机械热处理四把火：退火、正火、淬火、回火

机械热处理四把火：退火、正火、淬火、回火

机械热处理是机械制造过程中的关键环节，通过控制金属材料的加热和冷却过程，可以显著改变其力学性能。其中，退火、正火、淬火和回火这四种基本热处理工艺，被称为“四把火”，它们在提高材料强度、硬度、韧性等方面发挥着重要作用。本文将详细介绍这四种工艺的具体操作方法、目的和效果，以及它们之间的区别。

机械零件一般的加工工艺顺序

1. 热处理四把火的概念

(1) 退火（随炉冷却） 适用于高碳钢

将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为了进一步淬火做准备。

(2) 正火（空气冷却） 适用于低碳/中碳钢

将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果和退火类似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，有时也用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

注：

1. 亚共析钢应为Ac3的30~50℃以上；
2. 过共析钢应为Accm的30~50℃以上。

3. 淬火

将工件加热保温后，在水、油或者其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却获得马氏体或贝氏体组织，淬火后钢件变硬、同时变脆。

4. 回火

为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温再进行冷却，这种工艺称为回火。

不同温度的回火处理效果
1） 低温回火 150℃-250℃ 可以保持淬火工件的高硬度和耐磨性，常用于刀具、量具等。
2） 中温回火 350℃-500℃ 可以得到较高的弹性和屈服点，常用于制作弹性元件，如弹簧。
3） 高温回火 500℃-650℃以上 可以得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能，常用于制作受力构架，如螺栓、丝杠、齿轮等。

回火温度与材料颜色
加热温度与钢的性能关系

2. 目的

1、 退火：降低材料硬度，改善材料成型和切削加工的性能，消除应力和防止材料变形；

1. 细化晶粒，均匀组织，为后续热处理做好组织准备；
2. 降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷变形加工；
3. 消除残余应力，防止工件变形与开裂。

2、 正火：使钢材的结晶晶粒细化，一方面可以得到满意的强度，还可以提高其韧性，降低构件的开裂倾向，为后面的热处理做好组织准备

2.1 作为最终热处理：正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中的铁元素含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。

2.2 作为预先热处理：截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火+高温回火）前进行正火，以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体，并使其避免形成连续网状，为球化退火做组织准备。

2.3 改善切削加工性能：低碳钢或低碳合金钢退火后硬度太低，不便于切削加工，正火可提高其硬度，改善其力学性能。

3、 淬火：可提高金属成材或零件的机械性能，改善某些特殊钢的材料性能或化学性能；

几种淬火工艺
4、 回火：可提高组织稳定性，消除内应力，调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

1. 降低淬火钢的脆性和内应力
2. 稳定淬火钢的结晶组织
3. 使工件获得不同需要的机械性能

几种回火处理
3. 调质处理和变质处理
3.1 调质处理：习惯上所称的淬火与高温回火相结合的热处理工艺，使工件具有良好综合机械性能。

3.2 变质处理：在液态金属结晶时，在金属液体中加入某些难熔元素或化合物（形核剂或变质剂），以提高非自发的晶核形成率或阻止晶粒长大，从而细化金属晶粒的方法。

4. 正火与退火的区别
   4.1 退火与正火处理45号钢后的力学性能对比

4.1 金属材料最适宜切削加工的硬度约160~230HBW，通过正火，应使钢件硬度处于适宜范围。

5. 常见的几种退火方式

5.1 完全退火
完全退火
完全退火（又称重结晶退火）是将亚共析钢加热到3Ac以上30～50℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却或埋入石灰和砂中冷却，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。它主要用于中碳钢，其主要目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢完全退火，加热温度在Accm以上，会有网状二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，造成钢的脆化。

5.2 球化退火
球化退火
球化退火是将钢件加热到1Ac以上20～30℃，充分保温使未溶二次渗碳体球化，然后随炉缓慢冷却或在1Ar以下20℃左右进行长期保温，使P中渗碳体球化（退火前用正火将网状渗碳体破碎），随后出炉空冷的热处理工艺。

主要用于共析钢和过共析钢，如工具钢、滚珠轴承钢等，其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准备。球化退火也应用于亚共析钢而取得较好效果，并有利于冷变形加工。

5.3 去应力退火
去应力退火
去应力退火是将钢件加热到低于1Ac的某一温度（一般为500～650℃），保温，然后随炉冷却，从而消除冷加工以及铸造、锻造和焊接过程中引起的残余内应力而进行的热处理工艺。去应力退火能消除内应力约50～80%，不引起组织变化。还能降低硬度，提高尺寸稳定性，防止工件的变形和开裂。

小结：
注：三种退火方法与冷却方式的关系

5.4 等温退火
等温退火是将钢件或毛坯加热到高于3Ac (含碳0.3～0.8%亚共析钢)以上30～50℃或1Ac (含碳0.8～1.2%过共析钢)以上10～20℃的温度，保温适当时间后较快地冷却到P区的某一温度，并等温保持，使A转变为P组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。

完全退火所需时间很长，特别是对于某些A比较稳定的合金钢，往往需要几十小时，为了缩短退火时间，可采用等温退火。图4-18为高速钢的完全退火与等温退火的比较，可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。等温退火的等温温度（1Ar以下某一温度）应根据要求的组织和性能由被处理钢的C曲线来确定。温度越高（距1A越近）则P组织越粗大，钢的硬度越低；反之，则硬度越高。

5.5 扩散退火
扩散退火（或均匀化退火）是将钢锭、铸钢件或锻坯加热到略低于固相线的温度，长时间保温，然后缓慢冷却，以消除化学成分和组织不均匀现象的一种热处理工艺。扩散退火加热温度为3Ac以上150～250℃（通常为1100～1200℃），具体加热温度视钢种及偏析程度而定，保温时间一般为10～15h。扩散退火后钢的晶粒非常粗大，需要再进行完全退火或正火。由于高温扩散退火生产周期长、消耗能量大、生产成本高，所以一般不轻易采用。

6. 附件表格
各种退火处理方式
表面淬火处理