价值连城，一张图看懂钢铁热处理工艺

2022-01-27 11:33:17 作者：直观学机械来源：直观学机械分享至：

1、热处理简介

热处理及其特点

热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

工艺特点

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

2、热处理工艺分类

热处理工艺分类

金属热处理工艺大体上可分为：整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。

根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。

3、钢铁热处理工艺

钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

钢铁热处理工艺制定依据——铁碳相图

铁碳相图中几个重要的点、线和温度

钢铁微观组织结构及性能

退火

退火工艺可分为：完全退火、扩散退火、等温退火、球化退火、去应力退火及再结晶退火等。

操作方法

将钢件加热到Ac3+30~50℃或Ac1+30~50℃或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。

目的

降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；

细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；

消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点

适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；

一般在毛坯状态进行退火。

正火

操作方法

将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50℃，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却，一般为空冷。

目的

降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；

细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；

消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点

正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。

淬火

操作方法

将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。

目的

淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。

应用要点

一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；

淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。

回火

操作方法

将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。

目的

降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；

调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；

稳定工件尺寸。

应用要点

保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火。

一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。

调质

操作方法

淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720度的温度下进行回火。

目的

改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；

减小淬火时的变形和开裂；

获得良好的综合力学性能。

应用要点

适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；

不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件，如丝杠等的预先热处理，以减小变形。

时效

操作方法

将钢件加热到80~200度，保温5~20小时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。

目的

稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；

减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。

应用要点

适用于经淬火后的各钢种；

常用于要求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。

4、固溶处理

固溶处理

操作方法

将合金加热到高温（980～1250℃）单相区恒温保持，是过剩相充分溶解到固溶体中厚快速冷却。

目的

获得单相奥氏体组织；

改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等；

使合金中各种相充分溶解，强化固溶体，并提高韧性及抗蚀性能；

消除应力与软化，以便继续加工或成型。

应用要点

固溶温度应根据合金使用温度进行调整，使用环境温度越高则固溶温度也应更高；对于过饱和度低的合金通常选择较快的冷却速度，对于饱和度高的合金通常为空气中冷却。

5、深冷处理

深冷处理

操作方法

将淬火后的钢件，在低温介质（如干冰、液氮）中冷却到－40～－80℃或更低，温度均匀一致后取出均温到室温。

目的

使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体，从而提高钢件的硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；

稳定钢的组织，以稳定钢件的形状和尺寸。

应用要点

钢件淬火后应立即进行冷处理，然后再经低温回火，以消除低温冷却时的内应力；

冷处理主要适用于合金钢制的紧密刀具、量具和紧密零件。

6、表面热处理

表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。

火焰加热表面淬火