如何清楚了解淬火、正火、回火等材料熱處理問題？

如何清楚了解淬火、正火、回火等材料熱處理問題？

鋼的熱處理包括正火、退火、回火和淬火。其中退火和正火主要用於預備熱處理，僅在對工件的性能沒有要求時才作為最終熱處理。淬火的目的是獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。回火主要是為了減少或消除淬火應力，防止變形或開裂，同時獲得所需的機械性能。

01 淬火

1.淬火是什麼意思？

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共晶鋼）或Ac1（過共晶鋼）溫度以上，保溫一段時間，使全部或部分奧氏體化，然後更快比臨界冷卻速度快冷至Ms以下（或Ms等溫附近）為馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理製程。通常也稱為淬火，是對鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料進行快速冷卻的固溶處理或熱處理過程。

2、淬火的目的：

(1)提高金屬材料或零件成品的機械性質。例如，提高工具、軸承等的硬度和耐磨性，提高彈簧的彈性極限，並提高軸類零件的整體機械性能。

(2)改善某些特殊鋼的材料特性或化學性質。如提高不銹鋼的耐腐蝕性，增加磁鋼的永磁力。淬火冷卻，除了需要合理選擇淬火介質外，還需要正確的淬火方法，常用的淬火方法，主要有單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、局部淬火等。

3.鋼鐵工件淬火後具有下列特點：

①獲得馬氏體、貝氏體、殘餘奧氏體等不平衡（即不穩定）組織。

②存在較大的內應力。

③力學性能不能滿足要求。因此，鋼製工件淬火一般都要經過回火

02 回火

1、什麼叫回火？

回火是將淬火後的金屬材料或零件加熱到一定溫度，保溫一定時間，以一定方式冷卻的熱處理工藝，回火是淬火後立即進行的操作，通常是金屬材料或零件熱處理的最後一道工序。工件的淬火和回火的聯合工序稱為最終處理。 2.

2、調質的主要目的是：

(1)減少內應力，降低脆性，淬火零件存在很大的應力和脆性，如不及時回火常會產生變形甚至開裂。

2）調整工件的機械性質，工件淬火後硬度高、脆性大，為滿足各種工件的不同性能要求，可透過回火調整硬度、強度、塑性和韌性。

(3)穩定工件尺寸。透過回火可以使金相組織趨於穩定，以確保在以後的使用過程中不再變形。

(4)改善某些合金鋼的切削性能。

3.回火的作用是：

①提高組織的穩定性，使工件在使用過程中不再發生組織的轉變，使工件的幾何形狀和性能保持穩定。

②消除內應力，以改善工件的性能和穩定工件的幾何形狀。

③調整鋼材的機械性質，以滿足使用要求。

回火之所以有這些作用，是因為當溫度升高時，原子活動能力增強，鋼中的鐵、碳等合金元素的原子可以較快地擴散，原子重新排列組合，使不穩定的不平衡組織逐漸轉化為穩定均衡的組織。內應力的消除也與高溫下金屬強度的降低有關。一般來說，鋼經過回火後，硬度和強度降低，塑性增加。回火溫度越高，這些機械性質的變化就越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在一定溫度範圍回火時，會析出一些細晶粒的金屬化合物，使強度和硬度上升。這種現象稱為二次硬化。

回火要求：不同用途的工件應進行不同溫度的回火，以符合使用中的要求。

①切削工具、軸承、滲碳淬火件、表面淬火件通常採用250℃以下的低溫回火。低溫回火後硬度變化不顯著，內應力降低，韌性略有提升。

②彈簧經350～500℃中溫回火，可獲得高彈性且必要的韌性。

③中碳結構鋼製成的零件通常在500～600℃進行高溫回火，以獲得適當的強度和良好的韌性匹配。

鋼在300℃左右回火，往往使其更加脆，這種現象稱為第一類回火脆性。一般不宜在此溫度範圍內回火。某些中碳合金結構鋼經高溫回火後，如果緩慢冷卻至室溫，也容易變脆。這種現象稱為 II 型回火脆化。在鋼中添加鉬，或回火時在油或水中冷卻，可防止II型回火脆化。第二類回火脆性將鋼重新加熱至原回火溫度，即可消除此脆性。在生產中，常根據工件性能的要求。依加熱溫度的不同，回火分為低溫回火、中溫回火、高溫回火。淬火和隨後的高溫回火相結合的熱處理過程稱為回火，即在獲得高強度的同時，具有良好的塑化韌性。

(1)低溫回火：150-250℃，M回火，降低內應力和脆性，提高塑性韌性、高硬度和耐磨性。用於生產量規、切削工具和滾動軸承。

(2)中溫回火：350-500℃，T回火，具有高彈性，有一定的塑性和硬度。用於製作彈簧、鍛造模具等。

(3)高溫回火：500-650℃，S回火，具有良好的綜合機械性質。用於製造齒輪、曲軸等。

03 標準化

1.什麼是正火化

正火是提高鋼韌性的熱處理。將鋼構件加熱至Ac3溫度30～50℃以上，保溫一段時間取出空冷。主要特點是冷卻速度比退火快而比淬火低，正火可以稍快的冷卻使鋼的晶粒細化，不僅能得到滿意的強度，而且能顯著提高韌性（AKV值），減少部件破裂的可能性。在一些低合金熱軋鋼板、低合金鋼鍛造和鑄件經過正火處理後，材料的綜合機械性能可大大提高，同時也改善了切削加工性能。

2、正火有以下目的和用途：

①共晶鋼、正火消除鑄件、鍛件、銲接件的過熱粗晶組織和韋氏組織，軋材中的帶狀組織；晶粒細化；並可作為淬火前的預熱處理。

②對於共晶鋼，正火可消除網狀二次滲碳，並使珠光體細化，不僅提高機械性能，而且有利於隨後的球化退火。

③低碳深沖薄鋼板，正火可消除晶界自由滲碳，提升其深沖性能。

④低碳鋼和低碳低合金鋼，採用正火，可以獲得較細的片狀珠光體組織，使硬度提高到HB140-190，避免切削時的「黏刀」現象，提高切削加工性能。對於中碳鋼，在既可用正火又可用退火的場合，用正火更為經濟、方便。

⑤普通中碳結構鋼，在機械性能要求不高的場合，可採用淬火和高溫回火代替淬火，不僅操作方便，還能使鋼的組織和尺寸提高穩定。

⑥高溫正火（Ac3以上150～200℃）由於高溫擴散速率較高，可減少鑄、鍛件的成分偏析。高溫正火後的粗大晶粒可以透過隨後的第二次較低溫度正火而細化。

(7)對於一些汽輪機和鍋爐用的低、中碳合金鋼，常採用正火獲得貝氏體組織，然後經高溫回火，進行400～550℃時具有良好的抗蠕變性能。

⑧除鋼件和鋼材外，正火也廣泛應用於球墨鑄鐵熱處理，使其獲得珠光體基體，提高球墨鑄鐵的強度。

由於正火空氣冷卻的特點，因此環境空氣溫度、堆疊方式、氣流及工件尺寸對正火後的組織和性能都有影響。正火組織也可作為合金鋼的分類方法。通常依直徑25毫米的試體加熱至900℃，空冷的組織，將合金鋼分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。

04 退火

1.什麼是退火？

退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度，保持足夠時間，然後以適當速率冷卻的金屬熱處理過程。退火熱處理分為完全退火、不完全退火、去應力退火。退火材料的機械性質可以透過拉伸試驗和硬度試驗來檢測。許多鋼材是以退火熱處理狀態供應的，鋼材硬度測試可以採用洛氏硬度計，測試HRB硬度，對於較薄的鋼板、鋼帶和薄壁鋼管，可以使用表面洛氏硬度計，測試HRT硬度。

2、退火的目的是：

①改善或消除鋼材在鑄造、鍛造、軋製和焊接過程中造成的各種組織缺陷以及殘餘應力，防止工件變形、開裂。

②軟化工件進行切削。

③細化晶粒，改善組織，提升工件的機械性質。

④為最終熱處理（淬火、回火）組織做好準備。

3.常用退火製程：

①完全退火。用於細化中、低碳鋼經鑄造、鍛造及焊接後機械性質較差的粗大過熱組織。將工件加熱至鐵素體全部轉變為奧氏體的溫度在30～50℃以上，保溫一段時間，然後隨爐緩慢冷卻，使奧氏體在冷卻過程中再次轉變，即可使組織得到改善。鋼精。

②球化退火。用於降低工具鋼、軸承鋼鍛造後的高硬度。將工件加熱至鋼開始形成奧氏體的溫度以上20～40℃時，保溫並緩慢冷卻，在冷卻過程中珠光體中的片狀滲碳體轉變為球狀，降低硬度。

③等溫退火。用於降低某些鎳、鉻含量較高的合金結構鋼的高硬度CNC銑加工。一般先以較快的速度冷卻到奧氏體最不穩定的溫度，保溫適當的時間，使奧氏體轉變為托氏體或索氏體，硬度即可降低。

④再結晶退火。用於消除金屬線材、板材在冷拔、冷軋過程中的硬化現象（硬度增加，塑性降低）。加熱溫度一般比鋼開始形成奧氏體的溫度低50-150℃，這樣才能消除硬化效應，使金屬軟化。

⑤石墨化退火。 ⑤石墨化退火。用於將含有大量滲碳的鑄鐵轉變為塑性良好的可鍛鑄鐵。製程操作是將鑄件加熱至950℃左右，保溫一定時間後適當冷卻，使滲碳分解，形成絮狀石墨。

⑥擴散退火。用於使合金鑄件化學成分均勻，並改善其性能。方法是在不熔化的前提下，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，並長時間保溫，待合金中各種元素擴散趨於均勻分佈後緩慢冷卻。

(7)消除應力退火。用於消除鑄鋼件、銲接件的內應力。對於鋼鐵製品，加熱到100～200℃以下的溫度後就開始形成奧氏體，保溫並在空氣中冷卻，可以消除內應力。