金属材料热处理工艺：退火方法、过程及目的解析

热处理是指在固态下，通过加热、保温和冷却来改变金属材料内部组织结构，以获得所需性能的热加工工艺。常见的热处理方法见下表。

姓名

热处理工艺

热处理目的

1.退火

将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却至室温

①降低钢的硬度，提高其塑性，以利于切削加工和冷变形加工

②细化晶粒，使钢组织均匀，改善钢的性能，为后续的热处理做好准备

③消除钢中的内应力。防止加工后零件的变形和开裂

撤退

火

种类

不

（1）完全退火

将钢件加热到临界温度以上30-50℃(不同的钢件，临界温度不同，一般为710-750℃，有的合金钢的临界温度为800-900℃)，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋入砂中冷却)

细化晶粒，使组织均匀，降低硬度，充分消除内应力。完全退火适用于碳含量（质量分数）在0.8%以下的锻件或铸钢件。

（2）球化退火

将钢件加热到临界温度以上20-30℃，保温后缓慢冷却至500℃以下，出炉空冷。

降低钢的硬度，改善切削性能，并为随后的淬火做准备，减少淬火后的变形和开裂。球化退火适用于碳含量（质量分数）大于0.8％的碳素钢和合金工具钢。

（3）消除应力退火

将钢加热到500-650℃，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般采用炉冷）

消除钢材焊接、冷矫直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，防止后续加工和使用过程中产生变形

消除应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件、冷挤压件等。

2. 规范化

将钢加热到临界温度以上40-60℃，保温一定时间，然后空气冷却

①改善组织结构和切削性能

②对力学性能要求不高的零件，常采用正火作为最终热处理

③消除内应力

3. 淬火

将钢加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油中（有些材料在空气中）快速冷却。

①使钢件具有较高的硬度和耐磨性

②使钢件经回火后获得某些特殊的性能，如较高的强度、弹性和韧性等。

淬火

火

种类

不

（1）单液淬火

将钢加热到淬火温度，保温，然后在淬火剂中冷却。

单液淬火只适用于形状比较简单、技术要求不太高的碳钢、合金钢零件。淬火时，直径或厚度大于5～8mm的碳钢零件，采用盐水或水冷；合金钢零件采用油冷

（2）双液淬火

将钢加热到淬火温度，保温后，先在水中快速冷却至300-400℃，然后移至油中冷却。

（3）火焰表面淬火

将乙炔和氧气混合气体的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即向零件表面喷水。火焰表面淬火适用于单件或小批生产，要求表面坚硬耐磨，能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢零件，如曲轴、齿轮、导轨等

（4）表面感应淬火

火

将钢件置于感应器内，感应器在一定频率的交流电作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速（2-10分钟）加热到淬火温度。在钢件表面喷水。

经过表面感应淬火的零件表面坚硬耐磨，同时心部保持良好的强度和韧性。

表面感应淬火适用于中碳钢和中碳合金钢零件

4. 回火

将淬火钢加热到临界温度以下，保温一段时间，然后在空气或油中冷却

回火是在淬火后立即进行的，也是热处理的最后一道工序。

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，而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组织和尺寸稳定

③消除内应力

（1）低温回火

将淬火钢加热到150-50℃，在此温度下保温一定时间，然后在空气中冷却。低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承及渗碳零件等。

消除钢件淬火产生的内应力

种类

不

（1）中温回火

淬火钢加热到350-450%后保温一段时间冷却，一般用于各种弹簧及热冲压模具等零件。

使钢件具有较高的弹性、一定的韧性和硬度

（1）高温回火

淬火钢件加热到500-650℃，保温后冷却，主要用于要求强度高、韧性强的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮、连杆等。

使钢件获得较好的综合力学性能，即有较高的强度和韧性以及足够的硬度，并消除钢件因淬火而产生的内应力

5. 调理

重要的结构零件，如轴、齿轮、连杆等，常对淬火钢进行高温（500～600℃）回火，回火通常在粗加工后进行。

细化晶粒使钢件具有较高的韧性和足够的强度，从而具有良好的综合力学性能

6.

时效处理

（1）人工老化

将淬火钢加热到100～160℃，长时间保温，然后冷却。

消除内应力，减少零件变形，稳定尺寸，这对于精度要求较高的零件更为重要

（2）自然老化

将铸件露天放置；钢制零件（如长轴、螺丝等）则放入海水中或长时间悬空或轻轻敲击。对于需自然时效的零件，最好先进行粗加工。

7.化学热处理

将钢件置于含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中,通过加热、保温、冷却等方式使介质中的某些原子渗入到钢件表面,达到改变钢件表面化学成分,使其具有某些特殊性能

改变

学习

热的

部门

原因

（1）钢的渗碳

将碳原子渗透到钢件表面

常用于耐磨、耐冲击的零件，如车轮、齿轮、轴、活塞销等。

使表面具有较高的硬度（HRC60～65）和耐磨性，而心部仍保持较高的韧性

（2）钢的氮渗透

将氮原子渗透到钢件表面

常用于螺栓、螺母、销钉等重要部位。

提高钢材表面的硬度和耐磨性。

耐腐蚀

种类

不

（3）钢的氰化处理

将碳、氮原子同时渗入钢件表面，适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件，也可用于高速钢刀具。

提高钢材表面硬度和耐磨性

8. 发黑

将金属零件置于很浓的碱和氧化剂溶液中，加热氧化，使金属零件表面生成一层具有磁性的四氧化三铁薄膜，常用于低碳钢和低碳合金工具钢。

由于材料等因素的影响，黑色层颜色为蓝黑色、黑色、棕红色、黄褐色等，其厚度为0.6～0.8μm

防锈、增加金属表面美观及光泽、消除淬火应力