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工程材料及热处理一、引言工程材料是现代工业和科技领域中不可或缺的一部分，广泛应用于建筑、机械、电子、航空航天、交通运输等领域。
热处理是工程材料加工过程中的重要环节，通过改变材料的内部结构，提高其力学性能、物理性能和化学性能。
本文将详细介绍工程材料的分类、性能与特点、热处理原理、常见热处理工艺、材料选用原则、材料检测与评估、热处理设备与工艺优化以及工程材料应用领域。
二、工程材料分类工程材料可分为金属材料和非金属材料两大类。
金属材料包括钢铁材料、有色金属材料和合金等；非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷、玻璃等。
这些材料在性能上各有特点，适用于不同的工程领域。
三、材料性能与特点1.金属材料：具有较高的强度、塑性和韧性，具有良好的导电性和导热性。
不同的金属材料在耐磨性、耐腐蚀性等方面也表现出不同的特点。
2.非金属材料：具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，且具有良好的绝缘性能。
非金属材料在加工过程中具有较好的可塑性和可加工性。
四、热处理原理热处理是通过加热、保温和冷却等工艺手段，改变材料的内部结构，从而提高其力学性能和物理性能。
热处理过程中，材料的内部原子或离子重新排列，形成新的晶体结构，从而改变材料的性质。
五、常见热处理工艺1.退火：将材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。
退火可以消除材料的内应力，改善其组织和性能。
2.淬火：将材料加热到一定温度后迅速冷却，使材料表面硬化而内部保持韧性。
淬火可以提高材料的硬度和耐磨性。
3.回火：将淬火后的材料加热到一定温度后保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。
回火可以消除材料的内应力，改善其组织和性能。
4.表面处理：通过化学或电化学方法对材料表面进行处理，提高其耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化性等性能。
六、材料选用原则1.根据工程要求选择合适的材料类型和牌号；2.考虑材料的性能参数，如强度、硬度、韧性等；3.考虑材料的耐腐蚀性、耐磨性等特殊要求；4.考虑材料的加工工艺和经济性等因素。
球化退火球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。
将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。
这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。
而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。
另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。
球化退火加热温度为Ac1+(20～40)℃或Acm-(20～30)℃，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。
在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。
因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。
球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。
普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。
等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。
等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。
和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。
要知道 AC1线是什么，就一定要弄懂铁碳合金状态图。
见图。
因为A1线和A3线是铁碳合金状态图中的特性线。
AC1线和AC3线是略比A1线和A3线上移的类似特性线。
铁碳合金状态图表示铁碳合金在不同成分和温度下的组织、性能以及它们之间相互关系的图形。
热处理基本知识培训1、常用的淬火方式有哪些，说明不同淬火方式的使用原则？单液淬火——在淬火介质中冷却到底部的过程，单液淬火组织的应力热应力比较大，淬火变形大。
二液淬火——目的：在650～Ms之间快速冷却，使V>Vc，在Ms以下缓慢冷却以减轻组织应力。
碳钢：先水后油。
合金钢：先空气后油。
分级淬火——在一定温度下取出工件，使工件内外温度均匀，然后空冷的工艺。
空冷时出现M相，内应力较小时发生阶梯淬火。
奥氏体回火——指在贝氏体温度区等温温度，发生贝氏体相变，内应力减小，变形小。
淬火方法选择的原则应尽可能兼顾性能要求和淬火应力，避免淬火变形和开裂。
2、化学气相沉积与物理气象沉积技术有什么区别，主要应用领域是什么？化学气象沉积主要是CVD方法。
含有涂层材料元素的反应介质在较低温度下汽化，然后送入高温反应室与工件表面接触，产生高温化学反应，析出的合金或金属及其化合物工件上表面形成涂层。
CVD法的主要特点：（1）可以沉积各种结晶或无定形无机薄膜材料。
（2）纯度高，集体力量强。
（3)沉积层致密，孔隙少。
（4）均匀性好，设备和工艺简单。
（5)反应温度高。
应用：钢铁、硬质合金、有色金属、无机非金属等表面各种应用的薄膜，主要有绝缘体薄膜、半导体薄膜、导体和超导薄膜、耐腐蚀薄膜等。
物理气象沉积：将气态物质直接在工件表面沉积成固体薄膜的过程称为PVD法。
基本方法有真空蒸镀、溅射镀膜和离子镀三种。
应用：耐磨涂层、耐热涂层、耐腐蚀涂层、润滑涂层、功能涂层装饰涂层。
3、解释疲劳断口的微观形态和宏观形态。
显微：是在显微电子显微镜下观察到的条状图案，称为疲劳条或疲劳辉光，疲劳条具有延展性和脆性。
疲劳条有一定的间距，在某些条件下，每个条纹对应一个应力循环。
宏观：其他情况下具有脆性断裂特性，肉眼看不到宏观变形。
典型的疲劳断裂由裂纹源区、裂纹扩展区和最终瞬时断裂区组成，疲劳源面积小而平坦，有时为明亮的镜面，裂纹扩展区为河滩或贝壳纹，部分节距不同的疲劳源为中心平行弧线，瞬时断裂带的微观形状取材料的特征载荷模式和尺寸，可以是酒窝或准解离、沿晶体断裂解离或混合形状。
热处理基本知识和材料选用（叶芝青）改善钢的性能，有两个主要途径：一是调整钢的化学成分，加入合金 元素，即合金化的办法；另一是对钢实施热处理。
这两者之间有着极为密 切，相辅相成的关系，这里只介绍“钢的热处理”一、 钢的热处理的一般概念热处理是一种重要的金属加工工艺，在机械制造工业中已被广泛应 用。
钢经过正确的热处理，可提高使用性能，改善工艺性能，达到充分发 挥材料性能潜力，提高产品质量，延长使用寿命，提高经济效益的目的 据初步统计，在机床制造中，约60%~70%零件要经过热处理；在汽车、 拖拉机制造中需要热处理的零件多达70%~80%至于减速器齿轮箱的齿 轮和工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。
总之，重要的零件都必 须进行适当的热处理才能使用。
所谓钢的热处理是指将钢在固态下 进行加热、保温和冷却三个基本过程， 以改变钢的内部组织结构，从而获得 所需性能的一种加工工艺。
为简明表 明表示热处理的基本工艺过程，通常 用温度-时间坐标绘出热处理工艺曲线, 如图1所示，曲线①表示钢件在加热 升温阶段，曲线②表示钢件加热到规 定温度后处于保温阶段，曲线③表示钢件保温结束后进行淬火冷却。
钢热处理的最基本类型可根据加热和冷却方法不同，大致分类如下: 热处理可以是机械零件加工制造工艺中的一个中间工序，如改善锻、 轧、铸毛坯组织的退火或正火，齿轮箱体消除焊接应力退火和降低工件硬 度改善切削加工性能的退火等。
也可以是使机械零件性能达到规定技术指 标的最终工序，如经淬火加普通热处理- 退火正火淬火 回火表面淬火- 火焰加热感应加热表面热处理--渗碳惟学热处理- -渗氮_碳氮共渗控制气氛热处理其他热处理--真空热处理 —形变热处理热处理类型-图1热处理工艺曲线示意图高温回火，使机械零件获得极为良好综合力学性能，例如渗碳齿轮的整个加工工序是：锻造-退火-粗加工-探伤-正火-精加工-渗碳、淬火、回火-喷丸-（磨齿）。
由此可见，热处理同其他工艺过程密切，在机械零件加工制造过程中具有十分重要的地位和作用。
引言：概述：正文：一、热处理的基本原理1.1金属组织的变化规律1.1.1固溶处理1.1.2沉淀硬化1.1.3时效硬化1.1.4相变平衡与组织稳定性1.2热处理的工艺参数1.2.1加热温度1.2.2保温时间1.2.3冷却速率1.2.4冷却介质二、常见的热处理工艺2.1简单退火2.1.1全退火2.1.2规定化退火2.1.3常规退火2.2针对铁素体不锈钢的热处理2.2.1固溶处理2.2.2沉淀硬化处理2.2.3双相不锈钢的热处理2.2.4超级不锈钢的热处理2.3针对铝合金的热处理2.3.1固溶处理2.3.2相变处理2.3.3冷变形加工2.4针对钛合金的热处理2.4.1α/β型钛合金的热处理2.4.2β型钛合金的热处理2.4.3超强韧性钛合金的热处理2.5其他常见金属的热处理方法2.5.1镍基高温合金的热处理2.5.2钨合金的热处理2.5.3铜合金的热处理三、热处理的设备和工装3.1热处理炉和炉温控制3.2热处理夹具的设计和选用3.3热处理过程中的保护气氛四、热处理的质量控制4.1金属材料的化学分析4.2金相显微镜的应用4.3机械性能测试4.4热处理缺陷的识别和处理五、热处理的问题与解决方案5.1热处理过程中的晶粒长大问题5.2热处理残余应力的控制5.3热处理工艺对环境的影响及对策5.4热处理后的再加工问题与解决方案5.5钢材的渗碳热处理问题与解决方案总结：热处理作为一项重要的金属加工工艺，对于改善金属材料的性能具有重要作用。
本文从热处理的基本原理、常见的热处理工艺、热处理设备和工装、热处理的质量控制以及热处理的问题与解决方案等方面进行了深入讨论。
希望通过本文的介绍，读者能够更好地理解热处理的原理和应用，提高热处理工艺的质量与效率。
同时，我们也希望热处理工作者能够继续关注和深入研究该领域，为热处理技术的发展做出更大的贡献。
工程材料及热处理复习要点一、材料的力学性能1. 强度、塑性、冲击韧性的定义，常用衡量指标、符号及其含义；2. 布氏硬度HBS、洛氏硬度HRC的表示方法及应用；3. 当对零件热处理后的力学性能有要求时，在零件设计图纸上常常标出其硬度指标。
二、纯金属的晶体结构与结晶1.纯金属的三种典型晶格类型。
具有面心立方晶格的金属塑性最好。
2.晶体缺陷的三种类型及其对金属力学性能的影响。
（位错强化、细晶强化）3.纯金属结晶的必要条件和基本规律4.晶粒度的概念、晶粒大小对金属材料常温下力学性能的影响；5.铸造生产中（金属结晶时）常获得细小晶粒的方法。
三、合金的结构与结晶1.合金的两种相结构——固溶体和金属化合物的结构和性能特点。
（固溶强化）2. 合金与纯金属结晶相比的不同点：（1）纯金属的结晶是在恒温下进行的，只有一个相变点（临界点）；合金的结晶是大多是在一个温度范围内进行的，结晶开始和终止温度不同，有两个相变点。
（2）液态合金结晶时，在局部范围内有成分的波动。
3.具有单相固溶体的合金塑性好，变形抗力小，具有良好的锻造性能。
→钢可加热到单相A区进行锻造成形。
共晶或接近共晶成分的合金熔点低，流动性好，铸造性能好。
→铸铁具有共晶反应，适于铸造成形。
四、铁碳合金1. F、A、Fe3C、P、Ld的定义、结构及性能特点2. 关于F—Fe3C相图（1）默画并填写各区的组织，A1、A3、Acm线的位置及含义（2）共晶反应、共析反应的反应式及其产物（3）亚共析（如45、60钢）、过共析钢（如T10、T12钢）的平衡结晶过程分析，发生了哪些转变，画出室温组织示意图。
（4）计算室温组织组成物的相对百分含量。
3. 含碳量对碳钢平衡组织和力学性能的影响。
（做到活学活用，如55页习题7、8、9）五、金属塑性变形1.加工硬化的定义、产生原因及利弊，如何消除。
2.理论上，热加工和冷加工如何区别。
注意：热塑性变形加工不产生加工硬化现象，但仍会使金属的组织和性能发生显著变化。
热处理基础知识问答1、什么是热处理将固态金属或合金采取适当方式进行加热，保温一定的时间，以一定的冷却速度冷却以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。
2、热处理的目的是什么通过适当的热处理工艺改变钢的内部组织结构,来控制相变过程中组织转变的程度和转变产物的形态,从而改善钢的性能。
3、热处理的条件是什么必须有固态相变转变的合金才可以进行热处理。
4、热处理的工艺过程是什么（1）加热：临界点+△T值（2）保温（3）冷却：临界点-△T值一定冷却速度5、主要参数有哪些（1）加热温度T（2）保温时间t（3）冷却速度V，冷却介质决定冷却速度，如：水、盐水、碱水、空气6、按处理阶段及目的可分为哪几种（1）预处理目的是消除偏析、内应力，为最终热处理或后续的加工获得平衡组织。
（2）最终处理作为工件处理的最后工序，获得最终组织。
7、按热处理工艺参数可分为哪几种（1）普通热处理这是生产中最常用的热处理工艺，如退火、正火、淬火、回火等。
这类的热处理一般不会额外的加入其他元素，主要是通过自身组织转变来得到所需要的性能。
（2）化学热处理这类在热处理在齿轮、轴等耐磨件上会经常用到。
工件进行化学热处理时，会在表面一层渗入其他的元素，而对心部的成分不会产生什么影响。
一般渗入什么元素，我们就称为渗×处理，如表面渗C、渗N，C、N共渗等。
（3）表面热处理综合了上述两类热处理的特点，即热处理时不加入其他元素，而且只是针对表面进行的热处理，不影响心部的组织，如表面淬火，但其要求工件的含碳量较高。
8、什么是退火退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。
总之退火组织是接近平衡状态的组织。
9、退火的目的是什么（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。
（2）细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。
热处理基本知识1/金属材料热处理：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能，其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
热处理，简单而言就是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。
热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。
2/钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
热处理不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。
我们上汽股份汽齿总厂由于主要处理工件为齿轮零件，所以在热处理方面主要进行的是金属材料的渗碳淬火热处理。
那么，为什么要选择渗碳淬火，而不是直接淬火，主要是因为齿轮零件在负载运动时，一方面需要零件表面有足够的硬度和强度，另一方面要求心部有足够的韧性，以防齿轮齿牙断裂，因此，低碳合金钢正好可以满足这种要求：通过表面渗碳，使零件表面在淬火后达到高的硬度，而未渗碳的心部组织具有较好的韧性，从而达到变速箱零件的物理要求。
热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（ A）的形成奥氏体晶核的形成：以共析钢为例，A1点W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变、A的形成过程。
钢的热处理金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。
一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。
工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。
在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。
钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。
一般把含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；大于2%的铁碳合金称为铸铁。
一、钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。
（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。
因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤00.0%,P≤0.005%）、优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%）、高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。
碳钢的性能主要绝定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。
根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C>0.6%）。
所以低碳钢的强度、硬度低、塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。
工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。
（a）碳素结构钢该类钢主要用于各种结构件。
根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。
碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。
Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。
热处理基本知识和材料选用（叶芝青）改善钢的性能，有两个主要途径：一是调整钢的化学成分，加入合金元素，即合金化的办法；另一是对钢实施热处理。
这两者之间有着极为密切，相辅相成的关系，这里只介绍“钢的热处理”。
一、钢的热处理的一般概念热处理是一种重要的金属加工工艺，在机械制造工业中已被广泛应用。
钢经过正确的热处理，可提高使用性能，改善工艺性能，达到充分发挥材料性能潜力，提高产品质量，延长使用寿命，提高经济效益的目的。
据初步统计，在机床制造中，约60%~70%零件要经过热处理；在汽车、拖拉机制造中需要热处理的零件多达70%~80%；至于减速器齿轮箱的齿轮和工模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。
总之，重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。
所谓钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却三个基本过程，温以改变钢的内部组织结构，从而获得度所需性能的一种加工工艺。
为简明表℃明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度-时间坐标绘出热处理工艺曲线，如图1所示，曲线①表示钢件在加热时间升温阶段，曲线②表示钢件加热到规图1 热处理工艺曲线示意图定温度后处于保温阶段，曲线③表示钢件保温结束后进行淬火冷却。
钢热处理的最基本类型可根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：退火正火普通热处理- 淬火回火火焰加热热处理类型- 表面淬火- 感应加热表面热处理-- 渗碳化学热处理- - 渗氮碳氮共渗控制气氛热处理其他热处理-- 真空热处理形变热处理热处理可以是机械零件加工制造工艺中的一个中间工序，如改善锻、轧、铸毛坯组织的退火或正火，齿轮箱体消除焊接应力退火和降低工件硬度改善切削加工性能的退火等。
也可以是使机械零件性能达到规定技术指标的最终工序，如经淬火加高温回火，使机械零件获得极为良好综合力学性能，例如渗碳齿轮的整个加工工序是：锻造-退火-粗加工-探伤-正火-精加工-渗碳、淬火、回火-喷丸-（磨齿）。
由此可见，热处理同其他工艺过程密切，在机械零件加工制造过程中具有十分重要的地位和作用。
二、普通热处理1、钢的退火和正火1.1 钢的退火和正火的定义和目的退火是一般是将钢件加热到临界温度以上适当温度，保温适当时间后缓慢冷却，以获得接近平衡的珠光体组织的热处理工艺。
图2为GCr15钢等温球化退火典型工艺。
温度图2 GCr15钢等温球化退火典型工艺正火也是将钢件加热到临界温度以上适当温度，保温适当时间后以较快冷却速度冷却（通常为空气中冷却），以获得珠光体类型组织的热处理工艺。
图3为20CrMnTi正火工艺。
图3 20CrMnTi正火工艺由退火和正火的热处理工艺可知，正火的冷却速度比退火快，所以相同钢材正火比退火（主要指完全退火）后获得的珠光体组织较细，钢的强度与韧性、硬度也较高。
退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，退火和正火经常作为预先热处理工序。
机器零件的毛坯一般是轧材、锻件、铸件或焊接件等，毛坯料内部常出现各种组织缺陷，如组织不均匀性、晶粒粗大、成分偏析、带状组织等，这些缺陷不仅影响以后各种冷热加工的进行，还会降低零件的最终性能。
所以退火和正火用于毛坯的预先热处理，可以达到以下目的：1.1.1 消除或改善毛坯料的各种组织缺陷。
1.1.2 获得最有利于切削加工的组织与硬度。
1.1.3 改善组织中相的形态与分布,细化晶粒,为最终热处理(淬火回火)作好组织上准备。
1.1.4 消除或降低内应力，以防后继工序加工后变形或开裂倾响。
退火和正火经常作为预先热处理工序外，在一些普通铸钢件、焊接件、以及某些不重要的热加工工件上，还作为最终热处理工序，以改善组织，稳定尺寸。
1.2 退火和正火的正确选用在生产上对退火和正火工艺的选用，应根据钢种、前后连接的冷、热加工工艺、以及最终零件使用条件等来进行。
根据钢中含碳量不同，一般按如下原则选用：1.2.1 低碳钢（≤0.25%C）这类钢主要应解决塑性过高造成粘刀而不易切削加工的问题，故采用正火为宜。
通过正火使组织均匀，硬度适当提高而易于切削。
例如对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。
1.2.2 中碳钢（0.25%~0.55%C）这类钢一般采用正火，其中含碳量0.25%~0.35%的钢，正火后其硬度接近于最佳切削加工硬度。
对含碳量较高的钢，硬度虽稍高（200HBS），但由于正火生产率高，成本低，操作简便，仍采用正火，只有对合金元素含量较高的钢，因正火后硬度过高，使切削加工困难，才采用完全退火。
1.2.3 高碳钢（＞0.55%C）这类钢一般采用退火最为适宜，因为含碳量较高，正火后硬度太高，不利于切削加工，而退火后的硬度正好适宜于切削加工。
此外，这类钢多在淬火、回火状态下使用，因此一般工序安排是以退火降低硬度，然后进行切削加工，最终进行淬火、回火。
当钢中含有较多合金元素时，上述原则就不适用（由于合金元素强烈地改变了过冷奥氏体连续冷却转变曲线），例如低碳合金钢18Cr2Ni4W A 没有珠光体转变，即使在极缓慢的冷却速度下退火，也不可能得到珠光体类型组织。
一般需用高温回火来降低硬度，以便切削加工。
2、钢的淬火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要，也是用途最广泛的工序。
淬火可以显著提高钢的强度和硬度。
为了消除淬火钢的残余应力，得到不同强度，硬度和韧性配合的性能，需要配以不同温度的回火。
所以淬火和回火又是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。
淬火、回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理是赋予钢件最终性能的关键工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。
2.1 淬火的定义和目的把钢加热到奥氏体化温度，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度进行冷却，这种热处理操作称为淬火。
钢件淬火后获得马氏体或下贝氏体组织。
图4为渗碳齿轮20CrNi温图4 渗碳齿轮20CrNi2Mo材料淬火、回火工艺淬火的目的一般有：2.1.1 提高工具、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度、硬度和耐磨性。
例如高速工具钢通过淬火回火后，硬度可达63HRC，且具有良好的红硬性。
渗碳工件通过淬火回火后，硬度可达58~63HRC。
2.1.2 结构钢通过淬火和高温回火（又称调质）之后获得良好综合力学性能。
例如汽车半轴经淬火和高温回火（280~320HB）及外圆中频淬火后，不仅提高了花键耐磨性，而且使汽车半轴承受扭转、弯曲和冲击载荷能力（尤其是疲劳强度和韧性）大为提高。
淬火时，最常用的冷却介质是水、盐水、碱水和油等。
通常碳素钢用水冷却，水价廉易得，合金钢用油来冷却，但对要求高硬度的轧辊采用盐水或碱水冷却，辊面经淬火后硬度高而均匀，但对操作要求非常严格，否则容易产生开裂。
2.2 钢的淬透性2.2.1 淬透性的基本概念所谓钢材的淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度大小的能力（即钢材淬透能力），其大小用钢在一定条件下（顶端淬火法）淬火获得的有效淬硬层深度来表示，淬透性是每种钢材所固有的属性，淬硬层愈深，就表明钢的淬透性愈好,例如45、40Cr 、42CrMo钢三种试样，按相同条件淬火后（油冷却），经检测45钢能被淬透的最大直径（称临界直径）φ10mm；40Cr钢能被淬透的最大直径φ22mm; 42CrMo钢能被淬透的最大直径φ40mm。
实际工件的有效淬硬深度与钢的淬透性、工件尺寸及淬火介质的冷却能力等许多因素有关，例如，同一钢种在相同介质中淬火，小件比大件的淬硬层深；同一钢种相同尺寸时，水淬比油淬的淬硬层深。
同一种钢，其成分和冶炼质量必然在一定范围内波动，因而有关手册上所提供的某钢号的淬透性曲线往往不是一条线，而是一个范围，称淬透性带。
图1为40Cr钢的淬透性带。
图1 40Cr钢的淬透性带从上所述，钢材的淬透性包含两方面内容，一是钢材的淬透能力，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，以满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的要求；二是淬透性带宽度，要求尽可能小的淬透性带宽度波动，以有利于齿轮热处理变形的控制。
德国大众、日本小松、美国休斯通用等国外几大公司对齿轮钢材的淬透性带宽≤8HRC，我国的GB/T5216标准规定的钢材的淬透性带宽为12HRC，2002年在“中国齿轮行业钢材采购通则（试行）”中要求齿轮钢材的淬透性带宽为7HRC。
2.2.2、淬透性的表示方法钢的淬透性值可用J（HRC/ d ）表示，其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。
例如淬透性值J（42/5）表示距水冷端5mm处试样硬度值为42HRC；淬透性值J（30~35/10）表示距水冷端10mm处试样硬度值为30~35HRC。
对淬透性值有具体要求的钢应根据GB/T5216-2004《保证淬透性结构钢》标准的规定订货，其钢号最后用H表示，例如42CrMoH。
3、钢的回火3.1 回火的定义和目的钢淬火后必须经过回火，回火是指将淬火钢加热到Ac1（钢件加热时的临界点）以下的某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理工艺，见图4。
回火的目的：3.1.1 降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形或开裂。
3.1.2 获得工艺所要求的力学性能。
淬火工件的硬度高且脆性大，通过适当回火可调整硬度，获得所需要的塑性、韧性。
3.1.3稳定工件尺寸。
淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织，它们会自发地向稳定的平衡组织转变，从而引起工件尺寸和形状的改变，通过回火可使淬火马氏体和残余奥氏体转变为较稳定组织，以保证工件在使用过程中不发生尺寸和形状的变化。
3.1.4 对于某些高淬透性的合金钢，空冷便可淬成马氏体，如采用退火软化，则周期很长。
此时可采用高温回火，降低硬度，以利切削加工。
淬火钢不经回火一般不能直接使用，为了避免工件在放置过程中发生变形和开裂，淬火后应及时回火。
3.2、回火的种类淬火钢回火后组织性能决定于回火温度，根据回火温度范围，可将回火分为三类：3.2.1 低温回火低温回火的温度为150~250℃，回火后组织为回火马氏体，低温回火主要降低钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度（一般为58~64HRC）和耐磨性，常用于处理各种工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火工件。
3.2.2中温回火中温回火的温度为350~500℃，回火后不仅保持较高硬度（一般为35~45HRC）和强度，而且具有高的弹性极限和足够的韧性。
中温回火主要用于各种弹簧的处理，还用于某些塑料模、热锻模以及要求较高强度的轴、轴套等。
3.2.3 高温回火高温回火的温度为500~650℃。
高温回火后的组织为回火索氏体，这种组织具有良好的综合力学性能。
4、钢的调质习惯上将淬火加高温回火（500~650℃）相结合的热处理工艺称作“调质处理”，简称“调质”。
根据工件不同性能要求，通过调整回火温度，调质硬度可控制在于200~350HB。
