金属热处理工艺中的“四把火”，基础

法律顾问：赵建英律师

在金属冶炼过程中，同样的原材料配比，采用不同的热处理工艺，会得到组织结构和物理性能各异的产品，导致在直读光谱仪上测试时得到不同的测试结果。所以在用直读光谱仪测样时，一般建议用户使用对应的标样进行类型校准。

通过学习热处理中最为典型的“四把火”工艺，我们可以大致了解样品中的组织结构和物理性能差异。

热处理工艺过程

一、退火

将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它随炉缓慢冷却的热处理方法，称为退火。退火得到的组织通常是珠光体和铁素体。退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化，细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力。同时，退火可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。退火可以消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，大多属于半成品热处理，或称作预备热处理。

退火丝是利用退火工艺生产典型金属制品，如下图。退火丝是用低碳钢冷拔、加热、恒温、保温等工艺而成的一种软质铁丝产品。铁丝按用途不同，成分也不一样。将炽热的金属坯轧成6.5mm粗的钢条也就是盘条，再将其放入拉丝装置内拉成不同直径的线，并逐步缩小拉丝盘的孔径，进行冷却、退火、涂镀等加工工艺制成各种不同规格的铁丝。

退火丝

二、正火

正火是将钢加热到某温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法，得到的组织通常是索氏体。它能消除过共析钢的网状渗碳体，对亚共析钢正火可细化晶粒，提高综合力学性能。

正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度更快，因而正火组织要比退火组织更细小一些，其力学性能也有所提高。

正火主要应用于：①低碳钢。正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理;②中碳钢。可代替调质处理作为最后热处理;③工具钢、轴承钢、渗碳钢等。可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织;④铸钢件。可以细化铸态组织，改善切削加工性能;⑤大型锻件。可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向;⑥球墨铸铁。使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

大型锻件正火图

三、淬火

淬火是将钢加热到某温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火冷却介质中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的降温条件急速冷却，而获得以马氏体或下贝氏体为主的不平衡组织的热处理方法。淬火能提高钢的强度和硬度，但要降低其塑性。常用的淬火冷却介质有水、油、碱水和盐类溶液等。

淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工具、模具、量具及要求表面耐磨的零件，如齿轮、轧辊、渗碳零件等。另外，淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。

表面淬火常用的方法有感应淬火和火焰淬火，如下图。

感应加热淬火示意图和实物图

火焰淬火示意图和实物图

四、回火

将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却的热处理方法称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。根据回火温度的不同，可将回火分为低温回火、中温回火和高温回火。

(1)低温回火(150-250℃)

低温回火所得组织为回火马氏体，其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具、量具、冲模、滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为60HRC左右。

(2)中温回火(350-500℃)

中温回火的目的是获得高的屈服强度、弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为45HRC左右。

中温回火的弹簧

(3)高温回火(500-650℃)

习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度、硬度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。因此，广泛用于汽车、拖拉机、机床等的重要结构零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类等。回火后硬度一般为260HBW左右。

来源：GNR代表处