金属热处理系列——“四把火”
近期甚为寒冷，去实验的路上，吹着冷风，就会想起材料的四把火，心中就颇为温暖，可只能画饼充饥喽……今天，奉上真正的四把火，从其历史渊源到发展应用，一举拿下，深入了解掌握，感受四把火的精髓，温暖冬日的你我！
热处理的历史渊源
早在商代，就已经有了再结晶退火的金箔饰物。公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
今天，主要来谈谈热处理的“四把火”——退火、正火、淬火、回火
定义
退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。
正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。
回火，为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。
退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
1 钢的退火
退火是生产中常用的预备热处理工艺。大部分机器零件及工、模具的毛坯经退火后，可消除铸、锻及焊件的内应力与成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的力学性能，为下道工序作好组织准备。对性能要求不高、不太重要的零件及一些普通铸件、焊件，退火可作为最终热处理。
钢的退火是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。退火的目的在于均匀化学成分、改善机械性能及工艺性能、消除或减少内应力并为零件最终热处理作好组织准备。钢的退火工艺种类颇多，按加热温度可分为两大类：
一类是在临界温度（Ac3或Ac1）以上的退火，也称为相变重结晶退火。包括完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和扩散退火等；
另一类是在临界温度（Ac1）以下的退火，也称低温退火。包括再结晶退火、去应力和去氢退火等。
按冷却方式可分为连续冷却退火及等温退火等。
退火的目的
①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
退火工艺的种类
①均匀化退火（扩散退火)
均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。
均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除或减少成分或组织不均匀的目的。由于扩散退火的加热温度高，时间长，晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。
②完全退火
完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。
完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。
完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、所选用的设备型号等多种因素确定。为了保证过冷奥氏体完全进行珠光体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空冷。
③不完全退火
不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。
不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度，加热温度为
Ac1+(40～60)℃，保温后缓慢冷却。
④等温退火
等温退火是将钢件或毛坯件加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体温度区间地某一温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。
等温退火工艺应用于中碳合金钢和低合金钢，其目的是细化组织和降低硬度。亚共析钢加热温度为Ac3+(30～
50)℃，过共析钢加热温度为Ac3+(20～40)℃，保持一定时间，随炉冷至稍低于Ar3温度进行等温转变，然后出炉空冷。等温退火组织与硬度比完全退火更为均匀。
⑤球化退火⑥再结晶退火（中间退火）略
⑦去应力退火
去应力退火是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺。锻造、铸造、焊接以及切削加工后的工件内部存在内应力，如不及时消除，将使工件在加工和使用过程中发生变形，影响工件精度。采用去应力退火消除加工过程中产生的内应力十分重要。
去应力退火的加热温度低于相变温度A1，因此，在整个热处理过程中不发生组织转变。内应力主要是通过工件在保温和缓冷过程中消除的。为了使工件内应力消除得更彻底，在加热时应控制加热温度。一般是低温进炉，然后以100℃/h左右得加热速度加热到规定温度。焊接件得加热温度应略高于600℃。保温时间视情况而定，通常为2～4h。铸件去应力退火的保温时间取上限，冷却速度控制在（20～50）℃/h，冷至300℃以下才能出炉空冷。
2 钢的淬火与回火
钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道热处理工艺。
2.1 钢的淬火
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
2.2 钢的回火
回火是将淬火钢加热至A1点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷到室温的热处理工艺。它是紧接淬火的下道热处理工序，同时决定了钢在使用状态下的组织和性能，关系着工件的使用寿命，故是关键工序。回火的主要目的是减少或消除淬火应力；保证相应的组织转变，使工件尺寸和性能稳定；提高钢的热性和塑性，选择不同的回火温度，获得硬度、强度、塑性或韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。
3 正火工艺
正火工艺是将钢件加热到Ac3（或Acm）以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。把钢件加热到Ac3以上100～150℃的正火则称为高温正火。
对于中、低碳钢的铸、锻件正火的主要目的是细化组织。与退火相比，正火后珠光体片层较细、铁素体晶粒也比较细小，因而强度和硬度较高。
低碳钢由于退火后硬度太低，切削加工时产生粘刀的现象，切削性能差，通过正火提高硬度，可改善切削性能，某些中碳结构钢零件可用正火代替调质，简化热处理工艺。
过共析钢正火加热刀Acm以上，使原先呈网状的渗碳体全部溶入到奥氏体，然后用较快的速度冷却，抑制渗碳体在奥氏体晶界的析出，从而能消除网状碳化物，改善过共析钢的组织。
焊接件要求焊缝强度的零件用正火来改善焊缝组织，保证焊缝强度。
在热处理过程中返修零件必须正火处理，要求力学性能指标的结构零件必须正火后进行调质才能满足力学性能要求。中、高合金钢和大型锻件正火后必须加高温回火来消除正火时产生的内应力。
有些合金钢在锻造时产生部分马氏体转变，形成硬组织。为了消除这种不良组织采取正火时，比正常正火温度高20℃左右加热保温进行正火。
正火工艺比较简便，有利于采用锻造余热正火，可节省能源和缩短生产周期。
正火工艺与操作不当也产生组织缺陷，与退火相似，补救方法基本相同。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬
火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
正火与退火的差别
钢的热处理 钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 第一节钢的热处理原理 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却
一、钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（ A）的形成 奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。影响 A晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。
热处理工艺 摘要：现代机器制造对金属材料的性能不断提出更高的要求，如果完全依赖原材料的原始性能来满足这些要求，常常是不经济的，甚至是不可能的。热处理可提高零件的强度、硬度、韧性、弹性，同时，还可改善毛胚或原材料切削性能，使之易于加工。可见，热处理是改善原材料或毛胚的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘材料潜力不可缺少的工艺方法。热处理在机械制造业中的应用极其广泛。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。 Modern machine manufacturing of metal material performance continuously put forward higher requirements, if totally dependent on the raw performance of the raw materials to meet these requirements, often not economical, even is impossible. Heat treatment can improve the strength, hardness, toughness and elasticity of the parts, and it also can improve the cutting performance of hair germ or raw material, so it is easy to be processed. Heat treatment is an essential method to improve the processing performance of raw materials or hair germ, guarantee the product quality, extend the service life and excavate the potential of material. Heat treatment in the mechanical manufacturing industry is very extensive. Iron and steel is the most widely used material in mechanical industry. The microstructure of steel is controlled by heat treatment, so the heat treatment is the main content of metal heat treatment. 关键词：热处理退火正火淬火回火温度 Heat treatment ，Annealing ，Normalizing ，Quenching ，Tempering ，Temperature 正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。 退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调制。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，
2017热处理工艺复习题 一、 填空题 1.钢的热处理工艺由 加热 、 保温 、 冷却 三个阶段所组成。 2.热处理工艺基本参数： 加热温度、气氛、冷却方法、热源 。 3.钢完全退火的正常温度范围是 Ac3以上20~30℃ ，它只适应于亚共析 钢。 4.球化退火的主要目的是 ，它主要适用于 钢。 5.钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是 ，对过共析钢 是 。 6.当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则M S 点越 ，转变 后的残余奥氏体量就越 。 7.改变钢整体组织的热处理工艺有 、 、 、 四种。 8.淬火钢进行回火的目的是 ，回火温度越高，钢 的强度与硬度越 。 9.化学热处理的基本过程包括 、 、 等三个阶段。 10.欲消除过共析钢中大量的网状渗碳体应采用 ，欲消除铸件中枝晶 偏析应采用 。 11.低碳钢为了便于切削，常预先进行 处理；高碳钢为了便于 切削，常预先进行 处理； 12.感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为 、 、和 三种。而且感应加热电流频率越高，淬硬层越 。 13.钢的淬透性主要取决于————————————，马氏体的硬度主要取决于————————————，钢的 表层淬火，只能改变表层的————————————，而化学热处理既能改变表层的————————————，又能 改变表层的————————————。 14.钢在一定条件下淬火后，获得一定深度的淬透层的能力，称为钢的淬透性。淬透层通 常以 的深度来表示。 15. 中温回火主要用于处理__ ____零件，回火后得到 组织。
16.45钢正火后渗碳体呈状，调质处理后渗碳体 呈状。 17.形变热处理是将塑性变形的强化与热处理时 的强化结合，使成型工艺与获得最终性能统一起来的一种综合工艺。 二、单选题 1.电阻炉空载功率小，说明炉子热损失： A）小；B）大；C）厉害；D）可忽略不计。 2.检测氮碳共渗零件的硬度时应选用：A）洛式硬度计；B）维氏硬度计；C）布氏硬度计； D）肖氏硬度计。 3.可控气氛炉渗碳时排出的废气：A）必须燃烧后排放；B）不燃烧直接排放；C）通入水中排 放； D）通入碱水中排放。 4.在生产中，用来消除过共析钢中的网状渗碳体最常用的热处理工艺是：A）完全退火； B）正火；C）不完全退火；D）回火。 5.气体渗氮的主要缺点是：A）周期太长；B）劳动强度大；C）硬度低；D）渗层浅。 6.镗床主轴通常采用38CrMoA1钢进行：A）氮碳共渗；B）渗碳；C）渗氮；D）渗硫。 7.确定碳钢淬火加热温度的基本依据是：A）Fe-Fe C相图；B）“C”曲线；C）“CCT”曲线； 3 D）淬透性曲线图。 8.为获得良好的综合力学性能，38CrMoAl钢制造的氮化件预先热处理应采用：A）退火；B） 正火；C）调质；D）渗碳。 9.高速钢淬火冷却时，常常在580～600℃停留10～15分钟，然后在空气中冷却，这种操作 方法叫做：A）双介质淬火；B）等温淬火；C）分级淬火；D）亚温淬火。 10.某零件调质处理以后其硬度偏低，补救的措施是：A）重新淬火后，选用低一点的温度回火； B）再一次回火，回火温度降低一点；C）重新淬火后，选用高一点的温度回火；D）再一次回火，回火温度提高一点。 11.钢感应加热表面淬火的淬硬层深度，主要取决于：A）钢的含碳量；B）冷却介质的冷却能 力；C）感应电流频率；D）感应电流电压。 12.为增加T12钢的强韧性，希望控制淬火马氏体的含碳量，减少孪晶马氏体的相对量及获得
1.热处理工艺的分类 金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。 整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。 8.5补充手段之二 1．退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火、去应力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。 2．正火：指将钢材或钢件加热到或（钢的上临界点温度）以上，30～50℃保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 3．淬火：指将钢件加热到Ac3 或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。 4．回火：指钢件经淬硬后，再加热到Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。 5．调质：指将钢材或钢件进行淬火及高温回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。 6．渗碳：渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面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。
退火、正火、淬火、回火工艺 金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度， 并在此温度中保持一定时间 后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一， 与其它加工工艺相比， 热处理一般不改变工 件的形状和整体的化学成分， 而是通过改变工件内部的显微组织， 分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量， 到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、 物理性能和化学性能, 形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。 钢铁是机械工业中应用 最广的材料， 钢铁显微组 织复杂，可以通过热处理予以控制， 所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。 另外，铝 铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、 物理和化学性能，以获得不同的使 用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。 早在公 元前770?前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变 形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。 中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟， 其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过 淬火的。 随着淬火技术的发展， 人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。 三国蜀人蒲元曾在今陕西 斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到 不同水质的冷却能力了， 同时也注意了油和尿的冷却能力。 中国出土的西汉（公元前206?公 元24）中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.15?0.4%，而表面含碳量却达 0.6%以上，说明 已应用了渗碳工艺。但当时作为个人 手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证 明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的 相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论， 以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图， 为 现代热处理工艺初步奠定了理论基础。 与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中 对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。 1850?1880年，对于应用各种气体（如氢气、煤气、一氧化碳等 ）进行保护加热曾有一 系列专利。1889?1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。 二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用， 使金属热处理工艺得到更大 发展。一个显著的进展是 1901?1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年 代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探 头等进一步控制炉内气氛碳势的方法； 60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展 了离子渗氮、渗碳工艺； 激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学 热处理方法。 二金属热处理的工艺 热处理工艺一般包括加热、 保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 这些 过程互相衔接，不可间断。 加热是热处理的重要步骤之一。 金属热处理的加热方法很多， 最早是采用木炭和煤作为 热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制， 且无环境污染。利用这些热源 或改变工件表面的化学成 而这一般不是肉眼所能看 除合理选用材料和各种成
20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 1.前言 1.120CrMnTi钢概述 20CrMnTi是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能，零件表面渗碳0.7-1.1mm。在渗碳淬火低温回火后，表面硬度为58-62HRC，心部硬度为30-45HRC。20CrMnTi的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。此外，20CrMnTi 还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi 钢是比较合适的。经过910-940℃渗碳，870℃淬火，180-200℃回火后机械性能的抗拉强度≥1100Mpa、屈服强度≥850Mpa、延伸率≥10％、断面收缩率≥45％，冲击韧性≥680，硬度为58-62HRC。 20CrMnTi合金成分表1.1 C Si Mn Cr S P Ni Cu Ti 0.17～0.230.17～0.370.80～1.10 1.00～1.30≤0.035≤0.035≤0.030≤0.0300.04～0.10 1.220CrMnTi泵体齿轮的的工艺流程： 1.320CrMnTi钢常见的热处理工艺 表1.2 20CrMnTi钢常见的热处理工艺表 热处理工 艺工艺参数硬度要 求 工艺特点 完全退火加热860~880℃，保温，炉 冷 ≤ 217HB S 消除残余应力，降低硬度 正火加热920~950℃，保温，空 冷156~2 07HBS 加热温度在Ac3825℃线之上，细化晶 粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少 量铁素体组织 淬火加热860~900℃，保温，油 冷48~54 HRC 淬火温度高，淬透性中等，变形较大， 硬度不高，耐磨性差 回火加热500~650℃，保温2h， 油冷30~36 HRC 回火索氏体组织 下料锻造正火清洗淬火回火 加工渗碳 包装 清洗检验
热处理工艺的“四把火” 金属热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的热处理工艺。按照其处理工艺可以分为退火、正火、淬火、回火四种基本工艺，称为“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。 正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3 或ACM 以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 退火：是将工件加热到适当温度（AC3以上20-40度），根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下的热处理工艺，其实质是将钢加热奥氏体化后进行珠光体转变。 目的和作用 (1)降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工; (2)细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，均匀钢的组织成分，改善钢的性能或为以后的热处理做准备; (3)消除钢中的内应力，以防止变形或开裂。 淬火：淬火就是将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后将工件放入水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却以获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降
低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。 目的和作用 使过冷奥氏体进行马氏体(或贝氏体)转变，得到马氏体（或贝氏体）组织，然后配合以不同温度的回火，获得所需的力学性能。 (注：淬火态工件不允许直接投入现场使用，通常在此之后必须实时进行1-2次或以上之回火加工，以调整其组织及应力等。) 回火：回火就是将经过碎火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 目的和作用 (1)合理地调整力学性能，使工件满足使用要求； (2)稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的尺寸、形状不变； (3)降低或消除淬火内应力，以减少工件的变形并防止开裂。 钢的热处理温度Al、A3与Acl、Ac3、Arl和Acm 铁碳合金可以查阅Fe-C相图，如果是合金钢只能根据具体牌号查阅。 A1：在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度； A3：亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高泪度； Acl：钢加热时，开始形成奥氏体的温度； Ac3：亚共析钢加热时，所有铁素体均转变为奥氏体的温度； Arl：钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体分解为铁素体和珠光体的温度； Acm：过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度，即过共析钢的上临界点。 即一般所说的下转变温度是Al或Acl，上转变温度是A3或Ac3或Acm。不同化学成分，有不同的临界点。 Q245R钢:Acl是735 、Ac3 是855 、Arl是680 、Ar3 是855 . Q345R钢: Ac1是735 、Ac3 是863 、Arl是685 、Ar3 是840 . 45钢: Ac1是740 、Ac3 是850 、Arl是735 、Ar3 是785 .
北华航天工业学院 《热处理工艺设计》 课程设计报告 报告题目：CA8480轧辊车床主轴 和淬火量块 热处理工艺的设计 作者所在系部：材料工程系 作者所在专业：金属材料工程 作者所在班级：B10821 作者学号：20104082104 作者姓名：倪新光 指导教师姓名：翟红雁 完成时间：2013.06.27
课程设计任务书 课题名称 CA8480轧辊车床主轴和淬火量块 热处理工艺的设计 完成时间06.27 指导教师翟红雁职称教授学生姓名倪新光班级B10821 总体设计要求 一、设计要求 1.要求学生在教师指导下独立完成零件的选材； 2.要求学生弄清零件的工作环境。 3.要求学生通过对比、讨论选择出最合理的预先热处理工艺和最终热处理工艺方法； 4.要求学生分别制定出预先热处理和最终热处理工艺的正确工艺参数，包括加热方式、加热温度、保温时间以及冷却方式； 5.要求学生写出热处理目的、热处理后组织以及性能。 工作内容及时间进度安排 内容要求时间备注 讲解并自学《金属热处理工艺》课本第六章；收集资料, 分析所给零件的工作环境、性能要求, 了解热处理工艺设计的方法、内容和步骤； 通过对零件的分析，选择合适的材料以及技术要 求 0.5天 热处理工艺方法选择和工艺路线的制定 确定出几种（两种以上）工艺 线及热处理 方案，然后进行讨论对比优缺点, 确定最佳工艺 路线及热处理工艺方案 1.5天 热处理工艺参数的确定及热处理后组织、性能 查阅资料，确定出每种热处理工艺的参数, 包括加热方式、温度和时间，冷却方式等，并绘 出相应的热处理工艺曲线 1.5天 编写设计说明书按所提供的模板 0.5天 答辩1天 课程设计说明书内容要求 一. 分析零件的工作环境，确定出该零件的性能要求，结合技术要求，选出合适的材料，并阐述原因。 二. 工艺路线和热处理方案的讨论。要求两种以上方案进行讨论，条理清晰，优缺点明确。 三. 每种热处理工艺参数的确定（工序中涉及到的所有热处理工艺）。写出确定参数的理由和根据，（尽可能写出所使用的设备）要求每一种热处理工艺都要画出热处理工艺曲线; 四. 写出每个工序的目的以及该零件热处理后常见缺陷。
一、目的 （1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织。 （2）了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。 （3）熟悉碳钢几种典型热处理组织的形态及特征。 二、概述 碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C曲线）。 铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。 1、共析钢等温冷却时的显微组织 共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表4－1中。 2、共析钢连续冷却时的显微组织 为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图4－1）来分析。例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图4－1中的υ1）应得到100%的珠光体；当冷却速度增大到υ2时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏体或屈氏体；当冷却速度增大到υ3时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏体；当冷却速度增大至υ4、υ5（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏体，其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（υ4）称为淬火的临界冷却速度。 3、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织 亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，如图4－2所示。 当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图4－2中υ1），转变产物接近平衡组织，即珠光体和铁素体。随着冷却速度的增大，即υ3>υ2>υ1时，奥氏体的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。 表4－1
40Cr热处理 制定40Cr钢退火、正火、淬火、回火、调质热处理工艺，测定在各种热处理情况下试样的硬度和冲击 韧性，并进行材料的金相组织分析，得出了40Cr钢调质处理具有良好综合性能的结论。 1 40Cr材料简介 1．1 40Cr的化学成分及临界温度 40Cr的化学成分及临界温度见表1。 表1 40Cr的化学成分及临界温度 化学成分临界温度C Mn Si l C Ac Ac0 A A 0 0．37～0．45 O．5～O．8 。．2～。．4I。．8。～1．1。 743 800 693 73O 1．2 4OCr的性质 从铁碳合金相图来看，40Cr钢属于亚共析钢，缓冷到室温后的组织为铁素体+珠光体；从钢的分类来看，40Cr钢属于低淬透性调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即具有良好的综合机械性能；40Cr钢可用于制造汽车的连杆、螺栓、传动轴及机床的主轴等零件。 2 40Cr热处理工艺特性介绍 2．1 预备热处理 调质钢经热加工后，必须经过预备热处理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工时造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好准备。对于 40Cr钢而言，可进行正火或退火处理。 2．2 最终热处理 调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。一般可以采用较慢的冷却速度淬火，可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时，采用较低的回火温度，反之 选用较高的回火温度。 3 40Cr热处理工艺的制定 按上述知识，对40Cr钢分别采用退火、正火、淬火、不同的回火温度情况下的热处理，测定不同情况下试样的硬度与冲击韧性值。 3．1 退火工艺的制定 图1为退火及正火工艺曲线图。加热温度：A 。+ (3O～50) C，由此确定加热温度为850 C；保温时间： 120min；冷却方式：随炉冷却。 t／mirl 图1 退火及正火工艺曲线图 3．2 正火工艺的制定 加热温度：Ac。+ (30~50)C，由此确定加热温度为850 C；保温时间：120min；冷却方式：空冷。 3．3 淬火工艺的制定 图2为淬火工艺曲线图。加热温度：A 。+ (3O～50)C，由此确定加热温度为850 C；保温时间：80min；冷却方式：油冷。 3．4 回火工艺的制定
金属材料热处理中的“四把火” 来源：对钩网 热处理是一种常见的金属材料加工工艺，目的是在不破坏金属材料形状的前提之下，通过改变材料表面化学成分或内部显微结构，从而提升材料某些方面的性能。顾名思义，热处理是以温度控制为手段的，工艺流程一般包括加热、保温和冷却三个环节。早在公元前六世纪，钢铁冶炼技术被人类发明并得到普遍推广。那时候，人们就已经开始使用简单的热处理工艺，以增加钢铁材料的硬度。随着相关科学理论的不断完善，近年来，这种金属材料加工工艺得到了更大的发展。其中最常用的手段被称为“四把火”。 热处理工艺中的“四把火”，这是四种不同处理方法的总称，依次分别是退火、正火、淬火和回火。因为都带一个“火”字，所以合称“四把火”。这“四把火”都与金属材料加热后的冷却处理有关，但因为冷却的方法和媒介不同而有所区别。 退火 当金属加热到适宜温度以后，先保温达到足够的时间，保温时间的长短是根据材料性质和工件的形状、尺寸来决定的，然后再进行缓慢冷却，这种方法称为退火。经过退火处理的金属材料，硬度降低，切削加工性得到改善，残余应力被消除，在加工过程中不容易发生变形或出现裂纹。 正火 正火，又称常化，其过程与退火类似，只是冷却时需将工件放置在空气中，或对其进行喷水、喷雾、吹风等手段辅助冷却。对金属材料进行正火处理，也可以起到去除内应力和改善切削工艺的效果，只是得到的材料硬度更大、组织更细。退火和正火通常都作为改善材料性能的预备热处理，但对一些要求不太高的材料，正火也可以作为最终热处理而使用。 淬火 将工件加热保温，使之全部或部分奥氏体1化以后，借助水、油或其它无机盐、有机水溶液作为介质，对金属进行快速冷却处理的工艺称为淬火。淬火可以大大提高工件硬度，尤其是表面淬火技术，因工件氧化和脱碳量较少，常被应用在机床主轴和齿轮的加工制造当中。但经过淬火后的金属材料通常脆性也会增加，需要及时进行下一步回火工序。 回火 回火是将淬火后的工件重新加热到低于下临界温度范围以内的某一合适温度，然后放置在高于室温而低于650℃的环境内长时间保温，最后进行冷却。这一工序可以有效降低钢件脆性，提高其延性和韧性。回火与淬火经常配合使用，淬火后的工件如果进行高温回火工艺，整个过程统称为调质处理；如果在略高于室温的环境下进行回火，则把整个过程统称为时效处理。 复杂热处理 除简单的“四把火”外，热处理工艺还经常与其他工艺结合使用，形成更复杂的热处理工艺，以达到更好的加工效果。如在对材料进行热处理的流程中，加入了压力加工形变这道工序，这样的结合可以很好地增强工件强度和韧性，这种方法称为形变热处理。如把热处理过程置于负压气氛或真空环境中进行，将有效避免工件发生氧化、脱碳等现象，处理出来的工件表面光洁，性能也有所提升，
热处理工艺之四把火 热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。 一、热处理工艺的分类 热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的晶相组织结构，来改变其性能的一种金属热加工工艺。 热处理工艺大体分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。 整体热处理分为正火，退火，淬火，回火，调质，稳定化处理，固溶处理，水韧处理，失效处理。其中正火、退火、淬火、回火称为热处理中的“四把火”。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理。化学热处理主要分为渗碳，渗氮，碳氮共渗等。 以下主要介绍整体热处理“四把火”及常见的调质热处理工艺的目的及应用范围。 二、整体热处理中“四把火“及调质热处理工艺的目的及应用范围 （1）正火 1）正火定义：正火又称为常化，是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从727℃到912℃之间)或Acm(Acm 是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。 2）正火的目的：①去除材料的内应力；②增加材料的硬度。 3）正火的主要应用范围有：①用于低碳钢；②用于中碳钢；③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等；④用于铸钢件；⑤用于大型锻件；⑥用于球墨铸铁。 （2）退火 1）退火定义：指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)。 2）退火的目的：①降低硬度，改善切削加工性；②消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；③细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷；④均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。 3）退火的主要应用范围：①完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷，使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性；②不完全退火主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件，使晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力，改善被切削性；③球化退火只应用于钢的中退火方法，其中中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大；④去应力退火主要适用于毛坯件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向。（3）淬火
热处理的详细介绍 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 热处理的发展史 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
淬火 Hardening or Quenching cui huǒ (行业内，淬读"zàn"音，即读“zàn huǒ”） 钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体[1]化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。 通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。 淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。 淬火能使钢强化的根本原因是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织（或贝氏体组织）。 钢淬火工艺最早的应用见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。 淬火工艺最早的史料记载见于《汉书.王褒传》中的“清水焠其峰”。 “淬火”在专业文献上，人们写的是“淬火”，而读起来又称“蘸火”。“蘸火”已成为专业口头交流的习用词，但文献中又看不到它的存在。也就是说，淬火是标准词，人们不读它，“蘸火”是常用词，人们却不写它，这是我国文字中不多见的现象。 淬火是“蘸火”的正词，淬火的古词为蔯火，本义是灭火，引申义是“将高温的物体急速冷却的工艺”。“蘸火”是冷僻词，属于现代词，是文字改革后出现的产物，“蘸”字本义与淬火无关。“蘸火”本词为“湛火”，“湛”字读音同“蘸”，而其字形又与水、火有关，符合“水与火合为蔯”之意，字义与“淬火”相通。“湛火”为本词，“蘸火”则为假借词。 淬火 将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火4类。 淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法：
正火，回火，退火，淬火的区别 1.退火 把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温． 退火有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。 a将钢加热到预定温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却称为完全退火．目的是降低钢的硬度，消除钢中不均匀组织和内应力． b，把钢加热到７５０度，保温一段时间，缓慢冷却至５００度下，最后在空气中冷却叫球化退火．目的是降低钢的硬度，改善切削性能，主要用于高碳钢． c，去应力退火又叫低温退火，把钢加热到５００～６００度，保温一段时间，随炉缓冷到３００度以下，再室温冷却．退火过程中组织不发生变化，主要消除金属的内应力． 2.正火 将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。 正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。 3.淬火 将钢件加热到临界点以上某一温度（45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760～780℃）,保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。 4.回火 钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 A 低温回火１５０～２５０．降低内应力，脆性，保持淬火后的高硬度和耐磨性． B 中温回火３５０～５００；提高弹性，强度． C 高温回火５００～６５０；淬火钢件在高于500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后，具有良好综合力学性能（既有一定的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性）。所以
第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体， 过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 4.晶面指数和晶向指数有什么不同？ 5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？ 6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？ 7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？ 8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？ 9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？ 第二章金属的塑性变形与再结晶 1．解释下列名词： 加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。 2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？ 3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？ 4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？ 5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？ 6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？ 7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？ 8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？ 9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。试分析强化原因。 第三章合金的结构与二元状态图 1．解释下列名词： 合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析； 固溶强化，弥散强化。 2．指出下列名词的主要区别： 1）置换固溶体与间隙固溶体； 2）相组成物与组织组成物； 3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体? Si、C、N、Cr、Mn
热处理工艺 热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。 热处理名词： 金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。 合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。 固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。 铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。 奥氏体：碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。 珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%） 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。 随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成