細(xì)談--正火 退火 回火 淬火

旺旺貍

正火正火,，又稱�,；�，是將工件加熱至Ac3或Accm以上30~50℃,，保溫一段時(shí)間后,，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)冷卻的金屬熱處理工藝,。正火與退火的不同點(diǎn)是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快,，因而正火組織要比退火組織更細(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高,。另外,，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高,，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火,。
6 w9 U# [5 g; F* n: f2 B9 X正火的主要應(yīng)用范圍有：①用于低碳鋼,，正火后硬度略高于退火，韌性也較好,，可作為切削加工的預(yù)處理,。②用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理,，也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備處理,。③用于工具鋼、軸承鋼,、滲碳鋼等,，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織,。④用于鑄鋼件,，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能,。⑤用于大型鍛件,，可作為最后熱處理，從而避免淬火時(shí)較大的開裂傾向,。⑥用于球墨鑄鐵,，使硬度、強(qiáng)度,、耐磨性得到提高,，如用于制造汽車、拖拉機(jī),、柴油機(jī)的曲軸,、連桿等重要零件。 ⑦過共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火,，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時(shí)滲碳體全部球�,；���
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退火退火 ：將金屬緩慢加熱到一定溫度,，保持足夠時(shí)間，然后以適宜速度冷卻(通常是緩慢冷卻,，有時(shí)是控制冷卻)的一種金屬熱處理[1]工藝,。目的是使經(jīng)過鑄造、鍛軋,、焊接或切削加工的材料或工件軟化,，改善塑性和韌性，使化學(xué)成分均勻化,，去除殘余應(yīng)力,，或得到預(yù)期的物理性能。退火工藝隨目的之不同而有多種,，如重結(jié)晶退火,、等溫退火、均勻化退火,、球化退火,、去除應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火,，以及穩(wěn)定化退火,、磁場退火等等。
6 J8 n7 q9 k) g( R  O9 B1,、金屬工具使用時(shí)因受熱而失去原有的硬度,。
) g' M( ?1 f) |- d; C- T% x2,、把金屬材料或工件加熱到一定溫度并持續(xù)一定時(shí)間后,，使緩慢冷卻。退火可以減低金屬硬度和脆性,，增加可塑性,。也叫燜火。
退火的一個(gè)最主要工藝參數(shù)是最高加熱溫度（退火溫度）,， 大多數(shù)合金的退火加熱溫度的選擇是以該合金系的相圖為基礎(chǔ)的,如碳素鋼以鐵碳平衡圖為基礎(chǔ)（圖1）,。各種鋼(包括碳素鋼及合金鋼)的退火溫度，視具體退火 目的的不同而在各該鋼種的Ac3以上,、Ac1以上或以下的某一溫度,。各種非鐵合金的退火溫度則在各該合金的固相線溫度以下、固溶度線溫度以上或以下的某一 溫度,。
5 r& F( b) g  D" Q重結(jié)晶退火 應(yīng)用于平衡加熱和冷卻時(shí)有固態(tài)相變(重結(jié)晶)發(fā)生的合金,。其退火溫度為各該合金的相變溫度區(qū)間以上或以內(nèi)的某一溫度。加熱和冷卻都是緩慢的,。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶,，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡稱為退火,。
( X/ w. ^1 r$ _$ P: t這種退火方法,，相當(dāng)普遍地應(yīng)用于鋼,。鋼的重結(jié)晶退火工藝是:緩慢加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上30～50℃，保持適當(dāng)時(shí)間,，然后緩慢冷卻下來,。通過加熱過程中發(fā)生的珠光體（或者還有先共析的鐵素體或滲碳體） 轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（第一回相變重結(jié)晶）以及冷卻過程中發(fā)生的與此相反的第二回相變重結(jié)晶，形成晶粒較細(xì),、片層較厚,、組織均勻的珠光體(或者還有先共析鐵素體或 滲碳體)。退火溫度在Ac3以上（亞共析鋼）使鋼發(fā)生完全的重結(jié)晶者,，稱為完全退火,，退火溫度在Ac1與Ac3之間 (亞共析鋼)或Ac1與Acm之間（過共析鋼）,使鋼發(fā)生部分的重結(jié)晶者,稱為不完全退火。前者主要用于亞共析鋼的鑄件,、 鍛軋件,、焊件，以消除組織缺陷（如魏氏組織,、帶狀組織等）,，使組織變細(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性,。后者主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋 件,。此種鍛、軋件若鍛,、軋后的冷卻速度較大時(shí),，形成的珠光體較細(xì)、硬度較高,；若停鍛,、停軋溫度過低，鋼件中還有大的內(nèi)應(yīng)力,。此時(shí)可用不完全退火代替完全退 火,，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶,晶粒變細(xì)，同時(shí)也降低硬度,，消除內(nèi)應(yīng)力,改善被切削性,。此外,退火溫度在Ac1與Acm之間的過共析鋼球化退火,也是不完全退 火。
# r9 M) `5 {( X) e) S' T重結(jié)晶退火也用于非鐵合金,，例如鈦合金于 加熱和冷卻時(shí)發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,，低溫為 α相(密排六方結(jié)構(gòu))，高溫為 β相（體心立方結(jié)構(gòu)）,，其中間是“α＋β”兩相區(qū),，即相變溫度區(qū)間。為了得到接近平衡的室溫穩(wěn)定組織和細(xì)化晶粒,，也進(jìn)行重結(jié)晶退火,，即緩慢加熱到高于相變 溫度區(qū)間不多的溫度,，保溫適當(dāng)時(shí)間，使合金轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪嗟募?xì)小晶粒,；然后緩慢冷卻下來,，使β相再轉(zhuǎn)變?yōu)棣料嗷颚粒�β兩相的�?xì)小晶粒。
等溫退火 應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法,。對鋼來說,，是緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上不多的溫度，保溫一段時(shí)間,使鋼奧氏體化,然后迅速移入溫度在A1以下不多的另一爐內(nèi),，等溫保持直到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)槠瑢?狀珠光體（亞共析鋼還有先共析鐵素體,；過共析鋼還有先共析滲碳體）為止，最后以任意速度冷卻下來(通常是出爐在空氣中冷卻),。等溫保持的大致溫度范圍在所 處理鋼種的等溫轉(zhuǎn)變圖上A1至珠光體轉(zhuǎn)變鼻尖溫度這一區(qū)間之內(nèi)(見過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖),；具體溫度和時(shí)間，主要根據(jù)退火后所要求的硬度來確定（圖2）,。等溫 溫度不可過低或過高,，過低則退火后硬度偏高；過高則等溫保持時(shí)間需要延長,。鋼的等溫退火的目的,，與重結(jié)晶退火基本相同,但工藝操作和所需設(shè)備都比較復(fù)雜, 所以通常主要是應(yīng)用于過冷奧氏體在珠光體型相變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變相當(dāng)緩慢的合金鋼。后者若采用重結(jié)晶退火方法,，往往需要數(shù)十小時(shí),，很不經(jīng)濟(jì)；采用等溫退火則能 大大縮短生產(chǎn)周期,，并能使整個(gè)工件獲得更為均勻的組織和性能,。等溫退火也可在鋼的熱加工的不同階段來用,。例如,若讓空冷淬硬性合金鋼由高溫空冷到室溫時(shí),， 當(dāng)心部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體之時(shí)，在已發(fā)生了馬氏體相變的外層就會(huì)出現(xiàn)裂紋;若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入700℃左右的等溫爐內(nèi),，保持等溫直到珠光 體相變完成后,，再出爐空冷，則可免生裂紋,。
9 x' q/ s4 h7 n& @6 P$ r6 n4 S" `: v1 |含β相穩(wěn)定化元素較高的鈦合金,，其β相相當(dāng)穩(wěn)定，容易被過冷,。過冷的β相,，其等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線（圖3）與鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖相似。為了縮短重結(jié)晶退火的生產(chǎn)周期并獲得更細(xì),、更均勻的組織,，亦可采用等溫退火,。
3 Z1 k8 e. M, H. u* Q9 e; ]均勻化退火 亦稱擴(kuò)散退火。應(yīng)用于鋼及非鐵合金（如錫青銅,、硅青銅,、白銅、鎂合金等）的鑄錠或鑄件的一種退火方法,。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線溫度以下的某一較高溫度,長時(shí)間保溫,然后緩慢冷卻下來,。均勻化退火是使合金中的元素發(fā)生固態(tài)擴(kuò)散，來減輕化學(xué)成分不均勻性（偏析）,， 主要是減輕晶粒尺度內(nèi)的化學(xué)成分不均勻性（晶內(nèi)偏析或稱枝晶偏析）,。均勻化退火溫度所以如此之高，是為了加快合金元素?cái)U(kuò)散,，盡可能縮短保溫時(shí)間,。合金鋼的 均勻化退火溫度遠(yuǎn)高于Ac3，通常是1050～1200℃,。非鐵合金錠進(jìn)行均勻化退火的溫度一般是“0.95×固相線溫度(K)”,均勻化退火因加熱溫度 高,，保溫時(shí)間長，所以熱能消耗量大,。
球化退火 只應(yīng)用于鋼的一種退火方法,。將鋼加熱到稍低于或稍高于Ac1的溫度或者使溫度在A1上下周期變化，然后緩冷下來,。目的在于使珠光體內(nèi)的片狀滲碳體以及先共 析滲碳體都變?yōu)榍蛄　�,，均勻分布于鐵素體基體中(這種組織稱為球化珠光體)。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低,、被切削性好,、冷形變能力大。對工具鋼來 說,，這種組織是淬火前最好的原始組織,。
. X8 [  C4 w4 R2 U8 }: P2 P& m. Y5 v球化退火的具體工藝（圖4）有：①普通（緩冷）球化退火（圖4a），緩冷適用于多數(shù)鋼種,，尤其 是裝爐量大時(shí),，操作比較方便，但生產(chǎn)周期長,；②等溫球化退火（圖4b）,，適用于多數(shù)鋼種，特別是難于球化的鋼以及球化質(zhì)量要求高的鋼（如滾動(dòng)軸承鋼）,；其 生產(chǎn)周期比普通球化退火短,，不過需要有能夠控制共析轉(zhuǎn)變前冷卻速率的爐子；③周期球化退火（圖4c），適用于原始組織為片層狀珠光體組織的鋼,，其生產(chǎn)周期 也比普通球化退火短,，不過在設(shè)備裝爐量大的條件下，很難按控制要求改變溫度,，故在生產(chǎn)中未廣泛采用,；④低溫球化退火（圖4d），適用于經(jīng)過冷形變加工的鋼 以及淬火硬化過的鋼（后者通常稱為高溫軟化回火）,；⑤形變球化退火,，形變加工對球化有加速作用,將形變加工與球化結(jié)合起來,可縮短球化時(shí)間。它適用于冷,、熱形變成形的鋼件和鋼材（如帶材）（圖4e是在Acm或Ac3與Ac1之間進(jìn)行短時(shí)間,、大形變量的熱形變加工者；圖4f是在常溫先予以形變加工者,；圖4g是利用鍛造余熱進(jìn)行球化者）,。
- K9 [6 Z; q, o. o再結(jié)晶退火 應(yīng)用于經(jīng)過冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法。目的為使金屬內(nèi)部組織變?yōu)榧?xì)小的等軸晶粒,，消除形變硬化,，恢復(fù)金屬或合金的塑性和形變能力（回復(fù)和再結(jié)晶）。若欲保持金屬或合金表面光亮,，則可在可控氣氛的爐中或真空爐中進(jìn)行再結(jié)晶退火,。
( l9 J3 V0 p; G% {9 N% _8 X3 u去除應(yīng)力退火 鑄、鍛,、焊件在冷卻時(shí)由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去 除,，常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋,。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度（例如，灰口鑄鐵是500～550℃,，鋼是500～650℃）,，保溫一段時(shí)間, 使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來,。應(yīng)該指出,去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除,，而只是部分去除,，從而消除它的有害作用,。
還有一些專用退火方法，如不銹耐酸鋼穩(wěn)定化退火,；軟磁合金磁場退火,；硅鋼片氫氣退火；可鍛鑄鐵可鍛化退火等。
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# L1 t4 u5 w+ x9 }& |退火 annealing
3 w- S1 J+ Z  h1 k% p將工件加熱到預(yù)定溫度,，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻的金屬熱處理工藝,。退火的目的在于：①改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓,、軋制和焊接過程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力,，防止工件變形、開裂,。②軟化工件以便進(jìn)行切削加工,。③細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能,。④為最終熱處理（淬火,、回火）作好組織準(zhǔn)備。常用的退火工藝有：①完全退火,。用以細(xì)化中,、低碳鋼經(jīng) 鑄造、鍛壓和焊接后出現(xiàn)的力學(xué)性能不佳的粗大過熱組織,。將工件加熱到鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度以上30～50℃,，保溫一段時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻,，在 冷卻過程中奧氏體再次發(fā)生轉(zhuǎn)變,，即可使鋼的組織變細(xì)。②球化退火,。用以降低工具鋼和軸承鋼鍛壓后的偏高硬度,。將工件加熱到鋼開始形成奧氏體的溫度以上 20～40℃，保溫后緩慢冷卻,，在冷卻過程中珠光體中的片層狀滲碳體變?yōu)榍驙�,，從而降低了硬度。③等溫退火,。用以降低某些鎳,、鉻含量較高的合金結(jié)構(gòu)鋼的高 硬度，以進(jìn)行切削加工,。一般先以較快速度冷卻到奧氏體最不穩(wěn)定的溫度,，保溫適當(dāng)時(shí)間，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w或索氏體,，硬度即可降低,。④再結(jié)晶退火。用以消除 金屬線材,、薄板在冷拔,、冷軋過程中的硬化現(xiàn)象（硬度升高,、塑性下降）。加熱溫度一般為鋼開始形成奧氏體的溫度以下50～150℃ ,，只有這樣才能消除加工硬化效應(yīng)使金屬軟化,。⑤石墨化退火。用以使含有大量滲碳體的鑄鐵變成塑性良好的可鍛鑄鐵,。工藝操作是將鑄件加熱到950℃左右 ,，保溫一定時(shí)間后適當(dāng)冷卻 ，使?jié)B碳體分解形成團(tuán)絮狀石墨,。⑥擴(kuò)散退火,。用以使合金鑄件化學(xué)成分均勻化，提高其使用性能,。方法是在不發(fā)生熔化的前提下 ,，將鑄件加熱到盡可能高的溫度，并長時(shí)間保溫,，待合金中各種元素?cái)U(kuò)散趨于均勻分布后緩冷,。⑦去應(yīng)力退火。用以消除鋼鐵鑄件和焊接件的內(nèi)應(yīng)力,。對于鋼鐵制品加熱后開始形成奧氏體的溫度以下100～200℃,，保溫后在空氣中冷卻，即可消除內(nèi)應(yīng)力,。
2 W5 c; f6 y" Q4 W4 K1 K& J退火
; D" F, R2 R7 |2 X4 p為了消除塑料制品的內(nèi)應(yīng)力或控制結(jié)晶過程,，將制品加熱到適當(dāng)?shù)臏囟炔⒈３忠欢〞r(shí)間，而后慢慢冷卻的操作,。
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, I2 j  j' L. Q, {- s退火 annealing
3 k# V, a9 v, p加熱使DNA雙螺旋解開,，在一定的條件下，兩條互補(bǔ)的單鏈依靠彼此的堿基配對重新形成雙鏈DNA的過程,，亦即復(fù)性過程,。熱變性的DNA單鏈在緩慢冷卻過程中可以達(dá)到很好的退火。退火的兩條單鏈可以來自同一個(gè)雙鏈的DNA分子,，也可以來自不同的DNA分子,。退火是變性的逆轉(zhuǎn)過程，它受溫度,、時(shí)間,、DNA濃度、DNA順序的復(fù)雜性等因素的影 響,。如PCR反應(yīng)中引物與模板DNA的退火,，核酸雜交中探針與被檢DNA的退火。
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退火 annealing
在半導(dǎo)體技術(shù)中也常常采用退火技術(shù),。例如：
; ?8 [: i) ?9 V% W（1）半導(dǎo)體芯片在經(jīng)過離子注入以后就需要退火,。因?yàn)橥�半�?dǎo)體中注入雜質(zhì)離子時(shí),，高能量的入射離子會(huì)與半導(dǎo)體晶格上的原子碰撞,，使一些晶格原子發(fā)生位移,，結(jié)果造成大量的空位， 將使得注入?yún)^(qū)中的原子排列混亂或者變成為非晶區(qū),，所以在離子注入以后必須把半導(dǎo)體放在一定的溫度下進(jìn)行退火,，以恢復(fù)晶體的結(jié)構(gòu)和消除缺陷。同時(shí),，退火還有 激活施主和受主雜質(zhì)的功能,，即把有些處于間隙位置的雜質(zhì)原子通過退火而讓它們進(jìn)入替代位置。退火的溫度一般為200~800C,，比熱擴(kuò)散摻雜的溫度要低得 多,。
（2）蒸發(fā)電極金屬以后需要進(jìn)行退火，使得半導(dǎo)體表面與金屬能夠形成合金,，以接觸良好（減小接觸電阻）,。這時(shí)的退火溫度要選取得稍高于金屬-半導(dǎo)體的共熔點(diǎn)（對于Si-Al合金，為570度）,。
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回火[編輯本段]
% M2 @- }! J. R% w" M- A鋼的回火回火是工件淬硬后加熱到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,。
回火一般緊接著淬火進(jìn)行,，其目的是：
(a)消除工件淬火時(shí)產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，防止變形和開裂,；
(b)調(diào)整工件的硬度,、強(qiáng)度、塑性和韌性,，達(dá)到使用性能要求,；
(c)穩(wěn)定組織與尺寸，保證精度,；
(d)改善和提高加工性能,。因此，回火是工件獲得所需性能的最后一道重要工序,。
; S; U1 \7 ~% l9 ]按回火溫度范圍,，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火,。
3 P" u- x% h4 E2 o3 [$ W(1)低溫回火
# m' F  Q# p9 d& z6 ^3 K工件在250℃以下進(jìn)行的回火,。
* O/ A# x2 U( t- t9 g目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應(yīng)力和脆性
回火后得到回火馬氏體,，指淬火馬氏體低溫回火時(shí)得到的組織,。
力學(xué)性能：58～64HRC,，高的硬度和耐磨性。
, a/ a' }* P) v* ?1 `  u應(yīng)用范圍：刃具,、量具,、模具、滾動(dòng)軸承,、滲碳及表面淬火的零件等,。
(2)中溫回火
工件在250～500 ℃之間進(jìn)行的回火。
目的是得到較高的彈性和屈服點(diǎn),，適當(dāng)?shù)捻g性,。
回火后得到回火托氏體，指馬氏體回火時(shí)形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細(xì)小球狀碳化物（或滲碳體）的復(fù)相組織,。
; C$ g! @% z! t  Z5 E+ I力學(xué)性能：35～50HRC,，較高的彈性極限、屈服點(diǎn)和一定的韌性,。
應(yīng)用范圍：彈簧,、鍛模、沖擊工具等,。
(3)高溫回火
工件在500℃以上進(jìn)行的回火,。
6 z( g8 V$ q4 j% G2 k5 C8 |目的是得到強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能,。
回火后得到回火索氏體,，指馬氏體回火時(shí)形成的鐵素體基體內(nèi)分布著細(xì)小球狀碳化物（包括滲碳體）的復(fù)相組織。
5 G0 M. C, w7 ^0 b. s7 \& k力學(xué)性能：200～350HBS,，較好的綜合力學(xué)性能,。
應(yīng)用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿,、螺栓,、齒輪及軸類零件等。
4 D" [* i9 i7 u& L( O工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì),。調(diào)質(zhì)不僅作最終熱處理,，也可作一些精密零件或感應(yīng)淬火件預(yù)先熱處理。
45鋼正火和調(diào)質(zhì)后性能比較見下表所示,。
' P/ ~+ {0 j! a$ E  }45鋼(φ20mm～φ40mm)正火和調(diào)質(zhì)后性能比較

熱處理方法	力學(xué)性能	力學(xué)性能	力學(xué)性能	力學(xué)性能	組織
	σb/Mpa	δ×100	Ak/J	HBS
正火	700～800	15～20	40～64	163～220	索氏體+鐵素體
調(diào)質(zhì)	750～850	20～25	64～96	210～250	回火索氏體

鋼淬火后在300℃左右回火時(shí),，易產(chǎn)生不可逆回火脆性，為避免它,，一般不在250～350℃ 范圍內(nèi)回火,。
含鉻、鎳,、錳等元素的合金鋼淬火后在500～650℃回火,，緩冷易產(chǎn)生可逆回火脆性,，為防止它，小零件可采用回火時(shí)快冷,；大零件可選用含鎢或鉬的合金鋼,。

淬火

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時(shí)間,，使之全部或部分奧氏體[1]化,，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝,。
通常也將鋁合金,、銅合金、鈦合金,、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火,。
# x( R; ~% L4 ]+ n7 z( h淬火的目的是使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織,，然后配合以不同溫 度的回火,，以大幅提高鋼的強(qiáng)度、硬度,、耐磨性,、疲勞強(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)械零件和工具的不同使用要求,。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁 性,、耐蝕性等特殊的物理、化學(xué)性能,。
1 n3 Z7 e/ H% R: U& y淬火能使鋼強(qiáng)化的根本原因是相變,，即奧氏體組織通過相變而成為馬氏體組織（或貝氏體組織）。
鋼淬火工藝最早的應(yīng)用見于河北易縣燕下都遺址出土的戰(zhàn)國時(shí)代的鋼制兵器,。
淬火工藝最早的史料記載見于《漢書.王褒傳》中的“清水焠其峰”,。
- G( g, u9 J6 @% e9 v“淬火”在專業(yè)文獻(xiàn)上，人們寫的是“淬火”,，而讀起來又稱“蘸火”,。“蘸火”已成為專業(yè)口頭交流的習(xí)用詞,，但文獻(xiàn)中又看不到它的存在,。也就是說，淬火是標(biāo)準(zhǔn)詞,，人們不讀它,，“蘸火”是常用詞，人們卻不寫它,，這是我國文字中不多見的現(xiàn)象,。
淬火是“蘸火”的正詞,，淬火的古詞為蔯火，本義是滅火,，引申義是“將高溫的物體急速冷卻的工 藝”,。“蘸火”是冷僻詞,，屬于現(xiàn)代詞,，是文字改革后出現(xiàn)的產(chǎn)物，“蘸”字本義與淬火無關(guān),�,！罢夯稹北驹~為“湛火”，“湛”字讀音同“蘸”,，而其字形又與 水,、火有關(guān)，符合“水與火合為蔯”之意,，字義與“淬火”相通,。“湛火”為本詞,，“蘸火”則為假借詞,。
淬火
將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝,。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水,、水、礦物油,、空氣等,。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工,、模,、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥,、滲碳零 件等）,。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度,、韌性及疲勞強(qiáng)度,，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。 另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能,，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性,、不銹鋼提高其耐蝕性等。淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨 界溫度以上時(shí),，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體,。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,。與鋼中其他組織相比,，馬氏體硬度最 高。鋼淬火的目的就是為了使它的組織全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,，獲得高硬度,，然后在適當(dāng)溫度下回火，使工件具有預(yù)期的性能,。淬火時(shí)的快速冷卻會(huì)使工件內(nèi)部產(chǎn) 生內(nèi)應(yīng)力,，當(dāng)其大到一定程度時(shí)工件便會(huì)發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法,。根據(jù)冷卻方法,，淬火工藝分為單液淬火,、雙介質(zhì)淬火,、馬氏體分級 淬火和貝氏體等溫淬火4類。
/ U1 f3 G6 m( V* A( n: K& B9 m淬火效果的重要因素,，淬火工件硬度要求和檢測方法：
淬火工件的硬度影響了淬火的效果,。淬火工件一般采用洛氏硬度計(jì)，測試HRC硬度,。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測試HRA的硬度,。厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒,，可改用表面洛氏硬度計(jì),，測試HRN硬度。
0 R3 Y$ D2 {) D+ k在焊接中碳鋼和某些合金鋼時(shí),，熱影響區(qū)中可能發(fā)生淬火現(xiàn)象而變硬,，易形成冷裂紋，這是在焊接過程中要設(shè)法防止的,。
* {* C8 R0 T3 b' w9 X由于淬火后金屬硬而脆,，產(chǎn)生的表面殘余應(yīng)力會(huì)造成冷裂紋，回火可作為在不影響硬度的基礎(chǔ)上,，消除冷裂紋的手段之一,。
淬火對厚度、直徑較小的零件使用比較合適,，對于過大的零件,，淬火深度不夠，滲碳也存在同樣問題,，此時(shí)應(yīng)考慮在鋼材中加入鉻等合金來增加強(qiáng)度,。
* q+ G" z4 j; z6 x淬火是鋼鐵材料強(qiáng)化的基本手段之一,。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相(表1)，故鋼件淬火可以獲得高硬度,、高強(qiáng)度,。但是，馬氏體的脆性很大,，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應(yīng)力,，因而不宜直接應(yīng)用，必須進(jìn)行回火,。
表1鋼中鐵基固溶體的顯微硬度值
! f* U/ Y' z$ O8 z- h" k" l淬火工藝在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)得到廣泛的應(yīng)用,。機(jī)械中重要零件，尤其在汽車,、飛機(jī),、火箭中應(yīng)用的 鋼件幾乎都經(jīng)過淬火處理。為滿足各種零件干差萬別的技術(shù)要求,，發(fā)展了各種淬火工藝,。如，按接受處理的部位,，有整體,、局部淬火和表面淬火；按加熱時(shí)相變是否 完全,，有完全淬火和不完全淬火(對于亞共析鋼,，該法又稱亞臨界淬火)；按冷卻時(shí)相變的內(nèi)容,，有分級淬火,，等溫淬火和欠速淬火等。
7 r( y4 g( a& Z# ?% ~# ]6 x工藝過程 包括加熱,、保溫,、冷卻3個(gè)階段。下面以鋼的淬火為例,，介紹上述三個(gè)階段工藝參數(shù)選擇的原則,。


加熱溫度 以鋼的相變臨界點(diǎn)為依據(jù)，加熱時(shí)要形成細(xì)小,、均勻奧氏體晶粒,，淬火后獲得細(xì)小馬氏體組織。碳素鋼的淬火加熱溫度范圍如圖1所示,。
由本圖示出的淬火溫度選擇原則也適用于大多數(shù)合金鋼,，尤其低合金鋼。 亞共析鋼加熱溫度為Ac3溫度以上30～50℃。從圖上看,，高溫下鋼的狀態(tài)處在單相奧氏體(A)區(qū)內(nèi),，故稱為完全淬火。如亞共析鋼加熱溫度高于Ac1,、低 于Ac3溫度,，則高溫下部分先共析鐵素體未完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，即為不完全(或亞臨界)淬火,。過共析鋼淬火溫度為Ac1溫度以上30～50℃,，這溫度范圍處 于奧氏體與滲碳體(A+C)雙相區(qū)。因而過共析鋼的正常的淬火仍屬不完全淬火,，淬火后得到馬氏體基體上分布滲碳體的組織,。這-組織狀態(tài)具有高硬度和高耐磨 性。對于過共析鋼,，若加熱溫度過高,，先共析滲碳體溶解過多，甚至完全溶解,，則奧氏體晶粒將發(fā)生長大,，奧氏體碳含量也增加。淬火后,，粗大馬氏體組織使鋼件淬 火態(tài)微區(qū)內(nèi)應(yīng)力增加,，微裂紋增多，零件的變形和開裂傾向增加,；由于奧氏體碳濃度高，馬氏體點(diǎn)下降,，殘留奧氏體量增加,，使工件的硬度和耐磨性降低。常用鋼種淬火的溫度參見表2,。
表2常用鋼種淬火的加熱溫度
6 |$ \2 W/ F- L% |# G, W實(shí)際生產(chǎn)中,，加熱溫度的選擇要根據(jù)具體情況加以調(diào)整。如亞共析鋼中碳含量為下限,，當(dāng)裝爐量較多,，欲增加零件淬硬層深度等時(shí)可選用溫度上限；若工件形狀復(fù)雜,，變形要求嚴(yán)格等要采用溫度下限,。
. x4 S8 _3 H; [& z3 w保溫時(shí)間 由設(shè)備加熱方式、零件尺寸,、鋼的成分,、裝爐量和設(shè)備功率等多種因素確定。對整體淬火而言，保溫的目的是使工件內(nèi)部溫度均勻趨于一致,。對各類淬火,，其保溫時(shí)間最終取決于在要求淬火的區(qū)域獲得良好的淬火加熱組織。
1 O  l6 _" q; J加熱與保溫是影響淬火質(zhì)量的重要環(huán)節(jié),，奧氏體化獲得的組織狀態(tài)直接影響淬火后的性能,。-般鋼件奧氏體晶粒控制在5～8級,。
冷卻方法 要使鋼中高溫相——奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相——馬氏體,，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中,，
+ O6 y: i* ?7 z' H# Y9 a! ]表面與心部的冷卻速度有-定差異,，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體,，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況,。為保證整個(gè)截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強(qiáng)的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度,。但是冷卻速度大,，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應(yīng)力，可能使工件變形或開裂,。因而要考慮上述兩種矛盾因素,，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。
冷卻階段不僅零件獲得合理的組織,，達(dá)到所需要的性能,，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié),。
分類 可按冷卻方式分為單液淬火,、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等,。冷卻方式的選擇要根據(jù)鋼種,、零件形狀和技術(shù)要求諸因素。
* o6 L0 R% J! {( J% ~4 V5 H! N: x8 R7 z  _單液淬火 將工件加熱后使用單一介質(zhì)冷卻,，最常使用的有水和油兩種,，其變、溫曲線如圖2中的曲線1,。為防止工件過大的變形和開裂,，工件不宜在介質(zhì)中冷至室溫，可在 200～300℃出水或油,，在空氣中冷卻,。單液淬火操作簡單易行,，廣泛用于形狀簡單的工件。有時(shí)將工件加熱后,，先在空氣中停留-段時(shí)間,，再淬入淬火介質(zhì) 中，以減少淬冷過程中工件內(nèi)部的溫差,，降低工件變形與開裂的傾向,，稱為預(yù)冷淬火。
圖2 各種淬火冷卻的變溫曲線示意圖 曲線1-單液淬火,；曲線2-雙液淬火,； 曲線3-分級淬火；曲線4-等溫淬火
雙液淬火 工件加熱后,，先淬入水或其他冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻至400℃左右,，迅速轉(zhuǎn)入油或其他冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻。變溫曲線如圖2中曲線2,。所謂“水淬油 冷”法使用得相當(dāng)普遍,。先淬入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，工件快速冷卻可避免鋼中奧氏體分解,。低溫段轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)可有效減少工件的內(nèi)應(yīng)力,，降低工件變形 和開裂傾向。本工藝的關(guān)鍵是如何控制在水中停留的時(shí)間,。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),，按工件厚度計(jì)算在水中停留的時(shí)間，系數(shù)為O.2～O.3s/mm,，碳素鋼取上限,，合金鋼 取下限。這種工藝適用于碳素鋼制造的中型零件(直徑10～40mm)和低合金鋼制造的較大型零件,。
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+ R" q' y  y3 O6 h分級淬火 工件加熱后,，淬入溫度處于馬氏體點(diǎn)(ms)附近的介質(zhì)(可用熔融硝鹽、堿或熱油)中,，停留一段時(shí)間，然后取出空冷,。變溫曲線如圖2中曲線3,。分級溫度應(yīng)選 擇在該鋼種過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)域，以保證分級停留過程中不發(fā)生相變,。對于具有中間穩(wěn)定區(qū)(“兩個(gè)鼻子”)型TTT曲線的某些高合金鋼,，分級溫度也可選在中 溫(400～600℃)區(qū)。分級的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致,，減少在后續(xù)冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力及變形和開裂傾向,。此工藝適用于形狀復(fù)雜,，變形要求嚴(yán)格的 合金鋼件。高速鋼制造的工具淬火多用此工藝,。
# Z6 \, A8 ]# F$ i3 ^) G等溫淬火 工件加熱后,，淬入溫度處于該鋼種下貝氏體(B下)轉(zhuǎn)變范圍的介質(zhì)中，保溫使之完成下貝氏體轉(zhuǎn)變,，然后取出空冷,，變溫曲線如圖2中的曲線4。等溫溫度對下貝 氏體性能影響較大,，溫度控制要求嚴(yán)格,。常用鋼種的等溫溫度和時(shí)間列于表3。等溫淬火工藝特別適用于要求變形小,、形狀復(fù)雜,，尤其同時(shí)還要求較高強(qiáng)韌性的零 件。
6 Z& V# J! E& q" C表3 中國常用鋼種的等溫溫度和等溫時(shí)間,。
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mo502

學(xué)習(xí)了  感謝樓主

china_lsm

整理一下,，弄個(gè)文件打包啊

旺旺貍

打包你們下了不是要扣錢嗎，呵呵

20002009

不錯(cuò)的資料,，說實(shí)話，雖然工作好幾年做非標(biāo)設(shè)計(jì),，但是讓我把熱處理說這么明白是不可能的

shiyonghb

好,，謝謝啦，收獲不少,，學(xué)習(xí)中,。

小波hero

又收獲一點(diǎn)，謝謝樓主,，努力學(xué)習(xí)熱處理,！

浪子001

5 j3 q. S' P6 A# w  b. O, Y

9 j' Q7 p5 X4 P& q     不錯(cuò)不錯(cuò)，正需要,。謝了,，

鈑金準(zhǔn)專家

對于入門來說已經(jīng)講的比較細(xì)了；謝謝

qiuqiu1234

學(xué)習(xí)了,，謝謝,、
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