金屬熱處理系列——“四把火”

1、金屬熱處理系列金屬熱處理系列——“四把火四把火”近期甚為寒冷，去實驗的路上，吹著冷風，就會想起材料的四把火，心中就頗為溫暖，可只能畫餅充饑嘍……今天，奉上真正的四把火，從其歷史淵源到發(fā)展應(yīng)用，一舉拿下，深入了解掌握，感受四把火的精髓，溫暖冬日的你我！熱處理的歷史淵源熱處理的歷史淵源早在商代，就已經(jīng)有了再結(jié)晶退火的金箔飾物。公元前770～前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就

2、是制造農(nóng)具的重要工藝。公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的。隨著淬火技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響。中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1

3、863年，英國金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進

4、行保護加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。二十世紀以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點電位差計使爐內(nèi)氣氛的碳勢達到可控，60年代，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝；激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。今天，主要

5、來談?wù)劅崽幚淼摹八陌鸦稹薄嘶?、正火、淬火、回火定義定義退火退火是將工件加熱到適當溫度，根據(jù)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(nèi)部組織達到或接近平衡狀態(tài)，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。淬火淬火是將工件加熱保溫后，在水、

6、油或其它無機鹽、有機水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時變脆?；鼗穑鼗?，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(guān)系密切，常常配合使用，缺一不可。等溫退火工藝應(yīng)用于中碳合金鋼和低合金鋼，其目的是細化組織和降低硬度。亞共析鋼加熱溫度為Ac3(30～50)℃，過共析鋼加熱溫度為Ac

7、3(20～40)℃，保持一定時間，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進行等溫轉(zhuǎn)變，然后出爐空冷。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻。⑤球化退火⑥再結(jié)晶退火（中間退火）略⑦去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進行的退火工藝。鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力，如不及時消除，將使工件在加工和使用過程中發(fā)生變形，影響工件精度。采用去應(yīng)力退火消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力十分重要

8、。去應(yīng)力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此，在整個熱處理過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力主要是通過工件在保溫和緩冷過程中消除的。為了使工件內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底，在加熱時應(yīng)控制加熱溫度。一般是低溫進爐，然后以100℃h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度。焊接件得加熱溫度應(yīng)略高于600℃。保溫時間視情況而定，通常為2～4h。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時間取上限，冷卻速度控制在（20～50）℃h，冷至300℃以下才能出爐空冷。2鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火鋼

9、的淬火與回火是熱處理工藝中很重要的、應(yīng)用非常廣泛的工序。淬火能顯著提高鋼的強度和硬度。如果再配以不同溫度的回火，即可消除（或減輕）淬火內(nèi)應(yīng)力，又能得到強度、硬度和韌性的配合，滿足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的兩道熱處理工藝。2.1鋼的淬火鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于臨界冷卻速度（Vc）冷卻，以得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。2.2鋼的回火鋼的回火回火是將淬火鋼加熱至A1點以下某一溫度保溫一定時間后，以

10、適當方式冷到室溫的熱處理工藝。它是緊接淬火的下道熱處理工序，同時決定了鋼在使用狀態(tài)下的組織和性能，關(guān)系著工件的使用壽命，故是關(guān)鍵工序。回火的主要目的是減少或消除淬火應(yīng)力；保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變，使工件尺寸和性能穩(wěn)定；提高鋼的熱性和塑性，選擇不同的回火溫度，獲得硬度、強度、塑性或韌性的適當配合，以滿足不同工件的性能要求。3正火工藝正火工藝正火工藝是將鋼件加熱到Ac3（或Acm）以上30～50℃，保溫適當?shù)臅r間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝

11、。把鋼件加熱到Ac3以上100～150℃的正火則稱為高溫正火。對于中、低碳鋼的鑄、鍛件正火的主要目的是細化組織細化組織。與退火相比，正火后珠光體片層較細、鐵素體晶粒也比較細小，因而強度和硬度較高。低碳鋼由于退火后硬度太低，切削加工時產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象，切削性能差，通過正火提高硬度，可改善切削性能，某些中碳結(jié)構(gòu)鋼零件可用正火代替調(diào)質(zhì)，簡化熱處理工藝。過共析鋼正火加熱刀Acm以上，使原先呈網(wǎng)狀的滲碳體全部溶入到奧氏體，然后用較快的速度冷卻，抑制