万可瑞特|干货课堂：金属热处理及工艺
2023-12-14 09:25:31 来源：
十八世纪工业革命后，科技进入了飞速发展阶段，迄今经过三个世纪，已有技术愈发成熟，无有技术也在被不断创新发明。早在公元前770至前220年...
十八世纪工业革命后，科技进入了飞速发展阶段，迄今经过三个世纪，已有技术愈发成熟，无有技术也在被不断创新发明。早在公元前770至前220年，中国人便发现，钢铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。而后经过上千年的不断实践创新成就了现在被广泛运用的金属热处理工艺。
到底什么是金属热处理，其工艺又是如何进行的？
热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以改变其内部结构从而获得预期所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种金属热加工工艺。其是机械制造中的重要工艺之一，而与其他加工工艺相比，金属热处理工艺一般不改变零件的外观结构以及整体化学成分，其通过改变工件内部显微组织或工件表面化学成，赋予或改善工件性能。
热处理工艺一般包括加热，保温，冷却三个过程。有时只有加热以及冷却两个过程。这些过程必须衔接进行，不可间断。整个热处理工艺大致可以分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。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。其中整体热处理工艺是较为普遍使用的工艺方式，而其中退火、正火、淬火、回火被称为整体热处理中的“四把火”，是整体热处理工艺当中的基本工艺方式。
退火：
1.定义：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，以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。
2.目的：降低硬度，均匀化学成分、改善切削加工性能和冷塑性变形性能、消除或减少内应力、为零件最终热处理准备合适的内部组织。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，或者为进一步淬火作组织准备。
3.分类
球化退火：为使工件中的碳化物球状化而进行的退火。
去应力退火：为去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行退火。
正火：
1.定义：将钢材或钢件加热到一定温度，保温适当时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，以得到珠光体组织的热处理工艺。正火的效果同退火相似，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作为最终热处理。
2.目的：改善切削性能，消除毛坯内应力，细化晶粒、提高硬度、获得比较均匀的组织和性能
球化退火：为使工件中的碳化物球状化而进行的退火。
去应力退火：为去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行退火。
正火：
1.定义：将钢材或钢件加热到一定温度，保温适当时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，以得到珠光体组织的热处理工艺。正火的效果同退火相似，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作为最终热处理。
2.目的：改善切削性能，消除毛坯内应力，细化晶粒、提高硬度、获得比较均匀的组织和性能
淬火
1.定义：淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬火介质中快速冷却，将钢加热到临界温度以上，保温一定时间使其奥氏体化，以大于临界冷却速度进行冷却的工艺。
2.目的：提高工件硬度和耐磨性，例如刀具、量具、磨具。提高工件强韧性，例如轴类、杆件、销、受力件。提高工件弹性例如各类弹簧，提高工件耐蚀和耐热性例如耐热钢和不锈钢
3.分类：
按加热温度：完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火
按加热介质及热源条件：盐浴加热淬火、火焰加热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、接触电加热淬火等
按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火等
按冷却方式：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火等
回火：
1.定义：回火是将淬火后的钢件加热到指定的回火温度，经过一定时间的保温后，空冷到室温的热处理操作。回火时引起马氏体和残余奥氏体的分解。将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。
2.目的：为了及时消除淬火后变硬钢件的脆性，淬火后的钢件在变硬的同时会变得更脆。
减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂。
获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。
稳定尺寸
对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。
3.分类：通常按加热温度的高低，回火可分为以下三类。
(1)低温回火：加热温度为150℃～250℃。低温回火组织为回火马氏体，马氏体内析出碳化物形成回火马氏体，残余奥氏体也转变为回火马氏体。回火马氏体易受侵蚀，组织呈暗色针状。回火马氏体具有高的强度和硬度，而韧性和塑性较淬火马氏体有明显改善。
其目的主要是降低淬火钢中的内应力，减少钢的脆性，同时保持钢的高硬度和耐磨性。常用于高碳钢制的切削工具、量具和滚动轴承件及渗碳处理后的零件等。
(2)中温回火：加热温度为350℃～500℃。中温回火组织为回火屈氏体，它是由铁素体和粒状渗碳体组成的极细密混合物。回火屈氏体有较好的强度，最高的弹性，较好的韧性。
其目的主要是获得高的弹性极限，同时有高的韧性。主要用于各种弹簧热处理。
(3) 高温回火：加热温度为500℃～650℃。高温回火组织的回火索氏体，它是由粒状渗碳体和等轴形铁素体组成混合物。回火索氏体具有强度、韧性和塑性较好的综合机械性能。
以上介绍的四种工艺方式只是热处理工艺当中整体热处理法最基础的四种，不同的工艺流程组合也可形成不同的热处理工艺，例如淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。但整个热处理工艺，工艺流程繁琐，方法颇多，不同工艺方法组合以及流程组合都可让工件达到不同的性能，以及不同金属材料和应用领域所需处理方法不同，这也导致金属热处理在制造业中起着十分重要的作用，因此其在金属加工领域一直有着广泛应用。
