熱處理

熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過(guò)改變材料表面或內(nèi)部的金相組織結(jié)構(gòu),來(lái)控制其性能的一種金屬熱加工工藝。

在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。早在公元前770至前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。

公元前六世紀(jì)，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國(guó)河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。

隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國(guó)蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說(shuō)明中國(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。中國(guó)出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍，心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。

1863年，英國(guó)金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國(guó)人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。

1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體（諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等）進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。

二十世紀(jì)以來(lái)，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì)，使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝 ；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。

中國(guó)是能源消耗大戶，機(jī)械制造行業(yè)是其中很重要的一個(gè)組成部分。隨著零部件、機(jī)械制造等重工業(yè)的不斷發(fā)展，熱處理對(duì)中國(guó)機(jī)械制造業(yè)的振興和發(fā)展具有重要的支撐作用，而機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展也必將帶動(dòng)中國(guó)熱處理行業(yè)的快速發(fā)展，為中國(guó)熱處理行業(yè)的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間，行業(yè)的發(fā)展前景廣闊?！懂a(chǎn)業(yè)洞察2013-2016年中國(guó)熱處理市場(chǎng)發(fā)展前景及投資方向分析報(bào)告》。

《十二五規(guī)劃》特指出要充分利用行業(yè)信息平臺(tái)，推廣新技術(shù)，指導(dǎo)企業(yè)創(chuàng)新，大力發(fā)展節(jié)能熱處理；發(fā)揮技術(shù)研發(fā)服務(wù)平臺(tái)優(yōu)勢(shì)，為行業(yè)節(jié)能減排提供支撐；充分發(fā)揮專家委智囊作用，認(rèn)真組織推薦基工程項(xiàng)目。重慶作為西部最重要的裝備制造業(yè)基地、四大汽車生產(chǎn)基地之一、全國(guó)最大摩托車生產(chǎn)基地，是熱處理行業(yè)改革創(chuàng)新的前沿陣地。

2012年2月17日，中國(guó)政府網(wǎng)發(fā)布的《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加強(qiáng)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)節(jié)能減排的意見》，對(duì)整個(gè)內(nèi)燃機(jī)行業(yè)提出節(jié)能減排要求，同時(shí)對(duì)能耗以及廢棄物排放提出明確標(biāo)準(zhǔn)。這一意見的頒布，再次激發(fā)了社會(huì)各界關(guān)于機(jī)械制造企業(yè)節(jié)能減排的熱論。前瞻網(wǎng)認(rèn)為，現(xiàn)階段，熱處理成為中國(guó)機(jī)械制造企業(yè)節(jié)能減排利器。中國(guó)是能源消耗大戶，機(jī)械制造行業(yè)是其中很重要的一個(gè)組成部分。據(jù)《中國(guó)工業(yè)節(jié)能行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告前瞻》分析，截至2011年底，我國(guó)機(jī)械產(chǎn)品每年消耗油料的費(fèi)用高于全年機(jī)械的總產(chǎn)值;同時(shí)，美國(guó)、日本等市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻正不斷提高，在貿(mào)易壁壘設(shè)置中，排放標(biāo)準(zhǔn)的限制首當(dāng)其沖。因此，前瞻網(wǎng)預(yù)判未來(lái)5-10年，節(jié)能環(huán)保會(huì)成為機(jī)械制造業(yè)一大重要發(fā)展趨勢(shì)，將越來(lái)越受到用戶和制造商的重視。國(guó)內(nèi)機(jī)械制造龍頭企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略很好地詮釋了這一趨勢(shì)。以山東臨工為例，其在節(jié)能產(chǎn)品發(fā)展的卓越表現(xiàn)，致使其在經(jīng)濟(jì)低迷期，仍取得了豐碩的成就。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示，2011年山東臨工共出口裝載機(jī)3819臺(tái)，出口創(chuàng)匯達(dá)1.26億美元，全年裝載機(jī)累計(jì)出口量躍居全國(guó)同行業(yè)第一名;即使在歐盟、南美等諸多存在環(huán)保硬性指標(biāo)的市場(chǎng)，該公司同樣取得了可喜的成績(jī)：2012年山東臨工裝載機(jī)的海外增幅達(dá)到了40%-50%。

工信部5月6日公示《熱處理行業(yè)規(guī)范條件》和《高強(qiáng)度緊固件行業(yè)規(guī)范條件》。

根據(jù)公示的條件，新建或改擴(kuò)建的熱處理加工企業(yè)生產(chǎn)能力應(yīng)具有大于(含)1000萬(wàn)元/年產(chǎn)值的生產(chǎn)能力。

而新(擴(kuò))建緊固件企業(yè)應(yīng)通過(guò)“建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)審批”及“職業(yè)健康安全預(yù)評(píng)估”，并通過(guò)項(xiàng)目環(huán)境保護(hù)和職業(yè)健康安全防護(hù)設(shè)施“三同時(shí)”驗(yàn)收。

投資新建或改擴(kuò)建的熱處理加工、熱處理設(shè)備制造和熱處理工藝材料生產(chǎn)企業(yè)(廠、點(diǎn))要符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，符合地區(qū)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向和區(qū)域功能。新建或改擴(kuò)建的熱處理加工企業(yè)生產(chǎn)能力應(yīng)具有大于(含)1000萬(wàn)元/年產(chǎn)值的生產(chǎn)能力。

熱處理的生產(chǎn)場(chǎng)所一般應(yīng)設(shè)置在地區(qū)規(guī)劃部門規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，禁止設(shè)立在居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、旅游區(qū)、蔬菜、糧食等農(nóng)作物種植區(qū)與水源保護(hù)區(qū)。

所有熱處理專業(yè)化加工廠點(diǎn)的設(shè)立要堅(jiān)決淘汰落后產(chǎn)能，要以加快“發(fā)展先進(jìn)工藝，限制陳舊工藝，淘汰落后工藝”為導(dǎo)向。推動(dòng)企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，確保安全生產(chǎn)，強(qiáng)化節(jié)能減排。促進(jìn)開發(fā)低碳技術(shù)項(xiàng)目，發(fā)展高技術(shù)附加值的熱處理企業(yè)，詳見前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《中國(guó)熱處理行業(yè)發(fā)展前景與投資預(yù)測(cè)分析報(bào)告》。

具有不透明、金屬光澤良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性并且其導(dǎo)電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質(zhì)。金屬內(nèi)部原子具有規(guī)律性排列的固體（即晶體）。

由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質(zhì)。

指金屬或合金中化學(xué)成分相同、晶格結(jié)構(gòu)相同，或原子聚集狀態(tài)相同，并與其他部分之間有明確界面的獨(dú)立均勻組成部分。

組織是指用肉眼可直接觀察的，或用放大鏡、顯微鏡能觀察分辨的材料內(nèi)部微觀形貌圖像。

固溶體是一個(gè)（或幾個(gè)）組元的原子（化合物）溶入另一個(gè)組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態(tài)金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。

由于溶質(zhì)原子進(jìn)入溶劑晶格的間隙或結(jié)點(diǎn)，使晶格發(fā)生畸變，使固溶體硬度和強(qiáng)度升高，這種現(xiàn)象叫固溶強(qiáng)化現(xiàn)象。

合金組元間發(fā)生化合作用，生成一種具有金屬性能的新的晶體固態(tài)結(jié)構(gòu)。

機(jī)械混合物 由純金屬、固溶體、金屬化合物這些合金的基本相按照固定比例構(gòu)成的組織稱為機(jī)械混合物。

碳在α-Fe（體心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。

碳在γ-Fe（面心立方結(jié)構(gòu)的鐵）中的間隙固溶體。

碳和鐵形成的穩(wěn)定化合物（Fe3C）。

鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物（Fe+Fe3C 含碳0.77%）。

滲碳體和奧氏體組成的機(jī)械混合物（含碳4.3%）。

將鋼材或鋼件加熱到臨界點(diǎn)AC3或ACM以上的適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。

將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時(shí)間后，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。

將合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過(guò)飽和固溶體的熱處理工藝。

合金經(jīng)固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時(shí)，其性能隨時(shí)間而變化的現(xiàn)象。

使合金中各種相充分溶解，強(qiáng)化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，以便繼續(xù)加工成型。

在強(qiáng)化相析出的溫度加熱并保溫，使強(qiáng)化相沉淀析出，得以硬化，提高強(qiáng)度。

將鋼奧氏體化后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻，使工件在橫截面內(nèi)全部或一定的范圍內(nèi)發(fā)生馬氏體等不穩(wěn)定組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

8將經(jīng)過(guò)淬火的工件加熱到臨界點(diǎn)AC1以下的適當(dāng)溫度保持一定時(shí)間，隨后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。

碳氮共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過(guò)程。習(xí)慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前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(yīng)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(qiáng)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。

一般習(xí)慣將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機(jī)械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關(guān)，一般在HB200—350之間。

用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝。

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程。

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，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。

金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)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(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。

冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。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(jìn)行淬硬。

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采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。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，獲得需要的金相組織，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。

正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。

淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。

為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。

退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。

“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。

把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)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(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等。

化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。

熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之一。大體來(lái)說(shuō)，它可以保證和提高工件的各種性能 ，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)行各種冷、熱加工。

例如白口鑄鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性 ；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過(guò)滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過(guò)熱處理方可使用。

一、退火的種類

將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫到一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。

鋼的退火工藝種類很多，根據(jù)加熱溫度可分為兩大類：一類是在臨界溫度(Ac1或Ac3)以上的退火，又稱為相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和擴(kuò)散退火（均勻化退火）等；另一類是在臨界溫度以下的退火，包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火等。按照冷卻方式，退火可分為等溫退火和連續(xù)冷卻退火。

1． 完全退火和等溫退火

完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般簡(jiǎn)稱為退火，它是將鋼件或鋼材加熱至Ac3以上20~30℃，保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預(yù)先熱處理。

2． 球化退火

球化退火主要用于過(guò)共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具、量具、模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準(zhǔn)備。

3． 去應(yīng)力退火

去應(yīng)力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來(lái)消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會(huì)引起鋼件在一定時(shí)間以后，或在隨后的切削加工過(guò)程中產(chǎn)生變形或裂紋。

4.不完全退火是將鋼加熱至Ac1~Ac3(亞共析鋼)或Ac1~ACcm(過(guò)共析鋼)之間，經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。

二、淬火時(shí)，最常用的冷卻介質(zhì)是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點(diǎn)，但卻易使工件變形嚴(yán)重，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質(zhì)只適用于過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。

三、鋼回火的目的

1．降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力和脆性，如不及時(shí)回火往往會(huì)使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。

2．獲得工件所要求的機(jī)械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過(guò)適當(dāng)回火的配合來(lái)調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性、塑性。

3．穩(wěn)定工件尺寸

4．對(duì)于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利切削加工。

1．退火：指金屬材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋３忠欢ǖ臅r(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應(yīng)力，提高組 織和成分的均勻化，或?yàn)楹蟮罒崽幚碜骱媒M織準(zhǔn)備等。

2．正火：指將鋼材或鋼件加熱到或 （鋼的上臨界點(diǎn)溫度）以上，30～50℃保持適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學(xué)性能，改善切削加工性，細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準(zhǔn)備等。

3．淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點(diǎn)溫度）以上某一溫度，保持一 定的時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級(jí)淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準(zhǔn)備等。

4．回火：指鋼件經(jīng)淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時(shí)所產(chǎn)生的應(yīng)力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。

5．調(diào)質(zhì)：指將鋼材或鋼件進(jìn)行淬火及高溫回火的復(fù)合熱處理工藝。使用于調(diào)質(zhì)處理的鋼稱調(diào)質(zhì)鋼。它一般是指中碳結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。

6．滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過(guò)程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經(jīng)過(guò)淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

因?yàn)榻饘俟ぜ募訜?、冷卻等操作，需要十幾個(gè)甚至幾十個(gè)動(dòng)作來(lái)完成。這些動(dòng)作內(nèi)在真空熱處理爐內(nèi)進(jìn)行，操作人員無(wú)法接近，因此對(duì)真空熱處理電爐的自動(dòng)化程度的要求較高。同時(shí)，有些動(dòng)作,如加熱保溫結(jié)束后，金屬工件進(jìn)行淬火工序須六、七個(gè)動(dòng)作并且要在15秒鐘以內(nèi)完成。這樣敏捷的條件來(lái)完成許多動(dòng)作，很容易造成操作人員的緊張而構(gòu)成誤操作。因此，只有較高的自動(dòng)化才能準(zhǔn)確、及時(shí)按程序協(xié)調(diào)。

金屬零件進(jìn)行真空熱處理均在密閉的真空爐內(nèi)進(jìn)行，嚴(yán)格的真空密封眾所周知。因此，獲得和堅(jiān)持爐子原定的漏氣率，保證真空爐的工作真空度，對(duì)確保零件真空熱處理的質(zhì)量有著非常主要的意義。所以真空熱處理爐的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，就是要有可靠的真空密封構(gòu)造。為了保證真空爐的真空性能，真空熱處理爐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須道循一個(gè)基本原則，就是爐體要采用氣密焊接，同時(shí)在爐體上盡量少開或者不開孔，少采用或者避免采用動(dòng)密封結(jié)構(gòu)，以盡量減少真空泄露的機(jī)遇。安裝在真空爐體上的部件、附件等如水冷電極、熱電偶導(dǎo)出裝置也都必須設(shè)計(jì)密封構(gòu)造。

大部分加熱與隔熱材料只能在真空狀態(tài)下使用。真空熱處理爐的加熱與隔熱襯料是在真空與高溫下工作的，因而對(duì)這些材料提出了耐高溫，輻射成果好，導(dǎo)熱系數(shù)小等要求。對(duì)抗氧化性能要求不高。所以，真空熱處理爐廣泛采用了鉭、鎢、鉬和石墨等作加熱與隔熱構(gòu)料。這些材料在大氣狀態(tài)下極易氧化，因此，普通熱處理爐不能采用這些加熱與隔熱材料。

水冷裝置：真空熱處理爐的爐殼、爐蓋、電熱元件、水冷電極、中間真空隔熱門等部件，均在真空、受熱狀態(tài)下工作。在這種極為不利的條件下工作，必須保證各部件的結(jié)構(gòu)不變形、不損壞，真空密封圈不過(guò)熱、不燒毀。因此，各部件應(yīng)該根據(jù)不同的情況設(shè)置水冷裝置，以保證真空熱處理爐能夠正常運(yùn)行并有足夠的利用壽命。

采用低電壓大電流：真空容器內(nèi)，當(dāng)真空空度為幾托一lxlo-1托的范圍內(nèi)時(shí)，真空容器內(nèi)的通電導(dǎo)體在較高的電壓下，會(huì)產(chǎn)生輝光放電現(xiàn)象。在真空熱處理爐內(nèi)，嚴(yán)重的弧光放電 會(huì)燒毀電熱元件、隔熱層等，造成重大事故和損失。因此，真空熱處理爐的電熱元件的工作電壓一般都不超過(guò)80一100伏。同時(shí)在電熱元件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要采取有效辦法，如盡量避免有尖端的部件，電極間的間距不能太小，以防止輝光放電或者弧光放電的產(chǎn)生。

根據(jù)工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種：

（一）低溫回火（150－250度）

低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用時(shí)崩裂或過(guò)早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。

（二）中溫回火（250－500度）

中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強(qiáng)度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。

（三）高溫回火（500－650度）

高溫回火所得組織為回火索氏體。習(xí)慣上將淬火加高溫回火相結(jié)合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理，其目的是獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機(jī)械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機(jī)，機(jī)床等的重要結(jié)構(gòu)零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類?；鼗鸷笥捕纫话銥镠B200－330。

精密復(fù)雜模具的變形原因往往是復(fù)雜的，但是我們只要掌握其變形規(guī)律，分析其產(chǎn)生的原因，采用不同的方法進(jìn)行預(yù)防模具的變形是能夠減少的，也是能夠控制的。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)精密復(fù)雜模具的熱處理變形可采取以下方法預(yù)防。

(1)合理選材。對(duì)精密復(fù)雜模具應(yīng)選擇材質(zhì)好的微變形模具鋼(如空淬鋼)，對(duì)碳化物偏析嚴(yán)重的模具鋼應(yīng)進(jìn)行合理鍛造并進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，對(duì)較大和無(wú)法鍛造模具鋼可進(jìn)行固溶雙細(xì)化熱處理。

(2)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理，厚薄不要太懸殊，形狀要對(duì)稱，對(duì)于變形較大模具要掌握變形規(guī)律，預(yù)留加工余量，對(duì)于大型、精密復(fù)雜模具可采用組合結(jié)構(gòu)。

(3)精密復(fù)雜模具要進(jìn)行預(yù)先熱處理，消除機(jī)械加工過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

(4)合理選擇加熱溫度，控制加熱速度，對(duì)于精密復(fù)雜模具可采取緩慢加熱、預(yù)熱和其他均衡加熱的方法來(lái)減少模具熱處理變形。

(5)在保證模具硬度的前提下，盡量采用預(yù)冷、分級(jí)冷卻淬火或溫淬火工藝。

(6)對(duì)精密復(fù)雜模具，在條件許可的情況下，盡量采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理。

(7)對(duì)一些精密復(fù)雜的模具可采用預(yù)先熱處理、時(shí)效熱處理、調(diào)質(zhì)氮化熱處理來(lái)控制模具的精度。

(8)在修補(bǔ)模具砂眼、氣孔、磨損等缺陷時(shí)，選用冷焊機(jī)等熱影響小的修復(fù)設(shè)備以避免修補(bǔ)過(guò)程中變形的產(chǎn)生。

另外，正確的熱處理工藝操作（如堵孔、綁孔、機(jī)械固定、適宜的加熱方法、正確選擇模具的冷卻方向和在冷卻介質(zhì)中的運(yùn)動(dòng)方向等）和合理的回火熱處理工藝也是減少精密復(fù)雜模具變形的有效措施。

退火 熱處理

硫化 熱處理

硬化 熱處理

消除應(yīng)力 熱處理

表面淬火回火熱處理通常用感應(yīng)加熱或火焰加熱的方式進(jìn)行。主要技術(shù)參數(shù)是表面硬度、局部硬度和有效硬化層深度。硬度檢測(cè)可采用維氏硬度計(jì)，也可采用洛氏或表面洛氏硬度計(jì)。試驗(yàn)力(標(biāo)尺)的選擇與有效硬化層深度和工件表面硬度有關(guān)。這里涉及到三種硬度計(jì)。

一、維氏硬度計(jì)是測(cè)試熱處理工件表面硬度的重要手段，它可選用0.5～100kg的試驗(yàn)力，測(cè)試薄至0.05mm厚的表面硬化層，它的精度是最高的，可分辨出熱處理工件表面硬度的微小差別。另外，有效硬化層深度也要由維氏硬度計(jì)來(lái)檢測(cè)，所以，對(duì)于進(jìn)行表面熱處理加工或大量使用表面熱處理工件的單位，配備一臺(tái)維氏硬度計(jì)是有必要的。

二、表面洛氏硬度計(jì)也是十分適于測(cè)試表面淬火工件硬度的，表面洛氏硬度計(jì)有三種標(biāo)尺可以選擇?？梢詼y(cè)試有效硬化深度超過(guò)0.1mm的各種表面硬化工件。盡管表面洛氏硬度計(jì)的精度沒有維氏硬度計(jì)高，但是作為熱處理工廠質(zhì)量管理和合格檢查的檢測(cè)手段，已經(jīng)能夠滿足要求。況且它還具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格較低，測(cè)量迅速、可直接讀取硬度值等特點(diǎn)，利用表面洛氏硬度計(jì)可對(duì)成批的表面熱處理工件進(jìn)行快速無(wú)損的逐件檢測(cè)。這一點(diǎn)對(duì)于金屬加工和機(jī)械制造工廠具有重要意義。

三、當(dāng)表面熱處理硬化層較厚時(shí)，也可采用洛氏硬度計(jì)。當(dāng)熱處理硬化層厚度在0.4～0.8mm時(shí)，可采用HRA標(biāo)尺，當(dāng)硬化層厚度超過(guò)0.8mm時(shí)，可采用HRC標(biāo)尺。

維氏、洛氏和表面洛氏三種硬度值可以方便地進(jìn)行相互換算，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)、圖紙或用戶需要的硬度值。相應(yīng)的換算表在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO、美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T中都已給出。在沈陽(yáng)天星網(wǎng)站的技術(shù)資料欄目中這三種換算表都可以找到。

零件如果局部硬度要求較高，可用感應(yīng)加熱等方式進(jìn)行局部淬火熱處理，這樣的零件通常要在圖紙上標(biāo)出局部淬火熱處理的位置和局部硬度值。零件的硬度檢測(cè)要在指定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。硬度檢測(cè)儀器可采用洛氏硬度計(jì)，測(cè)試HRC硬度值，如熱處理硬化層較淺，可采用表面洛氏硬度計(jì)，測(cè)試HRN硬度值。

化學(xué)熱處理　　

化學(xué)熱處理是使工件表面滲入一種或幾種化學(xué)元素的原子，從而改變工件表面的化學(xué)成分、組織和性能。經(jīng)淬火和低溫回火后，工件表面具有高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度，而工件的芯部又具有高的強(qiáng)韌性。

根據(jù)以上所說(shuō)的內(nèi)容，在熱處理過(guò)程中對(duì)溫度的檢測(cè)和記錄非常重要，溫度控制得不好對(duì)產(chǎn)品的影響十分大。所以，溫度的檢測(cè)十分重要，在整個(gè)過(guò)程的溫度變化趨勢(shì)也顯得十分重要，導(dǎo)致在熱處理的過(guò)程中必須對(duì)溫度的變化進(jìn)行記錄，可以方便以后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，也可以查看到底是哪段時(shí)間溫度沒有達(dá)到要求。這樣對(duì)以后的熱處理進(jìn)行改進(jìn)起到非常大的作用。

1、清理好操作場(chǎng)地，檢查電源、測(cè)量?jī)x表和各種開關(guān)是否正常，水源是否通暢。

2、操作人員應(yīng)穿戴好勞保防護(hù)用品。

3、開啟控制電源萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)，根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求分級(jí)段升、降溫，延長(zhǎng)設(shè)備壽命和設(shè)備完好。

4、要注意熱處理爐的爐溫和網(wǎng)帶調(diào)速，能掌握對(duì)不同材料所需的溫度標(biāo)準(zhǔn)，確保工件硬度及表面平直度和氧化層，并認(rèn)真做好安全工作。

5、要注意回火爐的爐溫和網(wǎng)帶調(diào)速，開啟排風(fēng)，使工件經(jīng)回火后達(dá)到質(zhì)量要求。

6、在工作中應(yīng)堅(jiān)守崗位。

7、要配置必要的消防器具，并熟識(shí)使用及保養(yǎng)方法。

8、停機(jī)時(shí)，要檢查各控制開關(guān)均處于關(guān)閉狀態(tài)后，關(guān)閉萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開關(guān)。

過(guò)熱

從托輥配件軸承零件粗糙口上可觀察到淬火后的顯微組織過(guò)熱。但要確切判斷其過(guò)熱的程度必須觀察顯微組織。若在GCr15鋼的淬火組織中出現(xiàn)粗針狀馬氏體，則為淬火過(guò)熱組織。形成原因可能是淬火加熱溫度過(guò)高或加熱保溫時(shí)間太長(zhǎng)造成的全面過(guò)熱；也可能是因原始組織帶狀碳化物嚴(yán)重，在兩帶之間的低碳區(qū)形成局部馬氏體針狀粗大，造成的局部過(guò)熱。過(guò)熱組織中殘留奧氏體增多，尺寸穩(wěn)定性下降。由于淬火組織過(guò)熱，鋼的晶體粗大，會(huì)導(dǎo)致零件的韌性下降，抗沖擊性能降低，軸承的壽命也降低。過(guò)熱嚴(yán)重甚至?xí)斐纱慊鹆鸭y。

欠熱

淬火溫度偏低或冷卻不良則會(huì)在顯微組織中產(chǎn)生超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的托氏體組織，稱為欠熱組織，它使硬度下降，耐磨性急劇降低，影響托輥配件軸承壽命。

淬火裂紋

托輥軸承零件在淬火冷卻過(guò)程中因內(nèi)應(yīng)力所形成的裂紋稱淬火裂紋。造成這種裂紋的原因有：由于淬火加熱溫度過(guò)高或冷卻太急，熱應(yīng)力和金屬質(zhì)量體積變化時(shí)的組織應(yīng)力大于鋼材的抗斷裂強(qiáng)度；工作表面的原有缺陷（如表面微細(xì)裂紋或劃痕）或是鋼材內(nèi)部缺陷（如夾渣、嚴(yán)重的非金屬夾雜物、白點(diǎn)、縮孔殘余等）在淬火時(shí)形成應(yīng)力集中；嚴(yán)重的表面脫碳和碳化物偏析；零件淬火后回火不足或未及時(shí)回火；前面工序造成的冷沖應(yīng)力過(guò)大、鍛造折疊、深的車削刀痕、油溝尖銳棱角等?？傊斐纱慊鹆鸭y的原因可能是上述因素的一種或多種，內(nèi)應(yīng)力的存在是形成淬火裂紋的主要原因。淬火裂紋深而細(xì)長(zhǎng)，斷口平直，破斷面無(wú)氧化色。它在軸承套圈上往往是縱向的平直裂紋或環(huán)形開裂；在軸承鋼球上的形狀有S形、T形或環(huán)型。淬火裂紋的組織特征是裂紋兩側(cè)無(wú)脫碳現(xiàn)象，明顯區(qū)別與鍛造裂紋和材料裂紋。

熱處理變形

NACHI軸承零件在熱處理時(shí)，存在有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力能相互疊加或部分抵消，是復(fù)雜多變的，因?yàn)樗茈S著加熱溫度、加熱速度、冷卻方式、冷卻速度、零件形狀和大小的變化而變化，所以熱處理變形是難免的。認(rèn)識(shí)和掌握它的變化規(guī)律可以使軸承零件的變形（如套圈的橢圓、尺寸漲大等）置于可控的范圍，有利于生產(chǎn)的進(jìn)行。當(dāng)然在熱處理過(guò)程中的機(jī)械碰撞也會(huì)使零件產(chǎn)生變形，但這種變形是可以用改進(jìn)操作加以減少和避免的。

表面脫碳

托輥配件軸承零件在熱處理過(guò)程中，如果是在氧化性介質(zhì)中加熱，表面會(huì)發(fā)生氧化作用使零件表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少，造成表面脫碳。表面脫碳層的深度超過(guò)最后加工的留量就會(huì)使零件報(bào)廢。表面脫碳層深度的測(cè)定在金相檢驗(yàn)中可用金相法和顯微硬度法。以表面層顯微硬度分布曲線測(cè)量法為準(zhǔn)，可做仲裁判據(jù)。

軟點(diǎn)

由于加熱不足，冷卻不良，淬火操作不當(dāng)?shù)仍蛟斐傻耐休佪S承零件表面局部硬度不夠的現(xiàn)象稱為淬火軟點(diǎn)。它象表面脫碳一樣可以造成表面耐磨性和疲勞強(qiáng)度的嚴(yán)重下降。 ? ?

（1） 熱處理廠房建筑防火要求：

熱處理車間或工段應(yīng)設(shè)在廠房外圍，并用防火墻與其它車間隔開，應(yīng)備有存放易燃或可燃液體，符合防火要求的專用倉(cāng)庫(kù)。淬火用可燃油料貯存槽，一般應(yīng)設(shè)在車間外面采用地下或半地下式。

（2） 主要設(shè)備和操作防火要求：

①粹火用油料應(yīng)具有較高的閃點(diǎn)，一般應(yīng)采用閃點(diǎn)在180℃~200℃以上的油料，淬火油槽不要放滿，至少應(yīng)留有四分之一高度，為防止淬火油溫度升高發(fā)生自燃，應(yīng)采取循環(huán)冷卻措施使油槽油溫控制在80℃以下。

②硝鹽槽爐的構(gòu)造必須根據(jù)設(shè)計(jì)的安全要求，嚴(yán)防漏泄，防止水分和雜物吹入硝鹽內(nèi)發(fā)生爆炸，操作時(shí)嚴(yán)格控制硝鹽槽溫度不得超過(guò)550℃，入槽處理的零件和使用工具必須干燥清潔無(wú)油污，嚴(yán)防可燃物質(zhì)掉入槽內(nèi)；硝鹽槽內(nèi)不準(zhǔn)添入大于300毫米硝鹽塊，加入的硝鹽必須予熱至100~200℃，硝鹽的液面應(yīng)低于槽邊100毫米。