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(shí)驗(yàn)的路上，吹著冷風(fēng)，就會(huì)想起材料的四把火，心中就頗為溫暖，可只能畫(huà)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(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)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(jì)，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(guó)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(shuō)明是經(jīng)過(guò)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(duì)淬火質(zhì)量的影響。中國(guó)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(dá)0.6%以上，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。1

3、863年，英國(guó)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(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國(guó)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(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等。1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)

4、行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。二十世紀(jì)以來(lái)，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(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì)使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)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(lái)談?wù)劅崽幚淼摹八陌鸦稹薄嘶稹⒄?、淬火、回火定義定義退火退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)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(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)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(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)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(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)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(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)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(xì)化組織和降低硬度。亞共析鋼加熱溫度為Ac3(30～50)℃，過(guò)共析鋼加熱溫度為Ac

7、3(20～40)℃，保持一定時(shí)間，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進(jìn)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(jìn)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(shí)消除，將使工件在加工和使用過(guò)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(guò)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(gè)熱處理過(guò)程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力主要是通過(guò)工件在保溫和緩冷過(guò)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(shí)應(yīng)控制加熱溫度。一般是低溫進(jìn)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(shí)間視情況而定，通常為2～4h。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(diǎn)以下某一溫度保溫一定時(shí)間后，以

10、適當(dāng)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(shí)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?；鼗鸬闹饕康氖菧p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(qiáng)度、塑性或韌性的適當(dāng)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(dāng)?shù)臅r(shí)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(duì)于中、低碳鋼的鑄、鍛件正火的主要目的是細(xì)化組織細(xì)化組織。與退火相比，正火后珠光體片層較細(xì)、鐵素體晶粒也比較細(xì)小，因而強(qiáng)度和硬度較高。低碳鋼由于退火后硬度太低，切削加工時(shí)產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象，切削性能差，通過(guò)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(jiǎn)化熱處理工藝。過(guò)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