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(fā)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(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中,、熔融鹽中和真空中加熱,，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。 

      加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一,，選擇和控制加熱溫度,，是保證熱處理質(zhì)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(zhuǎn)變需要一定的時間,，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時,，還須在此溫度保持一定時間，使內(nèi)外溫度一致,，使顯微組織轉(zhuǎn)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(xué)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(xué)熱處理三大類,。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同,，每一大類又可區(qū)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(yè)上應(yīng)用廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也較為復(fù)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(dāng)?shù)乃俣壤鋮s,，獲得需要的金相組織,，以改變其整體力學(xué)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(jìn)行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。

工藝過程：加熱,、保溫,、冷卻。

淬火的實(shí)質(zhì)：是過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)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(qiáng)度以及韌性等，從而滿足各種機(jī)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(xué)性能,。

應(yīng)用范圍：淬火工藝應(yīng)用較為廣泛,，如工具,、量具、模具,、軸承,、彈簧和汽車、拖拉機(jī),、柴油機(jī),、切削加工機(jī)床、氣動工具,、鉆探機(jī)械,、農(nóng)機(jī)具、石油機(jī)械,、化工機(jī)械,、紡織機(jī)械、飛機(jī)等零件都在使用淬火工藝,。

淬火介質(zhì)

工件進(jìn)行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)（或淬火介質(zhì)）,。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)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(yīng)力,。

常用的淬火介質(zhì)有水,、水溶液、礦物油,、熔鹽,、熔堿等。

● 水

水是冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì),。

優(yōu)點(diǎn)：來源廣,、價格低、成分穩(wěn)定不易變質(zhì),。

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

應(yīng)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(zhì)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(zhì)在高溫區(qū)的冷卻能力，其缺點(diǎn)是介質(zhì)的腐蝕性大,。

應(yīng)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％,?？捎米魈间摷暗秃辖鸾Y(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì)，使用溫度不應(yīng)超過60℃,，淬火后應(yīng)及時清洗并進(jìn)行防銹處理,。

● 油

冷卻介質(zhì)一般采用礦物質(zhì)油（礦物油）。如機(jī)油,、變壓器油和柴油等,。機(jī)油一般采用10號、20號,、30號機(jī)油,，油的號越大，黏度越大,，閃點(diǎn)越高,，冷卻能力越低，使用溫度相應(yīng)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(zhì)種，一直冷卻到室溫的淬火操作方法,。單液淬火介質(zhì)有水,、鹽水、堿水,、油及專門配制的淬火劑等,。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡單，有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化,。

缺點(diǎn)：冷速受介質(zhì)冷卻特性的限制而影響淬火質(zhì)量,。

應(yīng)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(qiáng)的介質(zhì)，在鋼件還未達(dá)到該淬火介質(zhì)溫度之間即取出,，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)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(yīng)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(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲校３诌m當(dāng)?shù)臅r間,，待鋼件的內(nèi),、外層都達(dá)到介質(zhì)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(yōu)點(diǎn)：分級淬火由于在分級溫度停留到工件內(nèi)外溫度一致后空冷，所以能有效地減少相變應(yīng)力和熱應(yīng)力,，減少淬火變形和開裂傾向,。

應(yīng)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(fù)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(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260～400℃）等溫保持,，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝,，有時也叫等溫淬火，一般保溫時間為30～60min,。

● 復(fù)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(qū)等溫。這種冷卻方法可使較大截面地工件獲得M+B組織,。預(yù)淬時形成的馬氏體可促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變,，在等溫時又使馬氏體回火。復(fù)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。