淺析《金屬材料與熱處理》中的四把"火"

摘 要：《金屬材料與熱處理》是機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，本文通過(guò)對(duì)金屬材料熱處理中“退火”、“正火”、“淬火”、“回火”四個(gè)常用的熱處理工藝，從概念上和工藝處理上，由淺入深，逐一分析、讓學(xué)生能更好掌握相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，并能正確合理地應(yīng)用到今后的生產(chǎn)實(shí)踐中。

關(guān)鍵詞：退火;正火;淬火;回火;金屬材料;熱處理;工藝

金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。金屬熱處理工藝可分為整體熱處理、表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理等。整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝?！督饘俨牧吓c熱處理》課程中“熱處理”部分涉及退火、正火、淬火和回火，稱(chēng)為熱處理的四把“火”。在教學(xué)過(guò)程中如何區(qū)別這四把“火”？又如何使用“火”？現(xiàn)淺析如下。

一、概念上的區(qū)別

1、退火：將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時(shí)間，然后使它慢慢冷卻，稱(chēng)為退火。鋼的退火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)過(guò)保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，減少殘余應(yīng)力;同時(shí)可降低硬度，提高塑性和韌性，均勻材料組織和成分，改善材料性能或?yàn)橐院鬅崽幚碜鼋M織準(zhǔn)備。所以退火既為了消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，又為后續(xù)工序作好準(zhǔn)備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱(chēng)預(yù)先熱處理。

2、正火：正火是將鋼加熱到臨界溫度以上，使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，對(duì)于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格，提高綜合力學(xué)性能，對(duì)要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟(jì)的。正火的目的：① 去除材料的內(nèi)應(yīng)力;② 增加材料的硬度。

3、淬火：淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有：水、油、堿水和鹽類(lèi)溶液等。

4、回火：將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱(chēng)為回火。其目的是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預(yù)期的力學(xué)性能。回火分高溫回火、中溫回火和低溫回火三類(lèi)?；鼗鸲嗯c淬火、正火配合使用。

二、工藝上的區(qū)別

1、退火工藝。

在生產(chǎn)中，退火工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。

退火的主要應(yīng)用范圍：① 完全退火主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛軋件、焊件，以消除組織缺陷，使組織變細(xì)和變均勻，以提高鋼件的塑性和韌性;② 不完全退火主要用于中碳和高碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的鍛軋件，使晶粒變細(xì)，同時(shí)也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，改善被切削性;③ 球化退火只應(yīng)用于鋼的中退火方法，其中中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削性好、冷形變能力大;④ 去應(yīng)力退火主要適用于毛坯件及經(jīng)過(guò)切削加工的零件，目的是為了消除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過(guò)程中的形變和裂紋傾向。

2、正火工藝。

正火時(shí)可在稍快的冷卻中使鋼材的結(jié)晶晶粒細(xì)化，不但可得到滿意的強(qiáng)度，而且可以明顯提高韌性（AKV值），降低構(gòu)件的開(kāi)裂傾向?！┑秃辖馃彳堜摪?、低合金鋼鍛件與鑄造件經(jīng)正火處理后，材料的綜合力學(xué)性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。

正火的主要應(yīng)用范圍有：① 用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預(yù)處理。② 用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理，也可作為用感應(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)備處理。③ 用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。④ 用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。⑤ 用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時(shí)較大的開(kāi)裂傾向。⑥ 用于球墨鑄鐵，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零件。 ⑦ 過(guò)共析鋼球化退火前進(jìn)行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時(shí)滲碳體全部球?；?。

3、淬火工藝。

淬火能大幅提高鋼的剛性、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。

淬火的應(yīng)用范圍：廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。機(jī)械中的重要零件，尤其在汽車(chē)、飛機(jī)、火箭中應(yīng)用的鋼件幾乎都經(jīng)過(guò)淬火處理。

淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過(guò)淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強(qiáng)度、韌性及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機(jī)械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學(xué)性能，如淬火使永磁鋼增強(qiáng)其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。

4、回火工藝。

回火一般緊接著淬火進(jìn)行，是工件獲得所需性能的最后一道重要工序。通過(guò)回火可以消除或減少內(nèi)應(yīng)力、降低脆性，提高韌性;另一方面可以調(diào)整淬火鋼的力學(xué)性能，達(dá)到鋼的使用性能。根據(jù)回火溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。低溫回火得到的是馬氏體組織;中溫回火得到的組織為回火托氏體;高溫回火調(diào)質(zhì)處理得到的是回火索氏體組織。

回火的應(yīng)用范圍：回火分為低溫回火，中溫回火和高溫回火，其中低溫回火主要應(yīng)用于刃具、量具、模具、滾動(dòng)軸承、滲碳及表面淬火的零件等;中溫回火主要應(yīng)用于彈簧、鍛模、沖擊工具等;高溫回火廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類(lèi)零件等。

四把“火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演變出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)的工藝，稱(chēng)為調(diào)質(zhì);某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等，這樣的熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理;把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱(chēng)為形變熱處理;在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱(chēng)為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。

綜上所述，金屬材料熱處理中這四把“火”概念不一，工藝各異，但也有其內(nèi)在的聯(lián)系，只要弄懂各自的概念和工藝特點(diǎn)，才能正確合理地應(yīng)用到今后的生產(chǎn)實(shí)踐中去，燒好熱處理的每把“火”。

參考文獻(xiàn)：

[1]全國(guó)技工院校機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)通用教材 《金屬材料與熱處理》第7版。

[2]高職《金屬材料與熱處理》課程改革初探。

[3]中國(guó)校外教育理論，2019年。

作者簡(jiǎn)介：

黃宇廈，學(xué)歷：本科，職稱(chēng)：高級(jí)講師，從事專(zhuān)業(yè)：機(jī)械、計(jì)算機(jī).

（福建省漳州市高級(jí)技工學(xué)校 ? 福建 ?漳州 ? 363000）