金屬熱處理“四把火”（上）-ZT

金屬熱處理“四把火” 

工藝過程 

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。這些過程互相銜接，不可間斷。

（加熱）

      金屬加熱時，工件暴露在空氣中，常常發生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱。 

      加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數之一，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時，還須在此溫度保持一定時間，使內外溫度一致，使顯微組織轉變*，這段時間稱為保溫時間。

（保溫）

     采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快，一般就沒有保溫時間，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

（冷卻）

冷卻也是熱處理工藝過程中*的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。

工藝分類

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三大類。根據加熱介質、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業上應用廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也較為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，獲得需要的金相組織，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，即熱處理的“四把火”。

淬火

淬火工藝

鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉變的熱處理工藝。

工藝過程：加熱、保溫、冷卻。

淬火的實質：是過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉變，得到馬氏體或貝氏體組織。

淬火的目的：（1）大幅提高鋼的剛性、硬度、耐磨性、疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求；（2）通過淬火滿足某些特種鋼材的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。

應用范圍：淬火工藝應用較為廣泛，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機、柴油機、切削加工機床、氣動工具、鉆探機械、農機具、石油機械、化工機械、紡織機械、飛機等零件都在使用淬火工藝。

淬火介質

工件進行淬火冷卻所使用的介質稱為淬火冷卻介質（或淬火介質）。理想的淬火介質應具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應力。

常用的淬火介質有水、水溶液、礦物油、熔鹽、熔堿等。

● 水

水是冷卻能力較強的淬火介質。

優點：來源廣、價格低、成分穩定不易變質。

缺點： 冷卻能力不穩定，易使工件變形或開裂。在C曲線的“鼻子”區（500～600℃左右），水處于蒸汽膜階段，冷卻不夠快，會形成“軟點”；而在馬氏體轉變溫度區（300～100℃），水處于沸騰階段，冷卻太快，易使馬氏體轉變速度過快而產生很大的內應力，致使工件變形甚至開裂。當水溫升高，水中含有較多氣體或水中混入不溶雜質（如油、肥皂、泥漿等），均會顯著降低其冷卻能力。

應用： 適用于截面尺寸不大、形狀簡單的碳素鋼工件的淬火冷卻。

● 鹽水和堿水

在水中加入適量的食鹽和堿，使高溫工件浸入該冷卻介質后，在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質在高溫區的冷卻能力，其缺點是介質的腐蝕性大。

應用：一般情況下，鹽水的濃度為10％，苛性鈉水溶液的濃度為10％～15％。可用作碳鋼及低合金結構鋼工件的淬火介質，使用溫度不應超過60℃，淬火后應及時清洗并進行防銹處理。

● 油

冷卻介質一般采用礦物質油（礦物油）。如機油、變壓器油和柴油等。機油一般采用10號、20號、30號機油，油的號越大，黏度越大，閃點越高，冷卻能力越低，使用溫度相應提高。

淬火方式

● 單液淬火

是將奧氏體化工件浸入某一種淬火介質種，一直冷卻到室溫的淬火操作方法。單液淬火介質有水、鹽水、堿水、油及專門配制的淬火劑等。

優點：操作簡單，有利于實現機械化和自動化。

缺點：冷速受介質冷卻特性的限制而影響淬火質量。

應用：單液淬火對碳素鋼而言只適用于形狀較簡單的工件。

● 雙液淬火

是將奧氏體化工件先浸入一種冷卻能力強的介質，在鋼件還未達到該淬火介質溫度之間即取出，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質中冷卻，如先水后油、先水后空氣等。雙液淬火減少變形和開裂傾向，操作不好掌握，在應用方面有一定的局限性。

● 馬氏體分級淬火

是將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低于鋼的馬氏體點的液態介質（鹽浴或堿浴）中，保持適當的時間，待鋼件的內、外層都達到介質溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱分級淬火。

優點：分級淬火由于在分級溫度停留到工件內外溫度一致后空冷，所以能有效地減少相變應力和熱應力，減少淬火變形和開裂傾向。

應用：適用于對于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也可用于截面尺寸不大、形狀復雜地碳素鋼工件。

● 貝氏體等溫淬火

是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉變溫度區間（260～400℃）等溫保持，使奧氏體轉變為貝氏體的淬火工藝，有時也叫等溫淬火，一般保溫時間為30～60min。

● 復合淬火

將工件急冷至Ms以下獲得10％～20％馬氏體，然后在下貝氏體溫度區等溫。這種冷卻方法可使較大截面地工件獲得M+B組織。預淬時形成的馬氏體可促進貝氏體轉變，在等溫時又使馬氏體回火。復合淬火用于合金工具鋼工件，可避免一類回火脆性，減少殘余奧氏體量即變形開裂傾向。