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金屬材料的組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)通常是通過各種金屬熱處理工藝來實(shí)現(xiàn)的。
熱處理是金屬材料的熱工藝之一，它是各類機(jī)械制造業(yè)工藝中重要的一環(huán)。盡管選料適當(dāng)，但沒有相應(yīng)的熱處理工藝，就不可能滿足各種使用要求，也沒有發(fā)揮材料的潛在能力。
所謂熱處理就是將金屬材料加熱到一定溫度，并在此溫度下停留一段時(shí)間，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度冷卻至一定溫度的工藝過程。熱處理改變金屬內(nèi)的組織結(jié)果，從而改善金屬的性能，使其滿足各種使用要求?，F(xiàn)將現(xiàn)代工業(yè)中使用的各類熱處理工藝做如下介紹：
1．退火
將金屬材料加熱到較高的溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以得到接近于平衡狀態(tài)組織的工藝方法，稱為退火。
退火的主要目的是：①降低硬度，改善加工性能；②增加塑性和韌性；③消除內(nèi)應(yīng)力；④改善內(nèi)部組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。
根基退火的目的和工藝特點(diǎn)，可分為完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火 和擴(kuò)散退火等七類。
按零件需退火部分的體制可分為整體退火及局部退火。按零件表面狀態(tài)可分為黑皮退火和光亮退火等。
鑄鐵件的退火主要包括脫碳退火、各種石墨化退火及消除應(yīng)力退火等。有熱金屬零件主要有再結(jié)晶退火、消除應(yīng)力退火及鑄態(tài)的擴(kuò)散退火等。
2．正火
將金屬材料加熱到一定溫度，保溫后在空中冷卻，以得到較細(xì)的珠光體類組織的工藝方法，稱為正火。
正火與退火基本上相似，正火的目的是：
①提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性；
②細(xì)化晶粒，使內(nèi)部組織均勻，為最后熱處理做準(zhǔn)備；
③消除內(nèi)應(yīng)力，并防止淬火中的變形開裂。
正火主要用于低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼，而對于高碳鋼和高合金鋼則不常用。正火與退火比較，正火后鋼的強(qiáng)度和硬度都比退火高，正火工藝簡單、經(jīng)濟(jì)，應(yīng)用很廣，與退火相比成本也較低。
3．淬火
淬火是把金屬材料加熱到相變溫度以上，保溫后，以大于臨界冷卻速度的速度急劇冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。
淬火是為了得到馬氏體組織，再經(jīng)過回火后，使工件過的良好的使用性能，以充分發(fā)揮材料的潛力。其主要目的是：
①提高金屬金屬材料的力學(xué)性能。例如：提高工具、軸承等硬度和耐磨性，提高彈簧性鋼的彈性極限，提高軸類零件的綜合力學(xué)性能，等等。
②改善某些特殊鋼的力學(xué)性能或化學(xué)性能，如提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性等。
淬火冷卻時(shí)，除需合理選用淬火介質(zhì)外，還要有正確的淬火方法。常用的淬火方法，主要有單液淬火、雙液淬火、分級(jí)淬火、等溫淬火、預(yù)冷淬火和局部淬火等。
鋼材或金屬材料零件熱處理時(shí)尋用不同的淬火工藝。其目的除了為使其得到需要的組織和適當(dāng)?shù)男阅芡?，淬火工藝還應(yīng)保證被處理的零件尺寸和幾何形狀的變化盡坑地小，以保證零件的精度。
4．回火
回火是指將淬火（或正火）后的鋼材或零件加熱到臨界點(diǎn)（Ac1）以下的某一溫度，保溫一定的時(shí)間后，以一定速度冷卻至室溫度，的熱處理工藝的總稱。回火是淬火后緊接著進(jìn)行的一種操作，通常也是工件進(jìn)行熱處理的最后一道工序，因而把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為最終熱處理。
淬火回火的主要目的是：
①減少內(nèi)應(yīng)力和降低脆性。淬火件存在著很大的應(yīng)力和脆性，如不及時(shí)回火往往回產(chǎn)生變形甚至開裂。
②調(diào)整工件的力學(xué)性能。工件淬火后的硬度高、脆性大，為了滿足各種工件不同的性能要求?？梢酝ㄟ^回火來調(diào)整硬度、強(qiáng)度、塑性和韌性。
③穩(wěn)定工件尺寸。通過回火可使用金相組織趨于穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。
④改善某些合金鋼的切削性能。
在生產(chǎn)中，常根據(jù)對工件性能的要求，按加熱溫度的不同，把回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。
淬火和隨后高溫回火相結(jié)合的熱處理工藝，稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)后的目的是獲得回火索氏體，使工件具有口號(hào)的綜合力學(xué)性能，即字具有高強(qiáng)度的同時(shí)，又有好的塑性和韌性。主要用于處理承受繳大載荷的機(jī)器結(jié)構(gòu)零件，如機(jī)床主軸、汽車后橋半軸、強(qiáng)力齒輪等。
5．冷處理
冷處理是指將淬火后的金屬成材或零件置于0℃以下的低溫介質(zhì)（通常在-30~150℃）中繼續(xù)冷卻，使淬火時(shí)的殘余奧氏兆轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織的操作方法。
冷處理的主要目的是：
①進(jìn)一步提高淬火件的硬度和耐磨性；
②穩(wěn)定工件尺寸，防止和使用過程變形
③提高鋼的鐵磁性。
冷處理主要用于高合金鋼、高碳鋼和滲碳鋼制造的精密零件。
6．時(shí)效
時(shí)效包括自然時(shí)效和人工時(shí)效。將工件長期（半年至一年或長時(shí)間）放置在室溫或露天條件下，不需任何加熱的工藝方法，即自然時(shí)效。將工件加熱至低溫（鋼加熱到100~150℃、鑄鐵加熱到500~600℃），經(jīng)較長時(shí)間（一般為8~15h）保溫后，緩慢冷卻到室溫的工藝方法，叫做人工時(shí)效。
時(shí)效主要用于精密工具、量具、模具和滾動(dòng)軸承，以及其他要求精度高的機(jī)械零件。時(shí)效的目的是：
①消除內(nèi)應(yīng)力，以減少工件加工或使用時(shí)的變形；
②穩(wěn)定尺寸，使工件在長期使用過程中保持幾何精度。
7．表面淬火
在動(dòng)力載荷及摩擦條件下工作的齒輪、曲軸等零件，要求表面具有高硬度和高耐磨性，而心部又要求具有足夠的塑性和韌性。這就需要采用表面熱處理的方法來解決。表面淬火屬于表面熱處理工藝，是通過不同的熱源對零件進(jìn)行快速加熱，使零件的表面層（一定厚度）很快地加熱到淬火溫度。然后迅速冷卻，從而使表面層獲得具有高硬度的馬氏體，而心部仍然保持塑性和韌性較好的原來組織。
根據(jù)加熱方式的不同，表面淬火又可分為火焰表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、電解液加熱表面淬火等。
表面淬火后常需要進(jìn)行低溫回火以降低應(yīng)力并部分地恢復(fù)表面層的塑性。
8．化學(xué)熱處理
化學(xué)熱處理是將工件在含有活性元素的介質(zhì)中加熱和保溫，使合金元素滲入表面層，以改變表層的化學(xué)成分和組織，提高工件的耐磨性、抗蝕性、疲勞抗力或接觸疲勞抗力等性能的工藝方法。
化學(xué)熱處理包含著分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過程。
分解系指化學(xué)介質(zhì)在一定穩(wěn)定下，由于發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)，生成能夠滲入工件的“活性原子”。
吸收系是指分解析出來的“活性原子”被吸附在工件表面，然后溶入金屬晶格中。
擴(kuò)散系是指表面吸附“活性原子”后，使?jié)B入元素的濃度大大提高，這樣就形成了表面和內(nèi)部顯著的濃度差，從而獲得一定厚度的擴(kuò)散層。
根據(jù)滲入元素的不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲、軟氮化、滲金屬等。通常，在進(jìn)行化學(xué)滲（鍍）的前后均需施以合適的熱處于里，以期******限度的發(fā)揮滲（鍍）層的潛力，并達(dá)到鋼件心部與表層在金相組織、應(yīng)力分布等方面的******配合。
滲碳是化學(xué)熱處理中最常用的一種，它是向工件表層滲入活性原子，提高表層碳濃度是一種操作工藝。滲碳的目的是獲得高碳的表面層，提高工件表面的硬度和耐磨性，而心部仍保持原有的高韌性和高塑性，主要用于處理承受交變載荷、沖擊載荷、很大接觸應(yīng)力和嚴(yán)重磨損條件工作的機(jī)械結(jié)構(gòu)零件，如汽車變速箱及后橋齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞銷等。
