金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度篱掌，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度冷卻的一種工藝方法奏喜。

　　金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一耿窍，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成分效益，而是通過改變工件內部的顯微組織较搔，或改變工件表面的化學成分寡瘩，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量屈淫，而這一般不是肉眼所能看到的管书。

　　為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能呛谜，除合理選用材料和各種成形工藝外在跳，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材料隐岛，鋼鐵顯微組織復雜猫妙，可以通過熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容聚凹。另外割坠，鋁、銅妒牙、鎂彼哼、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能湘今，以獲得不同的使用性能敢朱。

　　在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認識摩瞎。早在公元前770～前222年拴签，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化磕糙。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農具的重要工藝劫陌。

　　公元前六世紀，鋼鐵兵器逐漸被采用晶睦，為了提高鋼的硬度碱框，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟爱茫，其顯微組織中都有馬氏體存在册灾，說明是經(jīng)過淬火的。

　　隨著淬火技術的發(fā)展稼注，人們逐漸發(fā)現(xiàn)冷劑對淬火質量的影響写并。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的栓堕。這說明中國在古代就注意到不同水質的冷卻能力了于嚼，同時也注意了油和尿的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%裤爆，而表面含碳量卻達0.6%以上处监，說明已應用了滲碳工藝渺蒿。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳彪薛，因而發(fā)展很慢茂装。

　　1863年，英國金相學家和地質學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織善延，證明了鋼在加熱和冷卻時少态，內部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉變?yōu)橐环N較硬的相易遣。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構理論彼妻，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎豆茫。與此同時侨歉，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等揩魂。

　　1850～1880年幽邓，對于應用各種氣體(如氫氣、煤氣火脉、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利核必。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。

　　二十世紀以來品糯，金屬物理的發(fā)展和其它新技術的移植應用实朗，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個顯著的進展是1901～1925年汤钻，在工業(yè)生產(chǎn)中應用轉筒爐進行氣體滲碳 ；30年代出現(xiàn)露點電位差計,使爐內氣氛的碳勢達到可控法简，以后又研究出用二氧化碳紅外儀荡唾、氧探頭等進一步控制爐內氣氛碳勢的方法；60年代蓝鹿，熱處理技術運用了等離子場的作用矩允，發(fā)展了離子滲氮、滲碳工藝贰往；激光赵椰、電子束技術的應用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法伊厉。

二 金屬熱處理的工藝

　　熱處理工藝一般包括加熱姜钳、保溫、冷卻三個過程形耗，有時只有加熱和冷卻兩個過程哥桥。這些過程互相銜接辙浑，不可間斷。

　　加熱是熱處理的重要步驟之一拟糕。金屬熱處理的加熱方法很多判呕，最早是采用木炭和煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料送滞。電的應用使加熱易于控制侠草，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱犁嗅，也可以通過熔融的鹽或金屬边涕，以至浮動粒子進行間接加熱。

　　金屬加熱時愧哟，工件暴露在空氣中奥吩，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)蕊梧，這對于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響划搓。因而金屬通常應在可控氣氛或保護氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱配亮，也可用涂料或包裝方法進行保護加熱验脐。

　　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 增荐，是保證熱處理質量的主要問題织活。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贯森，以獲得需要的組織稼那。另外轉變需要一定的時間，因此當金屬工件表面達到要求的加熱溫度時沛目，還須在此溫度保持一定時間搞吱，使內外溫度一致，使顯微組織轉變完全莲赐，這段時間稱為保溫時間硼县。采用高能密度加熱和表面熱處理時，加熱速度極快访递，一般就沒有保溫時間或保溫時間很短晦嵌，而化學熱處理的保溫時間往往較長。

　　冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟拷姿，冷卻方法因工藝不同而不同惭载，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢跌前，正火的冷卻速度較快棕兼，淬火的冷卻速度更快陡舅。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進行淬硬伴挚。

　　金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理靶衍、表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理等茎芋。根據(jù)加熱介質颅眶、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田弥。同一種金屬采用不同的熱處理工藝涛酗，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能安仁。鋼鐵是工業(yè)上應用最廣的金屬居鸳，而且鋼鐵顯微組織也最為復雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多吠童。

　　整體熱處理是對工件整體加熱常彰，然后以適當?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝输奢。鋼鐵整體熱處理大致有退火盼涵、正火、淬火和回火四種基本工藝屉韧。

　　退火是將工件加熱到適當溫度古告，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時間，然后進行緩慢冷卻谆藐，目的是使金屬內部組織達到或接近平衡狀態(tài)圣界，獲得良好的工藝性能和使用性能，或者為進一步淬火作組織準備监灌。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻坦报，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細狂鞋，常用于改善材料的切削性能，也有時用于對一些要求不高的零件作為最終熱處理潜的。

　　淬火是將工件加熱保溫后骚揍，在水、油或其它無機鹽啰挪、有機水溶液等淬冷介質中快速冷卻信不。淬火后鋼件變硬，但同時變脆亡呵。為了降低鋼件的脆性抽活，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于710℃的某一適當溫度進行長時間的保溫硫戈，再進行冷卻，這種工藝稱為回火下硕。退火丁逝、正火、淬火梭姓、回火是整體熱處理中的“四把火”霜幼，其中的淬火與回火關系密切，常常配合使用驱请，缺一不可庵伙。

　　“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 墓永。為了獲得一定的強度和韌性枪笆，把淬火和高溫回火結合起來的工藝，稱為調質毫蚁。某些合金淬火形成過飽和固溶體后挠辆，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度丐鸽、強度或電性磁性等汇光。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行郊男，使工件獲得很好的強度旱谐、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理孵堪，它不僅能使工件不氧化撤防，不脫碳，保持處理后工件表面光潔棒口，提高工件的性能寄月，還可以通入滲劑進行化學熱處理。

　　表面熱處理是只加熱工件表層无牵，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝漾肮。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度茎毁，即在單位面積的工件上給予較大的熱能克懊，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。表面熱處理的主要方法七蜘，有激光熱處理谭溉、火焰淬火和感應加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應電流扮念、激光和電子束等损搬。

　　化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝柜与」ε埽化學熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分∧∨埽化學熱處理是將工件放在含碳米搭、氮或其它合金元素的介質(氣體、液體胚砰、固體)中加熱避纤，保溫較長時間，從而使工件表層滲入碳敬魏、氮蜂棒、硼和鉻等元素。滲入元素后底盅，有時還要進行其它熱處理工藝如淬火及回火董株。化學熱處理的主要方法有滲碳揉贡、滲氮膛姊、滲金屬、復合滲等拣挪。

　　熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一擦酌。大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能 菠劝，如耐磨赊舶、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應力狀態(tài)赶诊，以利于進行各種冷笼平、熱加工。

　　例如白口鑄鐵經(jīng)過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵舔痪，提高塑性 寓调；齒輪采用正確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高锄码；另外捶牢，價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼巍耗、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。

三 鋼的分類

　　鋼是以鐵馆柬、碳為主要成分的合金筒臂，它的含碳量一般小于2.11% 。鋼是經(jīng)濟建設中極為重要的金屬材料吻霎。鋼按化學成分分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類脚自。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵睹梢、碳為其主要成分外联缝，還含有少量的錳、硅九窿、硫苇葫、磷等雜質。碳鋼具有一定的機械性能坦膘，又有良好的工藝性能堰聪，且價格低廉。因此承跟，碳鋼獲得了廣泛的應用缝帝。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的迅速發(fā)展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要花墩，于是人們研制了各種合金鋼悬秉。合金鋼是在碳鋼基礎上，有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的多元合金冰蘑。與碳鋼比和泌，合金鋼的性能有顯著的提高，故應用日益廣泛懂缕。

　　由于鋼材品種繁多允跑，為了便于生產(chǎn)、保管搪柑、選用與研究聋丝，必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途工碾、化學成分弱睦、質量的不同，可將鋼分為許多類：

（一）． 按用途分類

　　按鋼材的用途可分為結構鋼渊额、工具鋼况木、特殊性能鋼三大類。

1.結構鋼：

　∈还觥（1）.用作各種機器零件的鋼靡勾。它包括滲碳鋼北拔、調質鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼悦级。

　∫圆（2）．用作工程結構的鋼。它包括碳素鋼中的甲斑渠、乙钉拯、特類鋼及普通低合金鋼。

2.工具鋼：用來制造各種工具的鋼榕诬。根據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼决榔、模具鋼與量具鋼。

3.特殊性能鋼：是具有特殊物理化學性能的鋼菜犀∠绫牵可分為不銹鋼、耐熱鋼丸匀、耐磨鋼摩疑、磁鋼等。

（二）． 按化學成分分類

　　按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類畏铆。

　　碳素鋼：按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量≤0.25%）雷袋；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量≥0.6%）辞居。

　　合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量≤5%）楷怒；中合金鋼（合金元素總含量=5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）瓦灶。此外鸠删，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼贼陶、鉻鋼刃泡、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等碉怔。

（三）． 按質量分類

　　按鋼材中有害雜質磷烘贴、硫的含量可分為普通鋼（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%撮胧；或磷庸伏、硫含量均≤0.050%）；優(yōu)質鋼（磷围娃、硫含量含硫量≤0.030%）技乡。

　　此外，還有按冶煉爐的種類碎痘，將鋼分為平爐鋼（酸性平爐技碍、堿性平爐）皇苫，空氣轉爐鋼（酸性轉爐、堿性轉爐云许、氧氣頂吹轉爐鋼）與電爐鋼呛仁。按冶煉時脫氧程度，將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全）延杯，鎮(zhèn)靜鋼（脫氧比較完全）及半鎮(zhèn)靜鋼。

　　鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時叭舰，往往將用途玫斋、成分、質量這三種分類方法結合起來忱当。如將鋼稱為普通碳素結構鋼蚯涮、優(yōu)質碳素結構鋼、碳素工具鋼卖陵、高級優(yōu)質碳素工具鋼遭顶、合金結構鋼、合金工具鋼等泪蔫。均≤0.040%）棒旗；高級優(yōu)質鋼（含磷量≤0.035%、

四 金屬材料的機械性能

　　金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類撩荣。所謂工藝性能是指機械零件在加工制造過程中铣揉，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能餐曹。金屬材料工藝性能的好壞逛拱，決定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條件不同台猴，要求的工藝性能也就不同朽合，如鑄造性能、可焊性饱狂、可鍛性祖擦、熱處理性能、切削加工性等疏悯。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下灸尾，金屬材料表現(xiàn)出來的性能，它包括機械性能歉冷、物理性能汗势、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞乳后，決定了它的使用范圍與使用壽命锁熟。

　　在機械制造業(yè)中帝膊，一般機械零件都是在常溫、常壓和非強烈腐蝕性介質中使用的麸媒，且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用僻跳。金屬材料在載荷作用下抵抗破壞的性能，稱為機械性能（或稱為力學性能）胚览。金屬材料的機械性能是零件的設計和選材時的主要依據(jù)茶月。外加載荷性質不同（例如拉伸、壓縮鹉动、扭轉轧坎、沖擊、循環(huán)載荷等）泽示，對金屬材料要求的機械性能也將不同缸血。常用的機械性能包括：強度、塑性械筛、硬度捎泻、韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等埋哟。下面將分別討論各種機械性能笆豁。

1． 強度

　　強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能。由于載荷的作用方式有拉伸定欧、壓縮渔呵、彎曲、剪切等形式砍鸠，所以強度也分為抗拉強度扩氢、抗壓強度、抗彎強度京佃、抗剪強度等椎裕。各種強度間常有一定的聯(lián)系，使用中一般較多以抗拉強度作為最基本的強度指標崔狂。

2． 塑性

　　塑性是指金屬材料在載荷作用下皿进，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。

3． 硬度

　　硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標茶链。目前生產(chǎn)中測定硬度方法最常用的是壓入硬度法臊瞬，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面，根據(jù)被壓入程度來測定其硬度值颓之。

　　常用的方法有布氏硬度（HB）银景、洛氏硬度（HRA、HRB鹤梳、HRC）和維氏硬度（HV）等方法诽粪。

4． 疲勞

　　　前面所討論的強度庶咨、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指標君铁。實際上检碗，許多機器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會產(chǎn)生疲勞码邻。

5． 沖擊韌性

　　以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷折剃，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。

五 退火--淬火--回火

(一)．退火的種類

1． 完全退火和等溫退火

　　完全退火又稱重結晶退火像屋，一般簡稱為退火微驶，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材开睡，有時也用于焊接結構。一般常作為一些不重要工件的最終熱處理苟耻，或作為某些工件的預先熱處理篇恒。

2． 球化退火

　　球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具凶杖，模具所用的鋼種）胁艰。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性智蝠，并為以后淬火作好準備腾么。

3． 去應力退火

　　去應力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件铭梯，鍛件靡隔，焊接件，熱軋件巷同，冷拉件等的殘余應力谆纸。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后豁箱，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋耻炕。

(二)．淬火

　　為了提高硬度采取的方法，主要形式是通過加熱归闺、保溫定邪、速冷。最常用的冷卻介質是鹽水临辨，水和油买臣。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面衔甲，不容易產(chǎn)生淬不硬的軟點糖埋，但卻易使工件變形嚴重宣吱，甚至發(fā)生開裂。而用油作淬火介質只適用于過冷奧氏體的穩(wěn)定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火瞳别。

(三)．回火

　　1． 降低脆性征候，消除或減少內應力，鋼件淬火后存在很大內應力和脆性祟敛，如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂疤坝。

　　2． 獲得工件所要求的機械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大馆铁，為了滿足各種工件的不同性能的要求跑揉，可以通過適當回火的配合來調整硬度，減小脆性埠巨，得到所需要的韌性历谍，塑性。

　　3． 穩(wěn)定工件尺寸

　　4． 對于退火難以軟化的某些合金鋼辣垒，在淬火（或正火）后常采用高溫回火望侈，使鋼中碳化物適當聚集，將硬度降低勋桶，以利切削加工猛疗。

六 常用爐型的選擇

爐型應依據(jù)不同的工藝要求及工件的類型來決定

　　1．對于不能成批定型生產(chǎn)的，工件大小不相等的牛跷，種類較多的定合，要求工藝上具有通用性、

多用性的叛榆，可選用箱式爐喂惜。

　　2．加熱長軸類及長的絲桿，管子等工件時码遥，可選用深井式電爐畅型。

　　3．小批量的滲碳零件，可選用井式氣體滲碳爐掐股。

　　4．對于大批量的汽車乘澈、拖拉機齒輪等零件的生產(chǎn)可選連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線或箱式多用爐。

　　5．對沖壓件板材坯料的加熱大批量生產(chǎn)時扳九，最好選用滾動爐尝鬓，輥底爐。

　　6．對成批的定型零件玖瘸，生產(chǎn)上可選用推桿式或傳送帶式電阻爐（推桿爐或鑄帶爐）

　　7．小型機械零件如：螺釘秸讹，螺母等可選用振底式爐或網(wǎng)帶式爐。

　　8．鋼球及滾柱熱處理可選用內螺旋的回轉管爐。

　　9．有色金屬錠坯在大批量生產(chǎn)時可用推桿式爐璃诀，而對有色金屬小零件及材料可用空氣循環(huán)加熱爐弧可。

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