什麼是鋼鐵熱處理

1. 什麼是鋼的熱處理

鋼的熱處理總體而言是為了改善鋼的力學性能或加工性能。具體如下：
1.鋼的退火
將鋼加熱到一定溫度並保溫一段時間，然後使它慢慢冷卻，稱為退火。鋼的退火是將鋼加熱到發生相變或部分相變的溫度，經過保溫後緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細化晶粒，提高鋼的力學性能，減少殘余應力；同時可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。所以退火既為了消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內應力，又為後續工序作好准備，故退火是屬於半成品熱處理，又稱預先熱處理。
2.鋼的正火
正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉變為均勻的奧氏體，然後在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過共析鋼的網狀滲碳體，對於亞共析鋼正火可細化晶格，提高綜合力學性能，對要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經濟的。
3.鋼的淬火
淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然後很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大於臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有：水、油、鹼水和鹽類溶液等。

2. 4.什麼是鋼的熱處理為什麼要進行鋼的熱處理

熱處理的作用就是提高材料的力學性能、消除殘余應力和改善金屬的切削加工性。按照熱處理不同的目的，熱處理工藝可分為兩大類：預備熱處理和最終熱處理。

01.

預備熱處理

預備熱處理的目的是改善加工性能、消除內應力和為最終熱處理准備良好的金相組織。其熱處理工藝有退火、正火、時效、調質等。

（1）退火和正火

退火和正火用於經過熱加工的毛坯。含碳量大於0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易於切削，常採用退火處理；含碳量低於0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而採用正火處理。退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以後的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯製造之後、粗加工之前進行。

（2）時效處理

時效處理主要用於消除毛坯製造和機械加工中產生的內應力。

為避免過多運輸工作量，對於一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。

除鑄件外，對於一些剛性較差的精密零件（如精密絲杠），為消除加工中產生的內應力，穩定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時效處理。有些軸類零件加工，在校直工序後也要安排時效處理。

（3）調質

調質即是在淬火後進行高溫回火處理，它能獲得均勻細致的回火索氏體組織，為以後的表面淬火和滲氮處理時減少變形作準備，因此調質也可作為預備熱處理。

由於調質後零件的綜合力學性能較好，對某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作為最終熱處理工序。

02.

最終熱處理

最終熱處理的目的是提高硬度、耐磨性和強度等力學性能。

（1）淬火

淬火有表面淬火和整體淬火。其中表面淬火因為變形、氧化及脫碳較小而應用較廣，而且表面淬火還具有外部強度高、耐磨性好，而內部保持良好的韌性、抗沖擊力強的優點。為提高表面淬火零件的機械性能，常需進行調質或正火等熱處理作為預備熱處理。其一般工藝路線為：下料鍛造→正火（退火）→粗加工→調質→半精加工→表面淬火→精加工。

（2）滲碳淬火

滲碳淬火適用於低碳鋼和低合金鋼，先提高零件表層的含碳量，經淬火後使表層獲得高的硬度，而心部仍保持一定的強度和較高的韌性和塑性。滲碳分整體滲碳和局部滲碳。局部滲碳時對不滲碳部分要採取防滲措施（鍍銅或鍍防滲材料）。由於滲碳淬火變形大，且滲碳深度一般在0.5~2mm之間，所以滲碳工序一般安排在半精加工和精加工之間。其工藝路線一般為：下料→鍛造→正火→粗、半精加工→滲碳淬火→精加工。當局部滲碳零件的不滲碳部分採用加大餘量後，切除多餘的滲碳層的工藝方案時，切除多餘滲碳層的工序應安排在滲碳後，淬火前進行。

（3）滲氮處理

滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。滲氮層可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和抗蝕性。由於滲氮處理溫度較低、變形小、且滲氮層較薄（一般不超過0.6~0.7mm），滲氮工序應盡量靠後安排，為減小滲氮時的變形，在切削後一般需進行消除應力的高溫回火。

3. 什麼是熱處理，鋼材的熱處理包括哪些

鋼的熱處理是將固態鋼採用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織結構與性能的一種工藝。
熱處理的特點是改變零件或者毛坯的內部組織，而不改變其形狀和尺寸。
能進行熱處理強化的材料必須滿足：⑴有固態相變；⑵經冷加工使組織結構處於熱力學不穩定狀態；⑶表面能被活性介質的原子滲入從而改變表面化學成分。
鋼能進行熱處理強化，是由於鋼在固態下具有相變，在固態下不發生相變的純金屬或合金則不能用熱處理方法強化。
鋼材的熱處理包括：退火、正火、淬火、回火，這四個基本的熱處理方法。其它的熱處理還有：調質、時效、表面淬火、滲碳、滲氮、氫化等。

4. 鋼的熱處理常識

鋼的熱處理是通過加熱、保溫、冷卻的工藝方法使金屬材料的內部組織結構發生變化,從而獲得所需性能的一種加工工藝。它能顯著地提高零件的使用性能,充分發揮金屬材料的潛力,延長零件的使用壽命。熱處理工藝性能是指金屬材料或零件通過熱處理改變其內部組織和性能的難易程度。現代機械工業廣泛採用熱處理方法來改變金屬材料的組織和性能,如改善鋼的切削加工性能,提高力學性能,改善金屬材料的防護性能等。

鋼的熱處理方法很多,根據熱處理的工藝形式分為以下五種:

(一)鋼的退火工藝

退火是將鋼加熱到一定溫度,經過一段時間保溫後,再緩慢冷卻到室溫的工藝。退火的目的是消除內應力,降低硬度,提高塑性,以便於加工。根據鋼的成分及退火目的,退火常用工藝方法有完全退火、球化退火、去應力退火等。

(二)正火工藝

正火是將鋼加熱到一定溫度後再保溫一段時間,然後在空氣中冷卻的工藝。正火與退火的目的大致相同。正火特點是工藝時間短,能提高鋼的硬度和強度,改善切削加工性能的能力比退火強,並能改變碳在鋼中存在的形式。

(三)淬火工藝

淬火是將鋼加熱到一定溫度經保溫後再快速冷卻的熱處理工藝。淬火的特點是提高了鋼的硬度和耐磨性,但降低了鋼的韌性。在一般情況下,經過淬火後的鋼必須要進行回火處理。淬火常用的方法有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、局部淬火等五種。

(四)回火工藝

回火是將鋼加熱到某一溫度後再保溫,待其組織轉變完成以後再冷卻到室溫的工藝。回火的特點是提高了鋼的韌性,消除了內應力,穩定了鋼的組織,進而穩定了零件的尺寸。回火工藝是熱處理的最後一道工序,其工藝雖然很簡單,但它決定了鋼的使用性能,所以它是一個很重要的熱處理工序。在實際工作中,因對工件性能的要求不同,回火的方法有低溫回火、中溫回火、高溫回火三種。

(五)表面熱處理

在機械製造行業中,很多零件要在頻繁的沖擊和摩擦條件下工作,要求零件的耐磨性、韌性均高。但零件硬度高時,耐磨性才高,而韌性必然降低。為保證零件表面的高硬度和耐磨性,同時具有高韌性的心部,可對零件進行表面熱處理。表面熱處理的方法有表面淬火和化學熱處理兩種。

1.表面淬火工藝

表面淬火工藝將鋼的表面迅速加熱到淬火溫度,不等其熱量傳到內部即迅速使其表面冷卻下來的工藝為表面淬火。表面淬火常用的方法有火焰加熱表面淬火和感應加熱表面淬火兩種。

2.化學熱處理

化學熱處理是通過改變鋼件表層的化學成分,使鋼件表層和心部的組織不同,因而具有不同的性能。

化學熱處理方法很多,目前工業生產中應用較普遍的化學熱處理的方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲三種,其中滲碳使用最廣。

5. 什麼是鋼的熱處理生產分為哪幾個階段熱處理的分類

1. 熱處理是指材料在固態下，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；

2. 工藝過程

   熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。

   加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是採用木炭和煤作為熱源，近而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易於控制，且無環境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。

   金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對於熱處理後零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用塗料或包裝方法進行保護加熱。

   加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫時間。採用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

   冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控製冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。

3. 熱處理種類

   正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點AC3或ACM以上的適當溫度保持一定時間後在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。

   退火annealing：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時間後，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝。

   固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區恆溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然後快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。

   時效：合金經固溶熱處理或冷塑性形變後，在室溫放置或稍高於室溫保持時，其性能隨時間而變化的現象。

   固溶處理：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，以便繼續加工成型。

   時效處理：在強化相析出的溫度加熱並保溫，使強化相沉澱析出，得以硬化，提高強度。

   淬火：將鋼奧氏體化後以適當的冷卻速度冷卻，使工件在橫截面內全部或一定的范圍內發生馬氏體等不穩定組織結構轉變的熱處理工藝。

   回火：將經過淬火的工件加熱到臨界點AC1以下的適當溫度保持一定時間，隨後用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝。

   鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習慣上碳氮共滲又稱為氰化，以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

   調質處理（quenching and tempering）：一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理。調質處理廣泛應用於各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調質處理後得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織更優。它的硬度取決於高溫回火溫度並與鋼的回火穩定性和工件截面尺寸有關，一般在HB200—350之間。

6. 鋼的熱處理及其方法是指什麼

鋼的熱處理就是將鋼在固態下，通過加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織，從而獲得所需性能的工藝方法。由於熱處理時起作用的主要因素是溫度和時間，所以各種熱處理都可以用如圖5-66所示的溫度—時間為坐標的熱處理工藝曲線來表示。熱處理的工藝方法很多，常用的有圖5-67所示的幾種，下面僅介紹最常用的四種熱處理方法。

圖5-66熱處理工藝曲線示意圖

圖5-67常用的熱處理方法1退火退火是將金屬或合金加熱到適當溫度（對碳鋼來說一般為780～900℃ ），保溫一定時間後隨爐冷卻或埋入灰中使其緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的主要作用是降低硬度，以利於切削加工或其他種類加工；細化晶粒，提高鋼的塑性和韌性；消除內應力，並為淬火作好准備。退火主要用於鑄件、鍛件、焊件及其他毛坯的預備熱處理。

由於退火的目的不同，其工藝方法有多種，常用的有完全退火、球化退火、去應力退火等。

2正火正火是將鋼加熱到適當溫度（對碳鋼而言為800～930℃ ），保溫一定時間後，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火實質上是退火的另一種形式，其作用也與退火相似，不同的是工件保溫後，在空氣中冷卻而不是隨爐冷卻。因此，正火工件比退火工件的強度和硬度稍高，而塑性和韌性稍低。

3淬火淬火是將鋼加熱到適當溫度保溫一定時間後，在淬火介質中快速度冷卻的一種熱處理工藝。淬火的目的是提高鋼的強度和硬度，增加耐磨性，並在回火後獲得高強度和一定韌性相配合的工件性能。淬火時的冷卻介質稱為淬火劑，常用的淬火劑有油、水、鹽水，其冷卻能力依次增強。

4回火鋼件淬硬後，再加熱到某一較低的溫度，保溫一定時間，然後冷卻至室溫的熱處理方法稱為回火。回火的主要目的是消除淬火內應力，以降低鋼的脆性，防止產生裂紋，同時使鋼獲得所需的性能。根據回火溫度的不同，可將回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。