钢的热处理工艺知识大全

钢的热处理工艺知识大全

热处理是将固态金属或合金采用适当的方式加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。

热处理工艺它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的工艺性能﹑提高加工质量﹑减小刀具磨损。

钢的热处理方法可分为：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。

热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的，因此，热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，如下图所示，这种曲线称为热处理工艺曲线。

退火与正火

一、退火

将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。

退火的主要目的是：

（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。

（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后

的热处理作准备。

（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。

常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。（1）完全退火完全退火是将钢加热到完全奥氏体化（AC3以上30～50℃），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。

在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。

完全退火主要用于中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用于焊接结构件，过共析钢不宜采用完全退火，因过共析钢完全退火需加热到AC CM以上，在缓慢冷却时，钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。

（2）球化退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，以不大于50℃/H的冷却速度随炉冷却下来，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。

球化退火适用于共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢在锻造加工后进行球化退火，一方面有利于切削加工，同时为最后的淬火处理作好组织准备。

（3）去应力退火是将钢加热到略低于A1的温度（一般取500～650℃），保温一定时间后缓慢冷却的工艺方法，其目的是消除由于塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余应力。

工件和零件中存在的内应力是十分有害的，如不及时消除，会在加工和使用过程中发生变形，影响其精度，因此，铸造、锻造、焊接及切削加工后（精度要求高）的工件应采用去应力退火。

由于去应力退火温度低于A1，所以在去应力退火时钢的组织不会发生变化，只是消除内应力。

二、正火

正火是将钢加热到AC3或AC CM以上30～50℃，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。

正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速度比退火稍快，故正火后得到的珠光体组织比较细，强度、硬度比退火钢高。

正火主要用于如下场合：

（1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性，一般认为硬度在160～230HBS范围内的钢材，其切削加工性最好，硬度过高

时难以加工，而且刀具容易磨损，硬度过低，切削时容易

“粘刀”，使刀具发热而磨损，而且工件的表面质量较低，

低碳钢和低碳合金钢退火后的硬度在160HBS以下，切削加

工性不良，而正火能适当提高其硬度，改善切削加工性。

（2）正火可细化晶粒，其组织力学性能较高，所以当力学性能要求不太高时，正火可作最终热处理，也能满足普通结构

零件的性能要求。

（3）消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备。

（4）代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火，改善它们的组织结构和切削加工性能。

正火比退火生产周期短，成本低，操作方便，故在可能的条件下，应优先采用正火，但在零件形状较复杂时，由于正火的速度较快，有引起开裂的危险，则采用退火为宜。

淬火

将钢加热到AC3或AC1以上某温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。

淬火的主要目的是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。

淬火冷却介质

淬火要求得到马氏体组织，故淬火的冷却速度必须大于临界冷却速度，但冷却过快，工件的体积收缩及组织转变剧烈，从而引起很大的内应力，容易造成工件变形及开裂，因此，淬火介质的选择是个重要的问题。

常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、碱水等，其冷却能力依次增加，盐水在650～550℃范围内冷却速度快，但在300～200℃的温度范围内冷却速度仍然很快，容易引起开裂，所以常用作形状简单的碳钢零件的淬火。油在300～200℃的温度范围内冷却速度比较慢，但在650～500℃范围内冷却速度过慢，一般用于临界冷却速度较小的合金钢零件的淬火。

淬火方法：

淬火时为了最大限度地减小变形和避免开裂，除了正确的进行加

热及合理地选择介质，还应根据工件的材料、尺寸、形状和技术要求选择合理的淬火方法。

常用的淬火方法有：

1、单液淬火法：

将钢体奥氏体化后，在单一淬火介质中冷却到室温的处理，称为单液淬火。单液淬火时碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油作冷却介质。

单液淬火操作简单，易实现机械化和自动化，但单独用水或油进行冷却，综合的冷却特性不够理想，容易产生硬度不足或开裂等淬火缺陷。

2、双介质淬火

将钢件奥氏体化后，先浸入一种冷却能力强的介质中，冷却至接近M S点温度即钢的组织还未开始转变时迅速取出，马上浸入另一种冷却能力弱的介质中使之发生马氏体转变的淬火，称为双介质淬火。如先水后油，先水后空气等。

双介质淬火的优点是内应力小，变形及开裂小。缺点是操作困难，不易掌握，故主要应用于由碳素工具钢制造的易开裂工件，如丝锥等。

3、马氏体分级淬火

钢材奥氏体化后，随之浸入温度稍高或稍低于钢的M S点的液态介质中，保温适当时间，待工件的内外层均达到介质温度后取出空冷或油冷，从而获得马氏体组织，称为马氏体分级淬火。

4、贝氏体等温淬火