热处理基础知识

调质：淬火加高温回火。

退火：随炉冷却
正火：空冷
淬火：水冷或油冷
回火：加热温度在A1以下，空冷
退火：
将钢加热到临界点以上保温一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却），以获得接近平衡状态的热处理工艺。

退火多为预备热处理，通过退火可以消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化；消除铸、锻件中的魏氏组织或带状组织，细化晶粒，均匀组织；降低硬度，改善组织，以便于切削加工；改善高碳钢中碳化物的形态和分布，为淬火做好组织准备。

根据加热温度的不同分为临界温度以上或以下的退火。

前者（临界温度以上）是将工件加热至相变温度以上，使其发生结构、组织变化，从而改变性能的一种热处理工艺，其中包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火等。

后者（加热到临界温度以下）将工件加热到相变温度以下，以消除内应力、防止变形、降低硬度、恢复塑性和消除加工硬化，改善切削与冲压加工性能的热处理工艺，其中包括去应力退火和再结晶退火等。

完全退火：将亚共析钢加热至Ac3以上30-50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却，获得接近平衡状态的热处理工艺，称为完全退火。

所谓“完全”是指加热时钢的内部组织全部发生了相变重结晶。

完全退火的目的：降低硬度、改善组织和切削加工性能以及消除内应力。

不完全退火：亚共析钢在Ac1-Ac3之间或过共析钢在Ac1-Accm之间两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺称为不完全退火。

“不完全”是指两相区加热时只有部分组织进行了重结晶。

不完全退火目的：消除因热加工所产生的内应力，使钢软化或改善工具钢的可加工性。

两相区加热时仅发生部分相变重结晶，故先共析铁素体或先共析碳化物的形态和分布基本保留。

球化退火：
不完全退火的一种特例，目的是将共析及过共析钢中的片状碳化物转变为球状碳化物，使之均匀分布于铁素体基体上。

均匀化退火：
主要用于合金钢钢锭或铸件，它们在浇注后的凝固过程中会产生合金元素的枝晶偏析，即微观化学成分不均匀。

均匀化退火是通过高温长时间保温，使合金元素扩散均匀，以消除或减弱枝晶偏析。

常用的均匀化退火温度：1100-1200℃，保温时间为10-15h。

钢中合金元素含量越高，均匀化退火温度也越高。

高温长时间均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，如不进行锻轧等热加工，则必须再进行一次完全退火或正火以细化晶粒。

实际上钢厂很少对钢锭进行单独均匀化退火，大多是在锻轧前钢锭加热时，适当延长保温时间，既达到了均匀化退火的目的，又简化了工序。

去应力退火及再结晶退火
为了消除铸造、焊接、热轧、热锻等过程引起的内应力而进行的退火称为去应力退火，又称为低温退火。

铸件及热轧、锻造钢材在冷却过程中，因表面和心部冷却不同所造成的内外温差会产生残余内应力。

这种内应力与后续工艺因素叠加，易使工件发生变形和开裂。

焊接件焊缝处由于组织不均匀也存在很大的内应力，显著降低焊接接头的强度。

除消除内应力外，去应力退火还可降低硬度，提高工件尺寸稳定性，防止工件的变形和开裂。

再结晶退火是将冷加工硬化的钢加热至再结晶温度以上、Ac1以下进行的退火，目的是通过再结晶使变形晶粒恢复成均匀等轴晶粒而消除加工硬化。

钢经冷冲、冷轧或冷拉后会产生加工硬化现象，使钢的强度、硬度升高，塑性、韧性小将，可加工性和成形性能变差。

经过再结晶退火，消除了加工硬化，钢的组织和力学性能可恢复到冷变形前的水平。

再结晶退火既可作为钢材或其它合金多道次冷变形之间的中间退火，也可作为冷变形刚钢材或其他合金成品的最终热处理。

钢的正火
正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃并保温一定时间，然后出炉在空气中冷却的热处理工艺。

与完全退火相比，二者的加热温度及保温时间相同，但正火冷却速度较快，转变温度较低，发生伪共析转变。

当钢中Wc为0.6%-1.4%时，正火组织中不出现先共析相，全部是伪共析珠光体。

因此，正火后获得的组织比相同钢材退火的要细，强度硬度也高。

根据钢材和截面尺寸的不同，通过正火可分别达到下述不同目的：
对大型铸件、锻件和钢材，正火可以细化晶粒、消除魏氏组织或带状组织，为下一步热处理做好组织准备，相当于退火的效果。

低碳钢退火后硬度太低，在切削加工中易“粘刀”，可加工性差。

若通过正火处理可减少钢中先共析铁素体，获得细片状珠光体，使硬度提高到140-190HBW,改善钢的可加工性。

对于过共析钢，正火可消除网状碳化物，便于球化退火。

正火也可以作为某些中碳钢或中碳合金结构钢工件的热处理，代替调质处理，使工件具有一定的综合力学性能。

退火与正火后钢的组织性能及工艺选用
退火与正火后钢的组织与性能
退火与正火后都是珠光体型组织，但两者间有一定差异
正火组织比退火组织细。

例如，T8钢退火后未粗片状珠光体，片间距为0.5微米，而正火后未细片状珠光体，片间距为0.2微米。

正火冷却速度比退火快，因此先共析产物（铁素体、渗碳体）不能充分析出。

合金钢中碳化物稳定，加热时不宜溶入奥氏体，退火冷却后不易形成片状珠光体而形成粒状珠光体；在正火冷却后形成粒状索氏体或粒状托氏体，硬度偏高。

因此，合金钢中很少将正火作为切削加工前的预处理。

正火加热时退火或正火均使钢的晶粒细化。

但如果加热温度过高、奥氏体晶粒粗大，则正火后容易形成魏氏组织，而退火后形成粗晶粒的组织。

钢中合金元素含量不高时，经过退火和正火后组织均为铁素体与渗碳体的混合物，但正火组织的弥散度大，故硬度、强度较高。

如果钢中合金元素含量很高，加热后空冷得到马氏体或贝氏体组织，此时不应成为正火而应称为淬火。

退火和正火工艺的选用
根据钢种、冷与热加工工艺、零件的使用性能及经济性进行综合考虑。

Wc低于0.25%的低碳钢：正火不用退火。

正火冷却快，防止析出三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能；正火可以提高钢的硬度，改善低碳钢的可加工性；在不进行其他热处理的情况下，正火可以细化组织，提高低碳钢的强度。

Wc在0.25-0.5%的中碳钢也可以用正火代替退火。

虽然接近上限碳含量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高。

Wc在0.5-0.75%的中碳钢，正火后硬度高，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，
以降低硬度，改善可加工性。

Wc为0.75%以上的高碳钢或工具钢一般采用球化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火以消除网状渗碳体。

随着钢中碳和合金元素含量的增多，过冷奥氏体稳定性增加，过冷奥氏体转变曲线右移。

因此，一些中碳钢及中碳合金刚正火后硬度偏高，不利于切削加工，此时应采用完全退火。

尤其是合金元素含量较多的钢，过冷奥氏体特别稳定，甚至在缓慢冷却条件下也得到马氏体和贝氏体组织，因此应当采用高温回火来消除应力，降低硬度，改善可加工性。

此外，从使用性能考虑，如果钢件受力不大，性能要求不高，不必进行淬火、回火，可用正火提高钢的力学性能，作为最终热处理。

从经济原则考虑，由于正火比退火生产周期更短，操作简便，工艺成本低，因此，在能够满足使用性能和工艺性能的条件下应尽可能用正火代替退火。

钢的淬火与回火
淬火：将钢加热至临界点（Ac1-Ac3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。

钢淬火后强度、硬度和耐磨性大大提高。

淬火后为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。

所以，淬火与回火好似不可分割的。

淬透性：
材料本身获得马氏体难以程度。

钢在淬火时获得马氏体的难以程度，是钢本身的固有属性，它取决于钢的淬火临界冷却速度的大小，也就是钢的过冷奥氏体的稳定性，而与冷却速度、工件尺寸大小等外部因素无关。

钢的淬透性与工件淬透深度有密切关系，但不能混为一谈
淬硬性：
表示钢淬火时的硬化能力，是指钢在淬成马氏体时所能够达到的最高硬度，它主要取决于钢的碳含量。

确切的说，取决于淬火加热时奥氏体中的碳含量，与合金元素关系不大。

奥氏体中固溶的碳含量越高，淬火后马氏体硬度越高。

回火
回火是将淬火后的钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并以适当方式冷却的工艺过程。

回火的主要目的时减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高钢的塑性和韧性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，稳定工件尺寸，以满足各种用途工件的性能要求。

低温回火：
对要求具有高的强度、硬度、耐磨性及一定韧性的淬火零件，通常要进行低温回火，获得以回火马氏体为主的组织，淬火内应力得到部分消除，淬火时产生的微裂纹也大部分得到愈合。

因此，低温回火可以在很少降低硬度的同时使钢的韧性明显提高，故凡是中、高碳钢制成的工、模、量具和滚珠轴承等都采用低温回火。

中文回火
钢的弹性极限在250-350℃之间的中温回火时出现极大值，而350-500℃范围内的中温回火就是利用这一特征，使钢获得回火托氏体组织，并使钢中的第二类内应力大大降低，从而使钢在具有很高的弹性极限的同时，具有足够的强度、塑性和韧性。

中温回火主要用于Wc为0.6%-0.9%的碳素弹簧钢和Wc为0.45-0.75%的合金弹簧钢。

碳素弹簧钢的回火温度区范围的下限。

合金弹簧钢的回火温度取范围上限，因为合金元素提高了钢的回火抗力。

为避免第一类回火脆性，中温回火温度不低于350℃。

高温回火：
淬火加高温回火又称调质处理，主要用于中碳结构钢制造的机械结构零部件。

经调质处理后，得到由铁素体基体和弥散分布于其上的细粒状渗碳体组成的回火索氏体组织，使钢的强度、塑性、韧性配合恰当，具有良好的综合力学性能。