从而使工件表面具有某些特殊的力学或物理化学性能的一种热处理工艺。
化学热处理的特点是表面层不仅有组织的变化，而且有成分的变化。
（1) 钢的渗碳
将零件置于含碳的介质中加热和保温，使活性碳原子渗入钢的表面，提高钢的表面含碳量。其目的与钢的表面淬火相似。
（2) 钢的渗氮
利用氮气在一定温度范围（723K～843K）所分解的活性氮原子向钢的表层扩散而形成铁氮化合物,从而改变钢件表层的理化性能和力学性能的一种方法.目的是提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度。氮化处理后不需再淬火便有很高的表面硬度，工件变形小，疲劳强度增大，抗腐蚀性增强。
（3) 碳氮共渗
它是向零件表面同时渗入碳原子和氮原子的化学热处理工艺。常用的气体碳氮共渗，即在气体中渗碳的同时，向炉内送入一定量的氨气。也叫氰化热处理。
①中温气体氰化（1093K～1143K）主要起渗碳作用，共渗后还要再进行淬火和低温回火，常用于处理低碳钢和低合金钢。
②低温气体氰化（773K～883K）时间为1～3小时，该共渗层的优点是硬而不脆，且有一定的韧性、能起到一定的耐磨和抗胶合作用，它以氮化为主。适用于中碳合金钢、高速钢、铸钢及粉末冶金等。
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