钢的热处理

所谓钢的热处理，就是把钢在固态下加热、保温、冷却，使钢的内部组织结构发生变化，以获得所需要的组织与性能的一种工艺。

热处理在机械制造行业中被广泛地应用，例如汽车、拖拉机行业中需要进行热处理的零件占70%～80%；机床行业中占60%~70%；轴承及各种模具则达到100%。

热处理作为机器零件及工模具制造过程中的重要加工工艺，其目的不是改变材料的形状，而是通过改变金属材料的组织和性能来满足工程中对材料的服役性能和加工要求。

任何热处理工艺都可归纳为由加热、保温和冷却三个阶段组成的工艺过程，此过程可用“温度——时间”坐标图简明表示，即热处理工艺曲线（下图）。

钢的热处理方法可分为两大类：整体热处理和表面热处理。

整体热处理

整体热处理，是指为了改善整体的组织和性能，而对工件进行穿透性加热的热处理工艺，分为退火、正火、淬火、淬火+回火、调质、稳定化处理、固溶(水韧)处理、固溶处理+时效等。

退火

许多钢材都是以退火热处理状态供货的。将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它缓慢冷却（一般是炉冷），称为退火。

退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。

退火属于半成品热处理，既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故又称预先热处理。此外，对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火也可作为最终热处理。

正火

正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。

与退火相比，正火的冷却速度较快，转变温度较低。因此，相同钢材正火后获得的珠光体组织更细，钢的强度、硬度也较高。

正火能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。

淬火

淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。

淬火能增加钢的强度和硬度，但会减少其塑性。淬火中常用的淬火剂有：水、油、碱水和盐类溶液等。

回火

将已经淬火的钢重新加热到低于下临界温度AC1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后，再在空气或水、油等介质中冷却，这种金属热处理称为回火。

回火的目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能——主要是提高韧性。

回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理的“四把火”。归根结底就是通过控制冷却速度来控制内部硬质相的含量，从而影响材料硬度。退火，正火，淬火，冷却速度依次变快，冷却速度越快晶体缺陷越多，硬质相含量越来越多，材料就越硬。

调质

淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在500~650℃之间进行回火。

调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。

固溶

将合金加热到高温奥氏体区保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体，这种热处理工艺称为固溶。不锈钢较为常用。

听起来很像淬火？两者加热温度不同，淬火的加热温度远低于固溶。而且快速冷却的目的不同，固溶的快速冷却是为了保持过饱和固溶体，是为了软化；淬火的急速冷却是为了获得马氏体，为了硬化。

时效

时效是一种释放内应力的方法。金属的冶炼及加工过程，都能不同地产生内应力。内应力客观存在，并会极为缓慢地释放出来。自然环境下的内应力释放称为“自然时效”，时间较长，须经数年。

对精密加工件来说，内应力的释放会导致工件的尺寸、形状发生改变。为了消除这种恶劣的影响，常在低温（150~250℃）回火后精加工前，把工件重新加热到100~150℃，保持5~20小时，这种为稳定精密制件质量的热处理，称为“时效”。与自然时效区别开来，这种时效也叫“人工时效”。

对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

表面热处理

表面热处理，是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。分为表面淬火+回火、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积等。

表面淬火

表面淬火是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。适用于中碳钢。

化学热处理

化学热处理是指将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。

按照渗入元素的种类不同，可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种。

渗碳渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

渗氮

又称氮化，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。渗氮可提高表面层的硬度与耐磨性，还可以提高疲劳强度、抗腐蚀性等。目前生产中多采用气体渗氮法。

氰化

又称碳氮共渗，是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程。它使钢表面兼具渗碳与渗氮的特性。

渗金属

以金属原子渗入钢的表面层，这个过程称为渗金属。钢的表面层合金化可使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。