金属材料热处理工艺精要

金属材料热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程。有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。

加热时，零件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳（即钢铁零件表面碳含量降低），这对热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因此，金属应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度是保证热处理质量的主要步骤。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤。冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度最快。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。

（1）整体热处理 整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火做组织准备。

正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却。正火的效果与退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件进行最终热处理。(www.xing528.com)

淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬火冷却介质中快速冷却。淬火后工件变硬，但同时变脆。

回火是将淬火后的工件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，目的是降低工件的脆性。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”。其中，淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电磁性能等，这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度与韧性相配合性能的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理。它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，而且可以通入渗剂进行化学热处理。

（2）表面热处理 表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源必须具有高的能量密度，即在工件的单位面积内给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有激光热处理、火焰淬火和感应淬火，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。

（3）化学热处理 化学热处理是改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质（气体、液体、固体）中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺，如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。

热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐蚀性能等，还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。例如，白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高。另外，价廉的碳素钢通过渗入某些合金元素可具有某些价高的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理才可使用。