钢铁热处理工艺

[摘 要]随着我国综合实力的不断提高,我国工业水平比以前有了更大的进步,工业水平的提升必然带动了钢铁事业的发展.在器械加工和建筑工程中都少不了钢铁的运用,如何对钢铁进行有效热处理,成为我们首要的问题.

[关 键 词]热处理退火正火淬火回火

中图分类号：TG161文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）21-0119-01

引言

21世纪是一个科技化信息化的时代,钢铁热处理的手段也有了很多方面的进步.钢铁处理方式对于工业发展有重要意义,我们需要不断学习研究钢铁热处理的方式,这样更能促进我国工业水平的提升,加快我国经济的发展.

1.钢铁热处理工艺的简介

热处理就是将固态金属或合金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的工艺.不管是哪种热处理,都是分这三个阶段,不同的是加热温度、保温时间和冷却速度不同.热处理工艺的特点是不改变金属零件的外形尺寸,只改变材料内部的组织与零件的性能,所以热处理的目的是消除材料的组织结构上的某些缺陷,更重要的是改善和提高钢的性能,充分发挥钢的性能潜力,这对提高产品质量和延长使用寿命有重要的意义.钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类,常用的整体热处理有退火,正火、淬火和回火.

2.钢铁整体热处理工艺的具体步骤

2.1退火

退火就是将金属或合金的工件加热到适当温度（高于或低于使材料发生组织转变的临界温度）,保持一定的时间,然后缓慢冷却的热处理工艺.退火工艺的特点是保温时间长,冷却缓慢,可获得平衡状态的组织.退火是为了细化组织,提高性能,降低硬度,以便于切削加工；消除内应力；提高韧性,稳定尺寸；使钢的组织与成分均匀化,也可为以后的热处理工艺作组织准备.退火操作方法：将钢件加热到Ac3+30～50度或Ac1+30～50度后,一般随炉温缓慢冷却.目的：1.降低硬度,提高塑性,改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒,改善力学性能,为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力.应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火.退火常在零件制造过程中对铸件、锻件、焊件接进行,以便于以后的切削加工或为淬火作组织准备.

2.2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.正火能细化组织,改善钢的性能,获得接衡状态的组织.正火与退火工艺相比,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.退火与正火同样能达到零件性能要求时,尽可能选用正火.大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理；而一般合金钢坯料常采用退火,若用正火,由于冷却速度较快,使其正火后硬度较高,不利于切削加工.正火目的：1.降低硬度,提高塑性,改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒,改善力学性能,为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力.应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序.对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件,也可作为最后热处理.对于一般中、高合金钢,空冷可导致完全或局部淬火,因此不能作为最后热处理工序.

2.3淬火

将钢件加热到临界点以上某一温度,保持一定时间后以适当速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火.要获得马氏体组织,钢的冷却速度必须大于临界速度（所谓临界速度是获得马氏体组织的最小冷却速度）,所以淬火与退火、正火在工艺上的主要区别是冷却速度更快.钢的种类不同,临界冷却速度不同,一般碳钢的临界冷却速度比合金钢大.所以碳钢加热后要在水中冷却,合金钢在油中冷却.冷却速度小于临界速度得不到马氏体组织,但冷却速度过快,会增大钢中内应力,引起钢件的变形,甚至开裂.马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织,硬度高,塑性、韧性差.马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高,所以高碳钢、碳素工具钢淬火后的硬度要比低、中碳钢淬火后的硬度高.相反,含碳量低,马氏体的塑性,韧性就较好.淬火目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织；有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时,则是为了得到单一均匀的奥氏体组织,以提高耐磨性和耐蚀性.应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性,但会造成很大的内应力,降低钢的塑性和冲击韧度,故要进行回火以得到较好的综合力学性能.

2.4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.淬火后的钢件硬度高、脆性大,直接使用常发生脆断,一般不能直接使用,必须进行回火.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.低温回火：淬火钢件在250℃以下的回火为低温回火.低温回火主要是消除内应力,降低钢的脆性,一般可保持钢件的高硬度,如钳工用的锯条、锉刀等.中温回火：淬火钢件在250℃～500℃之间的回火为中温回火.淬火钢件经中温回火后可获得良好的弹性,如弹簧、压簧、汽车中的板弹簧等.高温回火：淬火钢件在高于500℃的回火为高温回火.淬火钢件经高温淬火后,具有良好综合力学性能.一般中碳钢和中碳合金钢常采用淬火后高温回火处理.回火目的：1.降低或消除淬火后的内应力,减少工件的变形和开裂；2.调整硬度,提高塑性和韧性,获得所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸.应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主,又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230～280度、不锈钢在400～450度之间回火,因为会产生回火脆性.

3.钢铁表面热处理方式

火焰加热表面淬火

操作方法：用氧-乙炔混合气体燃烧的火焰,喷射到钢件表面上,快速加热,当达到淬火温度后立即喷水冷却.应用要点：（1）多用于中碳钢制件,一般淬透层深度为2～6mm；（2）适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件.

感应加热表面淬火

操作方法：将钢件放入感应器中,使钢件表层产生感应电流,在极短的时间内加热到淬火温度,然后喷水冷却.应用要点：（1）多用于中碳钢和中碳合金结构钢制件；（2）由于肌肤效应,高频感应淬火淬透层一般为1～2mm,中频淬火一般为3～5mm,高频淬火一般大于10mm.

表面淬火目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度,心部保持韧性状态.

4.结束语：

本文通过对钢铁热处理工艺的简单介绍和热处理的具体步骤分析,使我们能够了解到钢铁热处理的精华,希望能够能够促进钢铁的处理方式的进步,加速工艺的发展.