一张图看懂钢铁热处理工艺（上）

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。下面就让小编带你来了解一下热处理工艺！

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、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

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，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

2、热处理工艺分类

热处理工艺分类

金属热处理工艺大体上可分为：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。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。

3、钢铁热处理工艺

钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、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

铁碳相图中几个重要的点、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中的最大溶解度
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中的最大溶解度
S	温度727℃，含碳量0.77%，共析点
GS（A3）	奥氏体转变为铁素体的开始线
ES（Acm）	碳在奥氏体中的溶解度线
PSK（A1）	AS→Fp+Fe3C 共析转变线
PQ	碳在铁素体中的溶解度线

  钢铁微观组织结构及性能?

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、高强、高耐磨，低塑性和韧性
珠光体	性能取决于组织形态
莱氏体	高硬、高强、高耐磨

退火

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

操作方法

将钢件加热到Ac3+30~50℃或Ac1+30~50℃或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。

目的

• 降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；

• 细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；

• 消除冷、热加工所产生的内应力。

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

将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50℃，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却，一般为空冷。

目的

• 降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；

• 细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；

• 消除冷、热加工所产生的内应力。
  

应用要点

正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。

淬火

操作方法

将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。

目的

淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。

应用要点

• 一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；

• 淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。
  

回火

操作方法

将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。

目的

• 降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；

• 调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；

• 稳定工件尺寸。

应用要点

• 保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火。

• 一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。

调质

操作方法

淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720度的温度下进行回火。

目的

• 改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；

• 减小淬火时的变形和开裂；

• 获得良好的综合力学性能。

应用要点

• 适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；

• 不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件，如丝杠等的预先热处理，以减小变形。

时效

操作方法

将钢件加热到80~200度，保温5~20小时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。

目的

• 稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；

• 减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。

应用要点

•  适用于经淬火后的各钢种；

• 常用于要求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。