钢材普通热处理技术优化方案

1.退火

将钢加热到适当的温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）至室温，这样的热处理工艺称为退火，退火的目的如下：

①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工；

②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能，为以后的热处理做组织准备；

③消除钢中的残余应力，以防止工件变形与开裂。

根据钢的成分及退火的目的不同，常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火。常用退火方法、目的及应用见表2-28。

表2-28　常用退火方法、目的及应用

2.正火

将钢加热到一定温度，保温一段时间，然后在空气中冷却下来的热处理工艺称为正火。

正火的目的与退火基本相同，其目的是：细化晶粒，调整硬度；消除碳化物网，为后续加工及球化退火、淬火等做好组织准备。

正火的冷却速度比退火要快，过冷度较大。因此，正火后的组织比退火组织要细小些，钢件的强度、硬度比退火高一些。同时正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率较高、成本低等特点。其在生产中的主要应用范围如下：

①改善切削加工性。因低碳钢和某些低碳合金钢的退火组织中铁素体量较多，硬度偏低，在切削加工时易产生“黏刀”现象，增加表面结构值。采用正火能适当提高硬度，改善切削加工性。

②消除网状碳化物，为球化退火做好组织准备。对于过共析钢或合金工具钢，因正火冷却速度较快，可抑制渗碳体呈网状析出，并可细化层片状珠光体，有利于球化退火。

③用于普通结构零件或某些大型非合金钢工件的最终热处理，以代替调质处理。

④用于淬火返修零件，消除内应力，细化组织，以防重新淬火时产生变形和开裂。

3.淬火

淬火是将钢加热到一定温度，经保温后在水中（或油中）快速冷却的热处理工艺，也是决定零件使用性能最重要的热处理工艺。

淬火操作难度比较大，主要因为淬火时要求得到马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度（vk），而快冷总是不可避免地要造成很大的内应力，往往会引起钢件的变形与开裂。怎样才能既得到马氏体又最大限度地减小变形与避免开裂呢？主要可以从两方面着手：其一是寻找一种比较理想的淬火介质；其二是改进淬火冷却方法。常用的淬火冷却介质有水、矿物油、盐水溶液等。

由于淬火介质性能不能完全符合理想，故需配以适当的冷却方法进行淬火，才能保证零件的热处理质量。常用的淬火冷却方法如图2-17所示。

图2-17　淬火方法示意图(www.xing528.com)

（a）单液淬火；（b）双液淬火；（c）分级淬火；（d）等温淬火

（1）单液淬火如图2-17（a）所示

单液淬火就是将加热后的钢件，在一种冷却介质中进行淬火操作的方法。通常碳钢用水冷却，合金钢用油冷却。单液淬火应用最普遍，碳钢及合金钢机器零件在绝大多数的情况下均用此法，其操作简单，易于实现机械化和自动化。但水和油对钢的冷却特性都不够理想，某些钢件（如外形复杂的中、高碳钢工件）水淬易变形、开裂，油淬易造成硬度不足。

（2）双液淬火如图2-17（b）所示

将工件加热到淬火温度后，先在冷却能力较强的介质中冷却至400～300℃，再把工件迅速转移到冷却能力较弱的冷却介质中继续冷却至室温的淬火方法，称为双液淬火。

双液淬火可减少淬火内应力，但操作比较困难，主要用于高碳工具钢制造的易开裂工件，如：丝锥、板牙等。

（3）分级淬火如图2-17（c）所示

分级淬火就是把加热成奥氏体的工件，放入温度为200℃左右（Ms附近）的热介质（熔化的盐类物质或热油）中冷却，并在该介质中做短时间停留，然后取出空冷至室温。

零件在Ms点附近停留保温，使工件内外的温度差及壁厚处和壁薄处的温度差减到最小，以减小淬火应力，防止工件变形和开裂。而马氏体转变又是在空冷条件下进行的，因此分级淬火是避免和减小零件开裂和变形的有效措施。但对于碳钢零件，分级淬火后会出现珠光体组织。所以分级淬火主要适用于合金钢零件或尺寸较小、形状复杂的碳钢工件。

（4）等温淬火如图2-17（d）所示

把奥氏体化的钢，放入稍高于Ms温度的盐浴中，保温足够时间，使奥氏体转变为下贝氏体的工艺操作叫等温淬火。它和一般淬火的目的不同，是为了获得下贝氏体组织，故又称贝氏体淬火。

等温淬火产生的内应力很小，所得到的下贝氏体组织具有较高的硬度和韧性，故常用于处理形状复杂，要求强度、韧性较好的工件，如：各种模具、成形刀具等。

4.回火

钢件淬火后，在硬度、强度提高的同时，其韧性却大为降低，并且还存在很大的内应力（残余应力），使用中很容易破断损坏。为了提高钢的韧性，消除或减小钢的残余内应力必须进行回火。

在生产中由于对钢件性能的要求不同，回火可分为下列三类：

（1）低温回火

淬火钢件在250℃以下的回火称为低温回火。低温回火主要是消除内应力，降低钢的脆性，一般很少降低钢的硬度，即低温回火后可保持钢件的高硬度，如：钳工实习时用的锯条、锉刀等一些要求使用条件下有高硬度的钢件，都是淬火后经低温回火处理。

（2）中温回火

淬火钢件在250～500℃之间的回火称为中温回火。淬火钢件经中温回火后可获得良好的弹性，因此弹簧、压簧、汽车中的板弹簧等，常采用淬火后的中温回火处理。

（3）高温回火

淬火钢件在高于500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后，具有良好综合力学性能（既有一定的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性）。所以一般中碳钢和中碳合金钢常采用淬火后的高温回火处理，轴类零件应用最多。淬火+高温回火称为调质处理。