◆ 表面淬火
鋼的表面淬火(huo)
有些(xie)零(ling)件在(zai)工件時(shi)在(zai)受(shou)扭轉和彎曲等交變負(fu)(fu)荷(he)(he)、沖擊(ji)負(fu)(fu)荷(he)(he)的(de)作用下(xia)，它的(de)表(biao)面(mian)層承受(shou)著比心部更(geng)高(gao)的(de)應力。在(zai)受(shou)摩擦的(de)場合，表(biao)面(mian)層還不斷(duan)地被磨(mo)(mo)損，因此(ci)對一些(xie)零(ling)件表(biao)面(mian)層提(ti)出(chu)高(gao)強(qiang)度、高(gao)硬度、高(gao)耐磨(mo)(mo)性(xing)和高(gao)疲勞極(ji)限等要求，只有表(biao)面(mian)強(qiang)化才能滿足上述要求。由于表(biao)面(mian)淬(cui)火具有變形小、生產(chan)率(lv)高(gao)等優點，因此(ci)在(zai)生產(chan)中(zhong)應用極(ji)為廣(guang)泛。
根據供熱(re)方式不同(tong)，表面淬(cui)(cui)火(huo)(huo)主要(yao)有感應加熱(re)表面淬(cui)(cui)火(huo)(huo)、火(huo)(huo)焰加熱(re)表面淬(cui)(cui)火(huo)(huo)、電接觸加熱(re)表面淬(cui)(cui)火(huo)(huo)等。
感(gan)應加熱表面淬(cui)火
感應(ying)加熱就(jiu)是利用電磁感應(ying)在工(gong)件(jian)內產生渦流而將工(gong)件(jian)進行加熱。感應(ying)加熱表面(mian)淬(cui)火(huo)(huo)與普通淬(cui)火(huo)(huo)比具(ju)有如下優(you)點：
1.熱源在工件表層，加熱速(su)度快，熱效率高；
2.工件因不是整體(ti)加熱，變形小；
3.工件加熱時間短，表面氧化脫(tuo)碳量少；
4.工件(jian)表面硬度高，缺(que)口(kou)敏感性(xing)(xing)小，沖擊(ji)韌性(xing)(xing)、疲(pi)勞強度以及耐(nai)磨性(xing)(xing)等(deng)均有很大提(ti)高。有利于(yu)發揮材料地潛力，節(jie)約材料消耗，提(ti)高零件(jian)使用壽命(ming)；
5.設備緊湊，使用方便，勞(lao)動(dong)條件(jian)好(hao)；
6.便(bian)于機械化(hua)和(he)自(zi)動化(hua)；
7.不(bu)僅用在表(biao)面淬火還可用在穿透(tou)加熱(re)與化(hua)學熱(re)處理等(deng)。
感(gan)應加熱(re)的基本原理
將(jiang)工(gong)(gong)件放在(zai)感應器中，當感應器中通過交(jiao)變(bian)電(dian)(dian)流時，在(zai)感應器周圍產(chan)生與電(dian)(dian)流頻率相(xiang)同的交(jiao)變(bian)磁場(chang)，在(zai)工(gong)(gong)件中相(xiang)應地產(chan)生了感應電(dian)(dian)動勢(shi)，在(zai)工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)形成感應電(dian)(dian)流，即渦流。這種渦流在(zai)工(gong)(gong)件的電(dian)(dian)阻的作用下，電(dian)(dian)能轉化為熱(re)能，使工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)溫度達到淬火加熱(re)溫度，可(ke)實現(xian)表(biao)面(mian)淬火。
感應表面(mian)淬(cui)火后的性能
1. 表面硬度(du)：經高(gao)、中(zhong)頻感應加熱表面淬(cui)火(huo)的工件，其(qi)表面硬度(du)往往比普通淬(cui)火(huo)高(gao) 2～3 個(ge)單(dan)位（HRC）。
2. 耐磨性：高(gao)頻(pin)淬(cui)火后的(de)工件耐磨性比普通淬(cui)火要高(gao)。這主要是由于淬(cui)硬層(ceng)馬氏(shi)體(ti)(ti)晶粒細小，碳化物(wu)彌散度高(gao)，以及(ji)硬度比較高(gao)，表面的(de)高(gao)的(de)壓應力等綜合的(de)結果。
3. 疲(pi)勞(lao)強(qiang)度：高(gao)、中頻表面淬(cui)火使疲(pi)勞(lao)強(qiang)度大為(wei)提高(gao)，缺口(kou)敏感性下降(jiang)。對(dui)同樣材料的(de)工(gong)件，硬化層(ceng)(ceng)深度在(zai)一(yi)定范圍內(nei)，隨硬化層(ceng)(ceng)深度增(zeng)加(jia)而疲(pi)勞(lao)強(qiang)度增(zeng)加(jia)，但硬化層(ceng)(ceng)深度過(guo)深時表層(ceng)(ceng)是壓應力，因而硬化層(ceng)(ceng)深度增(zeng)打疲(pi)勞(lao)強(qiang)度反而下降(jiang)，并使工(gong)件脆性增(zeng)加(jia)。一(yi)般硬化層(ceng)(ceng)深δ＝（10～20）％D。較為(wei)合適，其(qi)中D。為(wei)工(gong)件的(de)有(you)效直(zhi)徑(jing)。
◆ 退火(huo)工藝
退火是(shi)(shi)將金屬(shu)和(he)合金加熱到適當溫(wen)度(du)，保(bao)持一定時間(jian)，然后緩(huan)慢(man)冷卻(que)的熱處理工藝(yi)。退火后組(zu)織(zhi)亞共(gong)析鋼是(shi)(shi)鐵素體加片狀(zhuang)珠(zhu)光體；共(gong)析鋼或過(guo)共(gong)析鋼則是(shi)(shi)粒狀(zhuang)珠(zhu)光體。總之退火組(zu)織(zhi)是(shi)(shi)接近平衡狀(zhuang)態的組(zu)織(zhi)。
退火(huo)的(de)目的(de)
①降低鋼(gang)的(de)硬(ying)度，提(ti)高塑性，以利于切(qie)削加工(gong)及冷(leng)變形加工(gong)。
②細化晶粒，消除因鑄、鍛(duan)、焊引起的(de)組織缺陷，均勻鋼的(de)組織和(he)成分，改善鋼的(de)性能或為(wei)以后的(de)熱處理(li)作組織準備。
③消除鋼中的內應力，以防止變形(xing)和開裂。
退火工藝的種類
①均勻化退火（擴散(san)退火)
均(jun)勻化退(tui)(tui)火是為(wei)了減少金屬(shu)鑄錠、鑄件(jian)或鍛坯(pi)的(de)化學(xue)成分(fen)的(de)偏析和組(zu)織的(de)不均(jun)勻性(xing)，將(jiang)其加熱到(dao)高溫，長時(shi)間保持(chi)，然(ran)后進行緩慢冷(leng)卻，以化學(xue)成分(fen)和組(zu)織均(jun)勻化為(wei)目的(de)的(de)退(tui)(tui)火工(gong)藝(yi)。
均勻化退(tui)(tui)火的(de)加熱溫(wen)度一般為(wei)Ac3+（150～200℃），即1050～1150℃，保溫(wen)時(shi)間(jian)一般為(wei)10～15h，以保證(zheng)擴散充(chong)分(fen)(fen)進行，大道消除(chu)或(huo)減少成分(fen)(fen)或(huo)組織不均勻的(de)目的(de)。由于擴散退(tui)(tui)火的(de)加熱溫(wen)度高，時(shi)間(jian)長，晶粒粗(cu)大，為(wei)此，擴散退(tui)(tui)火后再進行完全退(tui)(tui)火或(huo)正火，使組織重新細化。
②完全退火
完(wan)(wan)全(quan)退(tui)火又(you)稱為重結(jie)晶退(tui)火，是將鐵(tie)碳合金完(wan)(wan)全(quan)奧氏體(ti)化，隨之緩慢(man)冷(leng)卻，獲得(de)接近平衡狀(zhuang)態組織(zhi)的退(tui)火工藝。
完全(quan)退(tui)火主要用于(yu)亞(ya)共(gong)(gong)析鋼(gang)，一般(ban)是中(zhong)碳鋼(gang)及(ji)低、中(zhong)碳合金結構(gou)鋼(gang)鍛件(jian)(jian)、鑄件(jian)(jian)及(ji)熱軋(ya)型材，有時也用于(yu)它們的焊接構(gou)件(jian)(jian)。完全(quan)退(tui)火不適用于(yu)過(guo)共(gong)(gong)析鋼(gang)，因為過(guo)共(gong)(gong)析鋼(gang)完全(quan)退(tui)火需加熱到Acm以上，在緩(huan)慢冷卻時，滲碳體(ti)(ti)會沿奧氏(shi)體(ti)(ti)晶(jing)界析出，呈網狀分(fen)布，導致材料脆性(xing)增大，給最終熱處理留下隱(yin)患。
完(wan)全退火(huo)的(de)(de)(de)加熱溫度碳鋼(gang)一般為Ac3+（30～50℃）；合金鋼(gang)為Ac3+（500～70℃）；保(bao)溫時間則要依(yi)據鋼(gang)材的(de)(de)(de)種類、工件的(de)(de)(de)尺寸、裝爐(lu)量、所(suo)選用的(de)(de)(de)設備型號等多(duo)種因素(su)確(que)定。為了保(bao)證(zheng)過冷(leng)奧(ao)氏體(ti)(ti)完(wan)全進行珠(zhu)光(guang)體(ti)(ti)轉變，完(wan)全退火(huo)的(de)(de)(de)冷(leng)卻必須是緩慢的(de)(de)(de)，隨(sui)爐(lu)冷(leng)卻到500℃左右出爐(lu)空冷(leng)。
③不完全(quan)退火
不(bu)完全(quan)(quan)退火是將鐵碳合金(jin)加熱到(dao)Ac1～Ac3之(zhi)間(jian)溫度(du)，達(da)到(dao)不(bu)完全(quan)(quan)奧(ao)氏體化，隨之(zhi)緩慢冷(leng)卻的退火工藝。
不完全退火主要適(shi)用于中、高碳鋼(gang)和低(di)(di)合金鋼(gang)鍛(duan)軋件等，其目的(de)是細(xi)化組(zu)織和降低(di)(di)硬(ying)度，加熱溫度為Ac1+(40～60)℃，保(bao)溫后緩慢冷卻(que)。
④等溫退火
等溫退火(huo)是將鋼件或(huo)毛坯件加熱(re)到高于(yu)Ac3（或(huo)Ac1）溫度，保持適當時間后(hou)，較快地(di)冷(leng)(leng)卻到珠光體溫度區間地(di)某一溫度并(bing)等溫保持，使奧氏體轉變(bian)為珠光體型組(zu)織(zhi)，然后(hou)在(zai)空(kong)氣中冷(leng)(leng)卻的(de)退火(huo)工藝(yi)。
等(deng)(deng)溫(wen)退火(huo)工(gong)藝應用于中碳(tan)合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)和(he)(he)低合(he)(he)金(jin)(jin)鋼(gang)，其目的是細化(hua)組織和(he)(he)降低硬(ying)度。亞共析(xi)(xi)鋼(gang)加熱溫(wen)度為(wei)Ac3+(30～50)℃，過共析(xi)(xi)鋼(gang)加熱溫(wen)度為(wei)Ac3+(20～40)℃，保持(chi)一定時間，隨爐(lu)冷(leng)至稍低于Ar3溫(wen)度進行等(deng)(deng)溫(wen)轉(zhuan)變，然后出爐(lu)空(kong)冷(leng)。等(deng)(deng)溫(wen)退火(huo)組織與硬(ying)度比(bi)完全退火(huo)更為(wei)均勻(yun)。
⑤球化退火
球化(hua)(hua)退(tui)火是使(shi)鋼中碳化(hua)(hua)物(wu)球化(hua)(hua)而進行的(de)退(tui)火工藝。將鋼加熱到Ac1以上(shang)(shang)20～30℃，保溫一(yi)段時間，然后(hou)緩(huan)慢冷卻(que)，得到在鐵素體(ti)(ti)基體(ti)(ti)上(shang)(shang)均勻(yun)分(fen)布的(de)球狀(zhuang)或顆粒狀(zhuang)碳化(hua)(hua)物(wu)的(de)組織。
球(qiu)化退火(huo)(huo)主要適用于(yu)共(gong)(gong)析鋼(gang)(gang)(gang)和(he)過(guo)(guo)共(gong)(gong)析鋼(gang)(gang)(gang)，如(ru)碳素(su)工(gong)(gong)具鋼(gang)(gang)(gang)、合金工(gong)(gong)具鋼(gang)(gang)(gang)、軸承鋼(gang)(gang)(gang)等。這些鋼(gang)(gang)(gang)經軋制、鍛造后(hou)(hou)空冷(leng)(leng)，所得組(zu)織(zhi)是(shi)片層狀(zhuang)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)與網狀(zhuang)滲碳體(ti)，這種組(zu)織(zhi)硬(ying)而脆，不僅難(nan)以(yi)切削加(jia)(jia)工(gong)(gong)，且在(zai)以(yi)后(hou)(hou)淬(cui)火(huo)(huo)過(guo)(guo)程中也容易變形和(he)開裂。而經球(qiu)化退火(huo)(huo)得到的是(shi)球(qiu)狀(zhuang)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)組(zu)織(zhi)，其中的滲碳體(ti)呈球(qiu)狀(zhuang)顆(ke)粒，彌散分(fen)布(bu)在(zai)鐵素(su)體(ti)基體(ti)上，和(he)片狀(zhuang)珠(zhu)(zhu)光(guang)(guang)(guang)體(ti)相(xiang)比，不但(dan)硬(ying)度低，便于(yu)切削加(jia)(jia)工(gong)(gong)，而且在(zai)淬(cui)火(huo)(huo)加(jia)(jia)熱(re)時(shi)(shi)，奧(ao)氏體(ti)晶粒不易長大，冷(leng)(leng)卻時(shi)(shi)工(gong)(gong)件變形和(he)開裂傾向小。另(ling)外對于(yu)一(yi)些需要改善冷(leng)(leng)塑性變形（如(ru)沖壓(ya)、冷(leng)(leng)鐓等）的亞(ya)共(gong)(gong)析鋼(gang)(gang)(gang)有時(shi)(shi)也可采用球(qiu)化退火(huo)(huo)。
球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)火加熱溫(wen)度為Ac1+(20～40)℃或(huo)Acm-(20～30)℃，保溫(wen)后等(deng)溫(wen)冷卻(que)或(huo)直接緩慢冷卻(que)。在球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)火時(shi)奧氏化(hua)(hua)是(shi)“不(bu)(bu)完(wan)全”的(de)，只是(shi)片狀(zhuang)珠光體轉變成(cheng)奧氏體，及少量過剩碳(tan)化(hua)(hua)物溶(rong)解。因此，它不(bu)(bu)可(ke)能消(xiao)除(chu)網狀(zhuang)碳(tan)化(hua)(hua)物，如過共析鋼有(you)網狀(zhuang)碳(tan)化(hua)(hua)物存(cun)在，則在球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)火前須(xu)先(xian)進行正火，將其消(xiao)除(chu)，才(cai)能保證球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)火正常進行。
球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)工藝方法(fa)很多，最常用的(de)(de)兩種工藝是普(pu)通球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)和(he)等(deng)(deng)溫(wen)(wen)球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)。普(pu)通球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)是將鋼加(jia)熱(re)到Ac1以上20～30℃，保(bao)溫(wen)(wen)適(shi)當時(shi)間(jian)，然后(hou)隨爐緩慢冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等(deng)(deng)溫(wen)(wen)球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)是與(yu)普(pu)通球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)工藝同樣的(de)(de)加(jia)熱(re)保(bao)溫(wen)(wen)后(hou)，隨爐冷卻到略低于(yu)Ar1的(de)(de)溫(wen)(wen)度進行等(deng)(deng)溫(wen)(wen)，等(deng)(deng)溫(wen)(wen)時(shi)間(jian)為(wei)其加(jia)熱(re)保(bao)溫(wen)(wen)時(shi)間(jian)的(de)(de)1.5倍。等(deng)(deng)溫(wen)(wen)后(hou)隨爐冷至500℃左右出爐空冷。和(he)普(pu)通球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)相(xiang)比，球(qiu)化(hua)(hua)退(tui)(tui)火(huo)不僅可(ke)縮(suo)短周期，而且可(ke)使球(qiu)化(hua)(hua)組織均勻，并能嚴格地控制退(tui)(tui)火(huo)后(hou)的(de)(de)硬度。
⑥再結晶退火(huo)（中間(jian)退火(huo)）
再(zai)結晶(jing)退火是經冷形(xing)變后(hou)的(de)金屬加(jia)熱(re)到再(zai)結晶(jing)溫度以(yi)(yi)上，保持適(shi)當(dang)時間，使(shi)形(xing)變晶(jing)粒重新結晶(jing)成均勻的(de)等軸(zhou)晶(jing)粒，以(yi)(yi)消除形(xing)變強化和殘余應力的(de)熱(re)處理(li)工藝。
⑦去應力退火(huo)
去應(ying)力退火(huo)是為(wei)了消除由(you)于塑性(xing)形變加工(gong)(gong)、焊接等而造成的(de)以及鑄件(jian)內(nei)存(cun)在(zai)的(de)殘余應(ying)力而進行的(de)退火(huo)工(gong)(gong)藝(yi)。
鍛造、鑄造、焊接以及(ji)切削加工(gong)(gong)(gong)后的(de)工(gong)(gong)(gong)件(jian)內部存在內應力(li)，如(ru)不及(ji)時消(xiao)(xiao)除(chu)，將使工(gong)(gong)(gong)件(jian)在加工(gong)(gong)(gong)和使用(yong)過程(cheng)中(zhong)發生(sheng)變形(xing)，影(ying)響(xiang)工(gong)(gong)(gong)件(jian)精度。采(cai)用(yong)去應力(li)退火(huo)消(xiao)(xiao)除(chu)加工(gong)(gong)(gong)過程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)的(de)內應力(li)十分重要。
去應力退火的加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度低于相變(bian)溫(wen)(wen)度A1，因此，在(zai)(zai)整個熱(re)(re)(re)(re)處理過程(cheng)中(zhong)不發生組(zu)織轉(zhuan)變(bian)。內應力主(zhu)要是(shi)通(tong)過工件在(zai)(zai)保溫(wen)(wen)和緩(huan)冷(leng)過程(cheng)中(zhong)消除(chu)的。為(wei)了使工件內應力消除(chu)得更徹底，在(zai)(zai)加(jia)熱(re)(re)(re)(re)時應控(kong)制加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度。一般是(shi)低溫(wen)(wen)進爐，然后以100℃/h左(zuo)右得加(jia)熱(re)(re)(re)(re)速度加(jia)熱(re)(re)(re)(re)到規(gui)定(ding)溫(wen)(wen)度。焊接件得加(jia)熱(re)(re)(re)(re)溫(wen)(wen)度應略高于600℃。保溫(wen)(wen)時間視情況而定(ding)，通(tong)常為(wei)2～4h。鑄件去應力退火的保溫(wen)(wen)時間取上限，冷(leng)卻速度控(kong)制在(zai)(zai)（20～50）℃/h，冷(leng)至300℃以下才能出(chu)爐空冷(leng)。
◆ 正火工藝
正(zheng)火(huo)(huo)工(gong)藝是(shi)將(jiang)鋼(gang)件加熱(re)到Ac3（或Acm）以(yi)上(shang)30～50℃，保溫適當(dang)的時(shi)間(jian)后，在靜止的空氣中冷卻的熱(re)處理工(gong)藝。把鋼(gang)件加熱(re)到Ac3以(yi)上(shang)100～150℃的正(zheng)火(huo)(huo)則稱為(wei)高溫正(zheng)火(huo)(huo)。
對于(yu)中(zhong)、低碳鋼(gang)的鑄、鍛件(jian)正火(huo)的主(zhu)要目的是細化組織。與退火(huo)相(xiang)比(bi)，正火(huo)后珠光體(ti)片(pian)層較細、鐵素體(ti)晶粒也比(bi)較細小，因而強度和硬度較高。
低碳(tan)鋼(gang)由于退火后(hou)硬(ying)度(du)太低，切(qie)削(xue)加工時產生粘刀(dao)的現象，切(qie)削(xue)性能差，通過正(zheng)火提高硬(ying)度(du)，可改善切(qie)削(xue)性能，某些中碳(tan)結構鋼(gang)零(ling)件可用正(zheng)火代替(ti)調質(zhi)，簡化熱處(chu)理工藝。
過(guo)共析鋼正(zheng)火加熱刀Acm以上，使原先呈(cheng)網狀的(de)(de)(de)滲(shen)碳(tan)體(ti)全部溶入到奧氏體(ti)，然后用較快的(de)(de)(de)速度冷卻，抑制滲(shen)碳(tan)體(ti)在奧氏體(ti)晶界的(de)(de)(de)析出，從而能消除網狀碳(tan)化(hua)物，改(gai)善過(guo)共析鋼的(de)(de)(de)組織。
焊(han)(han)接件(jian)要求(qiu)焊(han)(han)縫(feng)強(qiang)度的零件(jian)用正火來改善(shan)焊(han)(han)縫(feng)組織，保證焊(han)(han)縫(feng)強(qiang)度。
在(zai)熱處理過程(cheng)中返修(xiu)零(ling)件必(bi)須正火(huo)(huo)處理，要求力學(xue)(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)指標(biao)的結(jie)構零(ling)件必(bi)須正火(huo)(huo)后(hou)進行(xing)調質才能(neng)(neng)(neng)滿足力學(xue)(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)要求。中、高合金鋼(gang)和大型鍛件正火(huo)(huo)后(hou)必(bi)須加高溫(wen)回火(huo)(huo)來(lai)消除(chu)正火(huo)(huo)時產生的內應(ying)力。
有些合金鋼(gang)在鍛(duan)造時產生部分馬氏體轉變，形成硬(ying)組(zu)織。為了消除這種不良組(zu)織采取(qu)正(zheng)火時，比正(zheng)常正(zheng)火溫度高(gao)20℃左右加熱保溫進行正(zheng)火。
正(zheng)火(huo)工藝比(bi)較(jiao)簡(jian)便，有(you)利于采(cai)用鍛造余熱正(zheng)火(huo)，可(ke)節省(sheng)能源和縮短(duan)生(sheng)產周期。
正火(huo)工藝與(yu)操作不(bu)當也產生組織(zhi)缺陷(xian)，與(yu)退(tui)火(huo)相似，補(bu)救方法基本相同。