钢铁热处理工艺基本工艺，热处理的工艺分类，热处理操作方法

为了使金属工件具有所需的机械性能、物理性能和化学性能，选择材料和各种成型工艺外，热处理工艺往往至关重要。让小边带您了解热处理过程！

1、热处理简介

热处理及其特点

热处理是指金属材料在固态下通过加热、保温和冷却获得预期组织和性能的金属热处理工艺。

工艺特点

金属热处理是机械制造中的重要工艺之一。与其他加工工艺相比，热处理通常赋予或提高工件的使用性能，而不是改变工件的形状和整体化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织或工件表面的化学成分。其特点是提高工件的内部质量，肉眼看不到。

2、热处理工艺分类

热处理工艺分类

金属热处理工艺一般可分为三类：整体热处理、表面热处理和化学热处理。

根据不同的加热介质、加热温度和冷却方法，每个类别可分为几种不同的热处理工艺。同一金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，具有不同的性能。

3、钢铁热处理工艺

钢是机械工业中应用较广泛的材料。钢显微组织复杂，可通过热处理控制，因此钢的热处理是金属热处理的主要内容。此外，铝、铜、镁、钛及其合金也可以通过热处理改变其机械、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

钢铁热处理工艺制定依据-铁碳相图

铁碳相图中的几个重要点、线和温度

符号

C

共晶点，温度1148℃，含碳量0.43%，

E

温度1148℃，含碳量2.11%，碳在γ-Fe较大溶解度

K

温度727℃，含碳量6.69%，Fe3C的成分

P

温度727℃，含碳量0.0218%，碳在α-Fe较大溶解度

S

温度727℃，含碳量0.77%，共析点

GS（A3）

奥氏体转化为铁素体的开始线

ES（Acm）

奥氏体中碳的溶解度线

PSK（A1）

AS→Fp Fe3C 分析转换线

PQ

碳在铁素体中的溶解度线

钢的微组织结构及性能

组织

力学性能

奥氏体

低硬度、低屈服强度、高塑性

铁素体

低强度、低硬度、高塑性和韧性

渗碳体

高硬度、高强度、高耐磨性、低塑性和韧性

珠光体

性能取决于组织形式

莱氏体

高硬、高强、高耐磨

退火

退火工艺可分为：全退火、扩散退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等。

操作方法

加热钢件Ac3 30~50℃或Ac1 30~50℃或Ac1以下温度(可查阅相关信息)后，一般随炉温度慢慢冷却。

目的

降低硬度，提高塑性，提高切削加工和压力加工性能；细化晶粒，提高机械性能，为下一步做准备；消除冷热加工产生的内应力。

应用要点

适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；一般在毛坯状态进行退火 。

正火

操作方法

加热钢件Ac3或Accm 以上30~50℃，冷却速度稍大于退火，一般为空冷。

目的

降低硬度，提高塑性，提高切削加工和压力加工性能；细化晶粒，提高机械性能，为下一步做准备；消除冷热加工产生的内应力。

应用要点

正火通常用作锻件、焊接件和渗碳部件的预热处理工艺。低碳、中碳碳结构钢和低合金钢件也可作为较终热处理。对于一般的中高合金钢，空冷会导致完全或局部淬火，因此不能作为较终的热处理工艺。

淬火

操作方法

将钢加热到相变温度Ac3或Ac1在水、硝盐、油或空气中快速冷却一段时间。

目的

淬火一般是为了获得高硬度的马氏体组织，有时是为了获得单一均匀的奥氏体组织，以提高一些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）的耐磨性和耐腐蚀性。

应用要点

碳钢和合金钢一般用于碳含量大于0.3%的碳钢；淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会产生较大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧性。因此，有必要回火以获得更好的综合力学性能。

回火

操作方法

将淬火的钢件重新加热至Ac1在空气或油、热水和水中冷却以下温度。

目的

淬火后减少或消除内应力，减少工件变形开裂，调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所需的力学性能；稳定工件尺寸。

应用要点

淬火后保持钢的高硬度和耐磨性高弹性和屈服强度，保持高冲击韧性和塑性，具有足够的强度。一般钢尽量避免230~280度，不锈钢在400~450度间回火，因为此时会产生回火脆性。

调质

操作方法

淬火后，高温回火称为调质，即钢件加热到高于淬火时10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720在温度下回火。

目的

提高切削性能，提高加工表面光洁度，减少淬火时的变形和开裂，获得良好的综合力学性能。

应用要点

适用于淬火性高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；它不仅可以作为各种重要结构的较终热处理，还可以作为一些紧密部件，如钢丝，以减少变形。

时效

操作方法

加热钢件80~200度，保温5~20在空气中取出冷却时间或更长时间。

目的

稳定钢件淬火后的组织，减少储存或使用过程中的变形，减少淬火和磨削后的内应力，稳定形状和尺寸。

应用要点

适用于淬火后的各种钢材；常用于要求形状不变的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床箱等。

4、固溶处理

固溶处理

操作方法

将合金加热到高温(980~1250℃）保持单相区恒温是将过剩相完全溶解到固溶体中厚度的快速冷却。

目的

获得单相奥氏体组织；提高钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理做好准备；充分溶解合金中的各种相，加强固溶体，提高韧性和耐腐蚀性；消除应力和软化，继续加工或成型。

应用要点

固溶温度应根据合金的使用温度进行调整，环境温度越高，冷却速度越快，饱和度越高。

5、深冷处理

深冷处理

操作方法

在低温介质(如干冰、液氮)中冷却淬火钢件至-40~80℃或较低，温度均匀后取出均温至室温。

目的

将淬火钢中的残余奥氏体全部或大部分转化为马氏体，以提高硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；稳定钢的组织 ，以稳定钢的形状和尺寸。

应用要点

钢件淬火后应立即冷却，然后低温回火，以消除低温冷却时的内应力；冷处理主要适用于合金钢的紧密工具、测量工具和紧密部件。

6、表面热处理

表面热处理是一种金属热处理工艺，只加热工件的表面，以改变其表面的力学性能。为了只加热工件的表面而不将过多的热量传递到工件中，所使用的热源必须具有较高的能量密度，即在单位面积的工件上提供较大的热能，使工件的表面或局部能够在短时间或瞬间达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热处理、常用热源有氧乙炔或氧丙烷、感应电流、激光和电子束等火焰。

火焰加热表面淬火

操作方法

用氧乙炔混合气体燃烧的火焰喷射到钢表面，快速加热，达到淬火温度后立即喷水冷却。

目的

提高钢件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，保持心脏的韧性。

应用要点

多用于中碳钢制件，淬透层深度一般为2~6mm；适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。

感应加热表面淬火

操作方法

将钢件放入传感器中，使钢件表面产生传感电流，在很短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。

目的

提高钢件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，保持心脏的韧性。

应用要点

多用于中碳钢和中堂合金结构钢制件；由于皮肤效应，高频感应淬火淬透层一般为1~2mm，中频淬火一般为3~5mm，高频淬火一般大于10mm。

7、化学热处理

化学热处理是一种金属热处理工艺，通过改变工件表面的化学成分、组织和性能。化学热处理是在含碳、氮或其他合金元素的介质（气体、液体、固体）中加热工件，使工件表面渗透碳、氮、硼和铬。

渗碳

操作方法

将钢件放入渗碳介质中，加热至900~950度并保温，使钢件便面获得一定浓度和深度的渗碳层。

目的

提高钢件的表面硬度、耐磨性和疲劳强度，保持心脏的韧性。

应用要点

含碳量为0.15％～0.25低碳钢和低合金钢制件的渗碳层深度为%0.5～2.5mm；渗碳后必须淬火，使表面得到马氏体，以达到渗碳的目的。

氮化

操作方法

活性氮原子在500~600度时被氨分解，使钢表面被氮饱和，形成氮化层。

目的

提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。

应用要点

主要用于含有铝、铬、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁氮化层深度一般为0.025～0.8mm。

碳氮共渗

操作方法

碳和氮同时渗入钢件表面。

目的

提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。

应用要点

主要用于低碳钢、低合金结构钢和工具钢零件，一般氮化层深0.02～3mm；氮化后淬火和低温回火。