某某工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

金属热处理工艺大体分为普通热处理、表面热处理、化学热处理三类，具体分类如下：

1)普通热处理：退火、正火、淬火、回火（统称四把火）、调质、时效处理、固溶处理等；

2)表面热处理：主要指表面淬火，含感应淬火（工作频率、低频、中频、超音频、高频、超高频）、火焰淬火等；

3)化学热处理：渗碳、渗氮等；

指对整个工件进行加热、保温、冷却，以获得均匀组织和性能的热处理操作，包括退火、正火、淬火、回火等，也称整体热处理。

退火：指将钢件加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

目的：

①降低硬度，提高塑性，便于切削加工和压力加工；

②消除内应力；

③细化结晶组织；

④消除组织不均匀性，为进一步热处理作准备；

⑤扩散去气（主要是去除钢中氢气）。

应用：用于铸、锻、焊毛坯或半成品件，为预备热处理。

分类：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。

正火：指将钢件加热到临界点温度以上30～50℃（即Ac3 或 Ac1温度）保温一定时间，在静止的空气中冷却的热处理工艺。[注：①Ac3为钢件加热时先前共析的铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，即727～912℃+30～50℃；②Ac1为钢件加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度，即727℃+30～50℃]

正火与完全退火的主要区别：

①冷却速度不同，正火在空气中冷却，冷却速度快，时间短，操作方便，效率高；而退火为炉冷，冷却速度慢，时间长；

②正火后工件比退火状态具有更好的综合机械性能；对于一些受力不大、性能要求不高的普通结构零件可将正火作为最终热处理，以提高生产效率；而退火只能作为预先热处理使用；

③对于含碳量低于0.25%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。

正火的目的：主要是细化晶粒，均匀组织，提高钢件机械性能，消除内应力，改善切削加工性。

淬火：指将钢件加热到临界点温度Ac3 或 Ac1以上某一温度，保持一定时间，使之全部或部分奥氏体化，然后放在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中迅速冷却，以提高金属的硬度和强度的热处理工艺。

淬火的目的：

①使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件硬度，强度和耐磨性，为回火作好组织准备等；

②可改变某些特种材料的铁磁性、耐蚀性等。

淬火的应用：淬火必须与回火相结合，淬火硬度测定的是洛氏硬度HRC值。

回火：指将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后在水、油等介质中冷却到室温的热处理工艺。（回火一般紧接着淬火进行，是最终热处理）

回火的目的：

①消除钢件在淬火时所产生的残余应力，防止变形和开裂；

②调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；

③稳定组织与尺寸，保证精度；④改善和提高加工性能。

回火的分类：

①低温回火（150～250℃，力学性能HRC58～64）

②中温回火（350～500℃，力学性能HRC35～45）

③高温回火（500～650℃，力学性能HB200～350）。

注：钢淬火后在300℃左右回火时易产生不可逆回火脆性，故一般不在250～350℃范围内回火。

调质：指将钢材或钢件进行淬火后，再进行高温回火的热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢，多数情况是指中碳结构钢和中碳合金结构钢，调质一般在粗加工后进行。

调质的目的：细化晶粒、使钢件具有塑性和强度都良好的综合机械性能。

常用调质材料：

①45钢：调质硬度在HB225～297，最常用的是T235调质（HB217～255）

②40Cr钢：Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能，调质硬度在HB260～340，常用的是T235、T265、T285调质。（注：布氏硬度和洛氏硬度的换算关系：HB≈0.1HRC）

时效处理：指金属工件经固溶处理、冷加工变形或焊接、铸造、锻造后，在较高的温度或室温放置保持其形状、尺寸、性能随时间而变化的热处理工艺。一般情况下，经过时效，硬度和强度有所增加，塑性、韧性和内应力有所降低。51漫画

时效处理的目的：消除工件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能。

时效处理的分类：(自然时效、热时效、振动时效)

①自然时效：是将工件长时间露天放置（一般长达六个月至一年左右）利用环境温度的不断变化和时间效应使残余应力释放。

② 热时效：是将工件加热到一定温度，长时间保温，然后在空气中冷却的方法，热时效也称人工时效。（如：精加工前将工件加热到100～150℃，保持5～20小时后空冷，以稳定精密工件精度。）

③ 振动时效：用振动消除残余应力，最终达到防止工件变形，稳定工件尺寸和几何精度的目的。

固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。因操作过程与淬火相似，又称为“固溶淬火”。由于在热处理上处于亚稳定状态，在适当的温度或应力条件下将发生脱溶或其他转变，一般属预备热处理，其作用是为随后的热处理准备最佳条件。固溶处理之前合金的组织为金属化合物和固溶体的混合物，该混合物的硬度较固溶处理后获得的单一固溶体的硬度要高，所以固溶处理也称软化处理。（固溶体的概念：当合金由液态结晶为固态时，组成元素间会像合金溶液那样互相溶解，形成一种在某种元素的晶格结构中包含有其它元素原子的新相，称为固溶体，固溶体的晶格与元素含量多的相同。）

固溶处理的目的：改善钢或合金的塑性和韧性，消除由于冷热加工产生的应力，为随后的时效处理做好组织准备。时效处理后，在固溶体里生成非常细小、均匀的金属化合物，对原有固溶体起到“弥散强化”的作用，使合金的强度、硬度大幅度提高。

固溶处理的适用范围：有色金属、多种特殊钢、特殊性能合金、高温合金。如18-8型镍铬不锈钢（1Cr18Ni9、2Cr18Ni9等）的主要热处理形式就是固溶处理，将其加热到1050～1150℃保温，然后水淬。室温下得到单相奥氏体组织，使材料具有最好的耐蚀性，并且塑性高、成形性好。

指通过对钢件表面的加热、冷却而改变表层力学性能的金属热处理工艺，表面淬火是表面热处理的主要内容。

表面热处理的目的：使表层获得硬而耐磨的组织，而心部仍保持着原来塑性和韧性较好的退火、正火或调质状态组织。

表面热处理的分类：主要指表面淬火，含感应淬火（工作频率、低频、中频、超音频、高频、超高频）、火焰淬火等；

表面热处理的特点：

①通过快速加热工件表层，使表层奥氏体化，不等热量传至心部，立即迅速冷却

②只改变表层的组织而不改变表层的化学成分51漫画

③为了给淬火做好组织准备，表面热处理前应进行预先热处理

高频淬火：将金属工件放到中高频感应器的相应位置，感应器产生的交变磁场在工件中产生同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这种趋肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800～1000℃（心部温度升高很小），然后迅速喷（浸）水（油）冷却，使工件表面或局部达到相应的硬度要求。

高频淬火的特点：

①具有表面质量好，脆性小，淬火表面不易氧化脱碳，变形小等优点；

②感应加热频率越高，加热的深度越浅；

③快速加热与立即淬火冷却相结合，使得心部仍然保留着较好的塑性、韧性。

高频淬火的应用场合

①承受扭转、弯曲等交变负荷作用的工件；要求表面层承受比心部更高的应力或耐磨性，需对工件表面提出强化要求，适于含碳量0.40～0.50的钢材。②要求工件局部表面硬度的场合。

火焰淬火：用气体燃料燃烧时产生的火焰将工件表层加热到淬火温度，随后快速冷却的表面热处理方法。

火焰淬火的特点：

①设备简单，成本低，不易稳定控制质量；

②不受现场环境与工件大小的限制，操作简便；

③淬硬层较深，可调范围广（一般在2～8mm之间）。

火焰淬火的应用场合：适用于现场淬火或单件小批生产，也适于大型工件的局部淬火要求。

将钢件置于含碳、氮或其它合金元素的介质 (气体、液体、固体)中加热至高温（奥氏体区域），保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素，从而改变其化学成分、组织和性能，以达到提高钢件表面硬度、耐磨性、抗蚀性、抗疲劳强度和抗氧化性的目的。化学热处理与表面淬火的不同之处是前者改变了工件表层的化学成分。主要包括渗碳、渗氮、渗氰等。化学热处理前应进行预先热处理（退火、正火或调质）。

渗碳：指钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入到工件表层，再经过淬火和低温回火的化学热处理工艺。常用的典型渗碳钢如16MnCr5。

渗碳的目的：使工件的表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。

渗碳的特点：

①低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，既提高了使用寿命，又节约了贵重的金属材料，成本较渗氮钢低；51漫画

②渗碳是在900～950℃的高温下进行的，与低温的渗氮相比具有工艺时间短、渗层深，表面脆性小，不易剥落，心部强度高，具有更高的承载能力和抗挤压能力；

③一般渗碳层深度范围在0.8～1.2毫米，最高可达2毫米或更深，表面硬度可达HRC58～63；心部硬度为HRC30～42。

渗碳的应用：碳素渗碳钢、合金渗碳钢，其含碳量一般为0.1～0.25%。

渗氮：指钢件在一定温度下一定介质中使氮原子渗入到工件表层的化学热处理工艺，常见的有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。常用的典型渗氮钢如38CrMoAl。

渗氮的目的：使工件的表层具有高硬度和耐磨性。

渗氮的特点：

①与渗碳工艺相比，渗氮温度比较低（500～600℃），畸变小，但由于心部硬度较低，渗层比较浅（小于0.3），一般只能承受轻载、中载的耐磨耐疲劳要求，或有一定耐热耐腐蚀要求的机械零件；

②渗氮比渗碳具有更高的表面硬度和耐磨性，表面硬度可达HV950～1200，相当于HRC65～72；

③渗氮比渗碳具有更好的热稳定性；

④渗氮后由于钢件表面形成致密的白亮色氮化薄膜，因而耐腐蚀性比渗碳件好，且可作为最后一道工序，最多加一序精磨。

化学热处理的特点：化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益，由于机械零件的失效和破坏大多数都萌发在表面层，特别在可能引起磨损、疲劳、金属腐蚀、氧化等条件下工作的零件，表面层的性能尤为重要。经化学热处理的钢件，实质上可以认为是一种特殊的复合材料，芯部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。芯部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等技术所获得的芯、表部的结合要强得多。化学热处理较表面淬火生产周期长，不便于实现机械化、自动化生产、工艺复杂、质量不够稳定、费用大、成本高，只在获得表面层的更高硬度与某些特殊性能及芯部的高韧性等方面优于表面淬火。

1)图样标注。

2)凡需要热处理的零件，必须标注在零件图纸的标题栏中的“热处理”处。

3)同一零件的不同部位有不同热处理技术要求时，应在零件图样上分别注明。

4)局部热处理零件需将有硬化要求的部位在图形上用双点划线框出。如果是轴对称零件，也可用一条粗点划线画在热处理部位外侧表示，并在该处注明热处理的硬度要求，同时必须注明“局部”字样。

表1 常用热处理工艺代号及标注方法示例:

注： “*”为项目特殊要求时方可选用。

根据热处理变形的规律和特点，从热处理工艺性考虑，在进行零件结构设计时应考虑以下几个问题： (零件的应力集中对其性能影响巨大，适当改变零件的结构形状，其性能也将大幅改善)

避免尖角和棱角

零件的尖角、棱角部分是淬火应力最为集中的地方，往往是淬火裂纹的起点。因此，在零件结构设计时推荐采用圆角过渡，避免尖角、棱角，高频淬火要求倒角不小于2X45°。

避免厚薄悬殊

厚薄悬殊的零件，在淬火冷却时，由于冷却不均而造成变形、开裂倾向较大。

采用封闭、对称的结构

对于不是封闭对称的结构，由于冷却不均而造成变形开裂倾向较大。

采用组合结构

对形状复杂或截面尺寸变化较大的零件，尽可能采用组合结构或镶拼结构。

避免薄壁

有薄壁的零件和薄壁套在淬火时,薄壁处容易产生微小的裂纹。

渗氮前的注意事项

①渗氮零件的表面粗糙度Ra应小于1.6μm；

②含有尖角和锐边的工件不宜进行氮化；

③局部不氮化部位需保护，且不宜留加工余量；

④氮化前，需氮化表面需磨削处理。

渗碳前的注意事项

①渗碳后需进行机械加工（磨削除外）的工件，硬度不高于HRC30；

②薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工；③不能用镀锌的方法作为渗碳防护。

①45钢为优质碳素结构钢，属于中碳调质钢（含碳量0.42-0.50%），热轧供货状态硬度不高，易切削加工。

40Cr为合金结构钢，属于中碳调质钢（含碳量0.37-0.44%，比45钢略低），热轧供货状态下加入的铬作用不大，力学性能与45钢相当；

②常用工艺都主要是调质、表面局部淬火、整体淬火回火；

③最显著的区别就是40Cr中加入了1%左右的铬，铬能大大提高钢的淬透性，因此能显著增加工件的截面积和淬硬深度，也就等于大大提高了钢的强度、硬度、冲击韧性，机械性能比45钢高很多，适合大载荷、受力复杂的零件，截面尺寸大或重要的调质工件应采用40Cr；

④经济性比较：40Cr比45钢贵一倍左右，出于经济性考虑能用45钢的就不用40Cr。

综合比较，40Cr比45钢耐磨性好，其综合机械性能优于45钢。