金属的热处理工艺

钢的热处理工艺

摘要：随着现如今工业的飞速发展，机械的设计与制造对于

钢材料的性能要求越来越高，从而使得在钢材零件的生产中，热处理成为必不可少的工艺手段，通过恰当热处理，不仅可以钢的使用性能和工艺性能，而且还能充分发挥材料的性能潜力。使钢材工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能。

关键词：热处理；退火；正火；淬火；回火；温度。

引论：2000年前人类进入冷兵器时代，人们开始用金属锻造兵器，从那时起人类开始接触到简单金属的热处理，并且一直沿用至今，随着科技的发展人类看是逐步的了解到金属人处理的本质。

钢的热处理是指采用适当的方式在固态下对金属材料进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺方法。

热处理的工艺种类分为多种，有表普通热处理其中包括退火、正火、淬火和回火；其特点是对工件整体进行穿透加热处理。表面热处理是指只改变表层的组织和性能，也就是仅对工件表面进行热处理，通常为感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火，接触加热表面淬火等。化学热处理就通过渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铝、渗硼等技术通过改变钢件表层化学成分及组织结构，以提高工件的表层性能。特殊热处理就是指可控气氛热处理、真空然而处理、形变热处理和磁场热处理等。尽管热处理工艺种类繁多。但都是由加热、保温、冷却三个基本过程组成。

加热是热处理的重要工序之一，最初的加热工艺是以木炭和煤作为热源对工件进行加热处理。然后就是气体燃料和液体燃料的应用，但是这些方法不便于对于温度的控制，直到电热的广泛应用，从而是的对温度能够精确控制。利用这些热源可以直接加热，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。所以也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

钢在加热的时由珠光体向奥氏体的转变过程称为奥氏体化。其中影响奥氏体的形成有加热温度；含碳量；合金元素；原是组织等。随着温度的提高会加剧原子的扩散运动。从而缩短时间，但是当温度过高会使钢材的力学性能下降。而随着含碳量的增多，也起到加速奥氏体的形成和长大的作用。但是大多数的合金多会降低奥氏体的形成，因为大多数金属与碳的亲和力大，形成的合金元素稳定、难容解，从而减缓碳及合金元素的扩散速度，为充分发挥合金元素的作用通常需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温时间更长。在钢的成分相同的情况下，原是组织的弥散程度越大，晶粒越细，越有利于原子的扩散和成长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤。冷却的方法因工件的不同而不同，冷却的工艺分为退火，正火和淬火。其中淬火的冷却速度最快，退火的随度最慢。

退火是指将工件加热到临界点（Ac1、Ac3）以上或以下的适当温度保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。目的是为了降低温度，改善切削的加工性，消除残余应力，减少变形，消除组织缺陷。

完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具、量具、模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。

去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。

钢的正火钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的温度，保温一定的时间（见奥氏体化），然后在空气中冷却的金属热处理工艺。其工艺简单，操作方便，生产周期短，成本低，是一种经济的金属热处理工艺。它可作为预备热处理，亦可作为最终热处理而广泛应用于工业生产。主要是为了改善钢的品质。

包括：

(1)对于低碳钢和低合金钢，正火可以提高其硬度，以改善切削性。

(2)对于中碳钢，正火可代替调质处理，为高频淬火做组织准备，并可减少钢件的变形和降低加工成本。

(3)对于高碳钢，正火可消除网状渗碳体组织，便于球化退火。

(4)对于大型钢锻件或截面有急剧变化的钢铸件，可用正火代替淬火，以减少变形开裂倾向，或为淬火做好组织准备。

(5)对于钢的淬火反修件，可通过正火消除过热影响，以便能重新淬火。

(6)用于铸铁件以增加基体的珠光体量，提高铸件的强度和耐磨性。

淬火和回火是钢的最终热处理工艺，淬火是热处理工艺中最重要的工序。可以显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，淬火时最常用的冷却介质是盐水、水和油。盐水淬火能够提升工件的硬度和得到光洁的表面，不易产生软点。水冷一般适用于650-550℃的工件，但是水温不能超过40℃，否则冷却能力下降，会导致淬不硬的情况，盐水和是冷过程中工件的温度快速下降，导致工件的内应力增大，易使工件变形开裂，影响工件的精度，所以淬火对于时间的把握相当苛刻。油冷的冷却速度较慢，淬火是内力小，工件不易变形。适合大部分的合金工件，但是由于冷却能力若，故稍大的碳钢工件不可使用油冷淬火。一般尺寸较大，形状较为复杂的合金钢、碳钢工件会选择采用双介质淬火，这种方法既能获得马氏体，又

能减少工件在冷却时所产生的内应力，使工件不易开裂变形，对于精度要求较高的工件，可采用分级淬火和等温淬火，由于冷却速度缓慢，所以产生的内应力极小，能保持工件原有的尺寸和形态，但只适合尺寸不大的工件淬火。

淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。回火能降低工件的脆性，消除或减少内应力，稳定工件的尺寸，并获得工件所需的机械性能，

总结：随着科技的不断发展，机械产品对于单体部件的精度、硬度、韧性等机械性能的要求不断提高，从而使金属的热处理显得尤为重要通过恰当的热处理不仅能提高其使用性能和工艺性能，还能充分发挥钢的材料性能潜力，提高工件的质量。20世纪以来，金属物理的发展和新技术的应用，使得热处理技术得到很大的发展，根据本文可得出钢的热处理对于温度的把握至关重要，温度控制如果出现失误对于工件质量影响极大，极有可能导致工件的报废，所以我们在热处理时需要精确控温和控时，并对其温度变化进行记录，如果出现问题，以便对数据进行分析，并对热处理方案做出合适的改进。

参考文献：主编：高为国 钟利萍；书名：《机械工程材料 第二版》；出版社：中南大学出版社；出版时间：2012年9月。