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總結(jié)這幾天的內(nèi)容，熱處理的四火很受大家歡迎，有必要把這些內(nèi)容放在一篇文章上，方便大家比較、收集、轉(zhuǎn)發(fā)。
金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一。與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織或工件表面的化學(xué)成分來賦予或提高工件的使用性能。其特點(diǎn)是提高工件的內(nèi)部質(zhì)量，肉眼看不到。正如有人所說，機(jī)械加工是外科，熱處理是內(nèi)科，代表著一個國家制造業(yè)的核心競爭力。
圖片來自奧地利aichelin
工藝過程熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個工藝，有時只有加熱和冷卻兩個工藝。這些過程相互連接，不間斷。
（加熱）
金屬加熱時，工件暴露在空氣中，經(jīng)常氧化脫碳（即鋼件表面碳含量降低），對熱處理后零件的表面性能有非常不利的影響。因此，金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛、熔融鹽和真空中加熱，或涂層或包裝方法。
加熱溫度是熱處理過程中的重要工藝參數(shù)之一。選擇和控制加熱溫度是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度因金屬材料和熱處理的目的而異，但通常加熱到相變溫度以上以獲得高溫組織。此外，轉(zhuǎn)換需要一定的時間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到所需的加熱溫度時，必須保持一定的時間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織完全轉(zhuǎn)換，稱為保溫時間。
（保溫）
采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般沒有保溫時間，而化學(xué)熱處理的保溫時間往往較長。
（冷卻）
冷卻也是熱處理過程中不可缺少的一步，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。
工藝分類金屬熱處理工藝一般可分為三類：整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理。根據(jù)不同的加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法，每個類別可分為幾種不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可以獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的金屬，鋼顯微組織也是最復(fù)雜的，因此鋼熱處理工藝種類繁多。
整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，獲得需要的金相組織，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，即熱處理的“四把火”。
淬火
淬火工藝鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac三、或Ac1(過分析鋼)以上溫度，保溫一段時間，使其全部或部分奧氏體化，然后快速冷卻到比臨界冷卻速度大Ms以下（或Ms馬氏體(或貝氏體)轉(zhuǎn)換的熱處理工藝在附近等溫。
工藝：加熱、保溫、冷卻。
淬火的本質(zhì)：馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)化為過冷奧氏體，得到馬氏體或貝氏體組織。
淬火的目的：（1）大大提高鋼的剛度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和韌性，滿足各種機(jī)械部件和工具的不同使用要求；（2）通過淬火滿足某些特殊鋼的鐵磁性和耐腐蝕性。
應(yīng)用范圍：淬火工藝應(yīng)用最廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、切割加工機(jī)床、氣動工具、鉆井機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、化工機(jī)械、紡織機(jī)械、飛機(jī)等部件。
淬火:圖片來自中信重工:
淬火介質(zhì)淬火冷卻工件中使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)（或淬火介質(zhì)）。理想的淬火介質(zhì)的條件是使工件淬火成馬氏體，而且不會引起太大的淬火應(yīng)力。
常用的淬火介質(zhì)有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。
● 水
水是一種冷卻能力強(qiáng)的淬火介質(zhì)。
優(yōu)點(diǎn)： 來源廣，價(jià)格低，成分穩(wěn)定，不易變質(zhì)。
缺點(diǎn)： 冷卻能力不穩(wěn)定，容易使工件變形或開裂。C曲線的鼻子區(qū)(500~600℃左右)，水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成軟點(diǎn)；在馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)(300~1000℃），水處于沸騰階段，冷卻過快，容易使馬氏體轉(zhuǎn)化過快，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致工件變形甚至開裂。當(dāng)水溫升高時，水中含有更多的氣體或與不溶性雜質(zhì)（如油、肥皂、泥漿等）混合，會顯著降低其冷卻能力。
應(yīng)用： 適用于碳鋼工件的淬火冷卻，截面尺寸小，形狀簡單。
● 鹽水和堿水
在水中加入適量的鹽和堿，使高溫工件浸泡在冷卻介質(zhì)中，在蒸汽膜階段沉淀鹽和堿晶體，立即爆裂，破壞蒸汽膜，破壞工件表面的氧化皮，提高高溫區(qū)介質(zhì)的冷卻能力，缺點(diǎn)是介質(zhì)腐蝕性大。
應(yīng)用:一般鹽水濃度為10%，苛性鈉水溶液濃度為10%~15%?？捎米魈间摵偷秃辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì)，使用溫度不得超過60%℃，淬火后應(yīng)及時清洗防銹處理。
● 油
礦物油(礦物油)通常用于冷卻介質(zhì)。如機(jī)油、變壓器油、柴油等。機(jī)油一般為10號、20號、30號。油越大，粘度越大，閃點(diǎn)越高，冷卻能力越低，使用溫度相應(yīng)提高。
淬火方式● 單液淬火
它是一種淬火操作方法，將奧氏體化學(xué)物質(zhì)浸泡在某種淬火介質(zhì)中，直到室溫冷卻。單液淬火介質(zhì)包括水、鹽水、堿水、油和專用淬火劑。
優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化。
缺點(diǎn)：淬火質(zhì)量受介質(zhì)冷卻特性的限制。
應(yīng)用:單液淬火僅適用于碳素鋼形狀簡單的工件。
● 雙液淬火
奧氏體化學(xué)工件首先浸入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中，在鋼件達(dá)到淬火介質(zhì)溫度之間取出，立即浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻，如先水后油、先水后空氣等。雙液淬火減少了變形和開裂的趨勢，操作難以掌握，在應(yīng)用中有一定的局限性。
● 馬氏體分級淬火
奧氏體化學(xué)品首先浸泡在溫度略高或略低于鋼的馬氏體點(diǎn)的液體介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲校３诌m當(dāng)?shù)臅r間，在鋼的內(nèi)外層達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱為分級淬火。
優(yōu)點(diǎn)：分級淬火可有效降低相變應(yīng)力和熱應(yīng)力，減少淬火變形和開裂趨勢，因?yàn)榉旨墱囟缺３衷诠ぜ?nèi)外溫度一致后是空冷的。
應(yīng)用：適用于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也適用于截面尺寸小、形狀復(fù)雜的碳鋼工件。
● 貝氏體等溫淬火
將鋼件奧氏體化，使其快速冷卻到貝氏體轉(zhuǎn)換溫度范圍(260~400℃）保持等溫，將奧氏體轉(zhuǎn)化為貝氏體淬火工藝，有時也稱為等溫淬火，一般保溫時間為30~60min。
● 復(fù)合淬火
快速冷卻工件Ms以下是10%~20%馬氏體，然后在下貝氏體溫度區(qū)等溫。這種冷卻方法可以獲得大截面工件M B組織。預(yù)淬形成的馬氏體可以促進(jìn)貝氏體的轉(zhuǎn)化，并在等溫時回火馬氏體。合金工具鋼工件采用復(fù)合淬火，可避免第一種回火脆性，減少殘余奧氏體量，即變形開裂趨勢。
回火
回火工藝回火是將淬火工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，并在空氣、水、油等介質(zhì)中冷卻一段時間。
回火的目的：（1）消除淬火過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，防止變形和開裂；（2）調(diào)整硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性，滿足使用性能要求；（3）穩(wěn)定組織和尺寸，確保精度；（4）和提高加工性能。
回火分類●低溫回火
指工件在150~250℃回火。
目的：保持淬火工件的高硬度和耐磨性，降低淬火殘余應(yīng)力和脆性。
回火后得到回火馬氏體，是指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。
(針狀馬氏體)
適用范圍：刀具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火零件等。
●中溫回火
指工件在350～500℃之間進(jìn)行的回火。
目的：獲得較高的彈性和屈服點(diǎn)，并具有適當(dāng)?shù)捻g性?；鼗鸷螳@得回火屈氏體是指分布在極小球狀碳化物（或滲碳體）中的復(fù)合組織。
（屈氏體）
適用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。
●高溫回火
指工件在500℃上述回火。
目的：綜合力學(xué)性能具有良好的強(qiáng)度、塑性和韌性。
回火后獲得回火索氏體，是指分布在細(xì)小球狀碳化物（包括滲碳體）中的馬氏體回火形成的鐵素體基體的復(fù)合組織。
（索氏體）
應(yīng)用范圍：廣泛應(yīng)用于連桿、螺栓、齒輪、軸等各種重要應(yīng)力結(jié)構(gòu)件。
正火
正火工藝正火是將鋼加熱到30-50以上的臨界溫度(完全奧氏體化的溫度)℃，保溫適當(dāng)時間后，從爐內(nèi)取出空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝。
目的:(1)均勻分布晶粒細(xì)化和碳化物；(2)去除材料的內(nèi)應(yīng)力；(3)增加材料的硬度。
材料：亞共晶馬口鐵
狀態(tài)：正火
組織:石墨棕色、馬氏體淺黃色、珠光體綠色和深黃色、滲碳體素棕色
材料：A-299
狀態(tài)：正火
組織:棕色 鐵素體黃、藍(lán)、白 珠光體棕色
材料：13MnNiMoNb
狀態(tài)：正火
組織:淺棕色珠光體灰棕色，鐵素體紅，黃，藍(lán)
材料：45鋼
狀態(tài)：正火
組織：淺藍(lán)色鐵素體和珠光體有多種顏色
優(yōu)點(diǎn)：（1）正火冷卻速度略快于退火冷卻速度，珠光片層間距小，正火組織比退火組織細(xì)，硬度和強(qiáng)度高；（2）正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率高。
應(yīng)用：僅適用于碳鋼和低、中合金鋼，不適用于高合金鋼。由于高合金鋼的奧氏體非常穩(wěn)定，馬氏體組織也會在空氣中冷卻。
具體用途（1）對于低碳鋼和低合金鋼，正火可以提高其硬度，以改善切削性；
(2)對于中碳鋼，正火可以代替調(diào)質(zhì)，為高頻淬火做好組織準(zhǔn)備，降低鋼件的變形和加工成本；
(3)對于高碳鋼，正火可以消除網(wǎng)狀滲碳體組織，便于球化退火；
(4)對于大型鋼鍛件或截面變化較大的鋼鑄件，可用正火代替淬火，以減少變形開裂傾向，或?yàn)榇慊鹱龊媒M織準(zhǔn)備；
(5)鋼淬火修件可通過正火消除過熱影響，重新淬火；
(6)用于鑄鐵，增加基體的珠光體積，提高鑄件的強(qiáng)度和耐磨性。
退火
退火工藝將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋匾欢螘r間，然后慢慢冷卻（通常隨爐冷卻），熱處理工藝稱為退火。
退火的本質(zhì)是將鋼加熱到奧氏體，然后轉(zhuǎn)化為珠光體。退火后的組織是接近平衡的組織。
退火目的：
(1)降低鋼的硬度，提高塑性，便于機(jī)械加工和冷變形加工；
(2)均勻鋼的化學(xué)成分和組織，細(xì)化晶粒，提高鋼的性能或?yàn)榇慊鹱鰷?zhǔn)備；
(3)消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，防止變形和開裂。
退火方法1、完全退火
工藝：將鋼加熱到Ac3以上20~30℃，保溫一段時間后，緩慢冷卻（爐）以獲得接近平衡組織的熱處理工藝（完全奧氏體化）。在實(shí)際生產(chǎn)中，退火冷卻至500℃左右出爐空冷。
目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度和改善鋼的切削加工性。 亞共析鋼完全退火后的組織是F P。
應(yīng)用：亞共析鋼主要用于完全退火（wc=0.3~0.6%)一般為中碳鋼及低碳合金鋼鑄件、鍛件及熱軋型材，有時用于焊接件。
2.不完全退火
工藝：將鋼加熱到Ac1~Ac三、或Ac1~Accm(過分析鋼)保溫后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的熱處理工藝。
應(yīng)用：主要用于過分析鋼獲取球形珠光體組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，提高切削加工能力。
3、等溫退火
工藝:將鋼加熱到高于Ac3(或Ac1)溫度，保溫適當(dāng)時間后，迅速冷卻到珠光體區(qū)域的某一溫度，保持等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)化為珠光體，然后冷卻到室溫?zé)崽幚砉に嚒?/p>
目的：與完全退火相同，轉(zhuǎn)變較易控制。
應(yīng)用：適用于較穩(wěn)定的鋼：高碳鋼（wc>0.6％）、合金工具鋼、高合金鋼(合金元素的總量>10％)。等溫退火還有利于獲得均勻的組織和性能。但不適用于大截面鋼件和大批量爐料，因?yàn)榈葴赝嘶鸩灰资构ぜ?nèi)部或批量工件都達(dá)到等溫溫度。
4、球化退火
工藝：使鋼中碳化物球狀化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。加熱至Ac1以上20~30℃溫度，保溫時間不宜太長，一般以2~4h為宜，冷卻方式通常采用爐冷，或在Ar1以下20℃左右進(jìn)行較長時間等溫。
目的：降低硬度、均勻組織、改善切削加工性為淬火作組織準(zhǔn)備。
應(yīng)用：主要用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。球化退火得到球狀珠光體，在球狀珠光體中，滲碳體呈球狀的細(xì)小顆粒，彌散分布在鐵素體基體上。球狀珠光體與片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時，奧氏體晶粒不易粗大，冷卻時變形和開裂傾向小。
5、擴(kuò)散退火（均勻化退火）
工藝：將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。
目的：消除鑄錠在凝固過程中產(chǎn)生的枝晶偏析及區(qū)域偏析，使成分和組織均勻化。
應(yīng)用： 應(yīng)用于一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠。擴(kuò)散退火的加熱溫度很高，通常為Ac3或Accm以上100~200℃，具體溫度視偏析程度及鋼種而定，保溫時間一般為10~15小時。擴(kuò)散退火后需完全退火及正火處理，以細(xì)化組織。
6、去應(yīng)力退火
工藝：將鋼件加熱至低于Ac1的某一溫度（一般為500~650℃），保溫，然后隨爐冷卻。
去應(yīng)力退火溫度低于A1，因此去應(yīng)力退火不引起組織變化。
目的：消除殘余內(nèi)應(yīng)力。
應(yīng)用：主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。
來源：焊潮網(wǎng)、直觀學(xué)機(jī)械
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