熱處理是指材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工工藝。

一、熱處理

1、正火：將鋼材或鋼件加熱到臨界點AC3或ACM以上的適當溫度保持一定時間后在空氣中冷卻，得到珠光體類組織的熱處理工藝。

2、退火：將亞共析鋼工件加熱至AC3以上20—40度，保溫一段時間后，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。

3、固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。

4、時效：合金經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，其性能隨時間而變化的現象。

5、固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工成型。

6、時效處理：在強化相析出的溫度加熱并保溫，使強化相沉淀析出，得以硬化，提高強度。

7、淬火：將鋼奧氏體化后以適當的冷卻速度冷卻，使工件在橫截面內全部或一定的范圍內發生馬氏體等不穩定組織結構轉變的熱處理工藝。

8、回火：將經過淬火的工件加熱到臨界點AC1以下的適當溫度保持一定時間，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。

9、鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習慣上碳氮共滲又稱為氰化，以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應用較為廣泛。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。

10、調質處理(quenching and tempering)：一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理。調質處理廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調質處理后得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織更優。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩定性和工件截面尺寸有關，一般在HB200—350之間。

11、釬焊：用釬料將兩種工件加熱融化粘合在一起的熱處理工藝。

二、工藝特點

金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。

三、工藝過程
熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。

加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，近而應用液體和氣體燃料。電的應用使加熱易于控制，且無環境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進行間接加熱。

金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全，這段時間稱為保溫時間。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬。

四、工藝分類

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業上應用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，獲得需要的金相組織，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

工藝手段：
退火是將工件加熱到適當溫度，根據材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備。

正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理。

淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬火介質中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆，為了及時消除脆性，一般需要及時回火。

為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當溫度進行長時間的保溫，再進行冷卻，這種工藝稱為回火。退火、正火、淬火、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用，缺一不可?！八陌鸦稹彪S著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強度和韌性，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調質。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。

把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學熱處理。

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。

化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝?；瘜W熱處理與表面熱處理不同之處是前者改變了工件表層的化學成分?；瘜W熱處理是將工件放在含碳、鹽類介質或其它合金元素的介質(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬。

熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能 ，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應力狀態，以利于進行各種冷、熱加工。

例如：白口鑄鐵經過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性 ；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經過熱處理方可使用。

補充手段
一、退火的種類

退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后慢慢冷卻的熱處理工藝。

鋼的退火工藝種類很多，根據加熱溫度可分為兩大類：一類是在臨界溫度(Ac1或Ac3)以上的退火，又稱為相變重結晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和擴散退火(均勻化退火)等；另一類是在臨界溫度以下的退火，包括再結晶退火及去應力退火等。按照冷卻方式，退火可分為等溫退火和連續冷卻退火。

1、完全退火和等溫退火
完全退火又稱重結晶退火，一般簡稱為退火，它是將鋼件或鋼材加熱至Ac3以上20~30℃，保溫足夠長時間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結構。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預先熱處理。

2、球化退火
球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼(如制造刃具、量具、模具所用的鋼種)。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。

3、去應力退火
去應力退火又稱低溫退火(或高溫回火)，這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產生變形或裂紋。

4.不完全退火是將鋼加熱至Ac1~Ac3(亞共析鋼)或Ac1~ACcm(過共析鋼)之間，經保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。
二、淬火時，最常用的冷卻介質是鹽水，水和油。

鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴重，甚至發生開裂。而用油作淬火介質只適用于過冷奧氏體的穩定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。

二、鋼回火的目的

1、降低脆性，消除或減少內應力，鋼件淬火后存在很大內應力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發生變形甚至開裂。

2、獲得工件所要求的機械性能，工件經淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當回火的配合來調整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性、塑性。

3、穩定工件尺寸

4、對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火(或正火)后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當聚集，將硬度降低，以利切削加工。

補充概念

1、退火：指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退火、去應力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。

2、正火：指將鋼材或鋼件加熱到或 (鋼的上臨界點溫度)以上，30～50℃保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。

3、淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1(鋼的下臨界點溫度)以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當的冷卻速度，獲得馬氏體(或貝氏體)組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有單介質淬火、雙介質淬火、馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等。

4、回火：指鋼件經淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韌性等。

5、調質：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。

6、滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

回火

根據工件性能要求的不同，按其回火溫度的不同，可將回火分為以下幾種：

(一) 低溫回火(150－250度)
低溫回火所得組織為回火馬氏體。其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內應力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。

(二) 中溫回火(250－500度)
中溫回火所得組織為回火屈氏體。其目的是獲得高的屈服強度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。

(三) 高溫回火(500－650度)
高溫回火所得組織為回火索氏體。習慣上將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理，其目的是獲得強度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機，機床等的重要結構零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類?；鼗?/p>

變形預防

精密復雜模具的變形原因往往是復雜的，但是我們只要掌握其變形規律，分析其產生的原因，采用不同的方法進行預防模具的變形是能夠減少的，也是能夠控制的。一般來說，對精密復雜模具的熱處理變形可采取以下方法預防。

(1) 合理選材。對精密復雜模具應選擇材質好的微變形模具鋼(如空淬鋼)，對碳化物偏析嚴重的模具鋼應進行合理鍛造并進行調質熱處理，對較大和無法鍛造模具鋼可進行固溶雙細化熱處理。

(2) 模具結構設計要合理，厚薄不要太懸殊，形狀要對稱，對于變形較大模具要掌握變形規律，預留加工余量，對于大型、精密復雜模具可采用組合結構。

(3) 精密復雜模具要進行預先熱處理，消除機械加工過程中產生的殘余應力。

(4) 合理選擇加熱溫度，控制加熱速度，對于精密復雜模具可采取緩慢加熱、預熱和其他均衡加熱的方法來減少模具熱處理變形。

(5) 在保證模具硬度的前提下，盡量采用預冷、分級冷卻淬火或溫淬火工藝。

(6) 對精密復雜模具，在條件許可的情況下，盡量采用真空加熱淬火和淬火后的深冷處理。

(7) 對一些精密復雜的模具可采用預先熱處理、時效熱處理、調質氮化熱處理來控制模具的精度。

(8) 在修補模具砂眼、氣孔、磨損等缺陷時，選用冷焊機等熱影響小的修復設備以避免修補過程中變形的產生。

另外，正確的熱處理工藝操作(如堵孔、綁孔、機械固定、適宜的加熱方法、正確選擇模具的冷卻方向和在冷卻介質中的運動方向等)和合理的回火熱處理工藝也是減少精密復雜模具變形的有效措施。

表面淬火回火熱處理通常用感應加熱或火焰加熱的方式進行。主要技術參數是表面硬度、局部硬度和有效硬化層深度。硬度檢測可采用維氏硬度計，也可采用洛氏或表面洛氏硬度計。試驗力(標尺)的選擇與有效硬化層深度和工件表面硬度有關。這里涉及到三種硬度計。

一、維氏硬度計是測試熱處理工件表面硬度的重要手段，它可選用0.5～100kg的試驗力，測試薄至0.05mm厚的表面硬化層，它的精度是最高的，可分辨出熱處理工件表面硬度的微小差別。另外，有效硬化層深度也要由維氏硬度計來檢測，所以，對于進行表面熱處理加工或大量使用表面熱處理工件的單位，配備一臺維氏硬度計是有必要的。

二、表面洛氏硬度計也是十分適于測試表面淬火工件硬度的，表面洛氏硬度計有三種標尺可以選擇?？梢詼y試有效硬化深度超過0.1mm的各種表面硬化工件。盡管表面洛氏硬度計的精度沒有維氏硬度計高，但是作為熱處理工廠質量管理和合格檢查的檢測手段，已經能夠滿足要求。況且它還具有操作簡單、使用方便、價格較低，測量迅速、可直接讀取硬度值等特點，利用表面洛氏硬度計可對成批的表面熱處理工件進行快速無損的逐件檢測。這一點對于金屬加工和機械制造工廠具有重要意義。

三、當表面熱處理硬化層較厚時，也可采用洛氏硬度計。當熱處理硬化層厚度在0.4～0.8mm時，可采用HRA標尺，當硬化層厚度超過0.8mm時，可采用HRC標尺。

維氏、洛氏和表面洛氏三種硬度值可以方便地進行相互換算，轉換成標準、圖紙或用戶需要的硬度值。相應的換算表在國際標準ISO、美國標準ASTM和中國標準GB/T中都已給出。

局部淬火

零件如果局部硬度要求較高，可用感應加熱等方式進行局部淬火熱處理，這樣的零件通常要在圖紙上標出局部淬火熱處理的位置和局部硬度值。零件的硬度檢測要在指定區域內進行。硬度檢測儀器可采用洛氏硬度計，測試HRC硬度值，如熱處理硬化層較淺，可采用表面洛氏硬度計，測試HRN硬度值。

化學熱處理

化學熱處理是使工件表面滲入一種或幾種化學元素的原子，從而改變工件表面的化學成分、組織和性能。經淬火和低溫回火后，工件表面具有高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度，而工件的芯部又具有高的強韌性。

根據以上所說的內容，在熱處理過程中對溫度的檢測和記錄非常重要，溫度控制得不好對產品的影響十分大。所以，溫度的檢測十分重要，在整個過程的溫度變化趨勢也顯得十分重要，導致在熱處理的過程中必須對溫度的變化進行記錄，可以方便以后進行數據分析，也可以查看到底是哪段時間溫度沒有達到要求。這樣對以后的熱處理進行改進起到非常大的作用。

過熱

從托輥配件軸承零件粗糙口上可觀察到淬火后的顯微組織過熱。但要確切判斷其過熱的程度必須觀察顯微組織。若在GCr15鋼的淬火組織中出現粗針狀馬氏體，則為淬火過熱組織。形成原因可能是淬火加熱溫度過高或加熱保溫時間太長造成的全面過熱；也可能是因原始組織帶狀碳化物嚴重，在兩帶之間的低碳區形成局部馬氏體針狀粗大，造成的局部過熱。過熱組織中殘留奧氏體增多，尺寸穩定性下降。由于淬火組織過熱，鋼的晶體粗大，會導致零件的韌性下降，抗沖擊性能降低，軸承的壽命也降低。過熱嚴重甚至會造成淬火裂紋。

欠熱

淬火溫度偏低或冷卻不良則會在顯微組織中產生超過標準規定的托氏體組織，稱為欠熱組織，它使硬度下降，耐磨性急劇降低，影響托輥配件軸承壽命。

淬火裂紋

托輥軸承零件在淬火冷卻過程中因內應力所形成的裂紋稱淬火裂紋。造成這種裂紋的原因有：由于淬火加熱溫度過高或冷卻太急，熱應力和金屬質量體積變化時的組織應力大于鋼材的抗斷裂強度；工作表面的原有缺陷(如表面微細裂紋或劃痕)或是鋼材內部缺陷(如夾渣、嚴重的非金屬夾雜物、白點、縮孔殘余等)在淬火時形成應力集中；嚴重的表面脫碳和碳化物偏析；零件淬火后回火不足或未及時回火；前面工序造成的冷沖應力過大、鍛造折疊、深的車削刀痕、油溝尖銳棱角等?？傊?，造成淬火裂紋的原因可能是上述因素的一種或多種，內應力的存在是形成淬火裂紋的主要原因。淬火裂紋深而細長，斷口平直，破斷面無氧化色。它在軸承套圈上往往是縱向的平直裂紋或環形開裂；在軸承鋼球上的形狀有S形、T形或環型。淬火裂紋的組織特征是裂紋兩側無脫碳現象，明顯區別與鍛造裂紋和材料裂紋。

熱處理變形

NACHI軸承零件在熱處理時，存在有熱應力和組織應力，這種內應力能相互疊加或部分抵消，是復雜多變的，因為它能隨著加熱溫度、加熱速度、冷卻方式、冷卻速度、零件形狀和大小的變化而變化，所以熱處理變形是難免的。認識和掌握它的變化規律可以使軸承零件的變形(如套圈的橢圓、尺寸漲大等)置于可控的范圍，有利于生產的進行。當然在熱處理過程中的機械碰撞也會使零件產生變形，但這種變形是可以用改進操作加以減少和避免的。

表面脫碳

托輥配件軸承零件在熱處理過程中，如果是在氧化性介質中加熱，表面會發生氧化作用使零件表面碳的質量分數減少，造成表面脫碳。表面脫碳層的深度超過最后加工的留量就會使零件報廢。表面脫碳層深度的測定在金相檢驗中可用金相法和顯微硬度法。以表面層顯微硬度分布曲線測量法為準，可做仲裁判據。

軟點

由于加熱不足，冷卻不良，淬火操作不當等原因造成的托輥軸承零件表面局部硬度不夠的現象稱為淬火軟點。它像表面脫碳一樣可以造成表面耐磨性和疲勞強度的嚴重下降。