热处理工艺规范

1．退火及其目的
  把钢加热到其一适当温度并保温，然后缓慢冷却的热处理方法，称为退火。根据退火的目的和工艺特点，可分为去应力退火，再结晶退火、完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和均匀化退火等。
退火的目的主要有以下几点：
（1）降低硬度，改善切削加工性能。
（2）细化晶粒，改善钢中碳化物的形态和分布，为最终热处理做好组织准备。
（3）消除内应力，消除由于塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力以及铸件内残留的内应力，以减小变形和防止开裂。
（4）使碳化物球状化．降低硬度。
（5）改善或消除钢在铸造、锻造和焊接过程中形成的各种组织缺陷，防止产生白点。
在大多数情况下，退火一般为预备热处理，通常安排在铸造或锻造之后．粗加工之前，目的是为了降低硬度．改善切削加工性能，细化组织，为最终热处理做组织准备。对于一些要求不很高的工件，退火也可作为最终热处理。消除内应力退火往往在铸造、焊接、压力加工或粗加工之后。

2．均匀化退火
（1）定义：
均匀化退火也称扩散退火，是把钢加热到远高于Ac3或Acm的温度，经长时间保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。
（2）目的：
是使钢的成分均匀化，消除成分偏析。在高温下，钢中原子具有大的活动能量，有利于原子进行充分的扩散，从而消除成分偏析及组织的不均匀性。以减轻钢在热加工时产生脆裂的倾向和消除铸钢件内应力，并提高其力学性能。
（3）范围：
适用于铸钢件及具有成份偏析的锻轧件。
（4）工艺：
加热温度为Ac3+150～200℃，保温时间为10～20h ,随炉缓冷至350 ℃ 以下出炉。由于退火的加热温度很高，保温时间又长，很容易引起晶粒长大，需在退火后进行细化晶粒的处理，如进行压力加工使晶粒碎化，或通过完全退火、正火使晶较细化。

3．再结晶退火
（1）目的：
A、消除加工硬化，降低硬度。B、 消除冷塑性变形后的内应力。
（2）范围：
主要用于冷变形加工的工件。如工件经冷冲压或拉伸后，为降低硬度，便于继续进行冷变形加工，均需进行再结晶退火，也称工序间退火。对于某些冷变形加工零件，为消除加工硬化及内应力，再结晶退火也可作为最终热处理。
（3）工艺：
再结晶退火温度 Ac1－50～150℃。碳钢的再结晶退火温度一般为600～700℃ 。由于再结晶温度与钢的化学成分及冷塑性变形量有关，因此应根据具体情况确定。温度太高，晶粒会明显长大；温度过低，再结晶过程不能完全进行，晶粒大小不均匀。保温后空冷。

4．去应力退火
（1）定义：
去应力退火通常是将工件缓慢加热到Ac1以下一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
（2）目的：
是消除工件的内应力，以减少和防止工件在后续加工和使用过程中发生变形或开裂。
（3）范围：适用于铸件、锻件、焊接件、机械加工和形变加工后工件。
（4）工艺：
去应力退火温度为Ac1－100～200℃ 。在这一温度下，工件的内部组织不发生变化。加热温度越高，内应力消除得越彻底。当温度超过以600℃ 时，应力即可基本完全消除。机械加工中的去应力退火应在粗加工之后、精加工之前进行，退火温度应取下限或更低些。对薄壁或焊接件，为防止其变形，退火温度应适当降低。对于淬火（经回火）或调质过的工件，去应力退火温度应低于回火温度，以免降低硬度和强度。保温时间与工件大小及装炉量有关，一般为2 ～4h 。工件截面厚度较大或装炉量较大时，保温时间可取上限或适当延长。为避免冷却过程中造成新的热应力，保温后应缓慢冷却，通常随炉冷至300℃以下出炉空冷。

5．完全退火
（1）定义：
把钢加热到Ac3以上温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的退火方法称为完全退火。
（2）目的：
A、降低硬度。完全退火后得到片层较厚的珠光体，消除了由铸造、锻造、焊接后由于冷却较快而造成了的硬度较高的组织，改善了切削加工性能。
B、细化晶粒。铸件在浇铸后缓慢冷却，锻件在停锻时，温度过高，焊接件焊缝处温度过高，工件热处理时温度过高都会使组织出现晶粒粗大和组织不均等现象。采用完全退火，可以将粗大晶粒转变为细小晶粒。
C、钢在加热和缓慢冷却过程中，还可以消除在形变和快冷过程中产生的残留内应力。
（3）范围：
主要用于亚共析钢的碳钢和合金钢，包括铸钢件、锻轧件、焊接件等。完全退火不能用于过共析钢。
（4）工艺：
A、加热温度。完全退火的加热温度一般为：碳钢加热到Ac3+30～50℃,合金钢加热到Ac3+30～70℃。为改善低碳钢的切削加工性能，或使高合金的碳化物充分溶解，可适当提高奥氏体化温度；但过高的加热温度是不可取的。常用结构钢的退火温度及退火后的硬度见附录
B、保温时间。确定保温时间的原则是保证奥氏体的充分均匀化，其时间长短与零件有效厚度、工件的排列方式和装炉量大小等因素有关。在箱式电阻炉中退火，保温时间可按有效厚度计算（1.5～2.5min/mm ）。工件排列越紧密，装炉量越大，保温时间越长。
C、冷却速度。冷却速度对退火后组织及其性能影响较大，应根据钢种和要求的性能而定。退火后的组织应为珠光体。当冷却速度太快时，珠光体的片层太薄，硬度就偏高，不利于切削加工。若冷却过慢，则会出现大块铁素体且生产效率会降低。故冷却速度一般为30～120℃／h 。生产中通常采用随炉冷却方式，冷至500℃以下，即可出炉空冷。

6．不完全退火
（1）定义：
是将钢加热到Ac1～Acm（过共析钢）或Ac1～Ac3（亚共析钢）之间，保温后缓慢冷却的退火方法。
（2）目的：
与完全退火相同。
（3）范围：
一般用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件及冲压件等。主要用于过共析钢的退火。对于亚共析钢来说，如果钢的原始组织良好，晶粒细小，只是为降低硬度或消除内应力，也可以进行不完全退火。
（4）工艺：
加热温度为Ac1+ 40～60℃，保温后随炉缓慢冷却到500℃以下空冷。保温和冷却工艺参数与完全退火相同。

7．等温退火
（1）定义：
等温退火是将钢加热到Ac1 或Ac3以上温度，保温一定时间后迅速过冷到Ar1以下某一温度，并保持一段时间，使其全部转变为珠光体组织后出炉空冷的热处理方法。
（2）目的:
细化组织和降低硬度，防止产生白点。
（3）范围：
适用于中碳合金网和高合金钢的大到铸锻件及冲压件。
（4）工艺：
A、加热温度。等温退火的加热温度一般为：亚共析钢加热到Ac3+ 30～50℃，共析钢和过共析钢加热到Ac1+ 20～40℃。
B、等温温度。根据所要求的性能，从钢的奥氏体等温转变图上选择，一般为Ar1－20～30℃。等温温度越高，所得到的组织越粗，硬度越低。
C、等温时间。由等温温度线与等温转变终了线的交点确定。由于工件大小、装炉量等因素的影响，为保证奥氏体全部转变，等温时间可长一些。通常，碳钢的等温时间为2～4h，合金钢3～6h。
D、冷却。在等温过程中组织已完全转变，等温后空冷即可。
（5）优点：
通过选择等温温度来获得预期的组织和性能，且组织的均匀性和性能的一致性都较好，合金钢可得到较低的退火硬度，退火周期比较短。
常用工具钢等温退火参数及硬度值见附录。

8．球化退火
（1）定义：
使钢中的碳化物球状化的退火方法称为球化退火。
（2）目的：
A、降低硬度，改善切削加工性能。钢经球化退火后，形成的球状碳化物具有比片状碳化物低的硬度，有利于改善切削加工性能。
B、细化组织，为淬火做好组织准备。在淬火加热过程中，由于球状碳化物比片状碳化物较难溶于奥氏体，因而可以阻止晶粒长大，减少和防止钢的过热。球化退火后得到的组织均匀，有利于减少淬火畸变和开裂倾向。
C、提高淬火工件的耐磨性。由于球状碳化物在工件淬火后被完全保留下来，且均匀地分布在马氏体基体上，这些细而硬的小颗粒可以有效地提高工件的耐磨性。
（3）范围：
适用于共析钢或过共析钢件的退火，如工具、模具、轴承等。
（4）工艺：
球化退火有普通球化退火、等温球化退火和周期球化退火等。
1）普通球化退火
A、加热温度。加热温度为Ac1+ 10～20℃ 。加热温度过高，溶入奥氏体中的碳化物太多．则会降低球化的成核率，容易形成片状珠光体。如果加热温度过低．则珠光体中的片状碳化物溶解不够，部分片状碳化物可能因未溶解而保留下来，可能得到细粒状与片状混合的珠光体组织。
B、保温时间。其时间长短与零件有效厚度、工件的排列方式和装炉量大小等因素有关。由于球化退火的温度比完全退火低，故球化退火的保温时间应比完全退火稍长些。
C、冷却。工件保温后以20～40℃/h的速度冷却至500℃以下出炉空冷。冷却速度影响着退火组织中碳化物颗粒的大小和分布的均匀性。在同一退火温度下，增大冷却速度，因碳化物来不及聚集和长大，而得到细小而弥散度较大的组织，使硬度偏高，不利于切削加工。冷却速度过小，碳化物容易聚集成较大的颗粒。通常，球化退火保温后，直接缓慢冷却的冷却速度应比普通退火慢些。这种退火方法球化较充分，但生产周期长。适用于截面大的工件及装炉量大的情况。
2）等温球化退火
其加热温度为Ac1+ 20～30℃ ，保温后冷却到Ar1－20～30℃ ，等温一段时间（等温时间取决于等温转变曲线及工件截面尺寸大小），然后随炉冷却至500℃以下出炉空冷。这种方法退火后的组织比较均匀，且易于控制，生产周期较短。
3）周期球化退火
它是将钢在Ac1＋10～20℃加热，保温后在Ar1－20～30℃等温一段时间，如此反复进行多次等温球化退火，然后随炉冷至500℃以下出炉空冷。这种方法得到的球状碳化物不够均匀，且操作较麻烦，生产中应用较少，主要用于原始组织为粗片状珠光体的情况。

9．正火
（1）定义：
正火是把钢加热到Ac3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）以上适当温度，保温后在空气中冷却的热处理方法。
（2）范围：
A、作为低碳钢和某些低合金结构铸钢及锻件消除应力、细化组织、改善切削加工性能和淬火前的预备热处理。 
B、消除网状碳化物，为球化退火作准备。
C、用于某些碳素钢、低合金钢工件在淬火返修时，消除内应力和细化组织，以防重新淬火时产生开裂和变形。
D、作为普通结构件的最终热处理。一些受力不大，只需一定的综合力学性能的的结构件，采用正火就能满足其使用性能要求。
（3）工艺：
A、加热温度。亚共析钢的加热温度为Ac3+30～50℃，过共析钢的加热温度为Acm+30～50℃。
B、保温时间。保温时间与工件有效厚度有关，以工件截面温度均匀为原则（保温时间的计算可参考淬火）。
C、冷却。正火工件的冷却一般为空冷，大型工件根据截面尺寸的大小，可采用风冷或喷雾冷却，以获得预期的组织和性能。

10淬火
（1）定义：
淬火是把钢加热到Ac3或Ac1以上温度，保温一定时间，然后以适当方式冷却，以获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
工件经淬火和回火处理后，其组织与淬火前相比发生了很大的变化，力学性能有很大的提高，可以充分地发挥材料的潜力，使工件具有良好的使用性能。
（2）目的：
A、提高工件的力学性能，如硬度、强度、耐磨性、弹性极限等。
B、改善某些特殊钢种的物理性能或化学性能，如耐蚀性、磁性、导电性等。
（3）工艺：
淬火温度主要取决于钢的化学成分，再结合具体工艺因素综合考虑决定，如工件的尺寸、形状、钢的奥氏体晶粒长大倾向、加热方式及冷却介质等。
1)淬火温度
A、亚共析钢淬火温度为Ac3+ 30～50℃ 。亚共析钢加热到这一温度范围时，钢中的铁素体完全溶于奥氏体中，成为细晶粒奥氏体，淬火后便得到晶粒细小的马氏体。若加热温度过高，奥氏体晶粒容易长大，淬火后便得到粗针状马氏体，使钢的性能变坏，且淬火时容易出现变形和开裂现象。如果加热温度在Ac1和Ac3 之间，铁素体不能完全溶人奥氏体，淬火后便被保留下来得到的组织为马氏体＋铁素体。由于铁素体硬度很低，强度也很低，不能使钢达到要求的力学性能，所以亚共析钢的淬火温度一般选择在Ac3 + 30～50℃之间。
B、过共析钢的淬火温度为Ac1+ 30～50℃ 。在此温度加热，过共析钢的组织为奥氏体和渗碳体，淬火后的组织是马氏体和渗碳体，颗粒细小的渗碳体是均匀地分布在马氏体的基体上。由于渗碳体的硬度比马氏体更高，更增加了钢的耐磨性。这对提高工具钢的耐磨性能尤为重要。如果加热温度在Acm以上，渗碳体就会完全溶于奥氏体中，并使奥氏体晶粒长大，提高了奥氏体的稳定性，淬火后得到粗大的马氏体和较多的残留奥氏体，不仅使钢的脆性增加，而且使淬火硬度下降，耐磨性降低；同时增加了氧化、脱碳和畸变、开裂的倾向。因此过共析钢不能采用过高的加热温度。但是，过低的加热温度也是不可取的，会使奥氏体的稳定性下降，容易分解为非马氏体组织，影响淬火后的硬度。
C、共析钢的淬火温度与过共析钢相同。
D、合金钢的淬火温度范围为Ac1或Ac3+30～50℃ 。
E、高速钢、高铬钢及不锈钢应根据要求合金碳化物溶入奥氏体的程度来选定。
F、对于过热敏感性强的钢（如锰钢）及脱碳敏感性强的钢（如钼钢），不宜选取上限温度。
2）保温时间
在实际应用中，通常对升温时间不予考虑，只计算保温时间。保温时间可按下列经验公式计算：
T＝αKD
式中 
T：保温时间（min）
α：保温时间系数(min/mm)。碳素钢1.0～1.5；低合金钢1.2～1.8；高合金钢1.5～2.2。
K：工件装炉方式修正系数，一般为1.0～2.0
D：工件有效厚度
3）冷却
根据工件大小和材料，选择空淬、油淬或水淬。

11．回火
（1）定义：
回火是把淬火后的工件加热到A1以下适当温度，保温一定时间，以一定的方式冷却的热处理工艺。
回火是伴随于淬火后进行的一种热处理操作。一般情况下，工件淬火后都要进行回火，并且是热处理的最后工序，对工件的性能影响很大，可以说决定了工件的使用性能和寿命。
（2）目的：
A、使工件得到所要求的力学性能。工件淬火后，硬度高．脆性大，为了达到技术要求的力学性能，可以通过回火来调整到希望得到的硬度、强度、塑性和韧性。
B、减小或消除内应力。工件淬火后存在很大的内应力，及时回火可以消除应力，减少畸变和防止开裂。
C、稳定尺寸。工件淬火后的组织一般为马氏体和部分残留奥氏体，这两种组织都不稳定，会自发地发生转变，引起工件尺寸和形状的变化。通过回火可以促使这些转变，使组织趋于稳定，以保证在使用过程中不再发生变形。
（3）工艺：
A、回火温度。回火温度主要是根据工件要求硬度来确定的。
B、回火时间。应根据工件材料、有效厚度、装炉量和设备来确定。
12．调质
调质处理钢经淬火和高温回火的双重处理，称为调质处理。调质处理后的组织为具有一定弥散度的细粒状珠光体组织― 回火索氏体。回火索氏体具有良好的综合力学性能，即具有高的强度和良好的塑性与韧性。
调质处理既可用于预备热处理，也可用于最终热处理。用于预备热处理时，主要是为最终热处理做好组织准备，同时也是为了满足一些工件（如表面淬火工件）的心部力学性能要求。

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