钢的热处理工艺详解：从退火到淬火，掌握改变钢性能的关键技术

钢的热处理是一种通过加热、保温和冷却的方式来改变钢的组织结构，从而获得工件所要求性能的热加工技术。在加热和冷却过程中，钢的组织会发生转变，这种组织转变规律为制定正确的热处理工艺提供了理论依据。为了使钢获得限定的性能要求，在确定热处理工艺参数时，必须使具体工件满足钢的组织转变规律性。

钢的热处理工艺根据加热、冷却方式以及获得的组织和性能的不同而有所区分。其中可分为普通热处理，包括退火、正火、淬火和回火；还有表面热处理，包含表面淬火和化学热处理；以及形变热处理等。

退火

退火是一种热处理工艺，它会将金属材料加热至临界点 Ac1 以上或以下的温度，并且保持一定的时间，之后再缓慢冷却。常见的退火工艺包含再结晶退火、去应力退火、球化退火以及完全退火等。退火的目的主要有以下几个方面：一是降低金属材料的硬度，二是提高其塑性，以便于进行切削加工或压力加工，三是减少残余应力，四是提高组织和成分的均匀化，五是为后道热处理做好组织准备等。

2. 通常在毛坯状态进行退火处理。

（一）完全退火

完全退火是这样一种热处理工艺：将钢件或钢材加热至 Ac3 以上 20 至 30℃。经过完全奥氏体化之后，进行缓慢冷却。这样做是为了获得近于平衡的组织。它主要被用于亚共析钢（wc 为 0.3 至 0.6％）。其目的包括细化晶粒、使组织均匀、消除内应力、降低硬度以及改善钢的切削加工性。低碳钢和过共析钢不适合采用完全退火这种方式。低碳钢完全退火后，其硬度偏低，这对切削加工是不利的。过共析钢加热到 Accm 以上呈奥氏体状态并缓冷退火时，会有网状二次渗碳体析出，从而使钢的强度、塑性以及冲击韧性都显著降低。完全退火所需要的时间很长，特别是对于过冷奥氏体比较稳定的合金钢而言更是这样。奥氏体化后的钢较快地冷至稍低于 Ar1 温度等温，能使奥氏体转变为珠光体，然后空冷至室温，这样就可大大缩短退火时间，这种退火方法被称作等温退火。等温退火适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢，它既可以达到和完全退火相同的目的，又有利于钢件获得均匀的组织和性能。然而对于大截面的钢件以及大批量的炉料来说，很难保证工件的内部和外部都能达到等温温度。因此，不适合采用等温退火这种方式。

（二）不完全退火

不完全退火的操作是把钢加热到 Ac1～Ac3（针对亚共析钢）或者 Ac1～Accm（针对过共析钢）的范围之间，经过保温之后再缓慢冷却，这样就能获得接近平衡组织的热处理工艺。因为是加热到两相区的温度，只是让奥氏体发生了重结晶，所以基本上不会对先共析铁素体或者渗碳体的形态以及分布进行改变。如果亚共析钢原始组织中的铁素体是均匀且细小的，只是珠光体的片间距比较小，硬度变得偏高，内应力也比较大，那么只要在 Ac1 之上且 Ac3 之下的温度进行不完全退火，就能够达到降低硬度以及消除内应力的目的。不完全退火的加热温度低且过程时间短。对于亚共析钢的锻件而言，如果锻造工艺正常，钢的原始组织分布也合适，那么就可以用不完全退火来代替完全退火。

不完全退火主要用于过共析钢，目的是获得球状珠光体组织，这样可以消除内应力，能够降低硬度，还能改善切削加工性。所以不完全退火又被称作球化退火。实际上，球化退火属于不完全退火的一种。

（三）球化退火

球化退火这种热处理工艺能使钢中的碳化物球化，从而获得粒状珠光体。它主要被用于共析钢、过共析钢以及合金工具钢。其作用在于降低硬度，使组织变得均匀，改善切削加工性，并且为淬火做好组织上的准备。

过共析钢如果呈现层片状珠光体和网状二次渗碳体的形态，那么它不仅硬度较高，难以进行切削加工，并且会增大钢的脆性，容易引发淬火变形及开裂。正因如此，在钢进行热加工之后，必须添加一道球化退火的工序，让网状二次渗碳体以及珠光体中的片状渗碳体实现球化，从而获得粒状珠光体。

（四）扩散退火

扩散退火也叫做均匀化退火。它的做法是把钢锭、铸件或锻坯加热到略低于固相线的温度，并且在此温度下长时间保持，接着再缓慢冷却。通过这样的方式，可以消除化学成分不均匀的现象，这是一种热处理工艺。其目的在于消除铸锭或铸件在凝固过程中形成的枝晶偏析以及区域偏析，让成分和组织变得均匀。

（五）去应力退火和再结晶退火

钢材在热轧或锻造之后，在冷却过程里，因为表面和心部的冷却速度不一样，从而造成内外温差，这样就会产生残余内应力。这种内应力与后续工艺因素所产生的应力相互叠加，容易让工件出现变形和开裂的情况。焊接件的焊缝处，由于组织不均匀，所以存在很大的内应力，这会明显降低焊接接头的强度。退火是为了消除因变形加工以及铸造、焊接过程所引起的残余内应力而进行的。去应力退火不仅能消除内应力，还可以降低硬度，提升尺寸稳定性，防止工件发生变形和开裂。

钢的去应力退火加热温度范围较宽，不过不能超过 Ac1 点，通常在 500 到 650℃之间。铸铁件进行去应力退火时，温度一般是 500 到 550℃，若超过 550℃，就容易使珠光体发生石墨化。焊接工件的退火温度一般为 500 到 600℃。一些大的焊接构件，在加热炉内进行去应力退火有困难。它们常常会采用火焰或工频感应加热的方式进行局部退火。这种局部退火的加热温度一般比在炉内加热的温度略高一些。

再结晶退火是将冷变形后的金属加热至再结晶温度之上，并保持适当时间。这样能使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，从而消除加工硬化。钢在经过冷冲、冷轧或冷拉后，会出现加工硬化现象。此现象会使钢的强度和硬度升高，而塑性和韧性下降，切削加工性能以及成形性能也会变差。经过再结晶退火之后，加工硬化被消除，钢的机械性能恢复到了冷变形之前的状态。

冷变形钢的再结晶温度与化学成分以及形变度等因素存在关联。纯铁的再结晶温度是 450℃，纯铜的再结晶温度为 270℃，纯铝的再结晶温度是 100℃。通常来讲，形变量越大，再结晶温度就越低，并且再结晶退火温度也会越低。不同的钢都拥有一个临界变形度，在这个变形度之下，再结晶时晶粒将会出现异常长大的情况。钢的临界变形度为 6％至 10％。一般钢材的再结晶退火温度处在 650 到 700 摄氏度这个范围，其保温时间是 1 到 3 小时。冷变形钢在进行再结晶退火之后，通常是在空气中进行冷却。

再结晶退火也可以作为冷变形钢材或其它合金成品的最终热处理。

正火

正火的目的包括：主要是提升低碳钢的力学性能。改善其切削加工性。使晶粒细化。消除组织缺陷。为后续的热处理做好组织准备。以及消除冷、热加工所产生的内应力等。

正火过程的实质包含完全奥氏体化以及伪共析转变。如果钢中碳的含量处于 0.6～1.4％这个范围，那么在正火组织中不会出现先共析相，只会有伪共析珠光体或者索氏体。而对于碳的含量小于 0.6％的钢来说，正火之后除了有伪共析体外，还会有少量的铁素体。

正火能够作为预备热处理。它能给机械加工提供合适的硬度，同时还能细化晶粒，消除应力，消除魏氏组织和带状组织，从而为最终热处理提供适宜的组织状态。正火也可以作为最终热处理，为一些受力较小、性能要求不高的碳素钢结构零件提供合适的机械性能。正火还能够消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火做好组织准备。大型工件以及形状复杂的工件或者截面变化剧烈的工件，用正火来代替淬火和回火，能够避免出现变形和开裂的情况。

正火处理的加热温度一般在 Ac3 或者 Accm 之上 30 到 50 摄氏度，这个温度比一般退火的温度要高。对于含有 V、Ti、Nb 等碳化物形成元素的合金钢，能够采用更高的加热温度，也就是 Ac3 加 100 到 150 摄氏度。为了消除过共析钢的网状碳化物，也可以根据情况提高加热温度，使碳化物能够充分溶解。

正火的保温时间与完全退火相同。应以工件透烧为标准，也就是心部要达到要求的加热温度。同时，还需考虑钢材成分、原始组织、装炉量和加热设备等因素。通常是根据具体工件的尺寸以及经验数据来加以确定。

正火冷却方式常用的做法是把钢件从加热炉中取出后在空气中自然冷却。对于大件，还可以通过吹风、喷雾以及调节钢件堆放距离等方式来控制钢件的冷却速度，以此达到要求的组织和性能。

正火工艺是较简单、经济的热处理方法，主要应用于以下几方面：

1．改善钢的切削加工性能

碳素钢和低合金钢中碳的含量低于 0.25％。这类钢退火后硬度较低。在切削加工时容易“粘刀”。通过正火处理能够减少自由铁素体。还能获得细片状珠光体。使硬度提升至 140～190HB。这样就可以改善钢的切削加工性。提高刀具的寿命。提升工件的表面光洁程度。

2．消除热加工缺陷

中碳结构钢的铸件、锻件、轧件以及焊接件，在进行热加工之后，容易出现魏氏组织、粗大晶粒等过热方面的缺陷，同时也会出现带状组织。而通过正火处理这种方式，能够消除这些缺陷组织，从而达到细化晶粒的目的，能够让组织变得均匀，还能够消除内应力。

3．消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火

过共析钢在淬火之前需进行球化退火，这样能便于机械加工，还能为淬火做好组织准备。然而，若过共析钢中存在严重的网状碳化物，就无法达到良好的球化效果。采用正火处理能够消除网状碳化物。为此，在正火加热时，要确保碳化物全部溶入奥氏体中，并且要采用较快的冷却速度来抑制二次碳化物的析出，从而获得伪共析组织。

4．提高普通结构零件的机械性能

一些碳钢和合金钢零件，它们受力不大且性能要求不高，采用正火处理，能够达到一定的综合力学性能，这种情况下可以代替调质处理，将其作为零件的最终热处理。

应用要点：正火一般被用作锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于那些性能要求不高的低碳和中碳的碳素结构钢以及低合金钢件，也能够当作最后热处理。而对于一般的中、高合金钢来说，空冷会致使完全或局部淬火，所以不能将其作为最后热处理工序。

备注：

一、Ac1：加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度；

二、Ar1：冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度；

三、Ac3：加热时游离铁素体全部转变为奥氏体终了温度；

四、Ar3：冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度；

五、Accm：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度；

六、Arcm：冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体的温度。

热处理中的铁碳平衡图里有 Ac1、Acm、Ar1 等线。这些线代表着铁碳合金材料组织转变的温度曲线。因为含碳量存在差异，所以其转变的温度也各不相同。

PSK 水平线的温度是 723℃，它是共析反应线。这意味着铁碳合金在缓慢冷却的过程中，奥氏体会转变为珠光体。为了方便使用，PSK 线被称为 A1 线，GS 线被称为 A3 线，ES 线被称为 Acm 线。

A3 线是一条斜线，其形成是因为材料含碳量从低到高，A3 线从高斜向下方。所以，这条线上的温度是从高到低变化的，并非固定数值。而 A1 线是一条水平线，它是加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度，温度为 723℃，是一个固定的值。

退火和正火的选用

生产上选择退火和正火工艺时，需要依据钢种来进行考虑。同时，也要考虑冷加工工艺以及热加工工艺。并且，还得考虑零件的使用性能以及经济性等多方面因素，要综合进行考量。

低碳钢含碳量＜0.25％，通常会用正火来代替退火。因为正火的冷却速度较快，能防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，这样就能提升冲压件的冷变形性能。正火还可以提高钢的硬度，改善低碳钢的切削加工性能。在没有其他热处理工序时，正火能够细化晶粒，提高低碳钢的强度。

中碳钢的含碳量在 0.25%～0.5%之间时，可用正火来代替退火。接近上限碳量的中碳钢，正火后硬度会偏高，但依然能够进行切削加工。同时，正火的成本低，生产率高。

含碳量较高的 0.5～0.75％的钢，正火后的硬度比退火后的硬度显著要高，这样就难以进行切削加工，所以一般会采用完全退火的方式，以此来降低硬度，改善切削加工性。

高碳钢或工具钢中，75％以上的一般采用球化退火作为预备热处理。如果存在网状二次渗碳体，就应先进行正火将其消除。

钢中碳和合金元素增多时，过冷奥氏体的稳定性会增加，c-曲线会向右移动。所以，一些中碳钢以及中碳合金钢在正火之后硬度偏高，这对切削加工不利，应当采用完全退火的方式。尤其对于含较多合金元素的钢，其过冷奥氏体特别稳定，即便在缓慢冷却的条件下，也能得到马氏体和贝氏体组织，所以应当采用高温回火来消除应力、降低硬度并改善切削加工性能。

从使用性能方面考虑，倘若钢件或者零件受力较小，对性能的要求也不高，那就无需进行淬、回火处理，而可以通过正火来提高钢的机械性能，将其作为最终热处理。从经济原则角度来看，因为正火的生产周期比退火短，操作更为简便，工艺成本也更低。所以，在钢的使用性能和工艺性能能够满足要求的情况下，应当尽可能地用正火来代替退火。

淬火

淬火是将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢的下临界点温度）之上的某一温度，接着保持一定时间，之后以合适的冷却速度，从而获得马氏体（或贝氏体）组织的一种热处理工艺。常见的淬火工艺包含盐浴淬火，还有马氏体分级淬火，以及贝氏体等温淬火，同时有表面淬火和局部淬火等。淬火的目的在于：让钢件获取所需的马氏体组织，把工件的硬度提升上去，增强工件的强度以及耐磨性，为后续的热处理做好组织方面的准备等。

对于淬火工艺来说，要实现淬火，首先得把钢加热到临界点（Ac3 或 Ac1）之上，从而获得奥氏体组织。接着，冷却速度必须大于临界淬火速度，这样才能得到全部马氏体（包含残余奥氏体）组织。因此，必须留意选择合适的淬火温度和冷却速度。因为不同钢件的过冷奥氏体稳定性不一样，所以钢淬火获得马氏体的能力也各不相同。实际淬火时，工件的截面各部分冷却速度存在差异。只有那些冷却速度大于临界淬火速度的部位，才能够得到马氏体。而工件的心部，有可能得到珠光体、贝氏体等非马氏体组织。因此，需要弄清楚钢的“淬透性”这一概念。钢在淬火冷却过程中，因为工件存在温差，所以会导致胀缩不一致。同时，由于相变不同时进行，还会引起淬火应力。这些因素甚至可能会引发变形或开裂，因此在制定淬火工艺时，应当特别予以注意。

（一）淬火应力

工件在淬火时会有形状和尺寸的变化，有时还会产生淬火裂纹。这是由工件变形或内部产生的内应力造成的。淬火内应力主要分为热应力和组织应力这两种。工件最终的变形或开裂是这两种应力综合作用的结果。若淬火应力超过材料的屈服极限，就会出现塑性变形；若淬火应力超过材料的强度极限，工件就会发生开裂。

实际工件在淬火冷却过程中，热应力和组织应力是同时存在的。钢的淬火应力产生的原因是淬火加热或冷却过程中工件内外层存在温度差。如果增大工件内外的温差，那么工件中的淬火应力就会增大；如果减小工件内外的温差，那么工件中的淬火应力就会减小。因此，选择适当的淬火加热温度，选择合适的冷却介质，采用恰当的冷却方式，都能够控制工件中淬火应力的大小以及其分布情况，进而可以有效地防止淬火工件出现变形与开裂的现象。

（二）淬火加热温度

淬火加热温度的选择需以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，这样就能在淬火后获得细小的马氏体组织。淬火温度主要依据钢的临界点来确定，对于亚共析钢，通常要加热至 Ac3 以上 30 至 50℃；对于共析钢和过共析钢，则加热至 Ac1 以上 30 至 50℃。亚共析钢淬火加热温度处于 Ac1 到 Ac3 之间时，淬火组织里除了马氏体之外，还会留存一部分铁素体，这会导致钢的硬度和强度降低。然而，淬火温度不能过度超过 Ac3 点，要是超过了，就会使得奥氏体晶粒变得粗大，淬火之后就会得到粗大的马氏体。

对于低合金钢，淬火温度需依据临界点 Ac1 或者 Ac3 来确定。同时要考虑合金元素的作用，为了加快奥氏体化的进程，淬火温度可以适当偏高一些，通常是在 Ac1 或 Ac3 之上 50 至 100℃。高合金工具钢含有较多强碳化物形成元素，其奥氏体晶粒粗化温度较高，所以可以采用更高的淬火加热温度。本质粗晶粒钢含碳、锰量较高，应采用较低的淬火温度，这样可以防止奥氏体晶粒粗化。

（三）淬火冷却介质

钢从奥氏体状态冷却至 M 点以下时所使用的冷却介质被称作淬火介质。如果介质的冷却能力较大，那么钢的冷却速度就会越快，也就越容易超过钢的临界淬火速度。一旦超过临界淬火速度，工件就越容易被淬硬，淬硬层的深度也会越深。然而，若冷却速度过大，就会产生巨大的淬火应力，这样就容易使工件发生变形或开裂。

常用的淬火介质有多种，其中包括水、盐水或碱水溶液，还有各种矿物油等。这些冷却速度值都是依据相关的冷却速度特性曲线来估算得出的。

水的冷却特性不佳。在 650～400℃需要快冷的区间，它的冷却速度比较小，不会超过 200℃／s。而在马氏体转变温度区需要慢冷时，它的冷却速度又很大，在 340℃时最大冷却速度能达到 775℃／s，这样很容易使淬火工件发生变形或开裂。此外，水温对水的冷却特性有着很大的影响。当水温升高时，高温区的冷却速度会显著下降，然而低温区的冷却速度依然很高。所以在淬火时，水温不应超过 30℃。通过加强水循环和对工件进行搅动，能够加速工件在高温区的冷却速度。水虽然不是理想的淬火介质，但是它适用于尺寸不大且形状简单的碳钢工件的淬火。

浓度为 10％的 NaCl 水溶液可使高温区（500～650℃）的冷却能力显著提高，它能使纯水的冷却能力提高 10 倍以上。浓度为 10％的 NaOH 水溶液在高温区（500～650℃）的冷却能力更高。这两种水基淬火介质在低温区（200～300℃）的冷却速度也很快。

油是一种常用的淬火介质。早期使用动、植物油脂，现今工业上主要使用矿物油，像锭子油、机油、柴油等。油的主要优点在于，在低温区的冷却速度比水要小很多，这样就能极大地降低淬火工件的组织应力，减少工件的变形和开裂倾向。油在高温区间的冷却能力较低，这是它的主要缺点。然而，对于过冷奥氏体比较稳定的合金钢来说，油是合适的淬火介质。水与之相反，提高油温能够降低粘度，还能增加流动性，所以可以提升高温区间的冷却能力。然而，倘若油温过高，就容易引发着火的情况，通常应当将油温控制在 60 至 80℃之间。

上述几种淬火介质各有其优缺点，都不是理想的冷却介质。水的冷却能力较强，但冷却特性不佳；油的冷却特性较为良好，然而其冷却能力又比较低。所以，寻觅冷却能力处于油水之间，冷却特性接近理想淬火介质的新型淬火介质，是人们所努力追求的目标。因为水是价格低廉、容易获取且性能稳定的淬火介质，所以当下世界各国都在促使有机水溶液成为淬火介质。美国应用一种淬火介质，其浓度为 15％的聚乙烯醇、0.4％的抗粘附剂、0.1％的防泡剂。其它国家也在应用类似的淬火介质。国内使用较为广泛的新型淬火介质有：水玻璃 - 碱水溶液；过饱和硝盐水溶液；氧化锌 - 碱水溶液；合成淬火剂等。这些淬火介质的共同特点是，冷却能力处于水和油之间，与理想淬火介质相近。

（四）淬火方法

选择适当的淬火方法，如同选用淬火介质一样。这样做能够在获得所要求的淬火组织和性能的条件下，尽量将淬火应力减小，同时减少工件的变形和开裂倾向。

1．单一淬火法

有一种淬火方法，是将处于奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中并一直冷却到室温。这种淬火方法适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。通常情况下，碳钢的临界淬火速度较高，尤其对于尺寸较大的碳钢工件，大多会采用水淬这种方式；而对于小尺寸的碳钢件以及过冷奥氏体比较稳定的合金钢件，则可以采用油淬这种方式。

单液淬火的一个优点是操作较为简便。不过，它仅仅适用于尺寸较小且形状较为简单的工件。而对于尺寸较大的工件，如果实行单液淬火，就容易出现较大的变形或者开裂的情况。

2．双液淬火法

它先把处于奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质里冷却到接近 Ms 点温度，接着马上转入冷却能力较弱的淬火介质中继续冷却，直到完成马氏体转变。通常用水当作快冷的淬火介质，用油当作慢冷的淬火介质。有时也会采用用水淬火以及空冷的方式。这种淬火方法将水在高温区冷却速度快以及油在低温区冷却速度慢的优点充分利用了起来。这样既能够保证工件得到马氏体组织，又能够降低工件在马氏体区的冷却速度，进而减少组织应力，最终防止工件变形或开裂。尺寸较大的碳素钢工件适合采用这种淬火方法。采用双液淬火法时，必须严格把控工件在水中的停留时间。如果水中停留时间过短，就会引发奥氏体分解，进而致使淬火硬度达不到要求；而如果水中停留时间过长，工件的某些部分就已经在水中完成了马氏体转变，这样就失去了双液淬火的意义。所以，实施双液淬火需要工人具备丰富的经验和娴熟的技术，通常要依据工件的尺寸，凭借经验来确定。

3．喷射淬火法

它是一种淬火方法，会向工件喷射急速的水流。这种淬火方法主要是用于局部淬火的工件。因为这种淬火方法不会在工件表面形成蒸汽膜，所以能够保证比普通水淬得到更深的淬硬层。采用细密的水流，并且让工件上下运动或者旋转，就可以保证实现工件均匀冷却淬火。

4．分级淬火法

它首先将奥氏体状态的工件淬入盐浴或碱浴炉中，此浴炉的温度略高于钢的 Ms 点，然后进行保温。待工件内外温度均匀后，从浴炉中取出并空冷至室温，从而完成马氏体转变。这种淬火方法，因为工件内外温度能够均匀，并且是在缓慢冷却的条件下完成马氏体转变的，所以不仅淬火热应力减小了（比双液淬火的热应力小），而且组织应力也显著降低了。正因如此，它有效地减小或防止了工件在淬火过程中的变形和开裂。同时克服了双液淬火时出水入油时间难以控制的不足。然而，这种淬火方法存在冷却介质温度较高的问题，导致工件在浴炉中的冷却速度较慢，并且等温时间又受到限制，所以大截面零件难以达到其临界淬火速度。正因如此，分级淬火只适合尺寸较小的工件，像刀具、量具以及要求变形很小的精密工件。

除了上述几种典型的淬火方法，近年来发展了许多新的淬火工艺来提高钢的强韧性。比如有高温淬火，还有循环快速加热淬火。另外，高碳钢可以进行低温、快速、短时加热淬火，亚共析钢可以进行亚温淬火等。这些淬火工艺这里不再一一详细说明。

希望通过对钢进行淬火来获得马氏体组织。然而，对于一定尺寸和化学成分的钢件，在某种介质中淬火能否得到全部马氏体，取决于钢的淬透性。淬透性是钢的重要工艺性能，同时也是选材和制定热处理工艺的重要依据之一。

2. 淬火能够将钢的强度和耐磨性潜力充分展现出来，然而与此同时，也会导致极大的内应力产生，并且会使钢的塑性和冲击韧度降低，所以需要进行回火，以此来获得较好的综合力学性能。

回火

回火是钢件经淬硬后进行的一种热处理工艺。它需要将钢件加热到 Ac1 以下的某一温度，然后保温一定时间，最后冷却到室温。常见的回火工艺包括低温回火、中温回火、高温回火和多次回火等。回火的目的主要有以下几点：一是消除钢件在淬火时所产生的应力；二是使钢件在具有高硬度和耐磨性的同时，还能具备所需的塑性和韧性等。一般碳钢和低合金钢方面，依据工件的组织以及性能需求，回火存在低温回火这种情况，还有中温回火以及高温回火等几种。

（一）低温回火

低温回火的温度在 150 到 250℃左右，其回火组织是回火马氏体。淬火马氏体与之相比，回火马氏体不但保持了钢的高硬度、高强度以及良好的耐磨性，还把韧性适当地提高了。所以，低温回火尤其适合用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件以及高频表面淬火工件。低温回火钢大多为淬火高碳钢和高碳合金钢。这些钢经淬火并低温回火后，会形成隐晶回火马氏体和均细粒状碳化物组织。这种组织使钢具有很高的硬度和耐磨性，同时能显著降低钢的淬火应力和脆性。对于淬火后获得低碳马氏体的钢，经低温回火后能够减少内应力，还能进一步提升钢的强度和塑性，从而保持优良的综合机械性能。

（二）中温回火

正因如此，中温回火主要被用于各种弹簧零件以及热锻模具。

高温回火的温度大约在 500 到 650℃之间，其回火组织是回火索氏体。淬火之后接着进行高温回火这种操作被叫做调质处理。经过调质处理之后，钢会具备优良的综合机械性能。基于此，高温回火主要适合用于中碳结构钢或者低合金结构钢，以便制作曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、机床主轴以及齿轮等重要的机器零件。这些机器零件在使用时，对强度有较高要求，并且能够承受冲击的作用，还能够承受交变负荷的作用。

某些高合金钢不能通过退火来软化处理，除了上述三种回火工艺外，这些高合金钢可以在 600～680℃进行软化回火。

回火工艺包含回火温度以及回火冷却方式。钢在经过淬火和回火之后，其力学性能通常是通过硬度来进行衡量的。

在硬度要求的一定范围内，回火温度升高时，所需的回火保温时间就会变短；在特定的回火温度下，随着保温时间不断延长，硬度会逐渐降低。

工件回火后通常在空气中冷却。一些重要的机器零件和工模具，因为要防止重新产生内应力、变形以及开裂，所以一般都采用缓慢的冷却方式。对于有高温回火脆性的钢件，回火后需要进行油冷或者水冷，以此来抑制回火脆性。

4. 一般情况下，应尽量避免在 230 至 280℃对钢进行回火，对于不锈钢，应避免在 400 至 450℃之间回火，因为在这些温度区间回火会产生一次回火脆性。

调质

调质是将钢材或钢件进行淬火及回火的复合热处理工艺。有一种钢适用于调质处理，这种钢被称为调质钢。一般来说，它指的是中碳结构钢和中碳合金结构钢。先将钢件淬火，然后在比淬火时高 10 到 20℃的温度下加热保温，接着进行淬火，之后在 400 到 720℃的温度范围内进行回火，这就称为调质。

目的：一是改善切削加工性能，让加工表面的光洁程度得以提高；二是减小淬火时出现的变形和开裂情况；三是获得优良的综合力学性能。

3. 还能够作为某些紧密零件，例如丝杠等的预先热处理，以此来减小变形。

化学热处理

金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，这就是化学热处理。在这个过程中，一种或几种元素会渗入工件的表层，从而改变其化学成分、组织和性能，这就是化学热处理的过程。常见的化学热处理工艺包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铝、渗硼等。化学热处理的目的主要有：提高钢件表面的硬度；提高钢件表面的耐磨性；提高钢件表面的抗蚀性；提高钢件表面的抗疲劳强度；提高钢件表面的抗氧化性等。固溶处理加热通常在盐浴炉或箱式炉中进行。加热时间有不同取值，一种是 1 分钟每毫米，另一种是 2 至 2.5 分钟每毫米。淬火时采用油冷，对于淬透性好的钢种也可以空冷。倘若在锻造模坯时能够精准控制终锻温度，那么锻造之后就可以直接进行固溶淬火。

固溶处理

合金被加热到适当温度，固溶热处理会保持足够长的时间，这样一种或几种相（通常是金属间化合物）就能溶入固溶体中，之后快速冷却到室温，这是一种金属热处理操作，简称固溶处理。合金经过固溶热处理后，其组织可能是过饱和固溶体，也可能是通常只在高温下存在的一种固溶体相。所以在热力学方面，它处于亚稳态。并且在适当的温度或者应力条件下，会发生脱溶或者其他的转变。

有些书刊里，常常将固溶热处理视为含义更宽泛的“淬火”的一种形式。这是因为固溶热处理工艺会采取快速冷却的操作。一般而言，固溶热处理是一种预先进行的热处理，其作用是为合金后续的热处理准备最佳条件。所以，不同合金的固溶热处理，即便在操作上大致相同，但其目的却可能有很大的不同。

固溶处理的目的在于：其一，改善钢和合金的塑性与韧性；其二，为沉淀硬化处理做好准备等。固溶处理的加热通常在盐浴炉或箱式炉中进行。其加热时间分别可以是 1 分钟每毫米，或者 2 至 2.5 分钟每毫米。淬火时采用油冷，对于淬透性好的钢种，也可以进行空冷。倘若在锻造模坯时能够准确地控制终锻温度，那么锻造之后就可以直接进行固溶淬火。

沉淀强化

沉淀硬化指的是一种热处理工艺。在这种工艺中，金属处于过饱和固溶体状态时，溶质原子会偏聚在某一区域，并且（或者）会从该区域脱溶出微粒，这些微粒会弥散分布在基体中，从而导致金属硬化。例如，奥氏体沉淀不锈钢在经过固溶处理之后，或者在经过冷加工之后，在 400 至 500℃的温度范围内，或者在 700 至 800℃的温度范围内进行沉淀硬化处理，就可以获得非常高的强度。

时效处理

时效处理是一种热处理工艺。这种工艺针对金属或合金工件，比如低碳钢等。这些工件先经固溶处理，接着从高温淬火或者经过一定程度的冷加工变形后，在较高温度或室温下放置，以保持其形状、尺寸，并且其性能会随时间而发生变化。

若采用把工件加热到较高温度，且长时间进行时效处理的这种时效处理工艺，就叫做人工时效处理。若工件放置在室温或自然条件下长时间存放而出现时效现象，那就称为自然时效处理。时效处理的目的在于消除工件的内应力，使组织和尺寸稳定，改善机械性能等。一般来说，经过时效处理后，硬度和强度会有所增加，而塑性、韧性和内应力会有所降低。

含碳较高的钢，淬火后能立即获得很高的硬度，然而它的塑性却变得很低。铝合金淬火后，其强度或硬度不会立即达到峰值，并且它的塑性不但没有下降，反而还上升了。在经过相当长的时间（比如 4 到 6 昼夜）的室温放置之后，这种淬火合金的强度显著提高，同时其塑性有所下降。

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本文的参考文献包括：1 是百度文库文献，2 是《金属学与热处理》（崔忠圻）。若有侵权情况，请联系本公众号进行删除，谢谢！