东莞万江鸿奥精密：热处理工艺之淬火，你了解多少？

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为了使金属工件具有所需的工作性能，热处理工艺往往是必不可少的。热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程。因工艺不同，又可分为淬火、回火、正火、退火等，你能分得清它们的区别吗？

1.什么是淬火？

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，使其完全或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的速度冷却至Ms以下(或Ms附近等温线)，使之转变为马氏体(或贝氏体)的热处理工艺。通常也用于铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或热处理。快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

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、轴承等的硬度和耐磨性，提高弹簧的弹性极限，提高轴类零件的综合力学性能等。

2）改善某些特种钢的材料性能或化学性能，如提高不锈钢的耐腐蚀性能、增加磁钢的永久磁性等。

淬火冷却时，除合理选择淬火介质外，还要求采用正确的淬火方法。常用的淬火方法有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、局部淬火等。

钢件淬火后具有以下特点：

①获得马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。

②内应力较大。

③力学性能达不到要求。因此，钢制工件淬火后一般需进行回火处理。

2.什么是回火？

回火是将淬火后的金属材料或零件加热到一定温度，并在此温度下保温一定时间，然后以一定方式冷却的热处理工艺，回火是在淬火后立即进行的操作，通常是工件热处理中的最后一道工序，所以淬火与回火的联合工序称为最终处理。

淬火、回火的主要目的是：

1）减少内应力与脆性。淬火零件应力大，脆性大，如不及时回火，往往会变形，甚至开裂。

2）调整工件的力学性能。工件淬火后硬度较高，但脆性较大，为了满足各类工件不同的性能要求，可采用回火来调整工件的硬度、强度、塑性和韧性。

3）稳定工件尺寸。回火可以稳定金相组织，保证后续使用过程中不会变形。

4）改善某些合金钢的切削性能。

回火的作用是：

①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织变化，从而保持工件的几何尺寸和性能稳定。

②消除内应力，改善工件的使用性能，稳定其几何尺寸。

③调整钢材的力学性能，满足使用要求。

回火之所以有这些作用，是因为当温度升高时，原子活动性增大，钢中的铁、碳等合金元素的原子能较快地进行扩散，实现原子的重新排列，从而使不稳定的不平衡组织逐渐转变为稳定的平衡组织。内应力的消除还与温度升高时金属强度的下降有关，一般钢经回火处理后，硬度和强度下降，塑性提高，回火温度越高，这些力学性能变化越大。一些合金元素含量较高的合金钢在一定的温度范围内回火时，会析出一些细小的金属化合物，使强度和硬度提高，这种现象称为二次硬化。

回火要求：不同用途的工件应进行不同温度的回火，以满足使用要求。

①切削刀具、轴承、渗碳淬火零件、表面淬火零件，通常在250℃以下回火，低温回火后硬度变化不大，内应力减少，韧性稍有提高。

②弹簧经350～500℃中温回火，获得较高的弹性和必要的韧性。

③中碳结构钢制成的零件，通常在500～600℃回火，以获得适当的强度和韧性的良好结合。

钢在300℃左右回火时，其脆性往往增大，这种现象称第一类回火脆性，一般不宜在此温度范围内回火。有些中碳合金结构钢会将钢缓慢冷却到室温，也会变脆，这种现象称第二类回火脆性。回火时在钢中添加钼或在油或水中冷却，可防止第二类回火脆性。将钢重新加热到原回火温度，即可消除这种脆性。

生产中，根据工件性能的要求，按加热温度的不同，回火分为低温回火、中温回火、高温回火，将淬火与随后的高温回火相结合的热处理工艺称为调质，是指在具有较高的强度的同时，又具有良好的塑性和韧性。

1）低温回火：150-250℃，M回火，降低内应力和脆性，提高塑性和韧性，有较高的硬度和耐磨性。用于制作量具、刃具及滚动轴承等。

2）中温回火：350-500℃，T回火，具有较高的弹性，有一定的塑性和硬度。用于制作弹簧、锻模等。

3）高温回火：500-650℃，S回火，综合力学性能良好。用于制作齿轮、曲轴等。

3. 什么是正则化？

正火是提高钢的韧性的一种热处理。将钢构件加热到Ac3温度以上30-50℃后，保温一段时间，然后空冷。主要特点是冷却速度比退火快而比淬火低。快速冷却使钢的晶粒细化，不但获得满意的强度，而且韧性（AKV值）明显提高，构件开裂倾向降低。某些低合金热轧钢板、低合金钢锻件、铸件经正火处理后，可大幅度提高材料的综合力学性能，切削加工性能也有所改善。

正火具有以下目的和用途：

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粒组织和魏氏组织及轧制品中的带状组织，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，不但可以提高力学性能，而且有利于后续的球化退火。

③对于低碳深冲薄钢板，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片状珠光体组织，提高硬度到HB140～190，避免切削时的“粘刀”现象，改善切削加工性。对于中碳钢，在正火和退火都可以采用的场合，正火更经济、方便。

⑤对于普通中碳结构钢，在力学性能要求不高的场合，可用正火代替淬火和高温回火。这样不仅操作方便，而且使钢的组织和尺寸稳定。

⑥高温正火（Ac3以上150～200℃）由于高温下扩散速度大，可以减少铸、锻件的成分偏析，高温正火后的粗大晶粒可通过随后在较低温度下的第二次正火来细化。

⑦对于汽轮机、锅炉用的一些低、中碳合金钢，常采用正火处理，获得贝氏体组织，然后进行高温回火，在400～550℃使用时具有良好的抗蠕变性能。

⑧除钢件及钢制品外，正火还广泛应用于球墨铸铁的热处理，以获得珠光体基体，提高球墨铸铁的强度。

由于正火的特点是空冷，环境温度、堆料方式、气流、工件尺寸等对正火后的组织和性能都有影响。正火组织也可作为合金钢的一种分类方法。在别人指导下，光靠自己的能力或一点一点积累知识是很慢的。如果别人把经验分享给你，可以少走很多弯路。将试样加热到900℃空冷后，合金钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。

4.什么是退火？

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一种金属热处理工艺。退火热处理分为完全退火、不完全退火和消除应力退火。退火材料的力学性能可以用抗拉强度来衡量。许多钢铁产品都是以退火状态供应的。钢铁产品的硬度试验可以用洛氏硬度计测试，HRB硬度试验，对于较薄的钢板、钢带和薄壁钢管，可以用表面洛氏硬度计测试HRT硬度。

退火的目的是：

①改善或消除钢材在铸造、锻造、轧制、焊接等加工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为最终热处理（淬火、回火）做好组织准备。

常用的退火工艺有：

①完全退火。用于细化中、低碳钢铸造、锻造、焊接后产生的粗大、力学性能较差的过热组织。将工件加热到铁素体完全转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却。在冷却过程中，奥氏体再次发生转变，可使钢的组织更细小。

②球化退火。用于降低工具钢、轴承钢锻造后的高硬度。将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20-40℃，保温后缓慢冷却。层状渗碳体变成球状，从而降低硬度。

③等温退火。用于降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以便切削加工。一般以较快的速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，然后在此温度下保温适当的时间。通过使屈氏体转变为屈氏体或使之转变成屈氏体，可降低硬度。

④再结晶退火。用于消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中产生的加工硬化现象（硬度升高、塑性下降）。加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50～150℃。只有这样，才能消除加工硬化效应，使金属软化。

⑤石墨化退火。用于使含有大量渗碳体的铸铁转变为具有良好塑性的可锻铸铁。其工艺操作是将铸件加热到950℃左右，保温一定时间，然后适当冷却，使渗碳体分解，生成絮状石墨。

⑥扩散退火。用于使合金铸件化学成分均匀化，改善其使用性能。其方法是将铸件加热到尽可能高的温度而不使其熔化，并长时间保温，使合金中各种元素受热均匀，扩散趋于均匀分布，然后缓慢冷却。

⑦去应力退火。用于消除钢铸件和焊接件的内应力。对于钢制品，加热后将温度保持在100-200℃以下，即奥氏体开始形成的温度，然后放在空气中冷却，即可消除内应力。