價值連城，一張圖看懂鋼鐵熱處理工藝

法律顧問：趙建英律師

為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。下面就讓小編帶你來了解一下熱處理工藝！

1、熱處理簡介

熱處理及其特點

熱處理是指金屬材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。

工藝特點

金屬熱處理是機械製造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。

2、熱處理工藝分類

熱處理工藝分類

金屬熱處理工藝大體上可分為：整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。

根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬採用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。

3、鋼鐵熱處理工藝

鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織複雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。

鋼鐵熱處理工藝制定依據——鐵碳相圖

鐵碳相圖中幾個重要的點、線和溫度

鋼鐵微觀組織結構及性能

退火

退火工藝可分為：完全退火、擴散退火、等溫退火、球化退火、去應力退火及再結晶退火等。

操作方法

將鋼件加熱到Ac3 30~50℃或Ac1 30~50℃或Ac1以下的溫度（可以查閱有關資料）後，一般隨爐溫緩慢冷卻。

目的

降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；

細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備；

消除冷、熱加工所產生的內應力。

應用要點

適用於合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應狀態不合格的原材料；

一般在毛坯狀態進行退火 。

正火

操作方法

將鋼件加熱到Ac3或Accm 以上30~50℃，保溫後以稍大於退火的冷卻速度冷卻，一般為空冷。

目的

降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；

細化晶粒，改善力學性能，為下一步工序做準備；

消除冷、熱加工所產生的內應力。

應用要點

正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預先熱處理工序。對於性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結構鋼及低合金鋼件，也可作為最後熱處理。對於一般中、高合金鋼，空冷可導致完全或局部淬火，因此不能作為最後熱處理工序。

淬火

操作方法

將鋼件加熱到相變溫度Ac3或Ac1以上，保溫一段時間，然後在水、硝鹽、油、或空氣中快速冷卻。

目的

淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織，有時對某些高合金鋼（如不鏽鋼、耐磨鋼）淬火時，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。

應用要點

一般用於含碳量大於百分之零點三的碳鋼和合金鋼；

淬火能充分發揮鋼的強度和耐磨性潛力，但同時會造成很大的內應力，降低鋼的塑性和衝擊韌度，故要進行回火以得到較好的綜合力學性能。

回火

操作方法

將淬火後的鋼件重新加熱到Ac1以下某一溫度，經保溫後，於空氣或油、熱水、水中冷卻。

目的

降低或消除淬火後的內應力，減少工件的變形和開裂；

調整硬度，提高塑性和韌性，獲得工作所要求的力學性能；

穩定工件尺寸。

應用要點

保持鋼在淬火後的高硬度和耐磨性時用低溫回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強度時用中溫回火；以保持高的衝擊韌度和塑性為主，又有足夠的強度時用高溫回火。

一般鋼盡量避免在230~280度、不鏽鋼在400~450度之間回火，因為這時會產生一次回火脆性。

調質

操作方法

淬火後高溫回火稱調質，即將鋼件加熱到比淬火時高10~20度的溫度，保溫後進行淬火，然後在400~720度的溫度下進行回火。

目的

改善切削加工性能，提高加工表面光潔程度；

減小淬火時的變形和開裂；

獲得良好的綜合力學性能。

應用要點

適用於淬透性較高的合金結構鋼、合金工具鋼和高速鋼；

不僅可以作為各種較為重要結構的最後熱處理，而且還可以作為某些緊密零件，如絲杠等的預先熱處理，以減小變形。

時效

操作方法

將鋼件加熱到80~200度，保溫5~20小時或更長時間，然後隨爐取出在空氣中冷卻。

目的

穩定鋼件淬火後的組織，減小存放或使用期間的變形；

減輕淬火以及磨削加工後的內應力，穩定形狀和尺寸。

應用要點

適用於經淬火後的各鋼種；

常用於要求形狀不再發生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機箱等。

4、固溶處理

固溶處理

操作方法

將合金加熱到高溫（980～1250℃）單相區恆溫保持，是過剩相充分溶解到固溶體中厚快速冷卻。

目的

獲得單相奧氏體組織；

改善鋼和合金的塑性和韌性，為沉澱硬化處理作好準備等；

使合金中各種相充分溶解，強化固溶體，並提高韌性及抗蝕性能；

消除應力與軟化，以便繼續加工或成型。

應用要點

固溶溫度應根據合金使用溫度進行調整，使用環境溫度越高則固溶溫度也應更高；對於過飽和度低的合金通常選擇較快的冷卻速度，對於飽和度高的合金通常為空氣中冷卻。

5、深冷處理

深冷處理

操作方法

將淬火後的鋼件，在低溫介質（如乾冰、液氮）中冷卻到－40～－80℃或更低，溫度均勻一致後取出均溫到室溫。

目的

使淬火鋼件內的殘餘奧氏體全部或大部轉換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強度、耐磨性和疲勞極限；

穩定鋼的組織 ，以穩定鋼件的形狀和尺寸。

應用要點

鋼件淬火後應立即進行冷處理，然後再經低溫回火，以消除低溫冷卻時的內應力；

冷處理主要適用於合金鋼製的緊密刀具、量具和緊密零件。

6、表面熱處理

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。

火焰加熱表面淬火

操作方法

用氧－乙炔混合氣體燃燒的火焰，噴射到鋼件表面上，快速加熱，當達到淬火溫度後立即噴水冷卻。

目的

提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍保持韌性狀態。

應用要點

多用於中碳鋼製件，一般淬透層深度為2～6mm；

適用於單件或小批量生產的大型工件和需要局部淬火的工件。

感應加熱表面淬火

操作方法

將鋼件放入感應器中，使鋼件表層產生感應電流，在極短的時間內加熱到淬火溫度，然後噴水冷卻。

目的

提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部保持韌性狀態。

應用要點

多用於中碳鋼和中堂合金結構鋼製件；

由於肌膚效應，高頻感應淬火淬透層一般為1～2mm，中頻淬火一般為3～5mm，高頻淬火一般大於10mm。

7、化學熱處理

化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。

滲碳

操作方法

將鋼件放入滲碳介質中，加熱至900～950度並保溫，使鋼件便面獲得一定濃度和深度的滲碳層。

目的

提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強度，心部仍然保持韌性狀態。

應用要點

用於含碳量為0.15％～0.25％的低碳鋼和低合金鋼製件，一般滲碳層深度為0.5～2.5mm；

滲碳後必須進行淬火，使表面得到馬氏體，才能實現滲碳的目的。

氮化

操作方法

利用在500～600度時氨氣分解出來的活性氮原子，使鋼件表面被氮飽和，形成氮化層。

目的

提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。

應用要點

多用於含有鋁、鉻、鉬等合金元素的中碳合金結構鋼，以及碳鋼和鑄鐵，一般氮化層深度為0.025～0.8mm。

碳氮共滲

操作方法

向鋼件表面同時滲碳和滲氮。

目的

提高鋼件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度以及抗蝕能力。

應用要點

多用於低碳鋼、低合金結構鋼以及工具鋼製件，一般氮化層深0.02～3mm；

氮化後還要淬火和低溫回火。

End

來源：材易通（ID：matlinkcn）供稿，感謝

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