什么是金属热处理，金属热处理方式有哪些（<附详细工序及操作手法>）

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• 1、金属材料热处理工艺（附详细工序及操作手法）
• 2、什么是金属热处理

1、金属材料热处理工艺（附详细工序及操作手法）

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一、热处理的定义

热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。

热处理的三大要素

　①加热（ Heating）

目的是获得均匀细小的奥氏体组织。

　②保温（Holding）

目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。

　③冷却（Cooling）

目的是使奥氏体转变为不同的组织。

热处理后的组织

加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。

二、热处理工艺

1.退火

操作方法： 将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火 。

2.正火

操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。

3.淬火

操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。

目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。

应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。

4.回火

操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。

目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。

应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。

5.调质

操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度的温度，保温后进行淬火，然后在400~720度的温度下进行回火。

目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；2.减小淬火时的变形和开裂；3.获得良好的综合力学性能。

应用要点：1.适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；2. 不仅可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件，如丝杠等的预先热处理，以减小变形。

6.时效

操作方法：将钢件加热到80~200度，保温5~20小时或更长时间，然后随炉取出在空气中冷却。

目的：1. 稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；2.减轻淬火以及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。

应用要点：1. 适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要求形状不再发生变化的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。

7.冷处理

操作方法：将淬火后的钢件，在低温介质（如干冰、液氮）中冷却到－60～－80度或更低，温度均匀一致后取出均温到室温。

目的：1．使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体，从而提高钢件的硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；2． 稳定钢的组织 ，以稳定钢件的形状和尺寸。

应用要点：1．钢件淬火后应立即进行冷处理，然后再经低温回火，以消除低温冷却时的内应力；2．冷处理主要适用于合金钢制的紧密刀具、量具和紧密零件。

8．火焰加热表面淬火

操作方法：用氧－乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到钢件表面上，快速加热，当达到淬火温度后立即喷水冷却。

目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持韧性状态。

应用要点：1．多用于中碳钢制件，一般淬透层深度为2～6mm；2．适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。

9．感应加热表面淬火

操作方法：将钢件放入感应器中，使钢件表层产生感应电流，在极短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。

目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部保持韧性状态。

应用要点：1．多用于中碳钢和中堂合金结构钢制件；2． 由于肌肤效应，高频感应淬火淬透层一般为1～2mm，中频淬火一般为3～5mm，高频淬火一般大于10mm．

10．渗碳

操作方法：将钢件放入渗碳介质中，加热至900～950度并保温，使钢件便面获得一定浓度和深度的渗碳层。

目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍然保持韧性状态。

应用要点：1．用于含碳量为0．15％～0．25％的低碳钢和低合金钢制件，一般渗碳层深度为0．5～2．5mm；2．渗碳后必须进行淬火，使表面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。

11．氮化

操作方法：利用在5．．～600度时氨气分解出来的活性氮原子，使钢件表面被氮饱和，形成氮化层。

目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。

应用要点：多用于含有铝、铬、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁，一般氮化层深度为0．025～0．8mm．

12．氮碳共渗

操作方法：向钢件表面同时渗碳和渗氮。

目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。

应用要点：1．多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢制件，一般氮化层深0．02～3mm；2．氮化后还要淬火和低温回火。

2、什么是金属热处理

[拼音]：jinshu rechuli

[外文]：heat treatment of metals

利用金属固态相变等规律，使金属随温度变化，发生组织结构转变，以改善并控制金属的物理、化学和力学性能的技术学科，简称为热处理。出土的春秋战国钢剑表明，中国在二千多年以前就掌握了钢的渗碳技术和淬火技术。但直到19世纪金属的显微组织得到观察、钢的临界点及铁碳平衡图被测定以后，热处理技术才走上实践与理论相结合的发展道路，逐渐形成一门学科。钢中奥氏体在临界点以下的恒温转变和关于钢的淬透性的研究，奠定了热处理技术的基础。随着物理测试技术的发展，X射线、电子显微分析等用来研究金属热处理中的问题，大大丰富并发展了这门学科（见冶金学）。

热处理技术可以分为三大类：一般热处理、化学热处理与形变热处理。

是单纯利用温度变化改善金属的组织与性能的热处理方法。包括：

（1）退火。即把金属加热到临界点以上温度，获得高温相，然后缓慢冷却，使金属在接近平衡的条件下发生固态相变，以改善金属在凝固、范性形变、焊接或以前的热处理过程中产生的组织；也可以把金属加热到不发生相变的温度，使金属得以消除内应力，或使经受冷变形的金属发生回复和再结晶。退火是使金属内部组织趋近于平衡状态的热处理。若在获得高温相后以中速冷却，使金属获得比退火组织较细的组织，以达到与退火相似的效果，同时起着提高性能的作用，则称为正火。

（2）淬火。把金属加热到临界点以上温度，获得高温相，然后急剧冷却，获得不平衡组织，以保持高温相或形成亚稳相，借以利用高温相的良好性能，并为下一步热处理作准备。如在高温下只发生第二相溶解（基体不发生相变），然后急冷，将高温固溶状态保留到室温。则称为固溶热处理。

（3）回火。淬火的后继处理，把淬火后的不平衡组织，加热到临界点以下温度，使金属重新趋近于平衡的组织；并且控制相变的进程，使金属获得合宜的组织和性能。经固溶处理后在室温或通过加热到某个较低温度以促进第二相脱溶的工艺，则称为“时效处理”。

利用金属中的扩散和合金相的形成等规律，使金属在特定的可控介质中，从表面渗入不同元素，改变金属表面层的化学成分和组织结构，并可在随后的热处理中使金属发生所需要的相变，以改善其化学、物理或力学性能的方法。通常渗入的元素有：碳、氮、硼、氧、硫、铝、铬、硅、钒、钛等，也可以同时渗入多种元素。化学热处理可以在气态、液态或固态介质中进行。

在金属塑性加工过程中，利用金属范性形变与相变规律，特别是形变与相变的动态交互作用，控制金属内部的组织，提高其综合性能。目前重要的工艺发展有控制轧制和锻后余热淬火。这些工艺既提高金属的性能，又降低能源消耗。

为了使热处理达到预期的目的，必须选择可能发生某种相变的金属或合金，同时必须选择能够控制其组织变化的热处理工艺制度(加热与冷却制度)。在钢的热处理中，用连续冷却时过冷奥氏体转变图将上述两方面统一起来，使实际工件经热处理后获得所需要的组织。

加热使金属获得高温相。高温相的状态决定了金属在冷却过程中发生相变的能力。为了保证在热处理过程中金属表面化学成分不发生改变，广泛应用了可控保护气氛或真空热处理。

高密度能量热处理，如电感应加热、离子轰击热处理、激光加热与电子束加热等可以有效地强化热处理工艺、节约能源。电感应加热利用感应电涡流的集肤效应，将金属表面层迅速加热到高温后淬火，已是较成熟的工艺，被广泛地运用于热处理生产。离子轰击热处理是在低气压电场下使气体介质离子化，在高电压下高能量离子轰击金属表面，把工件表面层迅速加热到所需温度、并把离子注入金属表面层，达到改变其化学成分和组织结构的目的。离子轰击热处理在氮化处理已表现出其优越性，正迅速地扩展到其他化学热处理，激光加热和电子束加热与激冷相结合可在更宽广的范围内改变金属表面的组织与性能（见非晶态金属）。

热处理工艺的计算机程序控制，不仅能够精确控制工艺参数，保证工件质量，而且可以充分发挥生产设备效率，节约能源。因此，微处理机已经在热处理生产中开始应用。

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