热处理能做什么？

热处理是通过改变材料的组织结构从而大幅度改变材料性能的工艺环节，是提高产品的内在质量、保证整机使用性能和可靠性的关键，在制造业具有十分重要的作用。

热处理技术在机械制造业中的应用日益广泛：在机床制造中要进行热处理的零件占60-70%，在汽车、拖拉机制造中占70-80%，在各类工具、刃具、模具、量具等和滚动轴承制造中，100%需要进行热处理。

热处理的定义

金属热处理是将工件放在一定介质中加热、保温和冷却，通过改变工件表面的化学成分，表面或内部显微组织的结构来改变其性能的热加工工艺。热处理的特点是改变零件或毛坯的内部组织，不改变其形状，经热处理的材料，可以提高硬度、强度，使经过热处理的材料提高使用寿命；也可以降低硬度、强度，使材料易于加工。

热处理基本工艺过程：加热、保温、冷却。

热处理的五个基本要素

加热介质、加热速度、加热温度、保温时间、冷却速度是热处理的五个基本要素。

1、加热介质：工件加热的环境

一般加热介质为空气，特殊工艺要求用可控介质，如为防止氧化脱碳用还原气氛或惰性气体气氛，渗碳、渗氮气氛。

2、加热速度：指工件加热的速度

工件加热的速度影响加热时的热应力、组织应力和相变过程，加热速度快组织晶粒细小，但由于表面与心部温差大导致热应力和组织应力增大，从而容易使工件变形，严重时产生裂纹。

3、加热温度和保温时间

工件在一定温度下保温可使组织平衡、成分均匀、应力消除、同时也使晶粒长大，机械性能降低。

4、冷却速度

通过合理控制冷却速度得到希望的显微组织，从而达到工件要求的使用性能。

热处理种类

包括退火、正火、淬火、回火、调质、表面淬火、表面化学热处理等，其中表面淬火：仅对工件表层进行的淬火，其中包括感应淬火、接触电阻加热淬火（俗称电火花）、火焰淬火、激光淬火、电子束淬火等。表面化学热处理：渗碳、碳氮共渗、渗氮、氮碳共渗等。

热处理方式及注意事项

1、退火

（1）定义：将钢件加热到Ac3+30～50℃或Ac1+30～50℃或Ac1以下的温度后保温，一般随炉缓慢冷却获得接近平衡组织的热处理工艺。

（2）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、热加工做产生的内应力。

（3）应用范围及注意事项：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。

2、正火

（1）定义：将钢件加热到Ac3或Acm以上30～50℃，保温使之完全奥氏体化后，在空气中冷却得到珠光体类型组织的工艺。

（2）目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工与压力加工性能；一般认为硬度在HB160～230范围内钢材的切削加工性能最好，硬度过高难于加工，且刀具易磨损，硬度低易粘刀，使刀具损坏，且工件表面粗糙；改善组织中相的分布与形态，细化晶粒，改善力学性能，为最终热处理做好准备；消除冷、热加工所产生的内应力，以减少后续加工过程中的变形和开裂倾向。

（3）应用范围及注意事项：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，也可作为最终热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最终热处理工序。

3、淬火

（1）定义：将钢件加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却获得马氏体和贝氏体组织的热处理工艺。

（2）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。

（3）应用范围及注意事项：一般用于含碳量大于0.3%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性，所以要进行回火以得到较好的综合力学性能。淬火后工件易产生形状变化、体积变化、淬火裂纹等缺陷，这些缺陷与材料性质、工件结构、热处理工艺等有关。

4、回火

（1）定义：将淬火后钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却到室温的热处理工艺。

（2）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，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，满足各种工件对性能的不同要求；稳定工件尺寸。

（3）应用范围注意事项：保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火（150～250℃），主要用于高碳钢、高合金钢；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（350～500℃），主要用于各种弹簧钢及热锻模具钢；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度是用高温回火（500～650℃），主要用于中碳结构钢、中合金结构钢等。一般钢尽量避免在230～280℃、不锈钢在400～450℃之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。

5、调质

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

（2）目的：改善切削加工性能，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。

（3）应用范围及注意事项：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火热处理，而且还可以作为某些精密零件，如丝杠等的预先热处理，以减少变形。

6、火焰加热表面淬火

（1）定义：利用氧-乙炔（或其他可燃气）火焰使工件表层加热并快速冷却的淬火。

（2）目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持韧性状态。

（3）应用范围及注意事项：多用于中碳钢工件，一般淬透层深度为1～6mm；适用于单间或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。

7、感应加热表面淬火

（1）定义：利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。

（2）目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部保持韧性状态。

（3）应用范围及注意事项：多用于中碳钢和中碳合金结构钢工件；高频、超音频感应淬火淬透层一般为1～2mm，中频一般为3～5mm，工频一般大于10mm；预先热处理选用调质或正火。

8、渗碳

（1）定义：将钢件放入渗碳介质中，加热至900～950℃并保温，使钢件表面获得一定浓度和深度的渗碳层。

（2）目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍然保持韧性状态。

（3）应用范围及注意事项：用于含碳量为0.15%～0.25%的低碳钢和低合金钢工件，一般渗碳层深度为0.5～2.5mm；渗碳后必须进行淬火，使表面得到马氏体。

9、氮化

（1）定义：利用在500～600℃时氨气分解出来的活性氮原子，使钢件表面被氮饱和，形成氮化层。

（2）目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。

（3）应用范围及注意事项：多用于有铝、铬、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁，一般氮化层深度为0.30～0.60mm。

10、氮碳共渗（软氮化）

（1）定义：向钢件表面同时渗碳和渗氮

（2）目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。

（3）应用范围及注意事项：多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢工件，一般氮化层深度0.01～0.02mm。

11、激光表面淬火

（1）定义：利用激光将材料表面加热到相变点以上，随着材料自身冷却，奥氏体转变为马氏体，从而使材料表面硬化的淬火技术。

（2）特点：快速加热，快速冷却；可控制精确的局部表面加热；硬度高；疲劳强度高；畸变微小；无需回火处理。

（3）应用范围及注意事项：凡能发生马氏体相变的材质均适合激光表面淬火；要求工件表面无油污、无锈蚀、无毛刺、无氧化皮；工件原始组织均匀、细小。