工程材料/钢的热处理

热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。

热处理可大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能，绝大多数机械零件必须经过热处理。

与锻、铸、焊切削等工艺方法不同，热处理是改变工件内在性质的一种工艺，而工件的形状和尺寸基本不变。

热处理工艺一般包含加热、保温和冷却三个过程，其中冷却过程是钢热处理的关键。

冷却过程是钢的热处理的关键部分，它对钢在热处理后的组织和性能起着极大的作用。采用不同的冷却速度和冷却方式，可以获得不同的组织和性能。

T8钢（碳素工具钢的一种）小试样，同时加热到800°C奥氏体化，经保温后，一块从炉中取出立即放入水中冷却，即淬火；另一块随炉冷却，即退火。结果，T8 钢经淬火后硬度高达64HRC，而退火后的硬度约为12HRC。

热处理

退火

将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。

第一阶段是回复（recovery）。在回复的过程中，晶体内部缺陷（例如空位）会移动回复到正常晶格位置，同时内部应力场也会跟著消失。在回复阶段，先前的冷加工过的金属其电、热传导等性质将回复成原来状态。
第二阶段是再结晶（recrystallization）。再结晶过程中，新的晶粒成型，当退火过程继续进行中取代原本因内应力而变形的晶粒。
再结晶完成时，晶粒生长（grain growth）就会开始。晶粒生长过程中，小的晶粒会与大的晶粒合并，减少材料内部晶界的数目。晶粒生长的程度会严重影响到材料的机械性能。

将钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析钢)和Accm(对于过共析钢)以上30 ℃～50 ℃, 保温适当时间后, 在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火。

作为最终热处理,正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。
作为预先热处理，截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火加高温回火）前常进行正火，以获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。
改善切削加工性能

将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为Ac3以上30 ℃～50 ℃；共析钢和过共析钢为Ac1以上30 ℃～50℃），保温一定时间后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。

淬火常用的冷却介质是水和油。

淬火配以回火作为最终的热处理。

淬火的目的是获得马氏体组织，为钢的回火做好组织准备，然后再配以回火工艺，以改善或调整钢的性能。

钢件淬火后, 为了消除内应力并获得所要求的组织和性能, 将其加热到Ac1 以下某一温度, 保温一定时间, 然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。

回火热处理又分为，低温回火、中温回火和高温回火。低温回火的目的是降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度( 一般为58 HRC～64 HRC) 和高耐磨性。

主要用于处理各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和表面淬火的零件。

中温回火获得回火屈氏体，具有高的弹性极限和屈服强度，同时也具有一定的韧性，硬度一般为35 HRC～45 HRC，主要用于处理各类弹簧。

通常把淬火加高温回火称为调质处理。广泛用于各种重要的机器结构件，是受交变载荷的零件，如连杆、轴、齿轮等。也可作为某些精密工件如量具、模具等的预先热处理。