熱處理相關(guān)總結(jié)

熱處理

媽

照

Fe1234566.69C

C(%)

Fe-Fe3c合金相圖

熱處理目的：

提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料、延長零件使用壽命。

消除材料殘余應(yīng)力，改善金屬的切削加工性能。

加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式是熱處理最重要的三個(gè)基本工藝因素。

熱處理是將金屬材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱保溫、冷卻通過改變材料表面或內(nèi)部的金相組

織結(jié)構(gòu)，來控制其性能的一種金屬熱加工工藝。

下面介紹幾種常用的熱處理工藝方法又分為整體熱處理、表面熱處理、化學(xué)熱處理。

1、整體熱處理

常用整體熱處理有:正火、回火、淬火、退火。

1.1正火

C）共燒廣?搐除廣

定義：將鋼材或鋼件加熱到一定溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間，使之完全奧氏體化，然后在空氣中冷

卻，以得到珠光體組織的熱處理工藝。

正火作用:改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性能，細(xì)化晶粒。

目的：改善切削性能，消除毛坯內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒、提高硬度、獲得比較均勻的組織和性能。

正火: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；

退火和正火的區(qū)別

退火和正火屬于預(yù)備熱處理工藝，對于含碳量相同的工件，正火后的強(qiáng)度和硬度要高于的退

火的。

例如：含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低硬度便于切削加工采用退火處理；含碳量低

于0.5%的低碳鋼和低合金鋼，為避免硬度過低切削時(shí)粘刀，而采用正火適當(dāng)提高硬度。

一般用于鍛件、鑄件和焊接件。退火一般安排在毛坯制造之后，粗加工之前進(jìn)行。

1.2回火

定義：回火是將淬火后的鋼件加熱到指定的回火溫度，經(jīng)過一定時(shí)間的保溫后，空冷到室溫

的熱處理操作?；鼗饡r(shí)引起馬氏體和殘余奧氏體的分解。

回火作用:消除退火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性以取得預(yù)期的力學(xué)性能。

回火:將經(jīng)過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；

目的：

⑴減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂，

⑵獲得所需要的力學(xué)性能，淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。

⑶穩(wěn)定尺寸。

⑷對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周

期。

分類：鋼淬火后都需要進(jìn)行回火處理，回火溫度取決于最終所要求的組織和性能（工廠常根

據(jù)硬度的要求），通常按加熱溫度的高低，回火可分為以下三類。

⑴低溫回火：加熱溫度為150Co~250C°。低溫回火組織為回火馬氏體，馬氏體內(nèi)析出碳化

物形成回火馬氏體，殘余奧氏體也轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體?；鼗瘃R氏體易受侵蝕，組織呈暗色針

狀?；鼗瘃R氏體具有高的強(qiáng)度和硬度，而韌性和塑性較淬火馬氏體有明顯改善。

其目的主要是降低淬火鋼中的內(nèi)應(yīng)力，減少鋼的脆性，同時(shí)保持鋼的高硬度和耐磨性。常用

于高碳鋼制的切削工具、量具和滾動(dòng)軸承件及滲碳處理后的零件等。

⑵中溫回火：加熱溫度為350(3。~500(：。。中溫回火組織為回火屈氏體，它是由鐵素體和粒

狀滲碳體組成的極細(xì)密混合物。回火屈氏體有較好的強(qiáng)度，最高的彈性，較好的韌性。

其目的主要是獲得高的彈性極限，同時(shí)有高的韌性。主要用于各種彈簧熱處理。

⑶高溫回火：加熱溫度為500C。?650C。。高溫回火組織的回火索氏體，它是由粒狀滲碳體

和等軸形鐵素體組成混合物?；鼗鹚魇象w具有強(qiáng)度、韌性和塑性較好的綜合機(jī)械性能。

其目的主要是獲得既有一定的強(qiáng)度、硬度，又有良好的沖擊韌性的綜合機(jī)械性能。通常把淬

火后加高溫回火的熱處理稱做調(diào)質(zhì)處理。主要用于處理口碳結(jié)構(gòu)鋼，即要求高強(qiáng)度和高韌性

的機(jī)械零件，如軸、連桿、齒輪等。

1.3淬火

定義：將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間使其奧氏體化，以大于臨界冷卻速度進(jìn)行冷

卻的工藝。

目的：

提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具

提高強(qiáng)韌性：軸類、桿件、銷、受力件

提高彈性：各類彈簧

提高耐蝕和耐熱性：耐熱鋼和不銹鋼

淬火作用:提高鋼的硬度,強(qiáng)度和耐磨性，降低塑性。

淬火: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。50CrVA彈簧鋼880油金相組織；

淬火分類

按加熱溫度：完全淬火、不完全淬火、循環(huán)加熱淬火

按加熱介質(zhì)及熱源條件：鹽浴加熱淬火、火焰加熱淬火、感應(yīng)加熱淬火、高頻脈沖淬火、接

觸電加熱淬火等

按淬火部位：整體淬火、局部淬火、表面淬火等

按冷卻方式：單液淬火、雙液淬火、分級淬火、等溫淬火、預(yù)冷淬火等

工藝過程：

冷卻速度是鋼在淬火過程中最主要的因素，它直接影響淬火產(chǎn)物和性能。

一方面冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證全部得到馬氏體組織；另一方面冷卻應(yīng)盡量緩

慢，以減少內(nèi)應(yīng)力，避免工件變形和開裂。

為了解決上述矛盾，可以采用不同的冷卻介質(zhì)和冷卻方法，使淬火工件在奧氏體最不穩(wěn)定的

溫度范圍內(nèi)(650b~550C)快冷，超過臨界冷卻速度,以防珠光體類型轉(zhuǎn)變發(fā)生；而在馬氏

體轉(zhuǎn)變區(qū)域范圍內(nèi)(300b~100C。)，則冷卻減慢，以減少淬火工件產(chǎn)生的應(yīng)力。

不同淬火溫度下的內(nèi)部組織

在完全淬火時(shí)，鋼的淬火組織主要是由馬氏體組成

在不完全淬火時(shí)亞共析鋼得到馬氏體和鐵素體組成的組織

當(dāng)奧氏體中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5%時(shí)，淬火組織為馬氏體和殘余奧氏體。

過共析鋼得到馬氏體和滲碳體的組織。

亞共析鋼用不完全淬火是不正常的，因?yàn)檫@樣不能達(dá)到最高硬度。而過共析鋼采用不完全淬

火則是正常的，這樣可使鋼獲得最高的硬度和耐磨性。

在適宜的加熱溫度下，淬火后得到的馬氏體呈細(xì)小的針狀；若加熱溫度過高，其形成粗針狀

馬氏體，使材料變脆甚至可能在鋼中出現(xiàn)裂紋。

一般淬火件的工藝路線：

下料一鍛造一正火(退火)一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一表面淬火一精加工

表面淬火

定義：是成本最低的表面硬化處理方法，工藝簡單而靈活，適合局部處理，特別適合于提高

耐磨性的場合。由于只加熱表面層，心部強(qiáng)度保持著淬火前的狀態(tài)。

目的：提高材料的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，而心部保持良好的塑性和韌性。表面淬火后零件表

面將產(chǎn)生很大的殘余壓應(yīng)力，因而使材料的疲勞強(qiáng)度大大提高。但需要注意的是，表面淬火

區(qū)域的起始點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)處于殘余拉應(yīng)力狀態(tài)下，此處的疲勞強(qiáng)度因此大大降低。設(shè)計(jì)時(shí)要考

慮殘余拉應(yīng)力不可留在齒根處、軸的過渡圓角處等零件應(yīng)力集中部位，以免工作應(yīng)力與殘

余拉應(yīng)力疊加造成零件裂紋或斷裂。

工藝過程：表面淬火一般工藝是高頻感應(yīng)加熱、中頻感應(yīng)加熱或火焰加熱，噴水冷卻，然

后進(jìn)行低溫回火。

應(yīng)用：淬硬深度一般是：高頻淬火1~2mm；中頻淬火2~6mm。一般用于中碳以上結(jié)構(gòu)鋼

和合金鋼主軸、齒輪等零斗。當(dāng)工件淬火后，表面硬度高，除磨削外，一般不能進(jìn)行其它切

削加工。因此工序應(yīng)盡量靠后，一般安排在半精加工之后，磨削加工之前。

1.4退火

定義：將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻

以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。

目的：降低硬度，均勻化學(xué)成分、改善切削加工性能和冷塑性變形性能、消除或減少內(nèi)應(yīng)力、

為零件最終熱處理準(zhǔn)備合適的內(nèi)部組織。

退火作用:使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡，獲得良好的工藝性能和使用性能，或?yàn)檫M(jìn)一步淬

火作準(zhǔn)備。

退火annealing: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；

分類

球化退火：為使工件中的碳化物球狀化而進(jìn)行的退火。

去應(yīng)力退火：為去除工件塑性變形加工、切削加工或焊接造成的內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘余

應(yīng)力而進(jìn)行退火

1.5調(diào)質(zhì)處理(quenchingandtempering)

定義：工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝,。

目的：使材料獲得較好的遺度、塑性和韌性等方面的綜合機(jī)械性能，用于各種中碳結(jié)構(gòu)鋼和

中碳合金鋼。調(diào)質(zhì)一般安排在粗加工之后，半精加工之前，并為以后熱處理作準(zhǔn)備。

大部分的零件都是通過調(diào)質(zhì)處理來提高材料的綜合機(jī)械性能，即提高拉伸強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、

斷面收縮率、延伸率、沖擊功。

調(diào)質(zhì)處理(quenchingandtempering):一般習(xí)慣將率火加高溫回火相結(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；

應(yīng)用：調(diào)質(zhì)處理能大大提高材料的拉伸和屈服強(qiáng)度，提高屈強(qiáng)比和沖擊功，使材料具有強(qiáng)

度和塑韌性的良好配合。一般來講調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)該為中碳鋼(C=0.3%~0.6%)；碳鋼中像30、

35、40、45、50等鋼種則既可以調(diào)質(zhì)處理又可以正回火使用；而對高碳鋼和低碳鋼見不宜

采用調(diào)質(zhì)工藝

工藝過程：首先需要將零件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后在油中或水中冷卻。冷卻

后立即入爐進(jìn)行回火(500~650C。)，以降低淬火應(yīng)力、調(diào)整組織成份，進(jìn)而達(dá)到機(jī)械性能要

求。

馬氏體：鋼中馬氏體的主要特性是高硬度和高強(qiáng)度。

鐵素體：鐵素體的塑性、韌性很好，但強(qiáng)度、硬度較低。其力學(xué)性能幾乎與純鐵相同。

奧氏體：奧氏體常存在于727C。以上，是鐵碳合金中重要的高溫相，強(qiáng)度和硬度不高，但塑

性和韌性很好，易鍛壓成形。

滲碳體：滲碳體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.69%,熔點(diǎn)為1227C。，硬度很高，塑性和韌性極低，脆

性大。滲碳體是鋼中的主要強(qiáng)化相，其數(shù)量、形狀、大小及分布狀況對鋼的性能影響很大。

珠光體:存在于鋼的退火或正火組織中，粒狀珠光體：在鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體的兩

相機(jī)械混合物稱為粒狀珠光體。粒狀珠光體一般經(jīng)球化退火而得到，也可以通過淬火加回火

處理得到。

各種組織的硬度性能指標(biāo)范圍如下：

珠光體10-20HRC

索氏體22-25HRC

屈氏體36-42HRC

馬氏體62-65HRC

回火馬氏體約60HRC

回火屈氏體40-48HRC

回火索氏體25?35HRC。

1.6、時(shí)效

時(shí)效: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；

目的：

1.穩(wěn)定鋼件淬火后的組織，減小存放或使用期間的變形；

2.減輕淬火以及磨削加工后的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定形狀和尺寸。

操作方法:將鋼件加熱到8D~200度，保溫5?20小時(shí)或更長時(shí)間，然后隨爐取出在空氣中冷

卻。

應(yīng)用要點(diǎn)：

1.適用于經(jīng)淬火后的各鋼種；

2.常用于要求形狀不再發(fā)生變化的緊密工件，如緊密絲杠、測量工具、床身機(jī)箱等。

1.7、冷處理

操作方法:將淬火后的鋼件，在低溫介質(zhì)（如干冰、液氮）中冷卻到-60—80度或更低，溫度均

勻一致后取出均溫到室溫，

目的：

L使淬火鋼件內(nèi)的殘余奧氏體全部或大部轉(zhuǎn)換為馬氏體，從而提高鋼件的硬度、強(qiáng)度、耐磨

性和疲勞極限；

2.穩(wěn)定鋼的組織，以穩(wěn)定鋼件的形狀和尺寸。

應(yīng)用要點(diǎn)：

1.鋼件淬火后應(yīng)立即進(jìn)行冷處理，然后再經(jīng)低溫回火，以消除低溫冷卻時(shí)的內(nèi)應(yīng)力；

2.冷處理主要適用于合金鋼制的緊密刀具、量具和緊密零件，

1.8釬焊

目的:用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝；

2、化學(xué)熱處理

常用化學(xué)熱處理有滲碳、滲氮（硬氮化）、碳氮共滲（軟氮化）,滲金屬

2.1氮化處理

定義：滲氮是使氮原子滲入金屬表面獲得一層含氮化合物的處理方法。

目的：提高零件表面的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。

特點(diǎn)：氮化工藝最大的特點(diǎn)是熱處理變形小，硬化層淺，特別適用于與調(diào)質(zhì)工藝相結(jié)合提高

零件的疲勞強(qiáng)度、表面耐磨性、耐蝕性和改善零件的摩擦狀態(tài)，防止膠合。適用于在周期載

荷下工作的零件，比如軸等。

應(yīng)用：原則上講任何鋼種都可以進(jìn)行氮化處理，但是最常用的氮化鋼是45（HV>300）.

40Cr（HV>400）.42CrMo（HV>500）等，氮化后一般可不加工，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用整體氮化

處理，因?yàn)榈瘜颖旧韺κ褂脕碚f只有益處，沒必要加工處理掉。

工藝要求：氮化是在氮化爐中進(jìn)行，因此變形小，氮化硬度要根據(jù)材質(zhì)而定。。此外，氮化

前必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以提高心部的機(jī)械性能，為氮化做組織準(zhǔn)備。

2.1.1滲氮（硬氮化）

般化是化學(xué)然處理的一種，也稱滲氮，指將工件置于含「氮」的爐氣（含瓶氣）中，選定適

當(dāng)?shù)臏囟?、氣體流量、氮?dú)鉂舛缺嚷实龋３忠欢ǖ臅r(shí)間，使氮元素滲入工件表面，形成硬

度甚高的表面氮化相，得到更高的耐磨耗、耐疲勞等特性。

滲氮處理的溫度通常在480~540C。范圍（既要保持工件的心部的調(diào)質(zhì)硬度又要使?jié)B氮層的

硬度達(dá)到要求值），處理的時(shí)間按照要求深度（通常在0.1~0.65mm之間）不同，一般為15~

70小時(shí),甚至更長。

2.1.2碳氮共滲（軟氮化）

碳氮共滲:碳氨共滲是向鋼的表層同時(shí)滲入碳和氮的過程。習(xí)慣上碳氨共滲又稱為“富化，

滲入鋼表面的元素以‘氮為主，同時(shí)添加了‘碳‘。軟氮化實(shí)質(zhì)上是以滲氮為主的低溫碳

氮共滲，目前以中溫氣體破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，與硬

氮化相比，滲層硬度較低，脆性較小，故稱為軟氮化。

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；

“軟氮化”含義不是指獲得的硬度比所謂的“硬氮化”的硬度低，而是含有簡便、省事、費(fèi)

用低的意思。

軟氮化方法分為氣體軟氮化和液體軟氮化兩大類。目前國內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是氣體軟氮

化。氣體軟氮化是在含有活性碳、氮原子的氣氛中進(jìn)行低溫碳、氮共滲，溫度常用560~

570C0,氮化時(shí)間常為2~3小時(shí)。

氣體軟氮化目前存在問題是表層中鐵氮化合物層厚度較?。?.01~0.02mm）,且氮化層硬度

梯度較陡，故不宜在重載條件下工作。

硬氮化應(yīng)用于載荷大，接觸疲勞相對要求高的工件，強(qiáng)調(diào)滲層深度。

而軟氮化的作用就是滲速快，一般用于載荷小的工件，滲層要求淺。

拓展：離子滲氮在低于一個(gè)大氣壓的滲氮?dú)夥罩校霉ぜ帢O）和陽極之間的產(chǎn)生的輝光放

電進(jìn)行滲氮的工藝稱為離子滲氮。其特點(diǎn)是:滲氨速度快組織易控制，氮層脆性小;變形小;易

保護(hù)，節(jié)約能源;污染少；

軟氮化硬度（僅供參考）：

滲氮層深度

材料厚度/mm硬度范圍備注

/mm

1.0-1.2以下HV320以下

0.2-0.3硬度越商易

Q2352.0?2.5HV400以內(nèi)

脆斷

5-6HV500-5700.3~0.5

2.2滲碳

定義：為提高工件表層的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度，在滲碳爐中將低碳鋼在滲

碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入工件表面，然后進(jìn)行淬火的化學(xué)熱處理工藝。

目的：使低碳鋼的表面層含碳量增加到0.85-1.10%,然后再經(jīng)淬火、低溫回火處理以消除

應(yīng)力并穩(wěn)定組織，使鋼件表面層具有高硬度（HRc56~62）,增加耐磨性及疲勞強(qiáng)度等。而心

部仍保持原有的塑性和韌性。

應(yīng)用：滲碳一般用于15Cr、20Cr等含碳量低的鋼種，滲碳層的深度是根據(jù)零件的要求不同，

一般為0.2~2mm。

設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)工件尺寸和心部強(qiáng)度要求來選擇材料和滲碳層深度。

滲碳層深的選擇要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以節(jié)約成本。

層深的增加意味著滲碳時(shí)間的延長，齒輪一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式來設(shè)計(jì)層深。

滲碳硬度（僅供參考）：

材料工藝硬度滲碳深度備注