热处理工艺的分类

热处理工艺的分类金属热处理工艺大体可分为、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热、加热温 度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不 同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的 金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以 改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和四 种基本工艺。整体热处理工艺的手段退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件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，获得良好的和使用性能，或者为 进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得 到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最 终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速 冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650 C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。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切, 常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得 一定的强度和韧性，把淬火和结合起来的工艺，称为。某些合金淬火形成后，将其置于 室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样 的热处理工艺称为。把形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的 方法称为；在负压气氛或真空中进行的热处理称为，它不仅能使工件不氧化，不脱碳， 保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只 加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的，即在单位面积 的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主 要方法有火焰淬火和热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、激光和电子束等。化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热 处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放 在含碳、氮或其它的介质（气体、液体、固体）中加热，保温较长时间，从而使工件表层 渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。 化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。热处理是和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件 的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善的组织和应力状态，以利于进行各种 冷、。例如白口铸铁经过长时间可以获得，提高塑性；采用正确的热处理工艺，使用寿 命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金 元素就具有某些价昂的性能，可以代替某些、；工模具则几乎全部需要经过热处理方可 使用。整体热处理工艺的手段的补充一、退火的种类将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温到一定时间，然后缓慢冷却（随炉 冷却），获得接近平衡状态组织的热处理工艺。工艺种类很多，根据加热温度可分为两大类：一类是在临界温度（Acl或Ac3）以上 的退火，又称为相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、和扩散退火（均匀化退 火）等；另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及等。按照冷却方式，退火 可分为等温退火和连续冷却退火。1. 完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，它是将钢件或钢材加热至 Ac3以上 2030 保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的 热处理工艺。这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，及热轧型材，有 时也用于。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。2. 球化退火球化退火主要用于过共析的碳钢及（如制造刃具、模具所用的钢种）。其主要目 的在于降低硬度，改善性，并为以后淬火作好准备。3. 去应力退火去应力退火又称低温退火（或高温回火），这种退火主要用来消除，锻件，焊接件, 热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后, 或在随后的切削加工过程中产生变形或。4. 不完全退火是将钢加热至Ac1Ac3（亚共析钢）或Ac1ACcm（过共析钢）之间，经 保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。二、淬火时，最常用的是盐水，水和油。的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面, 不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作只适用于 过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。三、钢回火的目的1. 降低脆性，消除或减少，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往 往会使钢件发生变形甚至开裂。2. 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工 件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的 韧性、塑性。3 稳定工件尺寸4. 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢 中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。热处理手段的补充1. 退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处 理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火 的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余 应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。2. 正火：指将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上，3050 C保持适 当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高的 力学性 能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织，为后道热处理作好组织准备等。3. 淬火：指将钢件加热到Ac3或Ac1 （钢的下临界点温度）以上某一温度，保持 一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或）组织的热处理工艺。常见的 淬火工艺有淬火，马氏体分级淬火，表面淬火和等。淬火的目的：使钢件获得所需 的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。4. 回火：指钢件经淬硬后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后 冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，高温回火和等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨 性外，并具有所需要的塑性和韧性等。5. 调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处 理的钢称。它一般是指中碳结构钢和中碳。6. 渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高 碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件 的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。真空热处理炉采取有效方法因为金属工件的加热、冷却等操作，自动化程度高：真空热处理的自动化程度之 所以较高。需要十几个甚至几十个动作来完成。这些动作内在真空热处理炉内进行，操 作人员无法接近。同时，有些动作如加热保温结束后，金属工件进行淬火工序须六、七 个动作并且要在15秒钟以内完成。这样敏捷的条件来完成许多动作，很容易造成操作 人员的紧张而构成误操作。因此，只有较高的目动化才能准确、及时按程序协调。金属零件进行真空热处理均在密闭的真空炉内进行，严厉的真空密封：众历周知。 因此，获得和坚持炉子原定的漏气率，保证真空炉的工作真空度，对确保零件真空热处 理的质量有着非常主要的意义。所以真空热处理炉的一个关键问题，就是要有可靠的真 空密封构造。为了保证真空炉的真空性能，真空热处理炉结构设计中必须道循一个基本 原则，就是炉体要采用气密焊接，同时在炉体上尽量少开或者不开孔，少采用或者避免 采用动密封结构，以尽量减少真空泄露的机遇。安装在真空炉体上的部件、附件等如水 冷电极、热电偶导出装置也都必须设计密封构造。蒸汽压低大部分加热与隔热材料只能在真空状态下使用：真空热处理炉的加热与隔 热衬料是真空与高温下工作的因而对这些材料提出了耐高温。辐射成果好，导热系数小 等要求。对抗氧化性能恳求不高。所以，真空热处理炉广泛采用了钽、钨、钼和石墨等 作加热与隔热构料。这些资料在大气状态下极易氧化，因此，通例热处理炉不能采用这 些加热与隔热材料。水冷装置，真空热处理炉的炉壳、炉盖、电热元件导别处置（水冷 电极）中间真空隔热门等部件，均在真空、受热状态下工作。这种极为不利的条件下工 作，必须保证各部件的结构不变形、不损坏，真空密封圈不过热、不烧毁。因此，各部 件应该根据不同的情况设置水冷装置，以保证真空热处理炉能够正常运行并有足够的利 用寿命。采用低电压大电流：真空容器内，当真空空度为几托一 1x10-1托的范围内时， 真空容器内的通电导体在较高的电压下，会产生辉光放电现象。真空热处理炉内，严重 的会产生弧光放电，烧毁电热元件、隔热层等，造成重大事故和损失。因此，真空热处 理炉的电热元件的工作电压，一般都不超过80 一 100伏。同时在电热元件结构设计时 要采取有效办法，如尽量避免有尖端的部件，电极间的间距不能太小窄，以防止辉光放 电或者弧光放电的产生。一些常见的热处理概念1. 正火：将或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在 空气中冷却，得到类组织的热处理工艺。2. 退火annealing :将亚共析钢工件加热至AC3以上20一40度，保温一段时间后, 随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺3. 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体 中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺4. 时效：合金经固溶热处理或冷后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随 时间而变化的现象。5. :使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，与软化，以 便继续加工成型6. 时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度7. 淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定 的范围内发生马氏体等不稳定转变的热处理工艺50CrVA弹簧钢880C淬油金相组织8. 回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间， 随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺9. 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共 渗又称为氰化，目前以中温和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温 气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗 氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。10. 调质处理quenching and tempering : 一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处 理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下 工作的连杆、齿轮及轴类等。调质处理后得到组织，它的机械性能均比相同硬度的正 火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的和工件截面尺寸有关，一般 在 HB200 350 之间。11. 钎焊：用将两种工件粘合在一起的热处理工艺回火的种类及应用根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：（一）低温回火（150 250度）低温回火所得组织为。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低 其和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲 模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58 - 64。(二) 中温回火( 250-500度)中温回火所得组织为。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此, 它主要用于各种和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35 -50。(三) 高温回火(500-650度)高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调 质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用 于，拖拉机，等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为 HB200-330。热处理变形的预防精密复杂模具的变形原因往往是复杂的，但是我们只要掌握其变形规律，分析其产 生的原因，采用不同的方法进行预防模具的变形是能够减少的，也是能够控制的。一般 来说，对精密复杂模具的热处理变形可采取以下方法预防。(1) 合理选材。对精密复杂模具应选择材质好的微变形(如空淬钢)，对碳化物严重的 模具钢应进行合理锻造并进行调质热处理，对较大和无法锻造模具钢可进行固溶双细化 热处理。(2) 模具结构设计要合理，厚薄不要太悬殊，形状要对称，对于变形较大模具要掌 握变形规律，预留加工余量，对于大型、精密复杂模具可采用组合结构。(3) 精密复杂模具要进行预先热处理，消除过程中产生的残余应力。(4) 合理选择加热温度，控制加热速度，对于精密复杂模具可采取缓慢加热、预热 和其他均衡加热的方法来减少。(5) 在保证模具硬度的前提下，尽量采用预冷、分级冷却淬火或温淬火工艺。(6) 对精密复杂模具，在条件许可的情况下，尽量采用真空加热淬火和淬火后的。(7) 对一些精密复杂的模具可采用预先热处理、时效热处理、调质氮化热处理来控 制模具的。(8) 在修补模具砂眼、气孔、磨损等缺陷时，选用等热影响小的修复设备以避免修 补过程中变形的产生。另外，正确的热处理工艺操作(如堵孔、绑孔、机械固定、适宜的加热方法、正确 选择模具的冷却方向和在冷却介质中的运动方向等)和合理的回火热处理工艺也是减少 精密复杂模具变形的有效措施。热处理子工艺退火热处理硫化热处理硬化热处理消除应力热处理 表面淬火回火热处理表面淬火回火热处理通常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要技术参数是、局 部硬度和有效硬化层深度。硬度检测可采用维氏硬度计，也可采用洛氏或表面。试验力 （标尺）的选择与有效硬化层深度和工件表面硬度有关。这里涉及到三种硬度计。一、维氏硬度计是测试热处理工件表面硬度的重要手段，它可选用100kg的试验 力，测试薄至厚的表面硬化层，它的精度是最高的，可分辨出热处理工件表面硬度的微 小差别。另外，有效硬化层深度也要由维氏硬度计来检测，所以，对于进行表面热处理 加工或大量使用表面热处理工件的单位，配备一台维氏硬度计是有必要的。二、表面洛氏硬度计也是十分适于测试表面淬火工件硬度的，表面洛氏硬度计有三 种标尺可以选择。可以测试有效硬化深度超过的各种表面硬化工件。尽管表面洛氏硬度 计的精度没有维氏硬度计高，但是作为热处理工厂质量管理和合格检查的检测手段，已 经能够满足要求。况且它还具有操作简单、使用方便、价格较低，测量迅速、可直接读 取等特点，利用表面洛氏硬度计可对成批的表面热处理工件进行快速无损的逐件检测。 这一点对于金属加工和机械制造工厂具有重要意义。三、当表面热处理硬化层较厚时，也可采用洛氏硬度计。当热处理硬化层厚度在 时，可采用HRA标尺，当硬化层厚度超过时，可采用HRC标尺。维氏、洛氏和表面洛氏三种硬度值可以方便地进行相互换算，转换成标准、图纸或 用户需要的硬度值。相应的换算表在国际标准ISO、ASTM和中国标准GB/T中都已给 出。在天星网站的技术资料栏目中这三种换算表都可以找到。局部热处理零件如果局部硬度要求较高，可用感应加热等方式进行局部淬火热处理，这样的零 件通常要在图纸上标出局部淬火热处理的位置和局部硬度值。零件的硬度检测要在指定 区域内进行。硬度检测仪器可采用洛氏硬度计，测试HRC硬度值，如热处理硬化层较 浅，可采用表面洛氏硬度计，测试HRN硬度值。化学热处理化学热处理是使工件表面渗入一种或几种化学元素的原子，从而改变工件表面 的化学成分、组织和性能。经淬火和低温回火后，工件表面具有高的硬度、耐磨性和接 触疲劳强度，而工件的芯部又具有高的强韧性。热处理过程中的温度和压力检测根据以上说的内容，在热处理过程中对温度的检测和记录非常的重要，温度控制的 不好对产品的影响十分的大，所以温度的检测十分的重要， 在整个过程的温度的变化 趋势也显得十分的重要，导致在热处理的过程中必须对温度的变化进行记录，可以方便 以后进行数据分析，也可以查看到底是哪段时间温度没有达到要求。这样对以后的热处 理进行改进起到非常大的作用金属热处理工艺手册一、调质工艺序号钢号淬火回火硬度HB截面大小mm温度淬火介质温度。C冷却方法135840-860水500-540空气197-255小于100860-880560-600156-207100 到 300850-870油610-630121-187大于300570-590170-217245850-870油580-620空气163-238小于100480-500196-255100 到 330水500-530217-248830-850560-580207-255340CrA840-860油520-540油280-321小于40540-560269-302550-570241-277大于40-60570-590217-255大于60-120590-610192-233大于120412CrlMoVA980-1000740-760空气131-163小于160515CrMoA900-920油540-560空气207-241小于160570-590170-207小于210620CrMoA880-900水550-570空气220-270小于100570-590197-241小于200630-640163-187734CrMoA35CrMoA860-880油550-570空气255-311小于70580-600241-302大于70-100610-640217-265510-530241-2658910111213钢的淬火和回火工艺序号钢号淬火回火硬度HRC备注温度淬火介质温度。C冷却方法135840-860盐水200-250空气240245820-840盐水350-400空气40-45180-250360810-830水340-360空气245485800-820水400-440空气37-42535CrMoA870-890油180-200空气40-55635CrMo40Cr840-860油400-450空气、油35-45180-20040-50750CrV840-860油430-450空气、油42-47865Mn840-860油360-400空气46-509GCrl5820-850油160-180空气58-63102Crl3980-1000油560-580油31-35小件空冷530-55036-40510-53041-45113Cr13980-1020油530-550空气36-40淬火后硬度HRc52-60520-54041-45380-40046-50124Crl3950-1000油520-540空气43-49淬火后硬度HRc52-60540-56035-42