钢材热处理工艺解析：退火、正火、淬火、回火的特点与应用

钢材的热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个工序，有时只包括加热、冷却两个工序，这些工序是相互联系、不可间断的。加热是热处理的重要工序之一，因工序不同又可分为退火、正火、淬火、回火等。

在退火状态下，钢可分为亚共析钢（含碳量在0.0218%～0.77%之间的结构钢称为亚共析钢）、共析钢、过共析钢；在正火状态下，钢可分为珠光体钢、贝氏体钢、奥氏体钢。

1.什么是退火？

退火是将金属缓慢加热到一定温度，保温足够时间，然后以适当的速度冷却的金属热处理工艺。退火热处理分为完全退火、不完全退火和消除应力退火。

退火的目的是：

（1）改善或消除钢材在铸造、锻造、轧制和焊接等过程中产生的各种组织缺陷和残余应力，防止工件变形、开裂。

（2）使工件变软，以利于切削加工。

（3）细化晶粒，改善组织，提高工件的力学性能。

（4）准备最终热处理（淬火、回火）的结构。

2. 什么是正则化？

正火是为了提高钢的韧性而进行的热处理。将钢件加热到Ac3以上30-50℃（亚共析钢加热时铁素体转变为奥氏体的最终温度）后，保温一段时间，然后空冷。其主要特点是冷却速度比退火快，但比淬火慢。正火时，在稍快的冷却速度下，钢的晶粒可得到细化，不但能获得满意的强度，而且韧性（AKV值）可明显提高，钢件的开裂倾向也降低。

正火的目的和用途：

（1）对于亚共析钢，正火用于消除铸件、锻件和焊接件的过热粗晶组织、魏氏组织（魏氏组织是指焊接过热区，在较快的冷却速度下，粗大的奥氏体晶粒长大到很大而形成的特殊过热组织）和轧制产品中的带状组织，细化晶粒，并可作为淬火前的预先热处理。

（2）对于过共析钢，正火可以消除二次渗碳体网状结构，细化珠光体，不但提高力学性能，而且有利于后续的球化退火。

（3）对低碳深冲薄钢板而言，正火可以消除晶界处的自由渗碳体，改善其深冲性能。

（4）对于低碳钢和低碳低合金钢，正火可获得较细小的珠光体组织，使硬度提高到HB140-190。对于中碳钢，在有正火和退火两种工艺可供选择的情况下，采用正火更为经济、方便。

3.什么是淬火？

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3(亚共析钢)或Ac1(过共析钢)以上，在此温度下保温一段时间，使其全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷却速度快速冷却到Ms以下(或等温在Ms附近)，使其发生马氏体(或贝氏体)转变的热处理工艺。铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理，或具有快速冷却过程的热处理工艺通常称为淬火。淬火分为：单液淬火、双液淬火、火焰表面淬火、表面感应淬火。

淬火目的：

（1）提高金属制品或零件的力学性能。

例如：提高工具、轴承的硬度和耐磨性，提高弹簧的弹性极限，提高轴类零件的综合力学性能等。

（2）改善某些特殊钢的材料性能或化学性能。

例如：提高不锈钢的耐腐蚀性能、增加磁钢的永久磁性等。

4. 什么是回火

回火是将淬火后的金属材料或零件加热到一定温度，保温一定时间，然后按一定方式冷却的热处理工艺。回火是淬火后立即进行的操作。它通常是工件热处理的最后一个工序。因此，淬火和回火的联合工艺称为最终处理。回火分为：低温回火、中温回火、高温回火。

回火目的：

（1）获得所要求的力学性能。一般情况下，零件淬火后强度、硬度有很大提高，但塑性和韧性明显降低。零件的实际工作条件要求有较好的强度和韧性。选择适当的回火温度进行回火后，即可获得所要求的力学性能。

（2）组织和规模稳定。

（3）消除内应力。