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金属材料的热处理

钢铁材料的热处理

种类

定义

特征

目的

应用

备注

退火

将偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间后再缓冷，以得到接近平衡状态组织。

工件随炉缓慢冷却

退火处理能够消除由加工引起的内应力，降低硬度，改善抗应力腐蚀开裂性能，改善切削性，提高冷变形加工性，调整晶粒度，以获得设计要求的机械及其它性能，提高塑性和韧性，也可为下一步热处理做组织准备。

常用于高碳钢及高碳低合金钢。

高合金负和工具钢应采用高温退火或球化退火。

退火可分为完全退火、高温退火、球化退火、扩散退火及去应力退火

正火

将钢加热到Ac3（对于亚共析钢）或Acm（对过共析钢）以上约30℃~50℃，保持适当时间后在空气中均匀冷却，得到珠光体类组织。

工件在空气中冷却

正火能够使组织均匀、细化，提高机械性能。

机械性能要求不高的普通结构钢零件，常以正火作为最终热处理而代替调质；

合金调质钢先正火再进行调质，以保证组织细密和均匀；

对于过共析钢，正火可减少二次渗碳体，并使其不成连续网状，为球化退火做准备；

低碳钢和低碳合金钢应采用正火，可提高其硬度，改善其切削性能，消除加工内应力；

中碳钢和中碳合金钢，也采用正火，可缩短处理时间，且不会聚使硬度提高很多。

正火冷却速度高于退火的冷却速度

淬火

将钢加热至相变温度以上，保持一定时间，再快速冷却以得到亚稳定状态过饱和固溶体的组织。

工件在水中或油中冷却

淬火能得到细晶粒的马氏体，明显提高钢的机械性能，提高耐磨性和硬度，是钢强化的最重要方法。但淬火易产生内应力，变脆。因此淬火后应及时回火，消除内应力，提高工件韧性。

水淬适用于形状简单的碳钢件；

油淬适于小截面尺寸（小于3~5mm）的碳钢件及合金钢件；

双介质淬火适于中高碳负荷及合金钢件（大型件），合金钢件可用油—空冷淬火；

分级淬火适于碳钢及合金钢小件；

截面尺寸较大，形状复杂的高淬透性钢制工件（高速钢、高合金模具钢件），应采用可以减少变形的多级分级淬火；

钢的淬火温度一般为Ac3(亚共析钢)或Ac1(共析钢或过共析钢)以上30℃~50℃.

冷却介质常为水和油,盐浴

续表

淬火

合金钢和含碳量高于0.6%的碳钢可采用等温淬火；

中低淬透性碳钢和合金钢、含碳量大于0.35%的钢件，均可采用高频表面淬火（正火或调质预处理，淬火后尽快低温回火）

可减小淬火变形。

淬火可分为单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和高温淬火等。

回火

淬火后再加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后再冷却至室温，以消除残余应力，获得所要求的组织和性能。

工件在空气中冷却

回火可以消除淬火产生的脆性及内应力，稳定工件的尺寸和形状，增加塑性及韧性，提高强度和硬度。

低温回火用于渗碳、氰化和表面淬火零件，碳钢和合金钢件也可采用低温回火；

中温回火用于一定韧性的高硬度、高弹性极限的零件（如各种弹簧）；

高温回火可得到回火索氏体组织，综合机械性能好，并有较好的强度、塑性及韧性。

回火分为低温回火、中温回火和高温回火（指500℃~650℃回火）

调质

将工件加热至高于淬火温度10℃~20℃（或20℃~30℃），保温后进行淬火，然后在400℃~720℃进行高温回火

两次加热

调质能得到粒状渗碳体，组织均匀细密，具有良好的塑性、韧性及强度，提高综合机械性能，且可以降低淬火变形和开裂，提高高切削性能。

用于碳钢和合金钢工件的最终热处理。

时效处理

将零件长时间（6个月以上）存放于室温或露天自然条件下，不需任何人工加热或冷却的处理，称为自然时效。

将零件加热至低温（钢为100℃~150℃，铸铁为500℃~600℃），经8h~5h的长时期保温，再缓冷至室温的处理称为人工时效。

时效处理能够消除或减小淬火后的微观应力，防止变形和开裂，稳定工件形状和尺寸，消除切削加工和铸造的内应力。

适用于各种高性能要求的精密机械零件及量具，如丝杠、滚动轴承等，生产中一般多采用人工时效。

续表

种类

定义

特征

目的

应用

备注

冷

处

理

将工件在干冰（液态二氧化碳）或液态氧、液态氮中冷却至-30℃~-150℃，然后在空气中均温至室温。

冷处理可以稳定组织，稳定工件的形状和尺寸，提高硬度、耐磨性、强度及疲劳极限。

常用于含碳量大于0.7%的碳钢、渗碳钢、高合金钢、合金工具钢，冷处理在淬火后立即进行，且应进行低温回火，以消除内应力，防止变形和开裂。

钢铁材料的表面热处理

种类

定义

目的

应用

备注

表面淬火

感应加热表面淬火

将工件在感应磁场中，使表面加热至淬火温度，再快速冷却，将得到淬硬的工件表层。

表面淬火可以得到高硬度和高耐磨性的马氏体表面层，且中心仍有良好的韧性。

中碳钢、中低碳合金钢及高碳钢一般采用感应加热表面淬火，通常先正火或调质后再进行表面淬火，表面淬火后再进行低温回火，以降