陳劍雄

　　摘　要：隨著我國綜合實(shí)力的不斷提高，我國工業(yè)水平比以前有了更大的進(jìn)步，工業(yè)水平的提升必然帶動(dòng)了鋼鐵事業(yè)的發(fā)展。在器械加工和建筑工程中都少不了鋼鐵的運(yùn)用，如何對(duì)鋼鐵進(jìn)行有效熱處理，成為我們首要的問題。

　　關(guān)鍵詞：熱處理；退火；正火；淬火；回火
　　引言
　　21世紀(jì)是一個(gè)科技化信息化的時(shí)代，鋼鐵熱處理的手段也有了很多方面的進(jìn)步。鋼鐵處理方式對(duì)于工業(yè)發(fā)展有重要意義，我們需要不斷學(xué)習(xí)研究鋼鐵熱處理的方式，這樣更能促進(jìn)我國工業(yè)水平的提升，加快我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
　　1.鋼鐵熱處理工藝的簡(jiǎn)介
　　熱處理就是將固態(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)的工藝。不管是哪種熱處理，都是分這三個(gè)階段，不同的是加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度不同。熱處理工藝的特點(diǎn)是不改變金屬零件的外形尺寸，只改變材料內(nèi)部的組織與零件的性能，所以熱處理的目的是消除材料的組織結(jié)構(gòu)上的某些缺陷，更重要的是改善和提高鋼的性能，充分發(fā)揮鋼的性能潛力，這對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和延長(zhǎng)使用壽命有重要的意義。鋼的熱處理種類分為整體熱處理和表面熱處理兩大類，常用的整體熱處理有退火，正火、淬火和回火。
　　2.鋼鐵整體熱處理工藝的具體步驟
　　2.1退火
　　退火就是將金屬或合金的工件加熱到適當(dāng)溫度（高于或低于使材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的臨界溫度），保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火工藝的特點(diǎn)是保溫時(shí)間長(zhǎng)，冷卻緩慢，可獲得平衡狀態(tài)的組織。退火是為了細(xì)化組織，提高性能，降低硬度，以便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力；提高韌性，穩(wěn)定尺寸；使鋼的組織與成分均勻化，也可為以后的熱處理工藝作組織準(zhǔn)備。退火操作方法：將鋼件加熱到Ac3+30～50度或Ac1+30～50度后，一般隨爐溫緩慢冷卻。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；2.細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備；3.消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)用要點(diǎn)：1.適用于合金結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼的鍛件、焊接件以及供應(yīng)狀態(tài)不合格的原材料；2.一般在毛坯狀態(tài)進(jìn)行退火。退火常在零件制造過程中對(duì)鑄件、鍛件、焊件接進(jìn)行，以便于以后的切削加工或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備。
　　2.2正火
　　將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火能細(xì)化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織。正火與退火工藝相比，主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。退火與正火同樣能達(dá)到零件性能要求時(shí)，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理；而一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。正火目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工與壓力加工性能；2.細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能，為下一步工序做準(zhǔn)備；3.消除冷、熱加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。應(yīng)用要點(diǎn)：正火通常作為鍛件、焊接件以及滲碳零件的預(yù)先熱處理工序。對(duì)于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素結(jié)構(gòu)鋼及低合金鋼件，也可作為Z后熱處理。對(duì)于一般中、高合金鋼，空冷可導(dǎo)致完全或局部淬火，因此不能作為Z后熱處理工序。
　　2.3淬火
　　將鋼件加熱到臨界點(diǎn)以上某一溫度，保持一定時(shí)間后以適當(dāng)速度冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。要獲得馬氏體組織，鋼的冷卻速度必須大于臨界速度（所謂臨界速度是獲得馬氏體組織的Z小冷卻速度），所以淬火與退火、正火在工藝上的主要區(qū)別是冷卻速度更快。鋼的種類不同，臨界冷卻速度不同，一般碳鋼的臨界冷卻速度比合金鋼大。所以碳鋼加熱后要在水中冷卻，合金鋼在油中冷卻。冷卻速度小于臨界速度得不到馬氏體組織，但冷卻速度過快，會(huì)增大鋼中內(nèi)應(yīng)力，引起鋼件的變形，甚至開裂。馬氏體組織是鋼經(jīng)淬火后獲得的不平衡組織，硬度高，塑性、韌性差。馬氏體的硬度隨鋼的含碳量提高而增高，所以高碳鋼、碳素工具鋼淬火后的硬度要比低、中碳鋼淬火后的硬度高。相反，含碳量低，馬氏體的塑性，韌性就較好。淬火目的：淬火一般是為了得到高硬度的馬氏體組織；有時(shí)對(duì)某些高合金鋼（如不銹鋼、耐磨鋼）淬火時(shí)，則是為了得到單一均勻的奧氏體組織，以提高耐磨性和耐蝕性。應(yīng)用要點(diǎn)：1.一般用于含碳量大于百分之零點(diǎn)三的碳鋼和合金鋼；2.淬火能充分發(fā)揮鋼的強(qiáng)度和耐磨性，但會(huì)造成很大的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的塑性和沖擊韌度，故要進(jìn)行回火以得到較好的綜合力學(xué)性能。
　　2.4回火
　　鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。淬火后的鋼件硬度高、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷，一般不能直接使用，必須進(jìn)行回火。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：淬火鋼件在250℃以下的回火為低溫回火。低溫回火主要是消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，一般可保持鋼件的高硬度，如鉗工用的鋸條、銼刀等。中溫回火：淬火鋼件在250℃～500℃之間的回火為中溫回火。淬火鋼件經(jīng)中溫回火后可獲得良好的彈性，如彈簧、壓簧、汽車中的板彈簧等。高溫回火：淬火鋼件在高于500℃的回火為高溫回火。淬火鋼件經(jīng)高溫淬火后，具有良好綜合力學(xué)性能。一般中碳鋼和中碳合金鋼常采用淬火后高溫回火處理。回火目的：1.降低或消除淬火后的內(nèi)應(yīng)力，減少工件的變形和開裂；2.調(diào)整硬度，提高塑性和韌性，獲得所要求的力學(xué)性能；3.穩(wěn)定工件尺寸。應(yīng)用要點(diǎn)：1.保持鋼在淬火后的高硬度和耐磨性時(shí)用低溫回火；在保持一定韌度的條件下提高鋼的彈性和屈服強(qiáng)度時(shí)用中溫回火；以保持高的沖擊韌度和塑性為主，又有足夠的強(qiáng)度時(shí)用高溫回火；2.一般鋼盡量避免在230～280度、不銹鋼在400～450度之間回火，因?yàn)闀?huì)產(chǎn)生回火脆性。
　　3.鋼鐵表面熱處理方式
　　火焰加熱表面淬火
　　操作方法：用氧-乙炔混合氣體燃燒的火焰，噴射到鋼件表面上，快速加熱，當(dāng)達(dá)到淬火溫度后立即噴水冷卻。應(yīng)用要點(diǎn)：（1）多用于中碳鋼制件，一般淬透層深度為2～6mm；（2）適用于單件或小批量生產(chǎn)的大型工件和需要局部淬火的工件。
　　感應(yīng)加熱表面淬火
　　操作方法：將鋼件放入感應(yīng)器中，使鋼件表層產(chǎn)生感應(yīng)電流，在極短的時(shí)間內(nèi)加熱到淬火溫度，然后噴水冷卻。應(yīng)用要點(diǎn)：（1）多用于中碳鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼制件；（2）由于肌膚效應(yīng)，高頻感應(yīng)淬火淬透層一般為1～2mm，中頻淬火一般為3～5mm，高頻淬火一般大于10mm。
　　表面淬火目的：提高鋼件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，心部保持韌性狀態(tài)。
　　4.結(jié)束語：
　　本文通過對(duì)鋼鐵熱處理工藝的簡(jiǎn)單介紹和熱處理的具體步驟分析，使我們能夠了解到鋼鐵熱處理的精華，希望能夠能夠促進(jìn)鋼鐵的處理方式的進(jìn)步，加速工藝的發(fā)展。
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來源：《中國科技博覽》2014年21期