热处理
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热处理
热处理是一种重要的金属加工工艺。
它是将固态金属或合金采用适当方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
热处理方法可以使金属具有优良的力学性能——高的强度、硬度、塑性和弹性等，从而扩大了材料的使用范围，提高了材料的利用率，也满足了一些特殊的使用要求。
因此，热处理在机械制造中已被广泛应用，如各类机床中有80％的零件都要进行热处理，而像刀具、量具、轴承、模具等，几乎100％都要进行热处理。
热处理分预备热处理和最终热处理（或称最后热处理）两种。
预备热处理的目的是为了清除前道工序所遗留的缺陷和为后续加工准备条件；最终热处理则在于满足零件的使用性能要求。
在热处理时，要根据零件的形状、大小、材料及其成分和性能要求，采用不同的加热速度、加热温度、保温时间以及冷却速度。
因而有不同的热处理方法：如退火、正火、淬火、回火及表面处理等。
各种热处理方法可根据零件在加工过程的要求，分别穿插在各个热加工和冷加工工艺中进行。
第一节退火与正火
一、退火
将金属或合金加热到某个温度（对碳素钢而言为740～880℃），保温一定时间，随后缓慢冷却（一般随炉冷却约100℃/h）的处理工艺称为退火。
退火的主要目的是：降低硬度，消除内应力，改善组织和性能，为后续的机械加工和热处理作好准备。
二、正火
将钢加热到某个温度（对碳素钢而言760～920℃），保温一定时间，随后从炉中取出，在空气中冷却的处理工艺称为正火。
正火的目的与退火基本上相似。
由于正火时的冷却速度比退火快，经正火后的工件，其强度和硬度较退火工件要高。
因此，有些塑性和韧性较好、硬度低的材料（如低碳钢），可以通过正火处理，提高工件硬度，改善其切削性能。
对于某些使用要求不高的工件，可通过正火，提高它的强度、硬度，并作为工件的最终处理。
正火要比退火生产周期短得多，操作简便，设备利用率高。
在能满足工件性能及加工要求的前提下，应尽量以正火代替退火，提高经济效益。
第二节淬火与回火
一、淬火
将工件加热到某个温度（对碳素钢而言770～870℃），保温一定时间，随后快速冷却的热处理工艺称为淬火。
淬火处理过程中，冷却速度过慢，达不到所要求的性能，而冷却速度太快，则由于工件内外冷却速度差异很大，引起体积变化的差异也很大，容易造成工件的变形及裂纹。
因此，应根据工件的材料、形状和大小等，严格规定淬火的冷却速度。
淬火的主要目的是提高工件的强度和硬度，增加耐磨性。
淬火是钢工件强化最经济有效的热处理工艺，几乎所有的工、模具和重要零件都需要进行淬火处理。
淬火后必须继之以回火，才能获得优良综合力学性能的工件。
二、淬火操作
淬火时，除注意加热速度与加热时间外，还要注意合理选择淬火剂和工件浸入方式。
1.淬火剂
淬火介质也称淬火剂。
常用淬火剂有水和油两种。
水作为淬火剂应用极为广泛，因为他它价格低廉，来源丰富，而且基本上能满足淬火时冷却速度的要求。
但当水温较高时（如50℃）、水中含有泥土、油等杂质，或含有较多空气时，会影响工件在淬火时的冷却速度，并易形成蒸汽膜而影响冷却效果，故有时在水中加入食盐或碱，以消除蒸汽膜，提高工件的冷却速度。
但成本提高，腐蚀性较大，淬火时有刺激性气味，而且工件在淬火后要仔细清洗，以防盐水和碱对零件的锈蚀。
形状简单，截面较大的碳素钢工件一般用水或盐水作为淬火剂。
油也是常用的淬火剂。
淬火用油有植物油和矿物油两种。
植物油具有好的冷却特性，但容易老化，现在基本上用矿物油。
油的冷却能力较水低，工件产生裂纹倾向性较小。
但油易燃，使用温度不能太高，它常用于合金钢和复杂形状的碳素钢工件的淬火。
2.淬火工件浸入淬火剂的方式
淬火时，由于冷却速度很快(可高达1200℃/s)，为减少工件变形和开裂倾向，淬火工件浸入淬火剂的方式有一定要求，其根本的原则是要保证工件得到最均匀的冷却。
细长工件如钻头、丝锥、锉刀等要垂直浸入；
厚薄不均的工件，厚的部分先浸入；
薄壁环形零件，沿其轴线垂直于液面方向浸入；
薄而平的工件，立着快速浸入；
截面不均匀的工件，应斜着浸入，以使工件各部分的冷却速度接近。
在淬火操作时，还要根据工件的形状和大小，设计好适用的夹具，方便操作，保证质量，提高生产效率。
三、回火
将淬火后的工件，重新加热到某一温度范围，保温一定时间后，冷却到室温的热处理工艺称回火。
通过回火可以消除或部分消除在淬火时存在的应力，调整硬度，降低脆性，获得具有较高综合力学性能的工件。
根据回火加热温度的不同，回火常分为低温回火、中温回火和高温回火。
1.低温回火
回火温度为150～250℃。
经低温回火的工件可以减少淬火应力、降低脆性、提高韧性，但仍具有较高的硬度。
低温回火广泛应用于要求硬度高、耐磨性好的工件，如量具、刃具、冷变形模具、滚珠轴承及表面淬火件等。
2.中温回火
回火温度为350～450℃。
经中温回火可以使工件内应力进一步减少，组织基本恢复正常，因而具有很高的弹性，又具有一定的韧性和强度。
中温回火主要应用于各类弹簧、高强度轴、轴套及热锻模具等工件。
3.高温回火
回火温度为500～650℃。
经高温回火可以使工件的内应力大部分消除，工件在保持一定强度和硬度的同时，又具有较好的韧性和塑性，即具有优良的综合力学性能。
淬火后再高温回火的处理称为调质处理。
对于大部分需要有高的综合力学性能的重要结构零件，如轴、连杆、齿轮等都需经调质处理后再使用。
回火决定了工件最终的使用性能，它直接影响工件的质量和寿命。
