热处理四把火基础与总结课件

材料学-热处理工艺中的四把火热处理工艺中的四把火退火、正火、淬火、回火俗称热处理工艺的“四把火”。

下图囊括了钢热处理工艺的“四把火”1退火 annealing将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。

目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。

退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。

退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础。

各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。

各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。

重结晶退火应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重结晶)发生的合金。

其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或以内的某一温度。

加热和冷却都是缓慢的。

合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。

这种退火方法，相当普遍地应用于钢。

钢的重结晶退火工艺是:缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上30～50℃，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。

通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。

退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 (亚共析钢)或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。

四把火：热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。

这些过程互相衔接，不可间断。

加热是热处理的重要步骤之一。

金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。

电的应用使加热易于控制，且无环境污染。

利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。

因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。

加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。

另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。

采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。

一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。

但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。

根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。

同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。

钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。

再谈钢铁热处理的“四把火”钢的热处理工艺就是通过加热、保温和冷却的方法改变钢的组织结构以获得工件所要求性能的一种热加工工艺。

钢在加热和冷却过程中的组织转变规律为制定正确的热处理工艺提供了理论依据，其热处理工艺参数的确定必须使具体工件满足钢的组织转变规律，以获得所需性能。

根据加热、冷却方式及获得的组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分为普通热处理（退火、正火、淬火、回火）、表面热处理（表面淬火和化学热处理）及形变热处理等。

按照热处理在零件整个生产工艺过程中位置和作用的不同，热处理工艺又分为预备热处理和最终热处理。

本文主要对普通热处理进行知识整理。

一、钢的加热1. 金属加热的物理过程3.加热的目的与要求热处理的第一道工序一般都是把钢加热到临界点以上，目的是为了得到奥氏体组织。

二、钢的退火与正火退火和正火是生产上应用很广泛的预备热处理工艺。

大部门机器零件及工、膜具的毛坯经退火或正火后，不仅可以消除铸件、锻件及焊接件的内应力及成分和组织的不均匀性，而且也能改善和调整钢的力学性能和工艺性能，为下道工序作好组织性能准备。

对于一些受力不大、性能要求不高的机器零件，退火和正火亦可作为最终热处理。

对于铸件，退火和正火通常就是最终热处理。

2.1 钢的退火退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。

其主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火作好组织准备。

退火的工艺种类很多，根据加热温度可分为在临界温度（AC1或AC3）以上或以下的退火。

前者包括完全退火、均匀化退火、不完全退火和球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。

各种退火方法的加热温度范围如图1所示。

按照冷却方式，退火可分为等温退火和连续冷却退火。

•完全退火完全退火是将钢件或钢材加热至AC3以上20～30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。

“四把火”是指冶金工业生产中最重要的四项热处理工艺包括退火,正火,淬火,回火。

一、“第一把火”退火退火是将工件加热到适当温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺。

退火的主要目的是为了降低钢铁材料的硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能和锻压加工性能；细化钢铁材料组织，均匀其化学成分；消除钢铁材料的内应力，防止其变形和开裂；为后续加工或热处理做准备。

退火主要用于碳素结构钢、合金结构钢的铸件、锻件、焊件及钢锭等。

根据钢铁材料的化学成分和退火目的的不同，退火通常分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、均匀化退火等。

（部分退火的加热温度范围如图 01所示。

部分退火工艺曲线如图 02所示。

）图 01 部分退火工艺加热温度范围示意图图 02 部分退火工艺曲线示意图二、“第二把火”正火正火就是将工件加热到奥氏体化后，保持适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。

正火与退火相比，一般加热温度比退火高；冷却速度比退火快，过冷度较大，因此正火后得到的组织比较细，强度和硬度比退火高。

另外，正火与退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率高、生产成本低的的优点。

正火的目的与退火类同，不过具有更高的力学性能，主要用于对于力学性能要求不高的普通结构零件，正火可作为最终热处理。

对于低中碳结构钢，主要是提高硬度，改善切削加工性能；对于过共析钢，为球化退火、淬火做组织准备。

三、“第三把火”淬火淬火是指将工件加热到奥氏体化后，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。

淬火的主要目的就是为了强化材料，提高材料的强度或硬度，用于要求有较高强韧性的工模具和弹簧及要求高硬度的零件之中。

这里要注意，淬火后的工件是不能直接使用的，必须进行回火后才能投入生产、使用。

不同的钢种其淬火加热温度不同。

非合金钢的淬火加热温度可由铁碳合金相图确定，如图 03所示。

图 03 非合金钢淬火加热的温度范围淬火加热时间包括升温时间和保温时间。

淬火11.1 定义（过共Ac1Ac3钢的淬火是将钢加热到临界温度（亚共析钢）或析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以附近等温）进行马以下（或Ms大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺合金、称为淬火。

1.2 主要目的得到马氏淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，以大幅提高钢的强度、然后配合以不同温度的回火，体或贝氏体组织，硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具耐蚀的不同使用要求。

也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、性等特殊的物理、化学性能。

1.3 淬火加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。

碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示。

由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。

亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30～50℃。

高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。

如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变温Ac1淬火。

过共析钢淬火温度为)或亚临界(成奥氏体，即为不完全．双相区。

因(A+C)30～50℃，这温度范围处于奥氏体与渗碳体度以上淬火后得到马氏体基体上而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，组织状态具有高硬度和高耐磨性。

对于过共-分布渗碳体的组织。

这析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。

淬火后，粗大马氏体零件的变形和开裂组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，残留奥氏体量增加，由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，倾向增加；使工件的硬度和耐磨性降低。

2 回火2.1 定义将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。

金属材料热处理-四把火1 淬火1.1 定义钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

1.2 主要目的淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。

也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

1.3 淬火加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。

碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示。

由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。

亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30～50℃。

高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。

如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全(或亚临界)淬火。

过共析钢淬火温度为Ac1温度以上30～50℃，这温度范围处于奥氏体与渗碳体(A+C)双相区。

因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。

这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。

对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。

淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。

2 回火2.1 定义将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。

热处理就一张图8句话，4把火退火、正火、淬火、回火，看完就懂了热处理是什么，包括什么，真要说的话，就是下面这张图：图解金属热处理如果再抽象一下的话，就是这面这几点：1 一分为二材料不同、设备不同、工艺参数不同，热处理后的组织和质量也不同。

即使材料牌号、设备、工艺参数都相同，由于化学成分含量上下限、热处理温度上下限、保温时间上下限不同，热处理后的组织和质量也会不同。

即使化学成分含量上下限、热处理温度上下限、保温时间上下限都相同，由于热处理前期的冷热加工的工艺、质量、组织等不同，热处理后的组织和质量也同样会不同。

因此，出现问题后，要具体问题具体分析，即要一分为二。

2 两个图Fe-C相图和C曲线。

Fe-C相图C曲线Fe-C相图是跟钢铁打交道的必备知识，C曲线是钢加热后冷却的组织转变图，这两个图是热处理基础的基础。

只有把握住了这两个图，深入了解这两个图，才有可能干热处理，热处理才能够入门。

3 三个过程即加热、保温、冷却这三个过程。

这三个过程贯穿了所有的热处理工艺，这三个过程的好坏决定了最后热处理的质量好坏。

这三个过程理解透彻了，热处理就算入门了。

4 四把火即退火、正火、淬火、回火。

这四把火是最常规的热处理，这四把火烧的好坏，一定程度上反映了热处理水平。

如果这四把火烧得好，就是一个热处理技术员了。

5 五个组织即奥氏体、渗碳体、马氏体、贝氏体、珠光体。

深刻理解了这五个组织的特点、组织形态、析出（形成）条件、性能等，热处理技术水平才能够得到提高。

6 六大缺陷六大缺陷即氧化、脱碳、过热、过烧、变形、开裂。

其中，在工作中最忌讳产生过烧和开裂缺陷，因为这两个缺陷是无法挽回的缺陷，其他四个也应该尽量避免，虽然能够弥补，但是明显增加了工作量和生产成本。

搞热处理的能够避免或者减轻这六大缺陷，就是一个合格的热处理工程师了。

7 七个相变（1）珠光体转变为奥氏体（P→A）；（2）奥氏体转变为珠光体（A→P）；（3）奥氏体转变为索氏体（A→S）；（4）奥氏体转变为屈（托）氏体（A→T）；（5）奥氏体转变为马氏体（A→M）；（6）奥氏体转变为贝氏体（A→B）；（7）马氏体转变为回火马氏体（M→回M）。

1 淬火1.1 定义钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

1.2 主要目的淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。

也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。

1.3 淬火加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。

碳素钢的淬火加热温度范围如图1所示。

由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。

亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30～50℃。

高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。

如亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全(或亚临界)淬火。

过共析钢淬火温度为Ac1温度以上30～50℃，这温度范围处于奥氏体与渗碳体(A+C)双相区。

因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。

这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。

对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。

淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。

2 回火2.1 定义将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度Ac1（加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度）的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。

热处理四把火-正火、退火、淬火、回火热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。

这些过程互相衔接，不可间断。

加热是热处理的重要步骤之一。

金属热处理的加热方法很多，金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。

因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。

加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。

加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。

另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。

采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。

冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。

一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。

但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。

钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

退火→将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢一般随炉冷却)，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。

常用的退火工艺有：①完全退火。

用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。

将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30～50℃，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。

热处理四把火整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的四种基本工艺，称为“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

了解退火、正火、淬火、回火的差异和作用：退火：是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺，其实质是将钢加热奥氏体化后进行珠光体转变。

目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。

退火目的和作用：降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，均匀钢的组织成分，改善钢的性能或为以后的热处理作准备；消除钢中的内应力，以防止变形或开裂。

正火：是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

淬火：是将工件加热到临界点上某一温度，保持一定的时间，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却，获得马氏体和(或)贝氏体组织的热处理工艺。

淬火后钢件变硬，但同时变脆。

淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体(或贝氏体)转变，得到马氏体（或贝氏体）组织，然后配合以不同温度的回火，获得所需的力学性能。

淬火态工件不允许直接投入现场使用，通常在此之后必须实时进行1—2 次或以上之回火加工，以调整其组织及应力等。

回火：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。

回火目的和作用：合理地调整力学性能，使工件满足使用要求；稳定组织，使工件在使用过程中不发生组织转变，从而保证工件的尺寸、形状不变；降低或消除淬火内应力，以减少工件的变形并防止开裂。